小学校から始めるエネルギーに関する技術的素養の芽生えを育む学習指導法の開発

2016 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 26282029
• 研究機関: 宮城教育大学
• 研究代表者: 水谷 好成 宮城教育大学, 教育学部, 教授 (40183959)
• 研究分担者: 渡壁 誠 北海道教育大学, 教育学部, 教授 (70182946) ; 杵淵 信 北海道教育大学, 教育学部, 教授 (30261366) ; 川崎 直哉 上越教育大学, 学校教育研究科(研究院), 教授 (40145107) ; 紅林 秀治 静岡大学, 教育学部, 教授 (60402228) ; 松岡 守 三重大学, 教育学部, 教授 (90262980) ; 関根 文太郎 京都教育大学, 教育学部, 教授 (30236096) ; 西 正明 信州大学, 教育学部, 教授 (50218103) ; 山本 利一 埼玉大学, 教育学部, 教授 (80334142) ; 田口 浩継 熊本大学, 教育学部, 教授 (50274676) ; 村松 浩幸 信州大学, 教育学部, 教授 (80378281)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• キーワード: ものづくり / エネルギー変換 / 小学校 / 技術的要素 / 教科横断型学習 / 制御 / プログラミング / ロボット

研究実績の概要

小学校で実施できるエネルギー利用教育の可能性として，ものづくり学習を行いやすい理科と図画工作を融合させた学習の可能性を検討した。さらに，小学校段階の学習から中学校段階の学習へとどのように発展させていくかについて検討を進めた。「なぜ，このような学習をするのか」，「ものづくりや技術に関する学習が実生活とどのように関係するのか」ということを意識させ，学習に対するモチベーションを高める工夫を組み込むことを検討した。また，社会的な変化に応じた学習指導要領の改訂を踏まえた学習方法を提案した。
授業の扱いやすさはLED光源を使った教材の利用が有効である。学習に役立つとともに使いたくなる作品にするために，インテリア性をものづくり要素に組み込んだ題材を開発した。また，エネルギーを作って使うという学習では，実生活と関連づけやすい再生可能エネルギーである光電池に注目した。「太陽光（直流）発電→蓄電→（交流）電気利用」というエネルギー変換の学習を提案した。小学校段階では全ての要素を詳しくは教えず，インバータや交流電気を概念的に扱い，実生活との関連する学習として意識させる。エネルギー利用学習の発展としてのロボット関連学習は，小学校で必修化されるプログラム学習からと関連させることが重要になる。小学校における導入学習では「プログラムとは何か」という概念的な学習から始め，PC内で命令通りにキャラクターが動く（反応する）という学習に進めていく学習方法が展開しやすい。次に続く段階として，PC（ソフトウエアの世界）から外部（ハードウエアの世界）を制御する学習としてロボット学習を位置づける。ロボットのリアルな世界では様々な要素が加わるため，必ずしもプログラム通りに動作しない場合があることを意識した学習が有用である。これは，問題（課題）解決能力の学習に有用な学習方法になると考えられる。

現在までの達成度 (段落)

