実践研究助成

研究成果報告書

研究課題

デジタル地球儀を活用し変動する地球環境をデータ分析することを通したエネルギー環境教育

副題～ ミクロ・マクロな視点、時間的・空間的な視点をもった再生可能エネルギー技術者を育成する ～キーワード

専門高校，デジタル地球儀，風力発電，エネルギー環境教育，データ分析

学校/団体 名埼玉県立所在地〒３４６-０００２

ホームページ

https://kuki-th.spec.ed.jp/

久喜工業高等学校

環境科学科

埼玉県久喜市野久喜４７４

１．研究の背景
本校は、平成２８・２９年度の２年間、経済産業省資源エネルギー庁の委託事業「エネルギー教育モデル校」に指定、平成３０年度には「パナソニック教育財団実践研究助成校」として、エネルギー教育について、ICT の活用とものづくりを通した実践を行ってきた。
例えば、実習授業では、再生可能エネルギー、新エネルギーについてメリットやデメリットを学習した。地球環境問題や持続可能な開発について考える過程で、実際に生徒が風力発電装置を製作し、各種測定センサで分析する仕組みを考え、実際に校舎屋上に環境測定所を設置した。そして、久喜工業高校の日々の温湿度・風力・風向、二酸化炭素濃度の変動をモニタリングできるようになった。
実践を通し、生徒が社会に出て活用できる能力（例えばエネルギー環境問題について実際に行動したりする能力）を発揮できるようになるためには、変動する地球環境について知ること、実際に自分の住んでいる地域の環境を知ること、その上で技術者としてものづくりを行い、データを分析して理論値と比較し、定量的な結果を出し、自分なりの結論を導くこと、またそれを発表したりする形式の授業を行うことが必要であると考えた。

２．研究の目的
本研究では、地域環境（ミクロな視点）と地球環境（マクロな視点）を比較できるようにするため、地球を立体的に表示するプロジェクトであるダジック・アース（京都大学大学院理学研究科の地球惑星科学輻合部可視化グループ）を活用したい。そして学習活動や生活体験の中で、変動する地球環境を実際に目で見ることで、科学的な考え方を学び、エネルギー問題について理解を深められるような教育を実現し、環境科学のスペシャリストである再生可能エネルギー技術者を育成したい。

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３．研究の経過時期

取り組み内容評価のための記録

6 月 17 日〇3 年生 6 名 課題研究（3 単位）
デジタル地球儀の 1/5 サイズ模型完成。
直径 20 cm の球体スクリーンにデジタル地球儀をプロジェクタで投影した。

ダジック・アースのアプリが正しく動作するか。

9 月 30 日○3 年生 3 名 課題研究（3 単位）
今年度 、 WEB 開 催される 風力発 電コンペ2021 への出場エントリーの準備を行った。

期間内のグループの課題と達成すべきことを決め、一定期間後に設計図を提出させた。

10 月 28 日○3 年生 3 名 課題研究（3 単位）
風力発電コンペ 2021 へエントリーする風力発電装置を製作し、動画によるプレゼンテーションを制作して投稿した。

製作し た風力発電の発電量はどうか。動画の内容は、環境問題と関連付けてきちんと説明できているか。

11 月 18 日○3 年生 6 名 課題研究（3 単位）
デジタル地球儀の直径 90 cm 球体スクリーンの完成。発泡スチロールの半球 2 枚合わせて制作した。パテと塗料を塗って仕上げた。

協力して作業しているか。
球体スクリーンとして機能しているか。プロジェクタの映像はどうか。

11 月 30 日○3 年生 3 名 課題研究（3 単位）
風力発電コンペ 2021 の WEB による審査結果発表。

他校の発表内容と比べてどうだったか。どのような指導講評があったか。

12 月 17 日
1 月 22 日○3 年生 2 名 課題研究（3 単位）※補講 2 時間
デジタル地球儀を活用して、中学生向けの学校説明会でプレゼンテーションを行った。
デジタル地球儀とは？どのように活用するか？など発表した。

