2019 Fiscal Year Annual Research Report
The development of the series of demonstrations and lectures in introductory physics for non-physics majors
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17K00988
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| Research Institution | Fujita Health University |
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Principal Investigator |
古澤 彰浩 藤田医科大学, 医学部, 准教授 (20362212)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
安田 淳一郎 山形大学, 学士課程基盤教育機構, 准教授 (00402446)
小西 哲郎 中部大学, 工学部, 教授 (30211238)
千代 勝実 山形大学, 学士課程基盤教育機構, 教授 (80324391)
齋藤 芳子 名古屋大学, 高等教育研究センター, 助教 (90344077)
伊東 正人 愛知教育大学, 教育学部, 教授 (90378232)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 系統的講義実験 / 高等教育 / 物理学初年次教育 / 教材開発 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
初学者にとって知識や理解が断片的なものとなりがちな物理概念・法則相互の関係を、論理的なつながりを持った体系として定着させるため、講義による説明の論理的展開と同時に実験・デモンストレーションを実施することによって体系的な理解に導く教授法の開発を目指した。
まず、教材・教授法開発に先立ち、対象となる受講者の傾向を評価するために簡易的な力学概念調査を行った。この調査から速度と加速度や力と運動量といった物理概念とその相互関係について誤概念や理解の曖昧さが明らかとなり、さらに後の調査からこの曖昧さが剛体運動の学習の際にも強く残り、質点運動と剛体運動が無関係で断片的にしか捉えられていないことを明らかにした。この結果を物理学会 ２０１８年秋季年会物理教育分科会において報告した。
次に、質点の運動と関連付けながら剛体の回転運動の学習へつなげる演示を可能とする教材を設計、試作した。この教材は回転するアームとそれに沿って移動可能なおもりからなり、無拘束の場合とおもりの位置を固定するなどの拘束条件を加えた場合の運動の違いを見せることが可能である。この試作教材を用いて剛体の回転運動の法則を並進運動の法則と関連づけながら説明するデモンストレーション動画集を作成し、物理学会第7４回年次大会物理教育分科会において紹介した。
さらに、教材を用いた講義を設計し、高校の物理未履修者を対象とした大学1年生向け物理学講義において実施した。この講義では、教材を用いた演示と板書によって質点の力学で学んだ運動の法則を復習し、拘束条件を加えて回転運動を導入、角運動量や力のモーメント、慣性モーメント等の物理量を質点の力学法則との関連づけながら導入し、剛体の力学の解説を行った。講義前に行った概念調査と半期終了後に行った試験の結果比較より、限定的ではあるが改善を見ることができた。また、この教材の使用例をwebページにおいて公開した。
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| Remarks |
物理学講義実験研究会にて開発した教材とその活用法を紹介するWebページで、本研究にて開発した教材の活用法も紹介している。
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