| 研究課題/領域番号 |
20K03203
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| 研究機関 | 東京学芸大学 |
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研究代表者 |
鎌田 正裕 東京学芸大学, 教育学部, 教授 (20204604)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | スマートフォン / タブレット / 理数探究 / 理科教育 |
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| 研究実績の概要 |
高等学校における新教科「理数（理数探究基礎・理数探究）」の中で取り上げることのできる、スマホおよびスマホアプリの活用法を開発・提案（例示）することを目指して研究を続けた。これは、現実には生徒の必要とする実験器具を必要台数確保できる学校がそれほど多くはないこと、またスマホやタブレットが多くの高校生の手の届くところにあるという実情を踏まえたものである。
多くのスマホ等にはカメラやマイク以外にジャイロや加速度計のように種々のセンサー類が組み込まれている。本研究は、これに既存のアプリを活用することで、生徒の探究活動に有力なツールとなりえることに着目したもので、2021年度は2020年度に引き続き、これまでのスマホの使用例（既存）と理数探究における課題例を調査・収集し・その有効性について検討するとともに、昨年度調達したスマートフォンとタブレット端末を用いて、いくつかの具体的な活用例について改善を試みた。スマホは、音や光のような信号を扱うことを得意にするため、本年度は、音声信号を用いて外部に接続する機器との間でデータの受け渡しを行う方法についても検討した。放射線検出器が、放射線の検出時に発生するBeep音をスマホのアプリでカウントして、カウント数をスマホに取り込む方法については、ほぼ実用レベルに達しているが、より正確にカウントできる方法を検討するとともに。出力信号（電圧）をmicro:bitで音声信号に変換し、それをスマホのマイクで拾って、表示等する方法についても検討した。
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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
理由
スマートフォンの使用例（既存）の収集と理数探究における課題例等の収集は順調に進めることができた。また、昨年度調達したスマートフォンやタブレット端末のセットアップと動作チェックは完了し、実機を用いた試験も開始した。
いっぽう、micro:bitを用いて電圧信号を周波数信号（音声信号）に変換する方法については、試作品ができ、簡単な性能評価を行うことが出来た。現状では、V/F変換したのちに圧電素子で音声信号に変換したところ、発生した音には基本周波数以外の信号も含まれ、これから基本周波数のみをピックアップする適当なアプリが見つからず、今後の方針について若干の修正が必要になる見込みである。
昨年度に引き続きコロナ禍の影響で、一時学生・大学院生の活動が制限され、研究計画に修正を強いられているが計画全体で大きな遅れは生じていない。
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| 今後の研究の推進方策 |
2021年度に十分に検討しきれなかった、外部機器からのデータの受け渡し方法の確立を目指したい。放射線検出器が、放射線の検出時に発生するBeep音をスマホのアプリでカウントして、カウント数をスマホに取り込む方法については、ほぼ完成しているので、測定装置の選定や一定のノイズが存在する状況下でも正しく動作するための、機器の配置や収納ケースについて検討を加え、十分に実用性のあるものの完成を目指す。また、電圧信号を周波数信号（音声信号）に変換してスマホに入力する方法についても、これに適したアプリを見つけ、より実用的な使い方を完成し公表したい。なお、今後の研究で、音声信号を用いたデータの受け渡しを特に重視するのは、これは、スマホにはマイクやスピーカーが必ず組み込まれており、これを利用することで機種依存性が出にくく、かつ何らかの誤操作があっても、スマホそのものに悪影響を与える可能性が小さくなるなどのメリットがあることに着目したものである。さらに、実際に受け渡しされている信号が音なので、生徒が自分の耳で捉えることができ、機器の動作状況や動作原理を理解しやすいというメリットがあるため、期間中は、micro:bitを使ってこのインターフェースの開発を進める。
また、2021年度に引き続き、「スマートフォンのFFTやFunction Generatorを使って電子楽器を作ろう」や「超音波を使った音の実験」についても、完成度を高めたい。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
コロナ禍の影響で、学会などがリモート開催になり旅費等が必要なくなったこと、また、研究に必要な当面の経費が、校費から支出できたため直接経費の使用額がゼロとなった。これに伴い、残は、スマホ等の具体的利用方法を公表するにあたり、2021年度の研究成果に基づき最新の本体・周辺機器等に対応したものを公表した方が、研究成果の活用範囲の拡大に寄与すると考え、追加の本体・周辺機器等の購入に翌年で使用するほうが合理的と考えた。
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