広島工業大学紀要教育編
第 ９ 巻（2010）pp.27-36

報

告接続型教育を目指して
第４報
尾崎

基礎物理科目から専門科目への接続の調査と改善
徹 *・鈴木貴 **・大政義典 ***・北野

保行 ****・細川伸也 *****（平成21年10月31日受理）

Toward a Linking Education
The Fourth Report: Survey and Improvementof the Linking between Basic Physics and Technical Subjects
Tōru OZAKI, Takashi SUZUKI, Yoshinori OHMASA, Yasuyuki KITANO and Shinya HOSOKAWA(Received Oct. 31, 2009)

Abstract
We, the members of the physics group, have surveyed the linking education between basic
physics and technical subjects in all the departments of our Institute. The whole picture of thelinking is obtained by our examination, through a questionnaire to all professors and throughdiscussions with every department and the mathematics group. In order to improve the linking
that emerged from the picture, we propose not only effective measures which include new curricula of basic physics introduced in 2010, e.g. Physics of Matter and the Universe, but also
new standards for AO examination and various types of admission through recommendation.
Finally, we require our regular participation in new curriculum committees.
Key Words: linking education, basic physics, technical subjects, new curriculum, admission

させる。その接続の効果を上げるために，私たちは 10 年

１．はじめに前から，工学部に共通のカリキュラムと教材を開発し，さ中学，高校から理工系の大学へ進んで基礎科目の物理からに自己評価のシステムも整えてきた［１－３］。これにら専門科目を学ぶまでの節目節目にギャップがある。適度

対して，右側の物理科目から専門科目への接続では，接続なギャップは若い知性を刺激して，ギャップを埋めるため先が多岐にわたることから，工学部では各学科に配属されに必要な推進力を発揮させる。私たち物理グループが目指ている物理教員が個別に対応してきた［４］。しかし，左しているのは，図１に示した専門基礎としての物理科目の側の接続教育でやさしい内容に時間をかけており，そのた両側を滑らかに接続させることである。それによって，学めに１年間で教える内容が減少して右側のギャップが全学

生は自らリンクを見つけてギャップを埋め，理工系の専門的に広がっていることが懸念される。また，平成 18 年度

科目を学ぶために必要な基礎力を身につけることができカリキュラム（Ｈ 18 カリ）の開講単位数が抑えられたたる。図の左側では，新入生の習熟度と学力に合わせて，中めに，いくつかの学科が専門科目を低学年へ下ろした。そ学と高校の物理から微分積分を使った大学の物理学へ接続の結果，基礎物理学と同期に開講される専門科目が現れ，

＊
＊＊
＊＊＊

＊＊＊＊

広島工業大学工学部電子情報工学科＊＊＊＊＊

広島工業大学工学部電気デジタルシステム工学科
広島工業大学工学部知能機械工学科― 27 ―

広島工業大学工学部都市建設工学科
広島工業大学工学部建築工学科

尾崎

徹・鈴木

貴・大政義典・北野保行・細川伸也

それらへの接続が難しくなった。そこで，平成 20 年度，

る。それらを定着させるために，基礎物理演習でベクトル

HIT 教育機構に「工科系のための物理教育開発センター」などの高校数学を復習して，やさしい大学物理の問題を自を設置し，物理科目と専門科目の接続状況を調査して，学ら解く。それを演習の時間にみんなの前で発表して，教員生が専門科目を学ぶ基礎力をつけるために効果的な対策をから補足とチェックを受ける［１，２］。この接続方式を自講じた［５］。具体的には，まず物理グループで右側の接己評価するため，工学部に共通のクラス分けテスト，期末

続状況の問題点を学科ごとに洗い出した。つぎに全教員にテストとアンケートを実施している。その分析から，教育

アンケートを行い，各系および数学グループと意見交換を効果が上がってきたことが明らかになっている［３］。

して，右側の接続状況の全貌を明らかにした。それらを基物理科目で使用している教科書は，私たち物理グループにして，学生が右側のギャップを埋めるために必要なリンの教員が本学の学生を念頭において執筆したつぎの４冊でクと，それを見つけるのに適した時期を検討して，平成ある。基礎物理学ⅠとⅡの力学では「工科系のための基礎

22 年度カリキュラム（Ｈ 22 カリ）に必要な提案をした。

力学」［６］，基礎物理演習では「力学 WORKBOOK ＜第

つぎの２節では，Ｈ 18 カリにおける物理科目の左側の２版＞」［７］，物理学実験では「工科系のための物理学実接続状況と改善策を紹介して，本学の接続教育の位置づけ

験＜第２版＞」［８］，力学以外の物理科目では「基礎物理を述べる。つづく３節では，Ｈ 18 カリの物理科目から右WORKBOOK」［９］を使用している。これらの編集方針

側の専門科目への接続状況と改善策を紹介する。そして，については文献４と 10 を参照していただきたい。

４節では，右側の接続を改善するためにＨ 22 カリへ提案

大学の物理の基礎は中学理科，高校数学と物理現象に接して実現した内容を紹介し，基礎科目の教育効果を向上さした経験であるといってよい。高校物理を基礎に位置づけせるために必要な入学者選抜試験の基準と新カリキュラムて復習を繰返すと，その暗記科目としての側面が学生の論策定の方法について提案をする。

理的思考の発達を妨げて，いつまでたっても大学の物理へ接続しない。やさしくても微分積分をつかう大学の物理をその考え方と枠組みに注意しながら学ぶことによって，新たに工学を学ぶための基礎力がつく。ゆとり教育を受けた最初の学生が入学した平成 18 年（2006 年）にもこの方針を変えず，学生がリンクを見つけやすいように教程を見直し，教科書３冊［６－８］を改訂して１冊［９］を新たに

図１．専門基礎科目として開講されている物理科目の両側の接続刊行した。平成 18 年前後に，全国の多くの大学で，高校物理を半年または１年かけて復習するための科目が競って

２．中学と高校の物理と数学からＨ 18 カリの開講された。しかし，その教育効果が低いことはすぐに判

物理科目への接続状況明した。高校物理を履修しなかった学生にも，微分積分を本学における物理の接続教育の経緯と国内の位置づけ，つかった大学の物理を分かりやすくして入学早々に学ばせる本学の方式が主流になりつつある。