中学生の反応はどうか。相手に向けて、はっきりとした口調で思いを伝えることができたか。

1 月 20 日○3 年生 37 名 課題研究（3 単位）
3 年生が 1 年間の取組みの研究内容の発表を行った。1・2 年生は、オンラインで視聴した。
発表は、グループ毎にプレゼンテーション形式で行った。

まとめレポート、相互評価シートを記入させ、その内容はどうだったか。

1 月 28 日○教員研修会

今年度の総括と今後の方針について。

2 月 16 日
2 月 18 日○1 年生 40 名 環境科学実習（３単位）エネルギー環境問題をテーマにした講演会を企画し、エネルギー環境問題について、体験を交えながら授業を行った。。
内容「国産エネルギーメタンハイドレートを体験しよう」
試料提供「産業技術総合研究所つくば西事業所エネルギープロセス研究部門 天満則夫氏」

アンケートを取り、年間を通してエネルギー環境問題について理解度がどうだったか。
次年度以降に役立つ内容があるかかどうか。

※その他、完成したデジタル地球儀を活用した授業を 12～2 月に試行した。

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研究成果報告書４．代表的な実践（１）デジタル地球儀の製作と活用
4~7 月までは、3 年生の課題研究の授業において、生徒がダジック・アースをパソコンにインストールしたり、マニュアルを読みながらプログラムを作成したりしながら、地球温暖化やオゾン層破壊の問題について、どのようにデジタル地球儀活用するか考えた。
8 月の夏季休業中に、直径 90 cm の球体スクリーンを設置するための工事の打合せをした。
10 月に球体スクリーンを完成させ、12 月にデジタル地球儀投影用のプロジェクタを設置した。
デジタル地球儀完成後、12~1 月にかけて生徒が、オゾンホールの時系列変化の様子や平均気温の時系列変化について、YouTube を利用した動画教材を制作した。
また、12~2 月には、2018 年の台風 21 号や 2022 年 2 月のトンガの海底火山の噴火の様子を投影しながら、その被害を展示パネルで説明するなど博物館的な利用も行った。

図１．製作したデジタル地球儀と YouTube を利用した教材活用（２）日本大学生産工学部主催の風力発電コンペに参加し、日本大学生産工学部校友会賞を受賞
2021 年 11 月 30 日(火)に WEB 上で開催・審査結果発表された日本大学生産工学部主催の、風力発電コンペ（ＷＩＮＣＯＭ2021）に 3 年生 3 名が参加した。
生徒は、概要と投稿動画での審査に向けて、4 月から準備をしてきた。製作に当たっては、過去のデータや、いろいろな文献を調べ、新しい形の風車を製作し、初めての動画制作も行った。結果として、日本大学生産工学部校友会賞（入賞）を受賞した。
～競技のルール～
風力発電装置の形状は架台と回転翼含めて高さ80 cm、幅 80 cm、奥行き 80cm の寸法内で、重さ20 kg 以下に収まるように、製作することがルールです。
今回は WEB での開催のため，製作した風力発電装置を生産工学部に持ち込む代わりに，紹介動画を提出していただきます。動画では，製作した装置の特長などを紹介いただくとともに，実際の稼働状況を撮影いただき，その性能などを 3 分以内でアピールしてください。

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図２．風力発電コンペ（ＷＩＮＣＯＭ2021）の様子

５．研究の成果（１）ＩＣＴ活用と授業実践
専門教科の授業において、積極的にデジタル地球儀で 2018 年台風 21 号の映像を投影し、生徒に A4 用紙 1 枚でこの台風について説明するような課題設定を行い、ワープロソフトでパネルを作成させた。生徒が投影された台風の映像と経路を実際に見ることで、興味関心を惹きだすことができた。生徒はインターネットを活用して、当時のニュースを見て、何を伝えるか考え、主体的に取り組んだ。
また、製作したパネルを実際にデジタル地球儀の前に掲示することで、それを見た生徒たちが、台風の映像とその被害の様子など見ながら、話し合うような風景も見ることができ、生徒が学ぶ機会の幅が広がった。

