フィールドワークにおけるタブレット端末を用いた写真から作る3Dモデル

研究課題

副題

～ICT活用でフィールドを手のひらに持ち帰る～キーワード

３Ｄモデル、歴史探訪(学年行事)、３Ｄスキャン

学校名

学校法人福島成蹊学園福島成蹊高等学校・福島成蹊中学校

所在地〒960-8134

福島県福島市上浜町５−１０
ホームページアドレス

1

http://www.f-seikei.ed.jp/

研究の背景
本校は、福島県北部の福島市に位置し、創立１０４年を迎える中学校・高等学校である。本校では、大震災からの復興を支える人材の育成に向け、被災地やその周辺での調査・研究活動を教育活動の一貫として継続実施している。また ICT 教育推進を行っており、3D プリンタや 3D ＣＡＤでの製作活動など取り入れている。
昨年度より 3D プリンタが導入され、授業や課外学習において生徒・教員による 3D モデル製作などを実施していた。具体的には、授業での 3D モデル製作や、数学科の研究授業案として積分曲面のモデル（図１）の利用、特別活動での 3D モデル製作・展示などを行ってきていた。これらの活動もあり学内では、3Dモデルに対する生徒や教員からの評価・興味関心が高まっている。

2研究の目的2.1

図１．正弦波積分モデル

目的

3D モデル学習をより深化・定着させるためには、図形などの単純なモデルだけではなく、より生徒の実生活に近いモデル、具体的には、フィールドワークでの歴史遺産や採集物など建造物や自然界のものでも ICT活用により 3D で再現可能であることを体験・学習することが重要であると考える。また、それらの 3D モデル製作が、タブレット機器を用いれば生徒の手で容易に作成可能であることを伝えたい。
2.2

意図フィールドワーク研究では、茶屋沼という場所での採集物の記録や測定、生態環境について研究を行っている。採集物などの 3D モデルの作成および立体模型の製作が可能であれば、研究室においても視覚的に現地環境や採集物の形状を把握できる。また、採集物に含まれる、絶滅危惧種や微小生物などの生物のモデル化へのチャレンジの可能性も高まり、一定の研究意義および価値があると考える。
歴史探訪などの校外学習行事では、歴史遺産などの 3D モデルの製作活動を取り入れることができれば、生徒の史跡への理解や興味関心を ICT の活用によって高めることが期待できる。また管見ながらも、地域遺第43回 実践研究助成 高等学校

産のモデリングは学校や民間でも行われておらず、地域貢献への道につながることも期待できる。

3研究の経過3.1

TinkerCAD による３D モデル製作

本校情報科では、１学年の生徒が「情報の科学」を履修しており、情報の科学の中で、３Ｄモデル製作をおこなった。授業で用いた製作は、設計による３Ｄモデル製
作には TinkerCAD（ＡＵＴＯＤＥＳＫ社製）を用いた。
普通科の１年生は、ＣＡＤなどのソフトの利用経験がまったくない状態からの学習となり、中学校で製図等の授業を受けた生徒も半数に満たない。３Ｄモデルに慣れる為に、まず３Ｄ設計ソフトによる設計を通して、立体を設計した（図２）。
TinkerCAD はＡＵＴＯＤＥＳＫ社の製作した、教育用の設計ソフトである。オンラインストレージ利用や、外図２．TinkerCAD による基礎練習作品部データの利用、データの形式変換など可能であり、ソフトのインストールや環境等の整備がなくとも利用できる点で優れている。
インストール式の１２３Ｄｄｅｓｉｇｎ（ＡＵＴＯＤＥＳＫ社）やＳｋｅｔｃｈｕｐ（Ｔｒｉｍｂｌｅ社）などと比べて、ブラウザのみで利用可能であり、端末やＯＳを選ばずに利用できる。タブレットとパソコンを併用すること、コンピュータ教室ごとに環境が異なることなどから、TinkerCAD を用いた。
TinkerCAD による３Ｄモデル製作では、はじめ全く動かせなかった生徒も、基本操作を覚えると「慣れると、けっこう簡単に作れる」と言った意見が聞かれた。限られた時間での技能指導であったが、教える側の予想以上に生徒は操作に慣れるのが早く、自らのアイディアを具現化させることができた（図３）。
図３．TinkerCAD による生徒作品
3.2

