目次
1．座学・実験一体型講義のイメージ
1.1 座学・実験一体型講義とは
1.2 実験例（その 1）
1.3 効能2．ボードコンピュータ少年・少女が大学に入学してくる！
2.1 ボードコンピュータとは
2.2 ラズベリーパイの「楽しさ」の特徴
2.3 モノづくりを楽しむ子供たちの出現
2.4 プログラミング教育の必修化
2.5 ラズベリーパイから AI, IoT へ
2.6 AI, IoT のための基礎学問（電気電子情報工学）

3．製作演習付き講義の実施例（筆者の試み）
3.1 製作演習付き講義とは
3.2 初年度のアンケート結果（パワーエレクトロニクス）
3.3 改善策
3.4 製作課題例（パワーエレクトロニクス）
3.5 改善後のアンケート結果（パワーエレクトロニクス）
3.6 製作課題例（電気工学通論 I, II）
3.7 アンケート結果（電気工学通論 I, II）
4．座学・実験一体型講義のすすめ
4.1 座学・実験一体型講義のまとめ
4.2 学生実験との違い
4.3 製作演習付き講義との違い
4.4 効能（再掲）
4.5 ノートパソコンの必携化
4.6 科目の候補

講演概要です．
まず，座学・実験一体型講義のイメージについて私見を述べます．
次に，近い将来，大学にボードコンピュータ少年・少女達が入学してくる予想を述べます．
その次に，筆者が過去 16 年間模索してきた製作演習付き講義について紹介します．
最後に，ボードコンピュータ少年・少女達の興味を喚起し，座学の理解を容易にする座学・実験一体型講義のすすめを述べて，まとめとします．

1.1 座学・実験一体型講義とは
まず，現状の多くの大学における電気電子系科目の講義形態です．
学生実験は 2 年生後期もしくは 3 年生に開講されます．
学部前半は座学中心の講義です．その間，学生には回路を触る機会がほとんどありません．

本講義では，学生一人一人が計測器と実験キットを保有し，座学の直後に実験を行う講義形
態を座学・実験一体型講義と呼びます．
筆者のイメージする具体的な座学・実験一体型講義では，学生一人一人がノートパソコンとUSB 計測器と電子部品キットを保有します．電子機器の発達により，手のひらサイズで 1万円台の USB 計測器の性能が飛躍的に向上しました．USB 計測器をノートパソコンにつなぐことでポータブル計測器を構成できます．これにより電気電子情報系基礎科目の実験が可能です．
そして，学生一人一人に座学直後に実験が課されます．ノートパソコン，USB 計測器と電子部品キットを持っていれば，学生は座学と同じ席で回路の製作・実験ができます．実験で具体例を体験すれば，座学の抽象的な内容の理解は容易になります．グループ実験ではないので，学生全員が回路を触ります．
工学部においてノートパソコンが必携化されている大学が増えています．名古屋大学内でも必携化が提案されています．電子部品キットは 2 千円台で調達できます．学生に対して，入学時に USB 計測器と電子部品キットの購入を義務づけることができれば，座学・実験一体型講義を実現できます．

筆者の考える，座学・実験一体型講義の実施手順です．
90 分の授業を前後半でおよそ半分ずつに分けます．
前半の 45 分は座学です．従来の 90 分の講義を半分に圧縮します．
後半の 45 分を実験に充てます．座学の内容を実験課題とします．学生全員が各自課題回路を設計・製作します．そして，TA が学生の作った回路の動作をチェックして，OK であれ
ば名簿に記します．その後，学生は自分の製作した回路で実験データを収録します．
レポート課題は実験結果のまとめと考察です．圧縮した座学の補完として，座学の内容を深く考えさせる課題とします．

パワーエレクトロニクスの講義にて筆者が実際に実施してきた，製作演習付き講義における製作演習中の様子です．約 90 名の学生が各自課題製作に取り組んでいます．座学・実験
一体型講義の実験では，同様の課題製作の様子に加えて，学生がノートパソコンを開いて，
USB 機器で測定をしています．

学生が各自の製作した回路を TA に提出し，4 人の TA が手分けして回路動作をチェックしています．座学・実験一体型講義では，逆に TA が学生の間を廻って，製作回路とノートパ
ソコン画面をチェックするやり方が良さそうです．