28年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

28年度が最終年度であるため、記入しない。

次年度使用額が生じた理由

28年度が最終年度であるため、記入しない。

次年度使用額の使用計画

28年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Studuino miniを活用した制御学習方法の検討 (2017)
  • 著者名/発表者名: 鳥村健二，水谷好成
  • 雑誌名: 宮城教育大学技術科研究報告 巻: 19 ページ: 32-33
• [雑誌論文] 光電池を使った交流出力電源教材の検討 (2017)
  • 著者名/発表者名: 早坂裕太郎，水谷好成
  • 雑誌名: 宮城教育大学技術科研究報告 巻: 19 ページ: 34-35
• [雑誌論文] ホールド機能の付いた簡易コミュニケーション装置の開発 (2017)
  • 著者名/発表者名: 若井慎太郎，水谷好成
  • 雑誌名: 宮城教育大学技術科研究報告 巻: 19 ページ: 36-37
• [雑誌論文] インテリア性を付加した昇圧型LEDランタン教材の検討 (2017)
  • 著者名/発表者名: 阿部大世，水谷好成
  • 雑誌名: 宮城教育大学技術科研究報告 巻: 19 ページ: 38-39
• [雑誌論文] 小・中・高校を一貫した技術・情報教育の教科化に向けた構成内容と学習到達水準表の提案 (2017)
  • 著者名/発表者名: 山崎貞登, 山本利一, 田口浩継, 安藤明伸, 大谷忠, 大森康正, 磯部征尊, 上野朝大
  • 雑誌名: 上越教育大学研究紀要 巻: 36 ページ: 581-598
• [雑誌論文] 中学校技術科における風力発電タービンコンテスト用ワークシートを活用した授業実践と評価 (2016)
  • 著者名/発表者名: 橋渡憲明，村松浩幸，田中いずみ，芦田肇，堀内直人
  • 雑誌名: 技術科教育の研究 巻: 21 ページ: 55-60
  • 査読あり
• [雑誌論文] システム思考を導入した計測・制御学習カリキュラムの改善について (2016)
  • 著者名/発表者名: 内田有亮，田口浩継
  • 雑誌名: 技術科教育の研究 巻: 21 ページ: 17-24
• [学会発表] タブレット端末を用いたプログラミング学習のカリキュラム作成 (2017)
  • 著者名/発表者名: 黒岩知也，西正明
  • 学会等名: 日本産業技術教育学会第32回情報分科会研究発表会
  • 発表場所: ミュゼ雪小町（新潟県上越市）
  • 年月日: 2017-02-18 – 2017-02-18
• [学会発表] デジタル作品の設計・制作」におけるプロジェクションマッピング作品制作学習カリキュラムの一例 (2017)
  • 著者名/発表者名: 千吉良裕弥，西正明
  • 学会等名: 日本産業技術教育学会第32回情報分科会研究発表会
  • 発表場所: ミュゼ雪小町（新潟県上越市）
  • 年月日: 2017-02-18 – 2017-02-18
• [学会発表] ICT環境の違いによる高校生と大学生のキーボード入力速度の調査 (2017)
  • 著者名/発表者名: 平岡駿，西正明
  • 学会等名: 日本産業技術教育学会第32回情報分科会研究発表会
  • 発表場所: ミュゼ雪小町（新潟県上越市）
  • 年月日: 2017-02-18 – 2017-02-18
• [学会発表] Arduino とRaspberryPi を用いた、フィジカルコンピューティング教育システムの開発 (2017)
  • 著者名/発表者名: 堀内泰輔，宮嵜敬，淀優介，西正明，山本博章
  • 学会等名: 日本産業技術教育学会第32回情報分科会研究発表会
  • 発表場所: ミュゼ雪小町（新潟県上越市）
  • 年月日: 2017-02-18 – 2017-02-18
• [学会発表] 中学校技術科における電力システムの指導法の開発 (2016)
  • 著者名/発表者名: 橋渡憲明，村松浩幸，矢代祐介，芦田肇
  • 学会等名: 日本産業技術教育学会技術教育分科会第22回研究発表会
  • 発表場所: 熊本大学（熊本県熊本市）
  • 年月日: 2016-12-17 – 2016-12-17
• [学会発表] ArduBlockプログラミング環境とマイコンカー走行シミュレータの効果 (2016)
  • 著者名/発表者名: 西正明
  • 学会等名: 日本産業技術教育学会技術教育分科会第22回研究発表会
  • 発表場所: 熊本大学（熊本県熊本市）
  • 年月日: 2016-12-17 – 2016-12-17
• [学会発表] Teacher’s Strategies for Supporting Students’ problem Solving in Project-Based Technology Education, Creating contexts for learning in Technology Education (2016)
  • 著者名/発表者名: Jun Moriyama, Yusuke Satou, Masaaki Nishi, Keita Sera, Naotaka Hagimine, Tetsuya Bando
