小学生から高専・大学生まで質保証ができる理数・工学系学修者本位型実験モデルの開発

2022 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 21H00927
• 配分区分: 補助金
• 研究機関: 旭川工業高等専門学校
• 研究代表者: 篁 耕司 旭川工業高等専門学校, 電気情報工学科, 教授 (60369907)
• 研究分担者: 熊野 英和 新潟大学, 自然科学系, 教授 (70292042) ; 下田 貞幸 熊本高等専門学校, 建築社会デザイン工学科, 教授 (10259971) ; 中村 基訓 旭川工業高等専門学校, システム制御情報工学科, 教授 (50435963) ; 奥村 和浩 旭川工業高等専門学校, 人文理数総合科, 准教授 (40634407) ; 平 智幸 旭川工業高等専門学校, 電気情報工学科, 准教授 (70802619) ; 松原 英一 旭川工業高等専門学校, 人文理数総合科, 准教授 (10421992) ; 大島 功三 旭川工業高等専門学校, 電気情報工学科, 教授 (10310971) ; 阿部 敬一郎 旭川工業高等専門学校, 機械システム工学科, 准教授 (40784252) ; 宜保 達哉 旭川工業高等専門学校, 電気情報工学科, 准教授 (60755792) ; 笹岡 久行 旭川工業高等専門学校, 電気情報工学科, 教授 (30333272) ; 井口 傑 旭川工業高等専門学校, 電気情報工学科, 教授 (70353224) ; 三井 聡 旭川工業高等専門学校, システム制御情報工学科, 教授 (00219669) ; 津田 勝幸 旭川工業高等専門学校, 物質化学工学科, 教授 (80227412)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2025-03-31
• キーワード: 学生実験 / 実験スキル / 学修者本位 / 質の保証 / PBL

研究実績の概要

本研究では、小学5年生から大学生を対象として、Society 5.0に必要とされる理数・工学系の学生実験モデルを作成し、到達度に応じた実験スキルおよび人間力の評価指標を構築する。誰が評価しても同じ結果が得られる客観的な指標を作成し、児童・生徒・学生が主体的に実行できる「学修者本位型実験」を体系化し、公開することを目的としている。
2022年度は、専門分野のこれまでの実践の改善および「学修者本位型実験」の試行的取り組みを主として行った。旭川高専では到達レベルに応じた実験スキルセット（オンライン教材を含む実験書と実験スキル評価シート）を用いた学生実験を継続して行った。また、公開講座やジュニアドクター育成塾を通した小中学生向けの実験において実験スキル評価を行った。さらに、新潟大学では特定の専門を持たない学生への実験、および高校生向けの講座等でアンケート調査からどのような能力が育成できているか情報を収集した。そして、「評価とは何か」、「学生実験で何を測っているのか」について具体的なスキル評価シートから読み取れる内容について整理した。
これらより「学修者本位型実験」は、必ずしも一つの軸で構築できるものではない多様な要素を考え可視化する仕組みを作る必要があることがわかった。「実験を自分事にする」ことが極めて重要であることが確認され、高等教育機関の実験と評価の教育資産を、到達レベルに応じて小学5年生から大学生まで一貫した実験モデル構築の準備が整った。

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

2022年度の取り組みにおいて、「学修者本位型実験」について各分野の実践と評価は進んでいるものの、全体の統合的な設計にはさらに十分な議論と時間をかける必要があることがわかったため。また、それにともない、WEBサイトの構築を次年度に行うこととしたため。公開の前に著作権の問題をクリアする必要があるため。

今後の研究の推進方策

PBLを含めた学生主体型実験を考案し、到達レベルに応じた実験スキルセット（オンライン教材を含む実験書と実験スキル評価シート）を作成するため、「小学５年生から大学生まで一貫した実験モデル」の具体的な指針を作成する。この指針を作成することにより、個別の実験がどのようなレベルでどのような人を対象にするかが明確になり、可視化の仕組みを構築できる。そのうえで、個別の実験書を再度見直し、実践・評価を行う。また、公開に向け著作権をクリアする取り組みを行う。さらに、実験時または実験後に得られる人間力について具体的な可視化の仕組みを構築する。

