2020 年度研究成果報告書

材料分析の装置作りにつなげる数学・物理・工学の融合教育教材

研究課題

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研究課題/領域番号	17K00997
研究種目	基盤研究(C)
配分区分	基金
応募区分	一般
研究分野	科学教育
研究機関	石川工業高等専門学校
研究代表者	山田健二石川工業高等専門学校, 電子情報工学科, 教授 (50249778)
研究期間 (年度)	2017-04-01 – 2021-03-31
キーワード	教育教材 / 分析装置作り / 物理現象 / X線光電子分光法 / ものづくり
研究成果の概要	本研究は，先端材料分析装置を用いた測定に終わることなく，分析装置作りにつながる教育展開を数学・物理・工学の融合教材を用いて試みる。小学生，中学生，高校生，高専生，そして大学生と広い分野で利用できる教材を準備する。4年間の研究期間でこの目標を達成することができた。小学生向け教材としては，「分析」にテーマを絞り，ミックスジュースの成分分析を実施できた。高専・大学生向け教材として，膜厚計測や超伝導体製作などの材料分析分野の教材を準備できた。最終的に小型電子エネルギーアナライザーの製作教材を準備することで実際の装置作りに関わる教材を準備できた。これらの教材を用いて今後の教育展開を推進していく。
自由記述の分野	科学教育関連
研究成果の学術的意義や社会的意義	装置作りの視点を取り入れた教材開発に本研究の特色がある。本校で実施された教育プロジェクトの成果を利活用することで、独創的なアイデアを形にできる点が新しい。初歩的なものづくりや実験は小学生児童にも対応するものだが、実際の分析機器の製作は、装置作りに初めてチャレンジする研究室学生に貴重な資料となる。ブラックボックス化されたままの装置からは真の研究成果は生まれにくい。装置の詳しい実験原理は専門性が高いため理解するまでには困難が予想されるが、本教材を利用することで、数学・物理・情報処理の知識と関係づけられて理解にいたる。