  • 学会等名: 9th Biennial International Conference on Technology Education Research held at Magill Campus
  • 発表場所: University of South Australia, Australia
  • 年月日: 2016-12-01 – 2016-12-03
  • 国際学会
• [学会発表] 昇圧回路を用いたLEDミニインテリアランタン教材の検討 (2016)
  • 著者名/発表者名: 阿部大世，水谷好成
  • 学会等名: 日本産業技術教育学会第34回東北支部大会
  • 発表場所: 岩手大学（岩手県盛岡市）
  • 年月日: 2016-11-27 – 2016-11-27
• [学会発表] 光電池を使った実用的な非常電源教材の検討 (2016)
  • 著者名/発表者名: 水谷好成，早坂裕太郎
  • 学会等名: 日本産業技術教育学会第34回東北支部大会
  • 発表場所: 岩手大学（岩手県盛岡市）
  • 年月日: 2016-11-27 – 2016-11-27
• [学会発表] Studuinoを使ったコンピュータ制御の導入学習に関する検討 (2016)
  • 著者名/発表者名: 水谷好成，鳥村健二
  • 学会等名: 日本産業技術教育学会第34回東北支部大会
  • 発表場所: 岩手大学（岩手県盛岡市）
  • 年月日: 2016-11-27 – 2016-11-27
• [学会発表] 選択式簡易コミュニ ケーションボードの検討 (2016)
  • 著者名/発表者名: 水谷好成，若井慎太郎
  • 学会等名: 日本産業技術教育学会第34回東北支部大会
  • 発表場所: 岩手大学（岩手県盛岡市）
  • 年月日: 2016-11-27 – 2016-11-27
• [学会発表] プログラミング学習教材におけるMinecraftと他のプログ ラミング言語の比較・検討 (2016)
  • 著者名/発表者名: 竹中恭介，鵜川義弘，水谷好成
  • 学会等名: 日本産業技術教育学会第34回東北支部大会
  • 発表場所: 岩手大学（岩手県盛岡市）
  • 年月日: 2016-11-27 – 2016-11-27
• [学会発表] プロジェクションマッピングをPowerPointで実現する方法と課題 (2016)
  • 著者名/発表者名: 千吉良裕弥，西正明
  • 学会等名: 日本産業技術教育学会第28回北陸支部大会
  • 発表場所: 福井大学（福井県福井市）
  • 年月日: 2016-11-05 – 2016-11-05
• [学会発表] Development of Physical Computing Education Systems for Technical Colleges using Free Softwares (2016)
  • 著者名/発表者名: T.Horiuchi, T.Miyazaki, Y.Yodo, Y.Yokoyama, H.Yamamoto and M.Nishi
  • 学会等名: 2nd International Conference on Sensors Engineering and Electronics Instrumental Advances
  • 発表場所: Barcelona, Castelldefels, Spain
  • 年月日: 2016-09-22 – 2016-09-23
  • 国際学会
• [学会発表] Health Checking System Using Wearable Health Devise and PIR Sensors (2016)
  • 著者名/発表者名: T.Miyazaki, F.Shinohara, T.Horiuchi, Y.Ohira, H.Yamamoto and M.Nishi
  • 学会等名: 2nd International Conference on Sensors Engineering and Electronics Instrumental Advances
  • 発表場所: Barcelona, Castelldefels, Spain
  • 年月日: 2016-09-22 – 2016-09-23
  • 国際学会
• [学会発表] 図画工作に含まれているロボット関連要素に注目したものづくり学習の可能性 (2016)
  • 著者名/発表者名: 水谷好成，杵淵信，渡壁誠，山本利一，村松浩幸，西正明，川崎直哉，紅林秀治，松岡守，関根文太郎，田口浩継
  • 学会等名: 日本産業技術教育学会第59回全国大会
  • 発表場所: 京都教育大学（京都府京都市）
  • 年月日: 2016-08-27 – 2016-08-28
• [学会発表] 制御性を低下させる要素に注目したロボット制御学習方法の検討 (2016)
  • 著者名/発表者名: 水谷好成，三宮拓哉，鳥村健二
  • 学会等名: 日本産業技術教育学会第59回全国大会
  • 発表場所: 京都教育大学（京都府京都市）
  • 年月日: 2016-08-27 – 2016-08-28
• [学会発表] 学校授業で活用できる簡易コミュニケーションボードの提案 (2016)