Ｈ 18 カリの物理科目の内容と図１の左側の接続状況を復習する。

2.2．Ｈ 18 カリの物理科目の内容
2.1．物理の接続教育の経緯と位置づけ

Ｈ 18 カリとして各系・各学科で開講してきた物理科目

図 1 の中学と高校の物理と専門基礎の物理の間のギャッ

を表１にまとめる。工学部の基礎物理学Ⅰ，Ⅱと基礎物理

プは微分積分である。物体の運動を表す物理量が微分積分演習の中心は力学である。それは，力学が，工学の基礎でをとおして互いに関係づけられることを理解することにある物理学の基礎でもあるからである。力学には広い応用

よってリンクが形成されてギャップが埋まる。それを自力分野があり，どの学科にも力学に関連した専門科目がある。

ですることができる学生が減少してきた平成 12 年度（2000

しかも，力学は実感して理解しやすい。力学を題材にして，年度）に，私たち物理グループは接続教育を開始した［１］。

力学を表現するために発明された微分積分，ベクトルなど

その核をなすのが，基礎物理学Ⅰと基礎物理演習である。

数学の使いかたをゆったりと教えている。また，物理の枠基礎物理学Ⅰは中学理科・高校物理とベクトルから始まり，組み，考え方，哲学との関連，工学との関係を教えている。

微分を物体の運動に即して学びながら，運動を表す物理量

まず，中学理科と高校物理から始めて徐々に解析的な手法

が互いに微分積分によって関係づけられることを理解すを身につけさせる。つぎに，運動の３法則から出発してある。同時に，微分積分を使って現象を解析的に調べる方法

らゆる物体の運動を正確に表現して予測することができる

が物理学をはじめとする理工学の基本であることを理解す

ことを理解させる。それが各学科の専門科目を学ぶうえで― 28 ―

接続型教育を目指して

第４報

基礎物理科目から専門科目への接続の調査と改善

いかに大切かも強調している。Ⅰでは運動の３法則から出むと，左側の接続教育を維持して理工学への興味をつなぎ発して質点の運動を調べる。そのために使う数学は，ベク

とめることができなくなる。その対策として，入学前セミ

dx2 d sin kx
トルの和と差，簡単な微分 dx ， dx と積分 ∫ xdx であり，それらの導出と同時に意味も教えている。Ⅱでは運動の３ナーの物理の内容を大幅に改訂した。今年度末のセミナーから，高校物理の単なる復習は行なわない。むしろ，中学

法則から出発して質点の力学的エネルギーを表して運動を校数学を使って物体の運動を調べる作業をする。具体的に調べる。つづいて，質点系と剛体の運動を調べる。そのたは，物体が運動する写真を見て，物体の位置，速度などのめにベクトルの内積と外積が加わる。物理学と微分積分・変化を表にし，それをグラフに描いてグラフが示す式を得ベクトルは不可分であり，物理現象を表現するために数学る。その式を使って物体のいろいろな運動を調べたり予想が必要であることを理解させて繰り返し演習をさせていnしたりする。つまり，使った式が法則になる過程を体験すdxnる。平成 20 年度の工学部の新入生のうち dx ＝nx －１ のタ
イプの計算ができる割合は 85％である。平成 14 年度のる。それに加えて，ベクトルを物理の道具として学ぶ。詳しくはテキストをご覧いただきたい［11］。

95％からの低下は小さいが，計算の意味を理解している割合は 85％よりもかなり小さい。

表１．Ｈ 18 カリに専門基礎科目として開講されている物理科目とその内容

情報工学科の基礎物理学Ⅱでは電気回路に接続する電磁工学部

気学を講義している。それを演習を交えて行なうために新しく教科書を刊行して使用している［９］。これらの科目
は必修科目としてスタートしたが，３年目の平成 20 年度
からは選択科目になった。その結果，学習意欲が比較的高

電気系
︱
︱
機械系
︱
︱
建設系

い少数の学生が履修する小さいクラスになった。
物理学実験は，小学校から高校までほとんど実験をして情報学部こなかった新入生に科学を実体験する機会を提供してい環境学部

にわたって行なわれ，教科書［８］にそって，物理学実験の目的，実験を安全に進める方法，データ処理の方法，レ

基礎物理学Ⅱ（力学的エネルギー，質
点系と剛体の運動），
物理学実験，基礎物理学Ⅱ演習（Ⅱの演習，建設系）
物理化学（電気系），光学（電子），振動波動（電気）情報系

基礎物理学Ⅰ（質点の運動），
基礎物理学Ⅱ（電磁気，情工），
物理学実験，入門物理（高校物理の復習）

健康情報系

基礎物理学（物理学概論，実験を含む）

社会環境系

基礎物理学
（質点の運動，剛体の運動の導入）

自然環境系

基礎物理学
（質点の運動，剛体の運動の導入）る。工学部では全学科の必修科目であり，１年前期または後期に週２コマ開講される。ガイダンスは２週または３週

基礎物理学Ⅰ（質点の運動），
基礎物理演習（Ⅰの演習），

ポートの書き方などを学ぶ。実験テーマとして，力学，電磁気学，波動，熱学，原子物理学に関する基礎的なものを
18 テーマ用意しており，学生は毎週その中の１テーマに

３．Ｈ 18 カリの物理科目から専門科目への接続状況取り組む。実験の原理と手順を予習してくることが評価項目の１つになっており，実験を始める前に安全対策を含め

図１の右側の専門基礎の物理科目から専門科目への接続て教員からチェックを受ける。それでも，大半の学生は実状況を知るために，つぎの４つの活動を行なった。

験テーマの原理や意義を十分理解せずに，教科書をマニュ⑴ 物理教員による各学科の接続状況の調査（平成 20 年

アルとして使いながら単に実験操作をしている。そのため，
自ら実験をして得た結果に感動することができない。誤差

６月 10 －９月 19 日）⑵ 全教員へのアンケートの実施（平成 20 年９月 29 日－

論に基づいた本格的なデータ処理を全学生に要求すること

10 月 11 日）

も難しくなった。情報学部・情報系の物理学実験は２年前⑶ 各系および数学グループとの意見交換（平成 20 年 10

期の選択科目であり，少数の意欲的な学生が取り組んでい月 28 日－平成 21 年１月８日）

る。以上のように，物理学実験でも学生の学力と意欲に応⑷

じて人手をかけて指導することが必要になっている。

建設系教員との勉強会
それぞれの活動についてつぎに述べる。全学の物理科目の接続状況と数学グループと協力する内容は表２にまとめ
2.3．物理科目への接続を妨げる原因と対策ている。さらに，各系・各学科の問題点と対策は付録２に