1.2 座学・実験一体型講義の実験例（その 1）
交流回路論における，座学の抜粋です．
前半 45 分の座学で学生は，従来通りの複素数を使った理論を学びます．図は RC 直列回路
における，コンデンサ両端電圧𝑣𝐶 と電源電圧𝑣𝑠 の関係を示す式です．抵抗R = 1 [kΩ]，コン
デンサC = 0.22 [μF]，電源周波数𝑓 = 1 [kHz]のとき，𝑣𝐶 は𝑣𝑠 より 54°位相が遅れます．

USB 計測器により，実験をしている様子です．
RC 直列回路はブレッドボード上に作ります．ブレッドボードは抵抗やコンデンサの電子部品を差し込むだけで配線ができます．
USB 計測器とノートパソコンは USB ケーブルでつないであります．写真の USB 計測器は
アナログデバイセズ社の ADALM2000 です．この USB 計測器は，手のひらサイズで価格
は 1 万円台ですが，関数発生器，オシロスコープ，スペクトラムアナライザ，ネットワーク
アナライザ，パターンジェネレータ，ロジックアナライザなどの機能を持ちます．前ページの回路の場合，ユーザはノートパソコンの画面にて関数発生器の出力信号を周波数 1 [kHz]の正弦波に設定します．そして，オシロスコープ画面に電源電圧𝑣𝑠 とコンデンサ両端電圧𝑣𝐶の波形を得ます．

オシロスコープから得た電源電圧𝑣𝑠 とコンデンサ両端電圧𝑣𝐶 波形のプリントアウトです．
理論より得られた 𝑣𝐶 の位相遅れを実験により定量的に確認できます．

USB 計測器の機能を活用すると，電気回路論の多くの内容を実験により確認できます．例
えば，電気回路論の最初に，コンデンサに流れ込む電流 𝑖 はコンデンサの両端電圧𝑣𝐶 より90°位相が進むことを学びます．このことは，前ページと同じ実験回路から確認できます．
右上の波形は抵抗の両端電圧𝑣𝑅 とコンデンサ両端電圧𝑣𝐶 の波形です．𝑣𝑅 は𝑣𝐶 より 90°位相が進んでいます．抵抗に流れ込む電流 𝑖 は𝑣𝑅 と同相ですから，𝑖 が 𝑣𝐶 より 90°位相が進んでいることを確認できます．
さらには，電気回路論では 3 種類の瞬時電力を学びます．電源からの瞬時電力 𝑝 ，抵抗で消費される瞬時電力 𝑝𝑅 ，そして，コンデンサ（もしくはコイル）に入る瞬時電力 𝑝𝐶 (𝑝𝐿 )です． これら瞬時電力の波形も USB 計測器の機能を活用することで，前ページの実験回
路から，このページのスライド右下の波形のように得られます．𝑝𝑅 は常に正の有効電力であること，𝑝𝐶 は正負対称で，コンデンサを出入りするだけの無効電力であることを実験により確認できます．

過渡現象論も座学で学んだ直後に実験で確認することができます．座学では，例えば，RC
直列回路に直流電圧𝑉𝐸 を印加したときの，コンデンサ電圧𝑣𝐶 の挙動と回路の時定数τの定義を学びます．右下図は USB 計測器のオシロスコープにより得られた，RC 直列回路の電圧
𝑣𝑠 とコンデンサ電圧𝑣𝐶 の実験波形です．回路の時定数は𝑣𝐶 の波形より約 220 [μsec] であり、計算値と一致することを確認できます．
USB 計測器を学生一人一人が持っていれば，座学の直後に実験を実施して，学生は電気回路論の多くの基礎事項を具体例で確認できます．

