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2013 年度 実施状況報告書

大学生のチャレンジ精神を醸成する学内起業による自律型ロボット教材の開発・製作

研究課題

研究課題/領域番号 25381242
研究種目

基盤研究(C)

研究機関上越教育大学

研究代表者

川崎 直哉  上越教育大学, 学校教育研究科(研究院), 教授 (40145107)

研究分担者 阿部 靖子  上越教育大学, 学校教育研究科(研究院), 教授 (00212556)
杵淵 信  北海道教育大学, 教育学部, 教授 (30261366)
田口 浩継  熊本大学, 教育学部, 教授 (50274676)
山本 利一  埼玉大学, 教育学部, 教授 (80334142)
鳥居 隆司  椙山女学園大学, 文化情報学部, 教授 (90207663)
小林 辰至  上越教育大学, 学校教育研究科(研究院), 教授 (90244186)
研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2016-03-31
キーワード教材開発 / 自律型ロボット / ものづくり
研究概要

先端的な科学技術の基礎を子どもたちに教えようとするとき,その技術を取り込んだコンパクトな標準的な教材があれば,指導者の大きな助けとなると期待されることから,本研究では,先端技術を教材化して扱いやすい形で普及することを目的とし,特に,小学校高学年から中学生までを対象として,一貫して先端技術を学べるような,子どもたちが先端技術を直接体験することができる安価な教材の開発・評価・普及とそれを用いた科学技術の啓蒙を目指している。
具体的には,マイクロコンピュータを搭載して自動走行する自律型走行ロボット等の製作を通して,小学生の場合には電子回路を組み込んだマザーボードの部分はブラックボックスとして与え,ロボット本体の「デザインと製作」および「プログラミング」を中心に,中学生の場合にはマザーボードの一部製作も含んで,子どもたちの独創性・思考力及び「ものづくり」への興味を育むことを計画している。平成25年度は開発したマイクロコントローラ搭載のマザーボードおよびソフトウェアを用い,自律走行が可能なビークル型ロボットや簡単なパフォーマンスが可能なダンスロボットの製作を通じて,小学校高学年から中学生までの子供たち20名程度に試行的に実践を行った。子供たちからの評価は好ましいものであったが,ロボットのハードウェア製作やプログラミング環境,ソフトウェアの機能等に関していくつかの課題も見つかったため,次年度には改善を行い,学生を中心とした大学内起業の実現を達成できるような教材とする予定である。

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

平成25年度は上記のように当初の計画通り,開発したマイクロコントローラ搭載のマザーボードおよびソフトウェアを用い,小学校高学年から中学生までの子供たち20名程度にロボットの製作実践を試行的に行った。その際,ロボットのハードウェア製作やプログラミング環境,ソフトウェアの機能等に関していくつかの課題も見つかったが,改善が可能なものであるため次年度には検討を行う。例えば40名程度の受講者に対して授業実践を行おうとすると,20名程度の場合に比べて受講者の理解度の差がさらに広がることの問題や,マザーボードの動作不良率が同じでも(部品取り付け等が学生による作業のため数パーセントの動作不良率)不良個体数全体は増加するなど,あらたな課題が出てくることも予想される。そのため,多くの受講生の場合でも確実に動作し,授業計画等も含めて理解しやすい教材となるように検討する必要がある。平成25年度に見つかった課題やあらたな課題を基に教材としての完成度を高め確実なものとする必要があるが,研究全体の進捗状況という面から判断すると,1年目としては,ほぼ計画通りに進展していると言える。

今後の研究の推進方策

平成26年度は,まずマザーボードを改良して動作不良率の低減を図る。具体的にはパターンデザインを変更して,取り付け作業上の確実性・能率性が向上するように素子のレイアウトを工夫する。併せて,当初の計画通り基礎的なセンサはマザーボードに標準装備,オプションのセンサやアクチュエータは拡張基板に取り付けできるよう改良する。特にオプションのセンサ類については,多様なものが利用可能と考えられるが,小学校で適用可能なもの,中学校で適用可能なもの等,学習レベルに応じて対応可能となるよう弾力的に開発を行う計画である。また,ロボットの機構部分の製作はこれまで以上に自由度が大きく,子どもの発想力を生かせる形に改良を行い,それら全体について研究分担者間で意見交換・検討を行う。
完成したロボットの量産に当たって,,マザーボード基板など製作を外注依頼するものと,ギアなど汎用の部品を流用するものとに分け,外注するものについては地元企業等の協力参加による量産体制の確立を行い,汎用部品については価格も考慮して最終決定を行う。併せて,①製作したロボットおよび開発したソフトウェアについての教材としての有効性についての意見交換・検討,②授業実践案の作成と評価方法の開発,③製作したロボットを用いた子どもたちに対する実践方法と評価方法,などを検討した上で,平成25年度に引き続き課外活動や工作教室等で子どもたちに対し教材として授業実践を行う予定である。平成26年度はより多くの受講者に対して実践を行うことを考えており,場合によっては大学生に対して授業の中で実践を行うことを計画している。併せて,学内起業についての調査・準備も含めて全体のプラニングを行う。

次年度の研究費の使用計画

平成25年度の最後に次年度使用する予定の電子パーツ等を購入する計画であったが,ソフトウェアの検討などを行っている間に購入申請が遅れたものである。
平成26年度当初には購入予定であるため,研究全体の進捗には影響がないと考えている。

  • 研究成果

    (7件)

すべて 2013 その他

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (5件)

  • [雑誌論文] イングランドDesign andTechnologyの現状と課題2013

    • 著者名/発表者名
      有川誠,土井康作,田口浩継,坂口謙一
    • 雑誌名

      日本産業技術教育学会誌

      巻: 55 ページ: 61/69

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 教員養成系大学生の物理学的素養の向上を目指した授業2013

    • 著者名/発表者名
      長谷川敦司・小林辰至
    • 雑誌名

      物理教育

      巻: 61 ページ: 131/136

    • 査読あり
  • [学会発表] Webアプリケーションによる学習環境の提案

    • 著者名/発表者名
      杵淵信,川崎直哉,鳥居隆司,紺谷正樹
    • 学会等名
      日本産業技術教育学会第55回全国大会
    • 発表場所
      山口
  • [学会発表] 計測・制御学習におけるシステム思考を取り入れた思考力・判断力・表現力の育成

    • 著者名/発表者名
      内田有亮,西本彰文,田口浩継
    • 学会等名
      日本産業技術教育学会九州支部第26回大会
    • 発表場所
      大分
  • [学会発表] マイコンロボットにおけるI2C インタフェースを利用したモータドライバの利用設計

    • 著者名/発表者名
      杵淵信,川崎直哉,鳥居隆司,紺谷正樹
    • 学会等名
      日本産業技術教育学会北海道支部第27回大会
    • 発表場所
      札幌
  • [学会発表] プログラムによる計測制御におけるルーブリックの提案

    • 著者名/発表者名
      飯塚嶺・山本利一
    • 学会等名
      日本産業技術教育学会第25回関東支部大会
    • 発表場所
      東京
  • [学会発表] 学習リソース検索システムの検索精度に関する評価[第2報]

    • 著者名/発表者名
      長瀬大、大森康正、川崎直哉
    • 学会等名
      教育システム情報学会第1回研究会
    • 発表場所
      千葉

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公開日: 2015-05-28  

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