  • 著者名/発表者名: 水谷好成，遠藤菜々，若井慎太郎
  • 学会等名: 日本産業技術教育学会第59回全国大会
  • 発表場所: 京都教育大学（京都府京都市）
  • 年月日: 2016-08-27 – 2016-08-28
• [学会発表] 振動感知機能付きLEDランタン教材の検討 (2016)
  • 著者名/発表者名: 阿部大世，水谷好成
  • 学会等名: 日本産業技術教育学会第59回全国大会
  • 発表場所: 京都教育大学（京都府京都市）
  • 年月日: 2016-08-27 – 2016-08-28
• [学会発表] 体験的学習要素を組み込んだ復興教育学の可能性 (2016)
  • 著者名/発表者名: 水谷好成，石澤公明，小野寺泰子，福井恵子，鵜川義弘
  • 学会等名: 日本産業技術教育学会第59回全国大会
  • 発表場所: 京都教育大学（京都府京都市）
  • 年月日: 2016-08-27 – 2016-08-28
• [学会発表] Minecraftを用いたプログラミング学習教材の検討 (2016)
  • 著者名/発表者名: 竹中恭介，鵜川義弘，水谷好成
  • 学会等名: 日本産業技術教育学会第59回全国大会
  • 発表場所: 京都教育大学（京都府京都市）
  • 年月日: 2016-08-27 – 2016-08-28
• [学会発表] 中学校技術科における電力システムの学習教材を用いた授業設計とその評価 (2016)
  • 著者名/発表者名: 橋渡憲明，村松浩幸，芦田肇，矢代祐介
  • 学会等名: 日本産業技術教育学会第59回全国大会
  • 発表場所: 京都教育大学（京都府京都市）
  • 年月日: 2016-08-27 – 2016-08-28
• [学会発表] 中学校技術科における電力システムの学習教材の開発 (2016)
  • 著者名/発表者名: 橋渡憲明，村松浩幸，芦田肇，矢代祐介
  • 学会等名: 日本産業技術教育学会第59回全国大会
  • 発表場所: 京都教育大学（京都府京都市）
  • 年月日: 2016-08-27 – 2016-08-28
• [学会発表] 「ロボティクス科」２学年における機構およびプログラミング学習の成果と課題 (2016)
  • 著者名/発表者名: 川原田康文，村松浩幸
  • 学会等名: 日本産業技術教育学会第59回全国大会
  • 発表場所: 京都教育大学（京都府京都市）
  • 年月日: 2016-08-27 – 2016-08-28
• [学会発表] 車輪型倒立振子の研究 (2016)
  • 著者名/発表者名: 山下友矢，紅林秀治
  • 学会等名: 日本産業技術教育学会第59回全国大会
  • 発表場所: 京都教育大学（京都府京都市）
  • 年月日: 2016-08-27 – 2016-08-28
• [学会発表] 探査ロボットの教材化についての研究 (2016)
  • 著者名/発表者名: 長井将之，紅林秀治
  • 学会等名: 日本産業技術教育学会第59回全国大会
  • 発表場所: 京都教育大学（京都府京都市）
  • 年月日: 2016-08-27 – 2016-08-28
• [学会発表] 設計学習における可謬的推論に関する検討 (2016)
  • 著者名/発表者名: 紅林秀治
  • 学会等名: 日本産業技術教育学会第59回全国大会
  • 発表場所: 京都教育大学（京都府京都市）
  • 年月日: 2016-08-27 – 2016-08-28
• [学会発表] Android端末を用いたプログラミング学習 (2016)
  • 著者名/発表者名: 西正明，黒岩知也
  • 学会等名: 日本産業技術教育学会第59回全国大会
  • 発表場所: 京都教育大学（京都府京都市）
  • 年月日: 2016-08-27 – 2016-08-28
• [学会発表] 生活に役立つ作品を創る「計測と制御」学習教材の開発と授業実践 (2016)
  • 著者名/発表者名: 安田貢，西正明
  • 学会等名: 日本産業技術教育学会第59回全国大会
  • 発表場所: 京都教育大学（京都府京都市）
  • 年月日: 2016-08-27 – 2016-08-28
• [学会発表] 小・中を一貫した技術・情報教育の実態と課題 (2016)
  • 著者名/発表者名: 山本利一，難波孝史，山崎貞登，田口浩継，安藤明伸，大谷忠，磯部征尊
  • 学会等名: 日本産業技術教育学会第59回全国大会
  • 発表場所: 京都教育大学（京都府京都市）
  • 年月日: 2016-08-27 – 2016-08-28
• [学会発表] ３Ｄプリンターを活用した図画工作の授業実践 (2016)
  • 著者名/発表者名: 山本利一，荒谷明恵，細田悠介，沢田石秀昭
  • 学会等名: 日本産業技術教育学会第59回全国大会
  • 発表場所: 京都教育大学（京都府京都市）
  • 年月日: 2016-08-27 – 2016-08-28
• [学会発表] 工学教育の視点で見た多目的化するロボット教育 (2016)
  • 著者名/発表者名: 渡邉辰郎
  • 学会等名: 日本産業技術教育学会第59回全国大会
  • 発表場所: 京都教育大学（京都府京都市）
  • 年月日: 2016-08-27 – 2016-08-28