図１の左側の接続を妨げている原因は，高校で物理を履

詳しくまとめている。今後，各学科で新しいカリキュラム

修しなかった学生が増えていることではない。国語と数学を策定するときの参考にしていただきたい。

の基礎学力の低下と積み上げ式の学習をする意欲の低下な
3.1．物理教員による接続状況の調査のである。３年前ころから中学校数学を使いこなすことができない学生が目立ってきた。数学の学力低下がさらに進主な状況を系ごとにあげる。右側の接続が良好でない原― 29 ―

尾崎徹・鈴木貴・大政義典・北野保行・細川伸也

因として目立つのは，Ｈ 18 カリで低学年に下りた専門科

目に接続する専門基礎科目としての内容にすればよいの目と基礎物理学が十分接続をとらないままスタートしたこか判断できない。

とである。調査結果の詳細は，対策を含めて付録２にまと⑺ 社会環境系＝基礎物理学（１年前期，選択）の力学はめている。

構造力学Ⅰ（２年前期，必修）の導入になっており，環⑴ 工学部全系＝Ｈ 18 カリの専門科目の目玉として系ご

境工学Ⅰ（２年前期，必修）が力学以外の物理を導入しとに開講された○○基礎（１年前期，選択）では，専門ている。一般入試に高校数学Ⅱが課されていないので，用語，高校数学と高校物理の公式などの暗記が行なわれ解析数学（１年前期）で初めて微分を学びながら同期にた。しかし，専門科目を学ぶための基礎学力不足の原因

基礎物理学（１年前期，選択）を学ぶのはきつい。

は，高校数学や高校物理の勉強不足ではなく，国語力の⑻ 自然環境系＝半期の基礎物理学（１年後期，選択）に，不足と中学校数学が使いこなせないことであった。そのリモートセンシングと地球物理学の両方へ接続するため

ため，○○基礎で高校数学を詰め込もうとしても教育効の内容を盛り込むことは難しい。高校物理の知識だけな果が上がらなかった。高校物理の復習も入学前セミナー

ら，専門科目の中で導入することができる。

だけでよかった。
3.2．全教員へのアンケートの実施⑵ 電気系＝電気回路に必要な数学の公式を電気電子基礎（１年前期，専門共通，選択）で復習または予習している。

アンケートはつぎの３項目について記名方式で行なっ

電磁気学は専門共通科目として開講されている。基礎のた。回収率は 42％（＝68/162）であった。付録１に全て電磁気学がないので，中学・高校からのギャップが大きの回答を簡潔にして掲載している。

い。H16 カリから熱力学が消えたままになっていること⑴

物理科目から専門科目への接続状況を除けば，量子力学まで広くカバーされている。

⑵

力学に加えて学生に学ばせたい物理学⑶

物理グループへ期待すること⑶ 機械系＝２年から１年へ下りた工業力学（１年後期，選択）の内容は，質点の力学，力のつりあいと剛体の運⑴の回答の 50％に，それぞれの分野で接続が良好であ動であり，１年後期に開講される基礎物理学Ⅱ（１年後ることと，より良好にするためのヒントが述べられている。

期，専門基礎，選択または必修）にすべて含まれている。

そのなかで，理工系にとって重要な解析的な方法を基礎物

それらはまた，機械工学基礎演習（１年後期，専門共通，理学で教えていることが評価されている。また，基礎物理選択）の内容にもなっており，同期に３つの科目によっ学が微分積分やベクトルなどの数学を応用するための訓練て３重に教えられている。建設系と同様，物理学では広の場になっていることが評価されている。さらに，物理学

く抗力と呼ばれる用語が反力として教えられている。現実験で測定器の扱いやデータ処理法を教えていることが評

代物理学は開講されていない。

価されている。一方，基礎物理学が専門の電磁気学，光学，⑷ 建設系＝建設工学基礎（１年前期，専門共通，選択）

熱力学へ直接的に接続していない学科があり，高校から専で高校数学の復習と構造力学への入門が行なわれてい門科目へのギャップが大きいという回答がある。基礎物理る。その中で，物理学では使わない反力，断面力などの学を履修しても単位が書けない学生がいることは深刻な問用語が教えられている。多くの学生は，反力と基礎物理題である。二人の専門教員から物理学は担当している科目

学Ⅰ（１年前期，必修）で学ぶ反作用力を混同しており，の基礎ではないという回答があったことは残念であった。

そのために力のつりあいと作用・反作用の違いが理解で⑵の回答は多いほうから順番に，熱力学・統計力学，現

きない。平成６年度から電気に関係した科目が消えたま

代物理学（物性物理学を含む），振動波動・光学，電磁気

まになっている。電気の不要な建築と建築物はないはず

学などである。これらの基礎科目が開講されていない学科である。建設系に必要な力学以外の物理学をまとめて，

では，高校からのギャップを小さくしてほしいという希望

例えば「建設物理学」として，教えることを勧める。

が強い。また，現代の科学技術を牽引している現代物理学⑸ 情報系＝Ｈ 18 カリの必修科目として開講された基礎のワクワクする世界を紹介して，理工学に興味を持たせて物理学Ⅰ（１年後期）と基礎物理学Ⅱ（２年前期）が平

ほしいという希望が強い。

成 20 年度から選択科目になった。したがって，入門物⑶の回答の 30％以上が，物理的な見方と表し方を身に理（１年前期，自由）で高校物理を復習して心理的に敷つけて，科学することの意味を理解させることを希望して居を下げておく必要はなくなった。