1.3 座学・実験一体型講義の効能
筆者が考える座学・実験一体型講義の効能です．
1．学生が座学を集中して聞くようになります．なぜならば，座学を聴けば直後の実験課題が解けるからです．さらに，座学は 45 分と短いので学生にとって集中しやすいです．
2． 学生が実験を楽しむようになります．自分で作った回路が動くとそれだけでも楽しいです．配線に失敗する，部品を壊す体験も，乗り越えたときには大きな達成感につながります．学生にとって貴重な体験となるでしょう．
3． 学生が座学の内容を理解し易くなります．実験は具体例の最たるものです．座学直後の具体例により，学生は法則・理論を理解し易くなります．
4． 学生が電気系の科目全般に興味を抱くようになります．電気系基礎科目の多くで座学・実験一体型講義を実施することで，学生が電気を学ぶことの楽しさを知り，基礎科目を理解すれば，電気系のその他多くの科目に対しても興味を持つと期待できます．

電気電子情報工学教育の周辺環境の変化について述べます．本章の主題は，「近い将来ボー
ドコンピュータ少年・少女が大学に入学してくる．
」です．

2.1 ボードコンピュータとはボードコンピュータが世界中で普及しつつあります．体表的なものに Arduino, mbed そして Raspberry Pi があります．Arduino は 2005 年に開発され，2006 年から生産，販売が始まったようです．また，mbed は 2009 年に販売が始まりました．ボードコンピュータが爆発的に普及するようになったきっかけは 2012 年の Raspberry Pi の発売とのことです．そこで，Raspberry Pi を代表例としてボードコンピュータとはどのようなものかを見ていきましょう．

ラズベリーパイ(Raspberry Pi)は 2012 年初等に発売されました．最初のボードは 35 ドルとのことでした．2020 年の現時点では，アマゾンにて Raspberry Pi 4 Model B (4GB RAM,
64GB SD カード)のスタータキットが 13,800 円で販売されています．スタータキットとは
SD カード，HDMI ケーブル，電源アダプター，ケースが同梱されていて，別売のディスプ
レイ，キーボード，マウスなどをつなげばすぐに使えるキットです．
本体のみの機能限定版 Raspberry Pi Zero v1.3 は 660 円です．
ラズベリーパイの創始者はイギリス人の Eben Upton 氏です．

Raspberry Pi 3 Model B です．2 年前ではこれが最新版でした．上右の写真が専用ケースに収められたラズベリーパイです．下の写真は，ラズベリーパイに HDMI 端子付きのディ
スプレイ，USB キーボード，USB マウス，USB マイク，USB カメラ，スピーカをつないだ様子です．キーボード，マウスのサイズからラズベリーパイの大体の大きさが分ります．

ラズベリーパイの理念について Eben Upton 氏が wired という雑誌のインタビューで語っています．
上記の通り，同氏はケンブリッジ大学での体験から，「子どもたちがコンピュータに夢中になる機会がなかった」という問題意識を持ちました．

Eben Upton 氏は続けて，少年時代にコンピュータを趣味として楽しんで来たことを語った
後に，今の子供達に自分の部屋でプログラミンを楽しめる環境を取り戻してあげたいという思いをラズベリーパイに込めたと述べています．

子供達がプログラミンを楽しめる環境作りのために，コンピュータのあるべき姿として上記の 4 つを挙げています．

図はラズベリーパイの出荷台数累積値です．横軸は年月です．
2012 年初頭に発売されたラズベリーパイは，Eben Upton 氏らの予想を遙かに上回って，2013 年 10 月末の時点で 200 万台が売れたとのことです．その後，順調に売れ行きを伸ばして，2019 年 12 月中旬には 3000 万台に達したとの報道がありました．ラズベリーパイは教育用を念頭に開発されましたが，約半数は産業界で売れているそうです．

2.2 ラズベリーパイの「楽しさ」の特徴
ラズベリーパイの「楽しさ」の特徴を紹介して行きます．
ラズベリーパイは電子回路をつなげられます．ラズベリーパイの初心者用に電子部品のキットが売られています．

写真は Raspberry Pi 3 Model B です．このボードには，ビデオコネクタ，SD カードスロ
ット，USB ポート，イーサネットポート，スピーカコネクタ，カメラコネクタ，ディスプ
レイ用 HDMI コネクタ，そして，40 本の GPIO (General Purpose Input/Output)ピンが設けられています．

