| 研究課題/領域番号 |
25871037
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| 研究機関 | 神戸市立工業高等専門学校 |
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研究代表者 |
早稲田 一嘉 神戸市立工業高等専門学校, その他部局等, 准教授 (20390479)
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| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2017-03-31
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| キーワード | オープンコースウェア(オープンエデュケーション) / STEM教育 / グローバル化 / ものづくり教育 / 機械工学 / 工学教育 |
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| 研究実績の概要 |
本研究は，風車のペーパークラフト模型の設計・開発・工作教室の企画と運営を通して，高専学生や大学工学部学生などのエンジニアリングデザイン力やコミュニケーション力を鍛えるとともに次世代の産業界を担う小中学生に，風力発電の仕組みの理解，再生可能エネルギーの啓蒙そしてものづくりの奥深さを体験してもらうことが可能なサスティナブルな教育システムの開発をすることを目的として以下の開発などを行っている．
過去に開発した水平軸型ペーパークラフト風車に加えて，垂直軸型ペーパークラフトの設計を行った．垂直軸型の設計はまだ不完全ではあるが，次年度に完成度を高めその組み立て方法のマニュアル化などを実施する予定である．ペーパークラフトの開発と平行して，風車模型を用いて本格的に機械工学・電子・電気工学を実践的に学ぶことが可能な教材へと拡張を進めているが，風車の翼型周りの流れ場解析可能なQBlade（オープンソース）のバージョンアップに伴う解析教材のマニュアルを改良した．また，ペーパークラフトでは難しいひねりのあるブレード形状を3DCADデータ化し，その他部品も新たに試作を設計し，3Dプリンタによるプリントを試みた．Arduino互換マイコンボードとプログラミングによる風車データ取得システムを構築する手段を電子工学科２年生の実習に取り入れ，「エンジニアリングデザイン実践教材」としての妥当性の確認をした．
昨年度に引き続き，大学工学部でのペーパークラフト風車の活用を打診されたので，ノウハウの一部を提供し，大学での利用と意見をいただいた．
風車および工作に関する公開講座は3回開催し，学生が主体的に公開講座などの活動するための機会を与えた．英語のペーパークラフト風車のWebページを更新し，アクセス解析を導入することで世界中からのアクセスを確認した．
成果の一部は4回の口頭発表，研究紀要1本を発表した．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
昨年度に完成させたペーパークラフト風車を用いて，公開講座を複数回実施した．ペーパークラフト風車の内容の一部は，科研費の申請書類の項目にある「今回の研究計画を実施するに当たっての準備状況及び研究成果を社会・国民に発信する方法」でも挙げた通り日本語および英語によるWebページにて一部提供することで成果を直接発信し，アクセス解析を導入することで，世界中のどの地域からのアクセス（関心）があるのかのデータを収集できるようにした．
カリキュラム編成の都合により，（昨年に引き続き）電子工学科の実験実習にて「Arduino互換マイコンボードとプログラミングによる風車データ取得システムの構築」する課題を課した．また，昨年に引き続き東京大学工学部荒川研究室のゼミにて「ペーパークラフト風車の組立・改良とQBladeによる解析とを比較する」内容を実践してもらった．目的のひとつである「理論と実践」の体験を通して，エンジニアリングへとつながるPDCAサイクルを実体験させることを，まだ深い加工技術や理論の理解がない段階の学生に対して授業時間内にて提供が可能であることを確認した．
また，平成27年度に実施計画をしていた機械工学科での「風車を用いたエンジニアリングデザイン実践教材」授業は機械工学科カリキュラム変更の関係で平成28年度以降に延期した．また，他の実習系科目との兼ね合いや本校の総合情報センター演習室のシステム変更に伴い，校内のパソコンにて代替できるため，特にパソコン購入は計画を変更した．
「サスティナブルな教育システム」として掲げた「社会貢献活動（公開講座）」と「工学教育」の一部は構築しつつある．一方で「産業」として企業との連携を掲げた部分については，具体的な成果はなかったものの，地方自治体のエネルギー政策部局との話し合う機会を得た．
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| 今後の研究の推進方策 |
昨年に引き続き，公開講座の準備物のパッケージ化に充てる予定であった予算は，試作の材料費や当初計画よりも学生アシスタント数を増加させたほうがよいと分かったため，学生への謝金へ配分する．
昨年に引き続きエネルギー政策，特に風力発電に注力している自治体などを通して風車のペーパークラフト模型を工作する公開講座の実施し，参加者にアンケートを実施し，アンケートの精度を上げる．また，垂直軸型風車のペーパークラフトを公開することが可能なレベルに完成させる．昨年度にWebページを開設したが．英語ページを充実させ，さらにエンジニアリングデザイン向けの教材のコンテンツ公開も目指す．
ひき続き「風車を用いたエンジニアリングデザイン実践教材」の改良に努め，機械工学科カリキュラム変更に伴う教材としての導入の準備をする．購入計画に含まれていた風速計などは，3Dプリンタによる部品作成と購入計画に含まれていたArduinoマイコンボードにて代替できそうであることが分かったので，予定の予算を消化せず平成27年度に繰り越す金額は多いが，その分Arduinoおよびその制御に使用するパソコン，3Dプリンタを多く購入可能になりエンジニアリングデザインの授業実施人数を増加させるなどが可能になると考える．
成果の一部は研究講演会などで発表する（3件の口頭発表は申込み済み）．
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| 次年度使用額が生じた理由 |
平成27年度に実施計画をしていた機械工学科での「風車を用いたエンジニアリングデザイン実践教材」授業は他の実習系科目との兼ね合いや機械工学科カリキュラム変更の関係で平成28年度以降からになる可能性が高い．また，本校の総合情報センター演習室のシステム変更に伴い，校内のパソコンにて代替できることが分かったため，当初予定であったパソコン購入は計画を変更した．風速計を学生数分購入することの代わりに，Arduinoマイコンボードにて風速計を作成することも電子工学科の授業にて教材として有効性が見えてきたと考え，計画を変更し，予定よりも支出が少なかった．また，公開講座を実施したが，昨年度と同様に連携した主催者側でも少額ながら独自に公開講座予算が確保されておりその関係で支出が予定よりも少なかった．
旅費については申請時に学会発表の開催場所などが確定しておらず，見込みで申請したために予定の旅費との差額がでた．
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| 次年度使用額の使用計画 |
平成25～26年度と同様な公開講座は平成27年度以降にも実施予定であるが，県外での公開講座の可能性もでてきたので，平成27年度以降でも支出をする予定である．また，当初計画よりも講座参加者数に対する学生アシスタント数を増加させたほうがよいと分かったため，学生への謝金（人件費）へ多く配分する予定である．旅費については学会開催場所が遠方の見込みであるので未使用分を旅費として支出する予定である．
現在3Dプリンタは発展途上であり価格は下りつつあるが，性能が安定していない．それゆえに購入を可能な限り遅らせているが，本校既存の3Dプリンタにてエンジニアリングデザインの授業実施準備や研究遂行し，仕様を見極めた上で購入予定であり大きな問題はないと考える．
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| 備考 |
研究計画通りに成果の一部はWebで公開をした．デジタルコンテンツの権利管理として産業財産権の代わりに「クリエイティブ・コモンズ・ライセンス（CCライセンス）」を採用した．また，このコンテンツとセットで利用する解析ソフトウェアのQBladeはGPL（General Public License）にて公開していることから，同様な考え方であるCCライセンスを採用した．
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