いる。そのために，専門科目の基礎となる大学の物理学を⑹ 健康情報系＝ほとんどの専門科目を物理学の上に立脚学ばせて，法則が導かれた背景や過程も教えることが要望させていない。そのために，基礎物理学（１年後期，選されている。つぎに，物理の苦手意識をなくす講義，専門択）の内容を教養的にすればよいのか，それとも専門科

科目の内容と関連付けた講義が期待されている。そして，― 30 ―

接続型教育を目指して

第４報

基礎物理科目から専門科目への接続の調査と改善

表２．Ｈ 18 カリにおける物理科目から専門科目への接続の状況と対策（全系・全学科の状況を含めた詳細は付録２に掲載）しあった。そうして，「反力は反作用力ではない」こと，「応（1）全学の物理科目について・物理科目から専門科目への接続は良好。【対策】題材を工夫してより良くしたい。
・物理科目が微積分とベクトルの具体的な演習の場になっているのでありがたい。【対策】物理と微積分・ベクトルは不可分だから当然のこと。今後も続ける。
・専門科目で学ぶ内容と関連付けて教えてほしい。【対策】物
理教員へ具体的に相談してほしい。
・単位を書けるようにしてほしい。【対策】徹底したい。
・力学の他に教えてほしい分野ベスト 5 は，熱，光，電磁気，
物性物理，現代物理。【対策】全学的に「物質と宇宙の物理」
を開講したい。基礎の熱，光，電磁気は，それらを開講している学科で受講できるようにしてあげてほしい。
・高校物理でも受験物理でもないワクワクする物理学を多くの学生に教えてほしい。【対策】望むところ。苦手意識をなくす工夫もしたい。
・高校物理を復習してほしい。【対策】高校物理を復習して大学の物理を教えている。高校物理だけの復習は入学前セミ
ナーで行なう。
・物理の枠組み，歴史，考え方，哲学との関連などを大いに教えてほしい。【対策】徹底したい。

しっかり説明してもらうなど，学生に混乱を与えないよう（2）数学について・数学の学力が向上しないことが専門科目を履修する妨げになっている。
【対策】付録２．
・数学の記号の違いすら今の学生には理解の妨げになる。微分dy
記号は，物理学と工学では dx ，数学では y’ と f （’ x）が主に使われている。ベクトル成分の表示は，物理学と工学では r＝ xi＋yj，高校数学では r＝（x，y）が使われている。
dy【対策】物理と数学で
’ x）と r＝xi＋yj＝（x，y）
dx ＝ y’＝f （をしっかり説明する。

力の単位は N ではなく Pa である」ことなどを専門科目で努力をすることになった。

４．物理科目の両側の接続を改善するための提案
物理グループが洗い出した全系の問題点，全教員にアン
ケートを行って得られた回答，各系および数学グループと交換した意見を基にして，物理科目から専門科目へ効果的に接続するための改善策を検討した。ここではまず，Ｈ
22 カリへ提案して実現した物理科目を紹介する。つぎに，接続教育の効果を上げるために必要な入学者選抜試験の新しい基準と新カリキュラムを策定する委員会への物理グ
ループの参加を提案する。
4.1．Ｈ 22 カリへ提案して実現したこと
Ｈ 22 カリの物理科目について提案して実現したものを
表３にまとめた。それらの方針はつぎのとおりである。
⑴ 電気システム工学科の専門基礎２科目「電気化学」と「波動と熱の物理」に新しく学科の特色をとり入れてみる。それらを実施して，基礎科目としての教育効果が上がらないときは，専門科目として開講するように要望する。

（3）各系と各学科の物理科目について・
【問題点】，【対策】ともに付録 2 に掲載している。

⑵ 情報系のＨ 18 カリで１年前期に開講していた高校物
理の復習科目「入門物理」を廃止して，１年前期からや物理グループ，数学グループと学科の間の協力関係を密にさしい大学の物理学を学ばせる。それにともなって，基することが期待されている。

礎物理学Ⅰ（質点の力学）の開講期を１年後期から１年前期へ，基礎物理学Ⅱ（電磁気学）の開講期を２年前期

3.3．各系および数学グループとの意見交換

から１年後期へシフトする。物理学実験は２年前期のま3.1 と 3.2 の内容を基にして各系または各学科と個別にまにする。

意見交換をした。それによって明らかになった問題点と物⑶ 環境デザイン学科と健康情報学科では基礎物理学を１

理グループが考える効果的な対策を付録２にまとめてい

年後期に開講する。１年前期の解析基礎Ⅰで微分積分をる。

しっかり学んで数学の準備をしてもらう。

数学グループとの意見交換では，演算記号の違いから学⑷ 健康情報学科の基礎物理学を生体計測と生体情報の２生に混乱が生じないように双方で努力をすることになっ分野へ接続させる。そのため，内容の中心を力学にする。

dy
た。微分記号は，物理学と工学では dx ，数学では y’ とf（’ x）が主に使われている。ベクトル成分の表示は，物理

それに荷電粒子の電磁場中での運動を付け加える。
⑸ 地球環境学科の基礎物理学を基礎物理学Ⅰ（力学）と学と工学では r＝xi＋yj，高校数学では r＝（x，y）が使わ

基礎物理学Ⅱ（電磁気）の２科目にして，地球物理とリdy’ x）と r＝xi
れている。物理と数学の双方で， dx ＝y’＝f（yjxy＋ ＝（ ， ）であることをしっかり説明する。さらに，
dx d 2x物理などの理工学では， dt ， 2 のように，しばしば，座dt
標 x を時間 t で微分することを強調する。

モートセンシングの両方へ接続させる。同時に，理科教員免許取得の条件を満たす。有能な理科教員を輩出するために，物理学実験を開講することを勧める。
⑹ 新しく「物質と宇宙の物理」を開講して，21 世紀の工学を牽引する現代物理学とその応用をやさしく講義す