電子回路を組む簡単な手段にブレッドボードがあります．半田付け無しで電子回路を組むことができます．初心者用の電子部品キットにもブレッドボードが含まれています．

LED の点灯／消灯をスイッチで制御する回路です．ラズベリーパイの GPIO ピンとプッシュスイッチ，LED をジャンパ線でつないであります．プッシュスイッチ，LED，ジャンパ線はいずれもキットに含まれています．動作の様子をビデオに収めました．ラズベリーパイ
は，プッシュスイッチのオン／オフ状態を読み取って，LED 回路に印加する電圧を制御します．

LED の点灯／消灯をプッシュスイッチで制御するスクリプトです．言語は Python です．
Upton 氏が子供向けラズベリーパイ教室で子供達を指導する様子は概略次の通りです．
まず，小学生の子供達にこのスクリプトと前述のできあがった回路を与えます．そして，ス
イッチを押したら LED が点くことを確認させます．次に，例えば「スイッチを押したらLED が消えるようにスクリプトを書き換えてごらん」と子供達に指示を出します．その際，スクリプトについては何も説明しません．
イギリス人の子供達ですから，なんとなくスクリプトが読めます．子供達はあーでもない，
こーでもないとやっているうちに，やがて正解にたどり着きます．こうなると子供達は目をキラキラと輝かせて，次の課題に興味を示します．
いくつかの課題を終える頃には，子供達はラズベリーパイが大好きになっていて，教室終了
後にはラズベリーパイを鞄に入れて，続きをやるためにいそいそと家路を急ぐとのことです．

電子部品キットにはリレーが入っています．写真はリレーを前述の LED 回路と置き換えてあります．ラズベリーパイの LED 点灯／消灯信号をリレーの制御信号とすることで，小さなプッシュスイッチで家電品などの電源をオン／オフできます．写真では 100 [V]電灯線を途中で切断して，それぞれの切断線に橙色の電線を半田づけして，橙色電線のもう一端をリ
レースイッチにつないであります．この回路の動作の様子をビデオに示します．

ラズベリーパイの「楽しさ」の特徴に電子機器をつなげられることが挙げられます．
写真は，USB マイク，USB カメラとスピーカをつないだ様子です．

前述のリレー制御を音声指示により行う「AI スピーカもどき」を作ることができます．音
声認識，音声合成のスクリプトはネットから無料版をダウンロードできます．私はそのスクリプトを少し書き換えてみました．その動作の様子をビデオでご覧下さい．

ラズベリーパイの「楽しさ」の特徴にはインターネットにつなげられることも挙げられます．
ボードにはイーサネットコネクタと Wi-Fi, Bluetooth 用のアンテナが設けられています．

Wi-Fi を利用して，「スマートハウスもどき」を作れます．前述のリレーによりライトをオン／オフするスクリプトのブッシュスイッチの箇所を，スマートフォンにより遠隔操作ができるように書き換えることができます．動作の様子はビデオをご覧下さい．

ラズベリーパイにはカメラ専用のスロットが設けられています．ここにカメラをつなげれば，「楽しさ」はさらに拡がります．

「遠隔操縦ロボットもどき」を作ることができます．ラズベリーパイにカメラを接続し，WiFi によりタンクをリモートコントロールします．

スマートフォンでカメラ画像をモニタしながら，タッチパネルの操作ボタンによりタンクをリモートコントロールしています．動作の様子をビデオに示します．慣れればモニタ画面だけを頼りにタンクを制御できます．

2.3 モノづくりを楽しむ子供たちの出現
今，世界中でモノづくりを楽しむ人たちが出現しています．モノを作る人(Maker)によるモノづくりの流行（Maker ムーブメント）です．Maker 達が自作の製作物を持ち寄る祭典(Maker Faire)が世界中で毎年 200 回以上開かれています．Maker Faire Tokyo は 2007 年に始められて，2019 年の第 12 回目では 2 日間で出展者 350 組，来場者 22,000 人でした．
Maker Faire Bay Area（米国カリフォルニア）は 2017 年の第 12 回目では 3 日間で出展者
1,200 組，来場者 125,000 人の巨大イベントでした．Maker Faire では電子工作だけではなく，手芸品，工芸品から 3D プリンタによるモノづくりなど，さまざまなものが出展されます．筆者が覗いた Maker Faire Tokyo 2018, 2019 ではほとんどが電子工作の出展でした．
（電子工作にしか私の目が行っていなかった可能性があります．）Arduino が電子工作に対するハードルを下げたことが，Maker ムーブメントの拡大に大きく貢献したとのことです．
ラズベリーパイは 2012 年の出現なので，Maker ムーブメントの開始よりも後発なのですが，Arduino と同様に Maker Fair Tokyo 2018, 2019 の多くの製作物に使われていました．
次に会場の雰囲気を紹介します．Maker Faire Tokyo 2018, 2019 の様子です．筆者が撮影しました．ほんの一角の様子ですが，子供達が電子回路＋プログラミングで遊んでいる様子が印象的でした．

