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2023 年度 実績報告書

マルチメディアとALによる数学の深い学びへの誘いとその効果の検証

研究課題

研究課題/領域番号 21K02765
研究機関久留米工業高等専門学校

研究代表者

酒井 道宏  久留米工業高等専門学校, 一般科目(理科系), 教授 (90353276)

研究分担者 田中 利史  岐阜大学, 教育学部, 准教授 (60396851)
研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2024-03-31
キーワードSTEAM教育 / トポロジー / グラフ理論 / アートと数学 / 結び目理論
研究実績の概要

学科横断科目「リベラルアーツ特論」受講生に対し、STEAM教育における工学(E)と数学(M)の関連性に着目した学習活動を実践し、自ら課題を見つける力、物事を様々な面から捉え解決する力、新しい価値を創造する力の修得を目指す。工学分野と親和性の高いトポロジーなどを学習テーマに選定し、学習ピラミッドに沿った段階的な理解の深化を促した。前期はマルチメディア教材を用いた学習や興味を持ったテーマの発表を行い、後期はテーマ毎の協同学習を通して教員の指導の下で主体的・能動的な学習を行った。新たな試みとして、エッシャーのタイリングに代表されるアート(A)と数学(M)テーマに加えた。高専間提供科目として他高専学生を受け入れ、本校学生との協同学習の結果、第29回高専シンポジウムで受講生が5件の成果発表を行い、参加者から高い評価を得た。
L-S理論では、マルチメディア教材での学習で、可縮の概念や長方形から浮き輪、及び長方形からクラインの壷への連続的変形の視覚的な理解の定着に成功した。結び目理論では、マルチメディア教材での学習で、彩色数やゲーリッツ不変量などの不変量の計算方法を身につけた。8の字結び目が自明でないこと、三つ葉結び目と異なることを同不変量の計算で確認した。位相的データ解析では、マルチメディア教材での学習で概念と計算方法の習得を促した。さらに、手法の1つであるパーシステントホモロジーの理解に必要なホモロジー群の講義により、数学的な理解を促した。グラフ理論では、マルチメディア教材での学習で、オイラーやハミルトングラフなどの性質を学習後、応用としてRamsey問題、テンソルネットワークとの関連、地図分布、GNNによる交通網の解析を行った。アートと数学では、黄金比に着目し、黄金螺旋のデザイン、フラクタル、黄金三角形とペンローズタイル、準結晶との関係、3DCGによる植物のデザインなどへの応用の調査を行った。

  • 研究成果

    (12件)

すべて 2024 2023 その他

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (8件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Early STEAM Education Practice: Application of Graph Theory through Teaching Assistants2024

    • 著者名/発表者名
      M.Sakai, S.Nakamura, H.Miki
    • 雑誌名

      Athens Journal of Technology & Engineering 2024

      巻: 11 ページ: 1-21

    • DOI

      10.30958/ajte.X-Y-Z

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 分子グラフを用いた中学生向けの早期STEAM教育用数学教材の開発と実践2024

    • 著者名/発表者名
      酒井道宏, 田中利史
    • 雑誌名

      工学教育

      巻: 72-3 ページ: 44-49

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] A report on open courses in finance for citizens, taught by female students (RIKEJO) at NIT, Kurume College2024

    • 著者名/発表者名
      M. Sakai, M. Aizawa, K. Kawashima, M. Okita, Y. Matsuda
    • 雑誌名

      Proceedings of ISATE 2023, the 16th International Symposium on Advances in Technology Education

      巻: - ページ: 5pages

    • 査読あり
  • [学会発表] アートと数学を融合させた STEAM 教材の開発2024

    • 著者名/発表者名
      酒井道宏
    • 学会等名
      第29回高専シンポジウム
  • [学会発表] 身近な曲率~バドミントン編~2024

    • 著者名/発表者名
      長岡央士, 福元崇眞, 佐藤理央, 内村真豊, レウェティ要, 山田永久, 酒井 道宏
    • 学会等名
      第29回高専シンポジウム
  • [学会発表] 八面体分子構造の点群への帰属2024

    • 著者名/発表者名
      樋口智也, 杉村晃紳, 多田拓樹, 酒井道宏
    • 学会等名
      第29回高専シンポジウム
  • [学会発表] トポロジー最適化を用いた構造設計2024

    • 著者名/発表者名
      樋口槙一郎, 山内雅也, 野口夏樹, 三浦理稀, 河田颯天, 酒井道宏
    • 学会等名
      第29回高専シンポジウム
  • [学会発表] グラフ理論の応用的側面の検討2024

    • 著者名/発表者名
      河内悠眞, 井川創一朗, 則包創太, 酒井道宏
    • 学会等名
      第29回高専シンポジウム
  • [学会発表] 黄金比の世界2024

    • 著者名/発表者名
      澁谷陽来, 小森悠矢, 江隅一心, 上田ゆみこ, 白木沙羅, 古澤七音, 豆田嵩翔, 酒井道宏
    • 学会等名
      第29回高専シンポジウム
  • [学会発表] 分子グラフを用いた中学生向けの数学教材の提案2023

    • 著者名/発表者名
      酒井道宏, 田中利史
    • 学会等名
      数学教育学会2023年度秋季例会
  • [学会発表] 久留米高専における理工系への進路選択に関するジェンダーバイアス低減の取組2023

    • 著者名/発表者名
      酒井 道宏, 萩原 義徳, 藍澤 光晴
    • 学会等名
      日本工学教育協会 第71回年次大会
  • [備考]

    • URL

      https://researchmap.jp/m.sakai

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公開日: 2024-12-25  

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