3.4．建設系教員との勉強会る。Ｈ 22 カリでは７学科の発展学習トラック科目として開講する。

建設系教員と力学の勉強会を３回行ない，物理で使われＨ 22 カリで基礎の電磁気学，熱力学，光学と専門の量る用語と建設系の専門の力学で使われる用語の違いを認識― 31 ―

尾崎徹・鈴木貴・大政義典・北野保行・細川伸也

子力学が欠けている学科では，それらを開講している学科⑶ 物理学の講義，演習と実験のなかで数学の応用を訓練の科目を受講するよう学生に勧めていただきたい。また，させてきたが，それだけでは追いつかないのが実情であ

専門科目の中でも十分に導入部をとっていただきたい。

る。そこで，専門ゼミと卒業研究を除いた専門科目で使う数学を，できるだけやさしくする。専門と数学の両者で折り合う程度の内容を専門基礎科目の数学で繰り返し

表３．Ｈ 22 カリへ提案して実現した物理科目教える。教育学習支援センターで数学を教わっても身に専門基礎科目電子情報工学科  物理化学（１前） ⇒
電気システム工学科  振動波動論⇒（２前，電）
情報工学科
自）⇒︱ 入門物理（１前，電気化学（１前）
波動と熱の物理（２前，電）（高校物理の繰返し︱
科目は閉講）︱
知的情報システム学科  ︱基礎物理学Ⅰ⇒
基礎物理学Ⅰ︱（１後）（１前）力学︱︱基礎物理学Ⅱ⇒
基礎物理学Ⅱ︱（２前，情）（１後）電磁気学

健康情報学科
基礎物理学（１前）⇒
基礎物理学（１後）力学・電磁気環境デザイン学科
基礎物理学（１前）⇒
基礎物理学（１後）力学
地球環境学科
基礎物理学（１後）⇒ 基礎物理学Ⅰ
（１前）力学︱︱基礎物理学Ⅱ
（１後）電磁気学
発展学習トラック科目
電子情報工学科，電気システム工学科 ︱
知能機械工学科︱
物質と宇宙の物理
都市デザイン工学科︱ （３後 or ２後）情報工学科，知的情報システム学科︱
地球環境学科

着かない学生の受け皿は本学には存在しない。
⑷ 本学の基礎物理学は，中学理科と高校数学Ⅱの内容か
ら無理なく接続する。工学部の AO 入試と推薦入試の受験生にも，中学理科と高校数学Ⅱの学力を要求する。
具体的には，入試において理工学を学ぶ適性を検査する。
また，理工系の大学教育を受けるために必要な基礎学力を重視する。そのために，大学入試センター試験に先立って行なうことが検討されている高大接続テスト［12，13］の実現と導入に協力する。
4.3．物理科目を含むカリキュラムの策定についての提案
新しいカリキュラムを検討する委員会に物理グループの代表を参加させて，学内を横断する立場から各学科のカリキュラムを検討させることを提案する。これまで，カリキュ
ラムの最終案が教授会へ突然提案されてその場で承認するように求められてきた。その結果，物理グループが後始末に追われたことが多い。Ｈ 22 カリの策定にも物理グルー

4.2．入学者選抜方法，入学前教育と専門教育についてのプは正式には参加していないので，接続の成否に責任をも提案

つことはできない。提案理由は，つぎのとおりである。

数学と国語の学力不足が全ての理工学の学習を妨げてい⑴ 物理グループが担当する物理学の授業を通して，１，る。そのために，理工系に必要な積み上げ式の学習意欲が２年生の学習の状況を知ることができる。それに対処す

増進しない。そこで，本学の全ての入試の受験生に対して，るために必要なカリキュラムを策定すればよい。Ｈ 18

本学で大学教育を受けるために必要最小限の基礎学力を要

カリでは，工学部の各系に専門科目として開講された○求する。

○基礎（１年前期，選択）が専門科目を学ぶために必要⑴ 現行の指導要領では，ベクトルと微分積分を学ばなくな高校数学を明示した。しかし，それを明示する場としてふさわしいのは入学前セミナーである。

ても高校を卒業することができる。しかし，それらは大学で理工系の教育を受ける学生にとって必須の内容であ⑵ 物理グループが持っている国内外の物理教育に関するる。したがって，本学へ入学するまでに，入学前セミナー

情報を全学で共有した上で，他大学の轍を踏まない，時などを通じて，必ず一度は学習させる。

代に先んじてしかも実りのあるカリキュラムを編成する⑵ Ｈ 18 カリの専門科目の目玉として工学部の各系に開ことができる。情報工学科のＨ 18 カリでスタートした

講された○○基礎（１年前期，選択）の評価すべき点は，

高校物理の復習科目「入門物理」を廃止するのに４年か専門科目を学ぶために必要な高校数学の項目を明示した

かった。

ことである。それは基礎学力のある学生が自分自身の学⑶ 物理科目を学科ごとの短期的な事情によって編成する

力をチェックするのに役立った。しかし，基礎学力の弱のではなく，学内を横断した立場から工大生に基礎科目

い学生にとっては，丸覚えしなければならない公式が増として適したものを編成することができる。例えば，Ｈえただけであった。なぜなら，基礎学力不足の原因は高22 カリから７学科でスタートする「物質と宇宙の物理」

校数学の勉強不足ではなく，中学校数学が使いこなせなは，物理グループが全教員から要望を聞き，それを分析いことだからである。入学前セミナーこそが，専門科目

して提案することによって実現した。

を学ぶために必要な高校数学を明示する場にふさわし
本プロジェクトの成果は，Ｈ 22 カリが実施されて明らい。
― 32 ―

接続型教育を目指して

第４報

基礎物理科目から専門科目への接続の調査と改善かになる。今後も，物理科目の両側の接続教育を工大ブラ

９巻，19-25，2010．

ンドの教育として推進する。

謝［４］ 尾崎徹，著書を語る「基礎物理 WORKBOOK」，

しぜん，東京教学社，No.24，16 － 18，2009．

辞［５］ 尾崎徹，鈴木貴，中西助次，大政義典，細川伸アンケートと意見交換に協力してくださった本学の教員

也，北野保行，HIT 教育機構プロジェクト教育開発の皆さんに感謝します。おかげで各学科の事情がよく分か

センター結果報告「物理科目から専門科目へ効果的にりました。皆さんも、物理の教員が何を目指して教育活動

接続するカリキュラムの開発」，HIT 教育機構通信，をしているかを理解してくださったと思います。物理グ

第８号，p.4，2009．
［６］ 井上ループのメンバーとして貴重なアドバイスをくださった中
西助次先生，井上

［７］井上

光，尾崎

徹，鈴木

［９］ 尾崎礎物理演習を通して，広島工業大学紀要

教育編，第

基

［10］ 井上第２報

礎物理演習の実践，広島工業大学紀要

徹，基礎物理 WORKBOOK，東京教学社，
光，著書を語る「力学 WORKBOOK ＜第２前セミナーテキスト，2009．
基［12］ 中央教育審議会初等中等教育分科会（第 59 回）議事録・配付資料［資料２- １］－文部科学省，教育編，第３