図３．デジタル地球儀を利用したＩＣＴの活用（本校 1 年生）

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研究成果報告書（２）エネルギー環境問題について知り、今後の学びにつなげる
環境科学科では、環境について化学を中心にして専門的に学習する。今年度は、産業技術総合研究所つくば西事業所より、メタンハイドレート試料をご提供（新型コロナウィルス感染症拡大の影響で講師が来校できなかった。
）いただき、環境科学科の１年生を対象とした実習を行った。
実習のテーマは、エネルギー問題に関連した「国産資源メタンハイドレート。燃える氷(メタンハイドレート)を体験しよう。」に設定した。実習では、日本のエネルギー自給率や技術開発、メタンハイドレートの採掘方法やその利用技術を紹介した後に、実際にメタンハイドレートの燃焼体験や、その分子模型の組立を行った。実習を通じて生徒が今学習している環境科学についてより興味関心を持ってもらうことを目的とした。
今回の授業では、理科や社会科の先生方にも御参観いただき、メタンハイドレートの実物に触れていただける機会にもなった。講演会後のアンケートでは、生徒３９名全員が、講演会について「ためになった」と答えた。また、「メタンハイドレートの層がどこにあるかを調査する探査装置の技術」についてなどＩＣＴの活用に注目した生徒も複数いた。

図４．講演会の様子（環境科学科２年生２５名参加）

６．今後の課題・展望（１）エネルギー教育へのアプローチ
令和元年以降、環境についてＩＣＴを活用した教育を行うことを通して、生徒が当事者意識をもって主体的に学ぶための授業づくりを行ってきた。
年度末のアンケート結果を２年前と比較すると、いくつかの用語の知っている割合は大きく増加したが、生徒が知っていることと、知らないことの幅広さは無くなった。この結果を参考にして授業改善を進め、ＩＣＴを有効に活用しながらエネルギー環境教育を行いたい。

図５．知っている用語（割合％）（環境科学科令和元年と３年の比較）

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研究成果報告書（２）社会に開かれた教育課程の推進
ＩＣＴの活用によって、エネルギー環境問題に興味関心をもった生徒が多くおり、年々手ごたえを感じている。アンケートによると、保護者や友人に対して環境について発信する生徒が増えてきた。本校の取り組みが、より保護者に評価されるように、教材研究を進めていく必要があると考えている。

図６．生徒の変化について（割合％）（環境科学科令和元年と３年の比較）

７．おわりに本研究を通して、専門高校の特色でもある「ものづくり」と、「ＩＣＴの活用」により、学習活動や生活体験の中で、変動する地球環境を実際に目で見ることで、エネルギー問題について理解を深められた。また、製作したデジタル地球儀は今後もさまざまな教材として活用できると見込んでいる。
環境科学科は、生徒が各種ＩＣＴ機器を活用し地球環境について知ること、実際に自分の住んでいる地域の環境を知ること、その上で技術者としてものづくりを行い、自分なりの結論を導き発表したりする形式の学習を行うことで、環境科学のスペシャリストである再生可能エネルギ
ー技術者として活躍できるような教育を行いたい。

８．参考文献・資源エネルギー庁，「令和 2 年度エネルギーに関する年次報告」（エネルギー白書 2021）
・日本理工出版会，2009.5，「新エネルギー技術 : 太陽電池・燃料電池・二次電池・スーパーキャパシタ・風力発電」
・山辺 恵理子,・木村 充，2017.3，「ひとはもともとアクティブ・ラーナー！

未来を育てる高校の授業づくり」，北大路書房・齊藤昭則，京都大学大学院理学研究科地球惑星科学輻合部可視化グループ，「Dagik Earth ダ
ジック・アース デジタル地球儀」，https://www.dagik.net/

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