取組概要
取組名

学生実験用ウェブシミュレータの改善

RX 区分

教育・学生支援 RX

部署名等

工学部工学科エネルギー環境工学コース 大城尚紀

取 組 目 的 ま コースの専門科目の学生実験が、2020 年前学期に、新型コロナ禍にたは背景
より対面形式での実施が困難となり、学生がオンラインで実験実施できるようウェブシミュレータを開発した。対面講義再開後も継続して活用しており、今回はその内容を改善した。

取組内容

オンライン講義のため開発した学生実験用ウェブシミュレータを対面講義で継続使用するため、表示形式を更新して見やすくし、またA/D 変換実験データのダウンロード機能を CSV 形式から、XLSX 形式へと切り替えた。

実施効果

提示情報を整理したことで学生の内容把握と操作性の向上が見込まれる。また、ダウンロードするデータ形式をより整備されたものに変更したことで、データ変換作業の手間が短縮され、講義時の学生の実習時間がより確保できるようになった。

学生実験用ウェブシミュレータの改善
RX賞取り組み報告(令和4年度実施完了分)
工学部工学科エネルギー環境工学コース
大城尚紀
2023.9.19 2023年度琉球大学RX賞授与式

「学生実験：A/D変換実験」の概要
1.
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5.

正弦波信号を周波数等を変更させて発生発生させた信号をA/D変換し、パーソナルコンピュータに測定データを取り込む
測定データを学生がエクセル等を用いて、表にまとめ図（チャート）化する。
A/D変換の性質について学習する。
１班５～６名程度。

2023年度琉球大学RX賞授与式 工学部工学科エネルギー環境工学コース 大城尚紀「学生実験用ウェブシミュレータの改善」 2023/9/19

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2023年度琉球大学RX賞授与式 工学部工学科エネルギー環境工学コース 大城尚紀「学生実験用ウェブシミュレータの改善」 2023/9/19

A/D変換実験（実機使用時の機器構成）
操作

学生変換データ

実験用パソコン
変換指令

AD変換ボード

変換データ
生成
信号生成信号

シンクロスコープ（波形閲覧用）ファンクション
ジェネレータ

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A/D変換実験（実機使用時の機器構成）
実験用パソコン
変換指令

操作

学生

変換データ

変換データ

AD変換ボード

生成信号

生成信号

学生が操作

シンクロスコープ（波形閲覧用）ファンクション
ジェネレータ

学生が操作※学生はローテーションで各機器を操作

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A/D変換実験（実験種別（３種類））
学習項目
A. エイリアシング

B. 変換範囲

C. 分解能2023年度琉球大学RX賞授与式 工学部工学科エネルギー環境工学コース 大城尚紀「学生実験用ウェブシミュレータの改善」 2023/9/19

開発のきっかけ

2020年度 前学期

新型コロナ禍で実機を用いた対面実験ができない！

３項目実験用のウェブシミュレータを開発(2020)

学生に実験環境を提供• 学生がネットアクセスし操作可能• 使用言語JavaScript, PHP• 各自で操作し、実験データを取得可能
2023年度琉球大学RX賞授与式 工学部工学科エネルギー環境工学コース 大城尚紀「学生実験用ウェブシミュレータの改善」 2023/9/19

ウェブシミュレータ画面概要
元信号波形（左）と測定波形（右）実験種別切り替えと操作ボタン
測定A/D変換状況と記録データ

発生信号切り替え設定

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測定データと変換作業例①測定データの例（学生で実験し、データ取得）②作業用CSVデータへ変換 ③エクセル読み込み（教員側で作業（スクリプト） （作業間違い、エクセル特有の誤変換が多かった）⇒学生側で作業（自動化））

2023/08/23 13:30

2023/08/23 13:30

A.3.4V, -3.4V
102Hz
1:B45 2:D37 3:D18 4:AF2 5:7A1 6:475 7:2B1 8:307 9:557 10:8B4
11:BCA 12:D5E 13:CD0 14:A5A 15:6F4 16:3F8 17:295 18:359 19:5F4 20:960

A.,3.4,-3.4
Freq(Hz),No,AD
102Hz,1,B45,2,D37,3,D18,4,AF2,5,7A1,6,475,7,2B1,8,307,9,557,10,8B4,11,BCA,12,D5E,13,CD0,14,A5A,15,6F4,16,3F8,17,295,18,359,19,5F4,20,960
257Hz,1,D6D,2,774,3,29D,4,903,5,D4A,6,684257Hz
1:D6D 2:774 3:29D 4:903 5:D4A 6:684 7:2D5 8:9EF 9:CFD 10:59F
11:336 12:ACB 13:C89 14:4CD 15:3BD 16:B91 17:BF0 18:415 19:466
20:C3A501Hz
1:7D5 2:831 3:7C4 4:843 5:7B2 6:854 7:7A1 8:866 9:790 10:877
11:77E 12:889 13:76D 14:89A 15:75B 16:8AB 17:74A 18:8BD 19:739
20:8CE640Hz
1:3B4 2:D4E 3:585 4:5D8 5:D38 6:37E 7:884 8:BD6 9:295 10:B0F
11:982 12:302 13:CD8 14:6CE 15:4AB 16:D6F 17:465 18:727 19:CAD
20:2E0805Hz
1:2F4 2:45F 3:A96 4:D60 5:90D 6:355 7:3C8 8:9CE 9:D6F 10:9DF
11:3D4 12:34C 13:8FB 14:D5D 15:AA6 16:46D 17:2ED 18:822 19:D28
20:B5C
B.13.3V, -13.3V
99Hz
1:FFF 2:FFF 3:FFF 4:FFF 5:891 6:000 7:000 8:000 9:000 10:6C2
11:FFF 12:FFF 13:FFF 14:FFF 15:9E6 16:000 17:000 18:000 19:000 20:56E