http://www.mext.go.jp/b_menu/shingi/chukyo/

巻，57-69，2004．
貴，尾崎徹，細川伸也，工科系版＞」，しぜん，東京教学社，No.24，13 － 15，2009．

貴，中西助次，茂木博，森滝美治郎，接続型教育を目指して［３］ 鈴木光，尾崎［11］ 広島工業大学教育学習支援センター編，2010 入学

１巻，91-102，2002．
徹，鈴木貴，中西助次，細川伸也，

2008．

貴，中西助次，茂木
第１報

光，尾崎

徹，鈴木

のための物理学実験＜第２版＞，東京教学社，2006．

博，森滝美治郎，接続型教育を目指して［２］ 井上光，尾崎［８］ 中西助次，井上

参考文献［１］ 井上貴，細川伸

力学 WORKBOOK ＜第２版＞，東京教学社，2007．

開発研究センターの１つとして採択し，アンケートの印刷費を援助してくださった HIT 教育機構に感謝します。

徹，鈴木也，工科系のための基礎力学，東京教学社，2006．

光先生と喜久川政吉先生に感謝します。

最後に，「工科系のための物理教育開発センター」を教育

光，中西助次，尾崎徹，井上chukyo3/siryo/08030317/002.htm．

光，大政義典，細川伸也，北野保行，接続型教育を目指して物理演習の教育効果，広島工業大学紀要

第３報

基礎

［13］「AO」「推薦」前に学力担保大学入試前テスト新構
想（大西

教育編，第

― 33 ―史晃），朝日新聞，2009 年２月８日朝刊．

尾崎

徹・鈴木

貴・大政義典・北野保行・細川伸也

付録１．アンケート集計⑴物理科目から専門科目への接続状況

内訳
数字の説明：総数（工学部，情報学部，環境学部）⑵力学に加えて学生に学ばせたい物理学⑶物理グループへ期待すること

物理科目から専門科目への接続は良好
13（12，１，０）
基礎物理学
・現象を解析数学で調べる方法は工学で最も重要
・電子工学・電気工学への接続良好
・剛体の静力学と動力学から専門の力学へ
・Newton の運動法則が流体力学につながっている・機械の運動，剛性へつながっている
・制御工学へつながっている・構造力学，材料力学へつながっている・情報のエレクトロニクスの基礎へつながっている
物理学実験・測定器の扱い，データー処理が特に良い
振動波動，光学・交流，電磁波につながっている

熱力学，統計力学
物理的な見方，表し方，科学することの意味の理解
18（17，１，０）６（３，２，１）・電子に，
気体分子運動論，Maxwell-Boltzman 分布， ・微分積分をつかって現象を解析的に調べる方法
Fermi-Dirac 分布
は工学で最も重要・エネルギーを電気の目玉にしたい・物理を学んで論理的な思考を身につける・機械材料・情報の学生に求めたい
・建設にも・環境デザインの学生に求めたい・食品，化学
振動波動，光学14（10，２，２）
・機械系のものづくりの基礎・建設にも・情報にも・健康情報にも物理の苦手意識をなくす授業を期待
６（３，２，１）
・工大生に合った教科書の作成に敬意を表する・分かりやすい授業を

物理科目から専門科目へつなぐための具体策
６（５，１，０）・電場中，磁場中の電子の運動
・ローレンツ力によるトルク・専門の電磁気学へつながる基礎の電磁気学必要・建物の水平振動は水平方向の単振動で表せる
・物理を応用した簡単な例題をだして説明する
・基礎物理学と情報をつなぐ応用物理学を設ける

電磁気学
９（５，３，１）
・知能機械に基礎科目として必要・建設にも・情報にも・生体情報にも・地球環境にも法則が導かれた背景と過程も学ばせてほしい
４（４，０，０）・公式の記憶だけでは問題解決に役立たない
・法則の物理的意味を分からせてほしい・論理的思考を身につけて，やみ雲に鉄砲を撃たなくても良いようにする

単位が書けない学生が多い
４（２，０，２）
・エネルギーの単位など
・電力と電力量など物理量の違いも分からない
・有効数字

物性物理学
専門と物理 G の協力を今後もよろしく
８（６，１，１）
４（３，１，０）・電気・電子のために，エネルギーバンド，金属，
半導体，誘電体，磁性体，超伝導体の概略
・機械では結晶，非晶質，格子欠陥，金属，半導体 数学 G と物理 G の意思の疎通をしっかりと３（２，１，０）・建築材料の塑性，転位論
・食品に X 線結晶学

ベクトル，微積分を物理でもやっているのがよい
４（２，１，１）・回路に接続するためによい
・電磁気へ接続するためによい・情報の学生のためによい・生物で必要な対数，指数関数をやってほしい

現代物理学
８（６，１，１）
・ワクワクするような物理学の世界をぜひ学生に・どこからきてどこへ行くかを知ることは重要
・知能機械は量子力学
・情報にも量子力学

専門科目で学ぶ内容と関連付けて教えてほしい３（２，０，１）
・学生に早い段階で電気・電子に興味をもたせる
・物理を学ぶ目的，概念をしっかり教えてほしい・物理の応用についても教えてほしい・地球物理とのつながりなどを話してほしい