2.4 プログラミング教育の必修化
さて，日本では 2020 年 4 月から小学 5 年生向けにプログラミング教育が必修化されます．
2021 年 4 月からは中学生全学年で必修化され，2022 年度からは高校 1 年生から順次必修化されます．これは，新たにプログラミングという科目が設けられるわけではなく，学校教育の中で扱う題材にプログラミングが入ってくる，とのことです．実際にどのような教育が行われるのかは各学校の裁量に任されています．
「小学校プログラミング教育の手引き」文
部科学省，H30 には，プログラムによりモノを制御する事例が 14 例中 6 例紹介されています．

平成 17 年 6 月に総務省から「プログラミング人材育成のあり方に関する調査研究報告書」が出されています．全国の教育関係団体（NPO 法人・民間教育事業者・教育関係機関）に対してアンケート調査を行った結果を基にしています．報告書の表 4-2 の抜粋によると，プログラミングに関する教育で用いられる主なハードウェアとして，ラズベリーパイや
Arduino などが挙げられています．
本講義では，コンピュータで電子回路を動かすことの面白さを知っている子供達を，「ボー
ドコンピュータ少年・少女」と呼びます．近い将来，ボードコンピュータ少年・少女が増えると，私は予想します．

2.5 ラズベリーパイから AI, IoT へ
ラズベリーパイは遊びだけに使われているわけではありません．本格的な AI へのラズベリーパイの利用例が報告されています．左の Web ページではきゅうりの仕分け機の試作にラズベリーパイが使用されています．開発者達はディープラーニングによりキュウリの等級をニューラルネットワークに学習させ，学習後のニューラルネットワークをラズベリーパ
イに搭載してキュウリの等級判定をさせています．
右の Web ページではラズベリーパイ 64 台の組み合わせで「スーパーコンピュータもどき」が作られています．ラズベリーパイ 1 台の計算速度が 24GFLOPS です．仮にこの 64 倍の性能が実現できたとすれば，1.5T(1.5 × 1012 )FLOPS です．京コンピュータの計算速度10Peta(1016) FLOPS には 4 桁及びませんが，スーパーコンピュータの教育用として使われているとのことです．アルファ碁もどきもできそうです．

ラズベリーパイは産業用途にも使われています．左の写真は産業用のラズベリーパイです．
製造現場をコストパフォーマンス良く IoT 化できると謳われています．右の Web ページはラズベリーパイが搭載されたゲートウェイです．

ラズベリーパイを使った遊びは IoT の世界へとつながっています．
図は IoT の近未来像の一例です．Connected vehicle のイメージが描かれています．
Automated Driving（自動運転），Connected Navigation（コネクティッドナビ）, Fleet
Management（車列運行）など，運転時の利便性を向上させる車載サービスの革新やIntermodal Services（交通システム間サービス），Car Sharing（カーシェアリング）など
人々の交通システム利用の仕方そのものを変える交通サービスの革新などが起きつつあります．

Smart House のイメージです．エアコン，調光器具，メディアなどがインターネットにより接続されることで，快適性向上，エネルギ利用効率の最適化，セキュリティ確保などの家・家電が提供するサービス（家屋サービス（？））の革新も起きつつあります．

そして，工場，オフィス，から家庭まで，あらゆるモノがインターネットでつながることで，新サービス・アプリケーションが創出され，ユーザの利便性や省エネ・業務効率の改善など
により生活が向上するとともに，産業構造の変革が起きる時代が来ようとしています．