研究成果

• [雑誌論文] ローレンツ力から学ぶ電磁気学 (2023)
  • 著者名/発表者名: 松原 英一, 篁 耕司
  • 雑誌名: 大学の物理教育 巻: 29(1) ページ: 32-35
  • DOI: 10.11316/peu.29.1_32
  • 査読あり
• [雑誌論文] Real hypersurfaces in a nonflat complex space form whose certain tensor is recurrent (2022)
  • 著者名/発表者名: Kazuhiro Okumura
  • 雑誌名: Journal of Geometry 巻: 113, 41 ページ: 1-16
  • DOI: 10.1007/s00022-022-00657-z
  • 査読あり
• [雑誌論文] A behavior of the structure tensor on real hypersurfaces in a nonflat complex space form (2022)
  • 著者名/発表者名: Kazuhiro Okumura
  • 雑誌名: Scientiae Mathematicae Japonicae 巻: 85, 1 ページ: 49-57
  • 査読あり
• [雑誌論文] 旭川工業高等専門学校における数理・データサイエンス分野に関する教育実践 (2022)
  • 著者名/発表者名: 笹岡久行，松原英一，中村基訓，篁耕司
  • 雑誌名: 日本高専学会誌 巻: 27 ページ: 3-6
• [雑誌論文] 半導体物性・電子デバイス研究室における「半導体分野」で活躍する人材育成を目指して (2022)
  • 著者名/発表者名: 平智幸、篁耕司
  • 雑誌名: SEAJ Journal 2022.9 巻: 178 ページ: 15-17
• [学会発表] Considerations for Learning Model of Machine Learning in the field of Learning Analytics (2023)
  • 著者名/発表者名: Masashi Gorobe, Hisayuki Sasaoka
  • 学会等名: 2023 4th International Conference on Advances in Education and Information Technology
  • 国際学会
• [学会発表] 旭川高専におけるAI・数理データサイエンス分野の初学者向け教育実践の取組について (2023)
  • 著者名/発表者名: 笹岡久行，佐藤直飛，松原英一，中村基訓，篁 耕司
  • 学会等名: 情報処理学会 第85回全国大会
• [学会発表] ハンズオン型オンラインデジタル教育による高大接続教育の試行 (2023)
  • 著者名/発表者名: 熊野 英和、田中 一裕、堀籠 崇、村松 正吾、篁 耕司
  • 学会等名: 第70回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] Ultrabroadband infrared coherent spectroscopy using solids as nonlinear media (2022)
  • 著者名/発表者名: Eiichi Matsubara, Masaaki Ashida
  • 学会等名: The 15th Pacific Rim Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO Pacific Rim, CLEO-PR 2022)
  • 国際学会
• [学会発表] 旭川高専における AI・数理データサイエンス分野の初学者向け教育実践の取組について (2022)
  • 著者名/発表者名: 笹岡 久行, 佐藤 直飛, 松原 英一, 中村 基訓, 篁 耕司
  • 学会等名: 情報処理学会 第85回全国大会
• [学会発表] プログラミング教育をベースとした分野横断能力育成のための授業コンテンツの開発 (2022)
  • 著者名/発表者名: 中村基訓・中川佑貴・戸村豊明・佐竹利文
  • 学会等名: PCカンファレンス北海道2022
• [学会発表] 教育データ分析における異なる機械学習モデルの比較実験 (2022)
  • 著者名/発表者名: 五郎部誠士，笹岡久行
  • 学会等名: ファジィシステムシンポジウム2022
• [学会発表] 高度な科学を小中学生に！高専が行う実験・グループ学習を取り入れ た興味関心を深める早期人材育成 (2022)
  • 著者名/発表者名: 篁耕司
  • 学会等名: NewEducationExpo2022