| 研究課題/領域番号 |
19K02979
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| 研究機関 | 東北学院大学 |
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研究代表者 |
志子田 有光 東北学院大学, 工学部, 教授 (00215972)
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| 研究分担者 |
淡野 照義 東北学院大学, 工学部, 教授 (50176004)
森島 佑 東北学院大学, 工学部, 講師 (40734132)
鈴木 順 仙台高等専門学校, 総合工学科, 助教 (00639255)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | 遠隔授業 / IoT課外学習 / オンラインラボ / オフラインラボ / Remote Laboratory / Remote Experiments |
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| 研究実績の概要 |
本研究では、IoTの実装技術に関連した教育内容において、大学におけるカリキュラムの不足分を補填する目的から課外学習に着目し、データサイエンス系学生の自律的IoT課外学習に特化した実験システムの教材開発と検証を行うことを目的としている。本研究において明らかにしようとするのは以下の3点である。１）情報系学部・学科学生対象に特化した電気・電子工学系実験の教材と設備の最小構成は何か。２）自律的課外実験、実習にとって有益な教材・情報提供の方式は何か。３）組み込み（IoT含む）開発の基礎学力として自律的課外学習による実験実習の効果は高いか。これらをふまえ、研究申請書時に計画した内容に照らし、以下順にまとめる。上半期においては、2019年度計画に従い、主に以下のa)からd)の4点について概ね完了した。a) 既存の電子工学系学科履修生向けの学生実験設備と教材について、情報系学部・学科学生向けに最小・最適化し、IoT等のセンサ技術を介するための前提知識である電気電子回路や物理学の基礎的学力を補填する内容に最適化を行った。b)既存のアクティブラーニングスタジオの一角に、電子工学系実験設備（既存）を最小（オシロスコープ、テスター、PC等）に再構成した設備を設置した。また、c)Online Lab.として、自宅等における個別学習者に対する教材提供サーバを準備（既設のLMS(学習管理システム)を活用。d)コンパクトで可搬型である電子工学系実験機器のセットを開発（これについては、はんだ付けなどの自宅学習に不向きな要素を排除し、マイコンボードやブレッドボードを中心としたセンサーキットなどに変更したが、計測機器の可搬性が低いため、再構築を検討中）。後期においては、計画に従い、5名程度の学生を被検者兼、教材評価アルバイトとして採用する計画を進めたが、新型コロナウイルスの感染拡大に伴い2月末以来一旦休止した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
研究実績の概要で述べたaからdについて、その詳細を報告する。2019年度上半期においては、a)最も基礎的で重要である物理センサーを題材としたエレクトロニクスの基礎的実験に教材を絞り、高度な能動素子についての議論などは削除した。b)前述の演習室開放に合わせて、旧電子工学系学科で行われた実習機材がベースであるため、機材の再設置においては、計測機器のコンパクト化、加除をおこない最小限の構成とした。c)既設の学修支援システム（manaba）も使用しつつ、課外自主学習支援に求められる教材提供サーバ付加機能として機械学習を用いた物理・電気電子用語を含むテキスト解析技術（デジタル試料入手容易性から高等学校物理問題集などを利用）について研究を行った。これは、研究実績の概要（研究計画書にも記載）で述べた、「有益な教材・情報提供の方式は何か」の問いに関連する。この内容については、国内外の学会において報告を行った（国内3件、国外1件）。d）電子回路実習セットの構築については自宅学習の安全性と可搬性の向上を検討中である。以上の教材を用いた実証実験を推進するため、研究分担者2名を追加した。主な担当業務は各自の専門性に鑑み、それぞれ物理的見地（特に電気回路、電磁気学）からの教材の評価を行うためと、組み込みシステム開発（特に通信系）である。2019年度下半期は、計画に従い、被検者（実験実施）兼、教材評価のための学生アルバイト5名程度を選任し、実験の趣旨説明等を行ったが、後期カリキュラムが終了する2月末から3月にかけて計画していた被検者による実証実験が、新型コロナウイルス感染症の拡大に伴い、一旦休止中である。一方、他の教育機関（高専）における研究分担者においては、電気・電子回路系教材をさらに多面的に実装・評価する方法論について、調査対象を高専生に国外からの留学生を加え、実践と考察・検討・調査を重ねている。
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| 今後の研究の推進方策 |
2020年3月以来、新型コロナウイルス感染症（COVID-19）の感染拡大に伴い、教育機関における授業の実施体制の変更・修正を余儀なくされる事態に見舞われている。具体的には、遠隔授業の導入であり、本学においても、少なくとも前期の開講科目はすべてが遠隔授業で行うことが決定されている。このような状況においては、学生が自宅においてすべての科目を履修することが前提とされるため、特に、機材を使用するような学生実験・実習の実施は非常に課題が多く、本研究においても前提としていた、大学構内における実習指導を前提とした課外実習という位置づけから、100%遠隔授業における指導に根本的条件を組みなおす必要が出てきた。一方で、このような状況下における授業の実施がいつまで継続されるかは先行きが不透明であるため、本研究の教材開発・評価においても、これを受け入れざるを得ない。そこで、まず今年度のIoT関連授業教材およびシラバスを遠隔授業を前提に全面的改定を行い、遠隔授業に適した実験実習環境の整備を行っている。課外学習もこれに従うこととなる。今後もこの状況が継続することも考慮し、100名を超える学生への実験・実習教材の郵送・管理体制をみなおし、資料教材の配布等も、オンライン学習支援システムへの移行を強化し、双方向オンライン会議システム（ZOOM等）を併用する。実習室の課外使用については、6月現在で認められていないため、当分の間、学生の自宅における実験・実習を念頭に置いた実証実験を、カリキュラムに沿って進めることとする。また、本研究申請時においては、前期は10名程度のオフライン課外実習、後期は10名程度のオンおよびオフライン課外実習の評価を行うとしていたが、前期は協力学生の確保が難しい状況にあるため後期にまとめ、前期は特別カリキュラムにおける実験・実習の教材開発と評価方法に関する検討を中心に行う計画である。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
2019年度末に計画していた学生アルバイトによる、教材の開発評価作業が、新型コロナウイルス感染拡大に伴い実施困難となったため、この内容については2020年度中に行う計画である。
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