専門の熱力学へ接続する基礎物理がない
３（２，０，１）
・知能機械では授業が難しい状況
・少なくともエネルギーの単位の理解を・環境工学は中高の理科を出発点にしている

物理学実験をもっと充実させて
６（６，０，０）・座学を縮小して実験を拡大
・体験学習として・レポートの練習の場として・力センサーなど力学のテーマを増やしてほしい

高校物理や受験物理ではない物理学を期待
２（２，０，０）・
「これが大学の授業なんだ」「，自分は大学生になったんだ」と実感できるような「すばらしい物理学の世界」を教えてほしい

力学からデザインへ
２（１，０，１）
・力学的なバランス感覚をもって建築設計
・力を感じて（安定，不安定が）観えるようになってほしい

プラズマ，流体力学
５（４，０，１）
・プラズマディスプレイと関連技術の隆盛
・知能機械として流体力学のさわり
・地球環境として地球の内部と外部の理解学習する習慣をつけさせることが大切
２（２，０，０）・数学，物理ができない学生は他のこともできない・高校で物理を習っていなければ今勉強すればよい

担当している専門科目の基礎は物理ではない
２（２，０，０）

力学
５（１，３，１）
・情報にも力学が必要
・力学的エネルギーの考えが化学に必要・スポーツに力学必要

専門科目の時間を減らしても基礎科学の時間を増せ
２（２，０，０）・応用は会社へ入って学べるが基礎は学べない
・専門に直接関連しない多くの自然現象を学ばせて専門科目へ接続する電磁気，光学がない
１（１，０，０）・機械の専門へ接続する電磁気と光学が必要

専門に関連した物理を広く浅く
４（２，２，０）・就職試験のために公式を幅広く

数学で教えていないことを物理で教えないでほしい
１（１，０，０）・ベクトル，偏微分など

物理から科学技術英語への接続不足
１（１，０，０）・建設系の基礎物理学は力学だけなので，科学技術
英語の広い話題をカバーできていない

高校物理
４（２，１，１）・１年前期末までに高校物理の理解
・高校物理は物理の基礎

落ち着きのない授業にならないように
１（１，０，０）

地球物理学
３（３，０，０）・地球物理学は建設の基礎
科学史
２（２，０，０）・キチンとした科学の発達史は社会へ出て必要・ヨーロッパの合理的精神の大切さを教える
生物物理学
１（１，０，０）・ソフトなエレクトロニクスへ― 34 ―

接続型教育を目指して

第４報

基礎物理科目から専門科目への接続の調査と改善

付録２．Ｈ 18 カリにおける物理科目から専門科目への接続状況
専門教員の要望，物理グループから見た問題点と対策⑴ 全学の物理科目について
・【問題１】物理科目から専門科目への接続は良好。
【対策１】題材を工夫してもっと良くしたい。
・【問題２】物理の中で微積分とベクトルを教えており，数学の具体的な演習になっている。
【対策２】物理学と微積分は不可分なので当然である。今後も続ける。
・【問題３】物理学の枠組み，歴史，考え方，哲学との関連などを大いに語ってほしい。
【対策３】徹底する。
・【問題４】物理などの基礎科目をしっかり教えてほしい。応用は企業の方が進んでいるし，企業でいくらでも学べる。
【対策４】そのとおりである。ほかの専門の先生方を説得してください。
・【問題５】ワクワクするような現代物理学を多くの工大生に教えてほしい。理工学の面白さを知って興味をもってもらいたい。
【対策５】これまで工大になかった内容の科目「物質と宇宙の物理」を教養科目または発展学習トラック科目として開講したい。
・【問題６】技術士などの資格試験で物理の問題が幅広く出される。電磁気，波動，熱についても発展学習トラック科目を開講してほしい。
【対策６】Ｈ 22 は「物質と宇宙の物理」だけで精一杯。電磁気，波動，熱は他学科の基礎科目を受講させてほしい。例えば，電磁気は情報系の「基礎物理学Ⅱ」，波動と熱は電気系の「波動と熱の物理」を勧める。
・【問題７】物理量の単位が書けない学生が多く，正しい単位のつけ方が定着しない。
【対策７】物理では，これからも単位のつけ方を訓練する。数値または記号といっしょに単位を計算してみせて，例えば，E〔V/m〕，2.0V/
m と書くことを教え続けたい。
・【問題８】高校物理を復習してほしい。
【対策８】基礎物理学では高校物理を復習して大学の物理へ入っている。高校物理は物理の基礎ではなく，高校物理という暗記科目である。
高校物理だけを復習すると，物理嫌いがますます増える。専門科目で力学以外の高校物理が必要なときは，専門科目の中で時間を割いて紹介してほしい。キチンと教える必要があるときは，その分野の物理科目を新たに開講することを勧める。
・【問題９】専門科目で学ぶ内容と関連付けて基礎物理学を教えてほしい。
【対策９】やっている。問題は質と量。物理教員と具体的に相談することを勧める。
⑵ 数学について・【問題１】数学の学力がいつまでも向上しないことが専門科目を履修するうえで妨げになっている。例えば，分数の計算が怪しい，グラフの概形が描けない，空間図形がわからない，三角関数の微分ができない，など。10％は中学数学も怪しい。
【対策１】・専門基礎科目に必要最小限の高校数学の項目を高校へ知らせて，入学までに指導してもらう。それを入学前セミナーで復習する。入学までに一度は習ったようにする。
・専門科目で教える内容を精選してそれに必要な数学の難度を下げる。専門科目でも高校数学の復習をしながら教える。高校数学は大学数学の基礎である。
・瞬間的な記憶にしか頼れない学生，いくら教わっても数学が身につかない学生は「学習困難症」の疑いがある。彼らを入学させないための適性検査が可能かどうかを検討する。中教審で検討されている「高大接続テスト」を利用することも検討する。
・追試を奨励しない。奨励することは瞬間的記憶に頼って卒業することを奨励していることに等しい。
・【問題２】理工学でよく使う記号と数学で良く使う記号が違う。今の学生にはこれだけで理解の妨げになる。微分の記号は，物理や理工学では dy/dx 式であり，高校と大学の数学ではほとんど y’ または f （’ x）式である。dy/dx 式の方が，何を何で微分したかよく分かるし，偏微分 ∂y/∂x と区別しやすい。演算子として使うときも，dy/dx，∂y/∂x 式がよい。また，ベクトルの成分を，物理では
r＝xi＋yj，高校数学では r＝（x，y）と表示している。内積，外積をするときは基本単位ベクトル i，j を使うほうが分かりやすい。応
用数学でベクトル解析を習うときには i，j を使う。
【対策２】物理と数学の双方の授業で dy/dx＝y’＝f （’ x）と r＝xi＋yj＝（x，y）を強調して教育効果を上げる。
⑶ 各学科の物理科目について
電気系（電子情報工学科，電気デジタルシステム工学科）
・【問題１】専門基礎と専門の物理科目によって，力学，電磁気学，光学，量子力学，物性物理学を中心とする現代物理学がカバーされている。熱力学の欠落は一部，物理化学によって補われている。
【対策１】今後も幅広い物理学に立脚したエレクトロニクスを推進してほしい。
・【問題２】電気電子基礎（１年前，専門共通，選択）で学ぶ電気回路の基礎知識が，物理学実験（１年後，専門基礎，必修）のオームの法則のテーマで生かされていない。
【対策２】学んだことが積み重ならないのは全学的な傾向。
・【問題３】基礎の電磁気があるとよい。そうすれば，専門の電磁気で応用に集中できる。
【対策３】協力します。専門で議論してください。
機械系（機械システム工学科，知能機械工学科）
・【問題１】１年後期に基礎物理学Ⅱと専門科目の工業力学と機械工学基礎演習が開講されており，剛体の運動が３重に教えられている。
【対策１】基礎物理学Ⅱでは力学的エネルギーとその保存，質点系と剛体の運動を教えている。しかし，１年生に質点系と剛体の運動を教えることが困難な状況はすぐそこに迫っている。今後は，エネルギーと剛体のつりあいに重点をおくかもしれない。
・【問題２】１年後期の工業力学で「反力」が教えられている。学生はそれを基礎物理学Ⅰで学ぶ「反作用力」と混同している（建設系の項を参照）。
【対策２】物理で，力の反作用と力のつりあいは異なることをしっかり教えているので，反力については専門で説明してほしい。その方が学生は混乱しない。
・【問題３】知能機械は，H16 カリで開講していた基礎物理学Ⅲを系の制約のためにＨ 18 では落した。
【対策３】電磁気を中心とする基礎電磁気学を２年次に開講することを勧める。基礎的な熱力学を含めるなら，知能機械物理学とすれば良いでしょう。
建設系（都市建設工学科，建築工学科）
・【問題１】基礎物理学ⅠとⅡで力学だけが講義されている。電気に関連した基礎科目はＨ 18 カリで消えてしまった。
【対策１】力学以外に必要な物理学をまとめた「建築物理学」を開講することを勧める。
・【問題２】１年前期に専門の建設工学基礎が開講されている。多くの学生は，そこで教わる「反力」と基礎物理学Ⅰで教わる「反作用力」― 35 ―