Recap Photo による３D モデルスキャン

３人前後でグループを作り、グループ毎に Recap Photoを使って３Ｄモデルを制作した（図４）。Recap Photo では TinkerCAD と異なり、画像処理によって３Ｄモデル製作を作成する。実習の始めは撮影中に対象物が動いてしまったり、画像のスキャンで抜けとなる角度が残るなど、精確に立体を再現できない班も多かった。次第に、立体を作成することができるようになり、すべての班ではないが３Ｄモデルを作成することができた（図５）。作成した３ＤモデルはＲＣＰファイルから、ＯＢＪファイルに第43回 実践研究助成 高等学校

図４．学内での３D スキャン実習

変換し、ＳＴＬファイルへと変換することで立体化した。授業では、立体化までおこなうことが難しく、３Ｄモデルの制作まで実施した。

図５．Recap を使ったモデリング

4

フィールドワーク

4.1

学年行事での ICT 活用

１学年の学年行事である「歴史探訪」では、地域の史跡を訪ね、地元の歴史に触れる取り組みをおこなっている。歴史探訪において、学年団の協力を得ながら、３Ｄモデル製作のフィールドワークを実施した。フィールドワークでは、史跡内にある歴史的銅像などを、画像データとして収集し、それを元に３Ｄモデルの作成を試みた。本年度は、データ収集を学年行事にておこない、学校にて別途３Ｄモデル

図６．歴史探訪（文知摺観音・普門院）にした。

実施日
行事名
参加対象

平成 30 年 11 月９日（木）歴史探訪
１学年全生徒生徒
336 名
宮畑遺跡（じょーもぴあ宮畑）
場所：福島市内岡島
文知摺観音
場所：福島市内山口
訪問地
医王寺
場所：福島市内飯坂町
旧堀切邸
場所：福島市内飯坂町
フィールド
医王寺（福島県福島市内飯坂町）
引率教員
２２名
フィールド担当
３名
フィールドワーク参加生徒数
２０名
本年度の歴史探訪の訪問地は、医王寺、文知摺観音・普門院、宮畑遺跡（じょーもぴあ）、旧堀切邸の４か所を１学年全員でグループに分かれて訪問した。例年、訪問先では住職様のお話や、市職員様による施設説明などを中心としておこなっている（図６）。フィールドワーク活動は、４か所の内の医王寺にておこなった（図７）。

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図７．歴史探訪（医王寺）

4.2フィールドワーク活動

フィールドワークでは、各班でタブレットを用いて画像３Ｄモデル制作のためのデータ作りをおこなった。生徒らは、班ごとに別れ、対象となる立体物を上下・周囲360°全ての方向から撮影し、３Ｄモデルの元となる画像を集めた。モデル化の対象は、境内にある史跡から対象を決めて製作をおこなった（図８）。
歴史探訪の訪問地での３Ｄモデルの作成は、ネットワーク環境が必要であり、安定した通信速度の維持、および学年行事内でフィールドワークのための時間を長く取ることが難しく、本年度は実施しなかった。
歴史探訪にて取得したデータは、学校に

図８．フィールドワーク概略図（医王寺）持ち帰り３Ｄモデルにした。十分にモデル化することのできないものもあったが、概ね３Ｄモデルにすることができた（図９）。
情報と科学の授業では、一部のクラスにて医王寺の３Ｄモデルを使い、立体を作成することや、再変換することで情報として新しく利用するところまで扱うことができた（図１０）。
授業へとつなげることはできなかったが、生徒からは「写真で作ったモデルと、コンピュータで作ったモデルとを組み合わせて新しいモデルを作りたい」など、新しいアイディアも生み出された。

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図９．お地蔵様の３D モデリング

図１０．義経公像の立体化

5

研究の成果
本研究では、「建造物や自然界のものでも ICT 活用により 3D で再現可能であることを体験・学習する」

こと、および「3D モデル製作が、タブレット機器を用いれば生徒の手で容易に作成可能である」ことを学習することを目的としておこなった。フィールドワークを通して３Ｄモデルを製作し、ＩＣＴ活用によって建造物や自然界のものを再現することはできたが、タブレット機器を用いて生徒の手で容易に作成可能であることはできなかった。フィールドでの３Ｄモデル製作や、100 人単位でのモデリングに向けては、今以上の機器などの環境整備や、技能習熟が求められる。