図は IoT における 4 つの技術とそれらの関係を示します．まず，計測とデータのディジタ
ル化，モノの接続・駆動です．次に，得られたデータを処理に適した場所に運ぶこととデータ処理ソフトの最適配備です．そして，データの解析，モデルの同定と予測です．その結果は計測，モノの駆動に反映されます．これら 3 つの技術を守るのがセキュリティです．

2.6 AI, IoT のための基礎学問（電気電子情報工学）
AI の基礎学問，そして，前ページの IoT 技術の基礎学問として，数学，電気電子工学，情報工学を挙げることができます．これらは電気電子情報工学科のカリキュラムに含まれています．
近い将来多くのボードコンピュータ少年・少女が大学に入学してくると，私は予想します．
彼・彼女らの進学先として電気電子情報工学科が重要な選択肢の一つになることでしょう．

ボードコンピュータ少年・少女（コンピュータで電子回路を動かすことの面白さを知っている子供達）を迎える大学の電気系科目の講義が座学中心のままで良いでしょうか？
回路を触る機会のない電気系科目の講義が 2 年近くも続くことが，彼・彼女らにとって楽しいでしょうか？
コンピュータを活用して電子回路を動かしながら法則・理論を学べる講義は学生の興味を強く喚起することでしょう．

本講義資料の読者は，USB 計測器とノートパソコンがあるだけで座学の直後に実験を行う
講義ができるのかと，疑問に思っておられるのではないでしょうか？
ここからは，筆者が実践してきた製作演習付き講義を紹介します．座学の直後に回路製作課
題を課した点では，製作演習付き講義は座学・実験一体型講義と同じです．異なるのは，製作演習付き講義では学生が計測器を持っていなかった点です．回路動作は光らせて／音を出して／動かして分かるようにしました．回路動作の定量的評価が困難であるため，実験とは呼ばずに製作演習と呼んできました．

3.1 製作演習付き講義とは
筆者は，平成 16 年 4 月に名古屋大学工学研究科計算理工学専攻に教授として着任しました．以来，16 年間製作演習付きの講義を模索してきました．担当講義は学部電気系 3 年生のパワーエレクトロニクスと物理工学系 3 年生の電気工学通論 I, II でした．受講生はパワーエレクトロニクスが約 100 名，電気工学通論が約 50 名でした．

図はパーソナルコンピュータとボードコンピュータの略年表です．1970 年代にパーソナル
コンピュータが市販されました．エポックとしては，1979 年にヒット商品となった PC-8001の発売，1990 年にオペレーティング環境 Windows3.0 の発売が挙げられます．同じ時期に
スペースインベーダーゲーム，スーパーファミコンがそれぞれ発売されています．70，80
年代のパーソナルコンピュータがまだそれほど成熟していなかった頃には，Eben Upton 氏談にある「趣味としてコンピュータを楽しむ子供達」が居ました．ここでは，この子供達を「コンピュータ少年・少女」と呼びます．Eben Upton 氏はコンピュータ少年の一人です．
ボードコンピュータは，エポックとして 2006 年の Arduino, 2012 年のラズベリーパイが挙げられます．2020 年の現在，世界中で「ボードコンピュータ少年・少女」が出現しています．

筆者は平成 16 年度から令和元年度までパワーエレクトロニクスと電気電子工学通論を担当しました．私が担当した学生達は，Eben Upton 氏が担当した学生達と同世代です．すなわ
ち，コンピュータ少年・少女とボードコンピュータ少年・少女の狭間の世代です．

筆者が平成 16 年にパワーエレクトロニクスの講義を担当したときに持った問題意識は「電気系学科の学生は電気電子回路作りの経験を持っていない．
」でした．座学だけの講義では回路を作る面白さは分らないだろうと想像しました．
電気系学科の 3 年生ですが，1，2 年生の間に回路作りをする機会は，ディジタル回路の製作演習を除き，ほとんどありませんでした．

そこで，平成 18 年に，筆者手製の回路を学生に紹介し，オシロスコープ画面をスクリーンに投影して回路動作を実演しました．写真が製作したモータ回転数の PI 制御回路です．波形は回転数指令値𝑣𝜔𝑟𝑒𝑓 と回転数検出値𝑣𝜔 です．指令値に検出値が追従している様子をリア
ルタイムで学生に示しました．