尾崎徹・鈴木貴・大政義典・北野保行・細川伸也を混同している。そのために，力のつりあいと作用・反作用の違いを理解していない。
【対策２】建設系と物理Ｇで勉強会を重ねて分かったように，反力を反作用力よりも一般的な力として扱うことはできない。物理では力の反作用と力のつりあいは別であることをしっかり教えているので，反力については専門で教えてほしい。
情報系（情報工学科，知的情報システム学科）
・【問題１】Ｈ 19 に基礎物理学ⅠとⅡが必修から選択へ変更された後も入門物理が残っている。
【問題２】２年前期開講の基礎物理学Ⅱの内容はエレクトロニクスの基礎を理解するための電磁気である。しかし，専門のエレクトロニ
クス基礎は１年後期に開講されている。
【対策１，２】高校物理という暗記科目の繰り返しは教育効果が低いので，入門物理を廃止して基礎物理学ⅠとⅡの開講期を１期早める。そうすれば，少なくとも，Ⅱとエレクトロニクス基礎の開講期は同じになる。
・【問題３】量子力学がこれからの情報工学に必要。
【対策３】発展トラックで「物質と宇宙の物理」を開講する。もう少しつっこんだ内容を学ばせたいときは，電子情報工学科の量子物理学を受講させることを勧める。
健康情報学系（健康情報学科）
・【問題１】生体計測，生体情報，食品の３コースのうち，基礎物理学から生体情報コースへの接続は理解しているが，他の２コースへの接続は不明。
【対策１】１年前期に簡単な微積分を学んで，１年後期に基礎物理学を履修してもらう。
基礎物理学の内容は力学を中心にし，それに荷電粒子の運動を添える。
実験を交えた講義をしてきたが，物理学実験を別に履修してくれる方がやりやすい。
社会環境系（環境デザイン学科，地域環境学科）
・【問題１】社会環境系の新入生が１年前期に基礎物理学（力学）を学ぶのはきつくないか。
【対策１】１年前期に微積分を学んで，１年後期に基礎物理学を履修してもらう。基礎物理学でも微積分を教える。
・【問題２】基礎物理学で，物体が力を受けると運動することを教えてくれている。それで学生は力の役割を実感することができる。構造
力学では力がつりあって動かない場合を扱うので，力を実感することがむずかしい。
【対策２】今後もそれを意識して講義したい。
・【問題３】環境工学は広範な物理現象を基礎にしているが，それに接続する物理科目はない。
中学理科を出発点にして，建築基準法の条文の意味を理解させることを目標にしている。
【対策３】それで何とかなっていることに感服する。
自然環境系（地球環境学科）
・【問題１】半期の基礎物理学では質点の力学を教えるだけで精一杯である。
【対策１】基礎物理学Ⅰ（力学）と基礎物理学Ⅱ（電磁気学）を開講する。
・【問題２】高校理科の教員になるものは物理学実験を経験すべきである。
【対策２】物理学実験を開講することを勧める。物理学実験を経験したことがない教師に理科を教わる中高校生は先々困る。

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