5.1

学校行事へのＩＣＴ活用

歴史探訪で訪れた医王寺の３Ｄモデルは、２月におこなわれた成蹊展にて展示発表をおこない（図１１）、学内外に発表することができた。歴史探訪でフィールドワークに参加した生徒からは、「本当に歴史探訪でやったのが、実物になることに感動した」といった感想をもらった。
また、「なんでも立体が作れることに驚いた。
」、「（３D 技術などが）これからの時代に必要」などの意見もあった。

5.2

図１１．成蹊展での展示作品(一部)

フィールドワークへのＩＣＴ活用

フィールドワークでのＩＣＴ活用は、今までの紙とペンのみでの学外活動と比べて、即時に情報にアクセスすることができる点や、その場でデータをまとめること、写真などの資料を持ち帰ることができる点など、教育効果が高かった。
生徒からは「コンピュータ教室でつくった３Ｄモデルが、どこでも作ることができることに驚いた」「他のもののモデルももっと作ってみたい」など、興味や関心を引きだすことが出来た。

5.3

３Ｄプリンタの活用

３Ｄモデル製作には、３ＤＣＡＤについての基礎技能が必要となる。フィールドワークと、基礎技能学習を通して、初歩的ながらも３Ｄモデリング技能の習得をさせることができた。
また、中にはフィールドワーク終了後も、独自に３Ｄモデルの制作をおこなう生徒が出るなど、生徒の興味関心を引きだすことができた。
展示では特に、立体は画面上の３Ｄモデルよりも視覚的にわかりやすく、３Ｄモデルよりも理解を深める上で教育効果が高いと感じた。

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6

今後の課題・展望

6.1

課題

本研究では、学年行事の中でフィールドワークを行い、ＩＣＴ活用によって学外行事での新しい学び方を見いだすことを目的としていた。結果として、行事の運営とフィールドワークとを一つの行事としてまとめる上で多くの課題があり、予定通り進まない点があった。特には、①100 人単位で行う学校行事の中に能動的活動（フィールドワーク）をとりいれること、②人数に見合った機材（本年度１０台）を準備すること、③担当教員間でのＩＣＴ活用に関する情報共有をおこなうことの３点で課題が残った。継続可能な行事として定着させる上で、今以上に技術共有や外部からの技術支援をとりいれ、全体の理解、合意形成の取れる活動を作りたい。
３Ｄプリンタの活用については、３Ｄプリンタによる出力では材料費や製作時間についての課題もあり、少数のモデルのみの制作となった。特に、授業での３Ｄプリンタ利用は、授業時間外での出力作業が必要となり、実施するうえでの大きな課題になった。また、３D プリンタの技能面では生徒主体の活動が可能となるよう、学内での技能伝承できる仕組みづくりが求められた。部活動などの学年を超えた活動の中での技術継承による活動の中核生徒の養成や、教員が研究や研修など研鑽を積む機会の拡充の必要性を感じた。

6.2

展望

高校普通科では、３Ｄモデリング等の専門技能の習得は教育目的とならず、実習による情報リテラシーの獲得などが目指される。本研究では、情報リテラシーや、ＩＣＴ活用によるアクティブラーニング、などの文脈の中での３Ｄモデル製作への可能性を見いだすことができた。
歴史探訪でのフィールドワークを継続することで、地域の歴史遺産などを電子的に残す取り組みへとつなげることができるのではないかと期待している。地域の史跡などは、行政による伝承のための取り組みではより有名な史跡等の後に回されやすい。地域の歴史(資源)を活用することや、次世代へと引き継ぐことをフィールドワークのような学校活動の中で能動的におこなうことで、生徒の主体的に地域を担う意識を育てることができるのではないか。継続可能なフィールドワークとなれば、電子的に再利用することでの地域の活性化や、また生徒らが地域を現代に活かす方法を考える契機となるのではないか。

7

おわりに本研究において、パナソニック財団をはじめ、３Ｄプリンターについては株式会社ムトーエンジニアリン

グ、フィールドワークでは活動させていただいた医王寺の方々、行事の実務を担当いただいた１学年の教員団からの多くの支援、激励をいただいきました。多くの御支援の下で活動することができましたこと、心から感謝いたします。

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参考文献

1) 富山県砺波工業高等学校（2014）：「ICT 機器を活用したものづくり教育の研究 ～３Ｄプリンターの活用～」
2) 礒 信一 (2016 ソーテック)：「Fusion 360 モデリング・マスター」
3) オートデスク株式会社（2016 日経 BP 社）：「Autodesk AutoCAD 2017 / Autodesk AutoCAD LT 2017 公式トレーニングガイド (Autodesk 公式トレーニングガイド)」

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