しかし，楽しいのは講師ばかりなり，でした．作った経験が無ければ，実物を見せられてもどれが何かもよく分らず，学生には面白くありません．

そこで，翌年から製作演習付きの講義を開始しました．
目的を「回路作りの楽しさを体験すること．座学の理解を深めること」としました．
対象は電気系学科の 3 年生約 100 名でした．
回路製作をさせることの背景にある考えは，「作った回路が動けば楽しい．そして，回路動
作は具体例の最たるもの．座学の直後に作ることで，法則・理論を具体例により理解し易く
なる．
」でした．

講義の実施手順です．
前半の 45 分が座学です．90 分の講義を 45 分に圧縮し，スライドにより解説のポイントを絞ります．
後半の 45 分が製作演習です．座学の内容に関する製作課題を毎週出題します．そして学生
一人一人が課題回路を設計・製作します．製作した回路は TA に提出して，OK なら TA は名簿に記入します．学生全員に計測器を持たせることが困難であるため，実験ではなく製作演習を課します．課題提出の締め切りを学期末とし，回路製作に手間取る学生が焦らないよ
うにします．また，講義開始時点に先週までの課題回路を提出すれば，座学中に TA がチェ
ックして，次の課題回路製作に滞りなく取り組めるようにします．学生実験では数人で 1 グ
ループが構成され，グループに対して 1 課題／週が課されます．これでは回路に触らない
学生が出ます．製作演習では一人一人に製作課題を課すことで，全員が回路を触ります．
配点は期末の筆記試験が 60 点，製作課題とレポートを全て提出して 40 点です．この比率が，7:3 では学生の製作課題に取り組む意欲が下がり，5:5 では筆記試験に備える意欲が下がると予想しました．

製作課題作成に当たって以下の方針を立てました．
1．前半の座学を聴けば作れる課題とする．
前半の座学を聴けば後半の課題回路を作れるので，学生は座学に集中します．
2．回路動作は光らせて／音を出して／動かして分るようにする．
100 人全員にオシロスコープを用意できないので，LED，スピーカ，モータを駆使して回路動作を見て，聞いて，触って分る課題とします．
3．回路は全てブレッドボード上で製作可能とする．
ブレッドボードは，ボード上の穴に部品やジャンパ線を差し込むだけで配線ができる基板です．スピーカやイヤフォンプラグなど半田づけが必要なものは初回の講義で済ましてしまい，2 回目の講義からは半田づけ無しで回路製作に取り組めるようにします．
4．部品代は 2000 円程度を目指す．極力安価にする．
部品代は学生負担とします．学生の負担をできるだけ軽くするために，市販のキットに頼らすに，筆者自身がネット通販，大須のアメ横などの電子部品店で調達します．

5. 部品を壊した場合は，代りの部品を提供する．
配線に失敗すること，部品を壊すことから学生は多くのことを学ぶことができます．そこで，学生が部品を壊しても代りの部品を筆者が提供することにします．これにより，学生は安心して回路製作に取り組めます．

製作課題例です．パワーエレクトロニクスの基本項目毎に LED の光りで動作を見る，モー
タの回転力を体感する．音楽を再生して聴くなどの工夫をしました．

部品の調達先です．
初年度と次年度は筆者が自力で調達しました．電子部品は大須のアメ横電子部品店とネット通販で購入し，部品ケースはダイソーで購入しました．
平成 21 年度以降は名古屋理研電具株式会社が部品を調達，販売してくれるようになりました．偶然の出会いから，同社の社長さんが実費に近い価格で部品の提供を約束してくれました．交換条件は同社の社名の入ったシールを部品ケースに貼ることでした．予備の部品を確保するために，いつも多めに発注しました．

部品リストです．これは私の最終年度の講義で学生に配布したリストです．

初回の講義では，講義内容の概要説明と学生各自による半田づけ作業です．
初回の配付資料には部品リストと各部品の説明，半田づけ要領を記しておきます．部品の説
明では，以降の製作に必要な全ての情報を載せておきます．学生にはいつもこの資料を持参するように周知します．