今回（昨年度）のウェブシミュレータの改善内容①実験データを自動でエクセル形式まで変換②UIの改善（操作部を上部に）2023年度琉球大学RX賞授与式 工学部工学科エネルギー環境工学コース 大城尚紀「学生実験用ウェブシミュレータの改善」 2023/9/19

ウェブシミュレータ利用時の学生実験の実施形態の変化
1. 対面講義時には、ローテーションで各機器を操作していたため、１つの班で１セットのデータしか取得していなかった。
2. ウェブシミュレータ時にも同様の稼働形態も検討したが、別パソコンで測定されたデータ後からの統合作業の手間と学生の学習項目の充実を配慮し、各学生で個人所有のノートパソコンで一括してデータ取得することとした。
3. データ件数が人数分（各回5～6件）となった。⇒教員側でのデータ変換時（元データ⇒CSV形式⇒エクセルデータ）に時間が掛かるようになった。

ウェブシミュレータ改善（機能追加）
2023年度琉球大学RX賞授与式 工学部工学科エネルギー環境工学コース 大城尚紀「学生実験用ウェブシミュレータの改善」 2023/9/19

①実験データを自動でエクセル形式まで変換
以前の対面形式の学生実験
実験データ ×班単位（毎回１件）
シミュレータ活用での学生実験
実験データ ×各班の人数分（５～６名）

件数が増え、教員側でのデータ調整作業に時間が掛かるようになった（その間、学生待機）。
エクセル形式までのデータ生成を自動化（学生側で一括して作業可能に）
2023年度琉球大学RX賞授与式 工学部工学科エネルギー環境工学コース 大城尚紀「学生実験用ウェブシミュレータの改善」 2023/9/19

①実験データを自動でエクセル形式まで変換
エクセル形式でのデータダウンロード機能を実装
include('./vendor/autoload.php');//use PhpOffice¥PhpSpreadsheet¥Reader¥Xlsx as XlsxReader;
use PhpOffice¥PhpSpreadsheet¥Spreadsheet;
use PhpOffice¥PhpSpreadsheet¥Writer¥Xlsx;
use PhpOffice¥PhpSpreadsheet¥Cell¥DataType;use PhpOffice¥PhpSpreadsheet¥Cell¥Coordinate;$spreadSheet = new Spreadsheet();$sheet = $spreadSheet->getSheet(0);

追加

実装内容

$row=1;
foreach (preg_split('/¥n/', $str) as $x) {$col=1;
foreach (preg_split('/,/', $x) as $y) {$colName = Coordinate::stringFromColumnIndex($col);$cellName=$colName.$row;
if (preg_match('/^0¥d¥d|¥dE¥d/', $y)) {$sheet->setCellValueExplicit($cellName, $y, DataType::TYPE_STRING);$sheet->getStyle($cellName)->setQuotePrefix(true);} else {$sheet->setCellValue($cellName, $y);}//$sheet->setCellValueByColumnAndRow($col, $row, $y);$col++;}$row++;}$writer = new Xlsx($spreadSheet);//$writer->save('./foo.xlsx');$fname="enekan-grpXX-data.xlsx";

php言語（一部抜粋）※CSV形式でのダウンロードまでは、以前に実現していたが、エクセル貼り付け時に教員側での手直しが必須となっていた。

2023年度琉球大学RX賞授与式 工学部工学科エネルギー環境工学コース 大城尚紀「学生実験用ウェブシミュレータの改善」 2023/9/19

②UIの改善（操作部を上部に）• 対面講義再開時での、各学生のノートパソコンでの操作状況を見ての改善（ノートパソコンの表示解像度の問題等）

元信号部に設定
状況表示も追加<h1 style="display: inline">A/D変換実験シミュレータ</h1><div style=""><form class="js-slider-form" onsubmit="return false;" style="display:
FREQ: <input type="text" name="slider" id="slider1o" value="100"size="2">Hz <div id="slider1" class="js-slider"><div></div><input type="button" value=""></div>
AMP: <input type="text" name="slider2" id="slider1o2" value="2"
size="2">V<div id="slider12" class="js-slider"><div></div><input type="button" value=""></div>DRIFT: <input type="text" name="slider3" id="slider1o3" value="0"
size="3">mV<div id="slider13" class="js-slider"><div></div><input type="button" value=""></div>
DC: <input type="checkbox" id="DC">ZOOM: <input type="checkbox" id="zoom"></form></div>

html言語（一部抜粋）

設定切り替え部を画面上部へ移動※操作の主となる設定画面を上部に移動し、狭い画面表示時にも学生が操作しやすいようにした。

2023年度琉球大学RX賞授与式 工学部工学科エネルギー環境工学コース 大城尚紀「学生実験用ウェブシミュレータの改善」 2023/9/19

今回の取組みステージ

2023年度琉球大学RX賞授与式 工学部工学科エネルギー環境工学コース 大城尚紀「学生実験用ウェブシミュレータの改善」 2023/9/19