初年度の講義資料と製作課題の抜粋です．

パワーエレクトロニクスの講義において，課題回路を制作中の様子です．約 90 名の学生が回路製作に取り組んでいます．

3.2 初年度のアンケート結果（パワーエレクトロニクス）
初年度学期末のアンケート集計結果の抜粋です．回答指示は「自由記述欄に製作演習に対する建設的意見を記せ．
」でした．記名式としました．無記名式では有益な意見を得られなかった経験から，記名式としました．回答者数は 92 名でした．
製作課題が 2 課題／週のとき，および課題が簡単すぎたときには TA の前に大行列ができてしまいました．そのため，「TA にチェックを受ける行列が長かった．（33 名）」の回答がありました．
大きな反省点は，「課題を理解していなくても作ることができた．
（21 名）」，「回路作りに気を取られて，講義をしっかり聞いていなかった．
（5 名）」「回路作りに夢中になりすぎて，
課題の理解が不足した．
（3 名）」の回答があったことです．回路図通りに組み立てるだけでTA から OK の出る課題が多かったことが大きな要因でした．
また，「正解動作が分り難かった．
（6 名）」の回答からは，製作課題の説明時に正解動作をスライドで見せるだけでは足りないことが判りました．

初年度の製作演習付き講義では多くの反省点がありましたが，一方で，「回路製作は楽しかった．
（43 名）」，「座学の内容がより理解できた．
（50 名）」の回答があり，次年度以降も製作演習付き講義を続けることを決意しました．
その他，「できたときは感動した．達成感があった．
（7 名）」，「新鮮だった．
（3 名）」，「講義
へのやる気が増した．
（8 名）
」
，
「パワエレへの興味が増した．
（6 名）」など肯定的な回答が見られました．
さらに，それぞれ 1 名だけの回答ですが，「1 週間で最も楽しめる講義だった．」，「実習があることで楽しい授業だった．毎週月曜 3 限を待ち望んでいました．」，「座学だけの講義に比べて勉強しているという実感があった．
」，「今まで電気回路などにほとんど興味が無かったが，この授業によって少し興味を持つことができた．」などの回答がありました．

パワーエレクトロニクスの講義は，学部 3 年生前期の開講でした．学生実験も 3 年生前期から始まります．上記の回答から判ることは，学部 1，2 年生の電気回路，電子回路などの講義では回路を組む機会がほとんど無かったことです．

3.3 改善策
次年度には上記のような改善策を立てました．
「TA にチェックを受ける行列が長かった．
」に対しては，1 週 1 課題とし，さらに製作課題の難易度を調整しました．難易度調整は次年度以降も試行錯誤が続きました．
「理解していなくても作ることはできた．
」に対しては，製作課題の回路を穴あきとし，次第に穴を大きくして行き，最後は言葉のみの指示として，学生に回路を設計させることとしました．また，前半の座学で要点を聞けば設計できるようにしました．
「正解動作が分り難かった．
」に対しては，正解ビデオを作成し，演習中に繰り返し上映することとしました．また，NUCT にアップして，ネットを通して閲覧できるようにしました．
「回路作りに気を取られる・・・」に対しては，座学の資料の要点を空欄にし，座学中に穴埋めさせ，さらに，製作課題は座学開始時点ではなく，座学終了時に提示することにして，座学に集中させることとしました．また，課題回路の動作に関するレポート課題を出題する
ことで，回路動作を考えさせるようにしました．

3.4 製作課題例（パワーエレクトロニクス）
図は降圧チョッパ回路の製作課題です．トランジスタのベース抵抗値の決定を設計課題に含めています．

正解例のビデオです．まず，製作課題の説明時にビデオ映像をスクリーンに投影して説明し，その後，製作演習の間中，再生を繰り返しておきました．
レポート課題では LED3 が消える直後に LED2 が一瞬点灯する理由を考察させました．

DC モータの回転数制御回路を設計・製作させる課題です．オペアンプによる PI 制御回路を空欄にして，さらに比例ゲインと積分ゲインを指定の値とするように，回路内の抵抗値とコンデンサの静電容量を決めさせました．
レボート課題は PI 制御では回転数指令値𝑣𝜔𝑐𝑜𝑚 と検出値𝑣𝜔 が一致するのに対して，P 制御
では一致しない理由を考察させました．また，PI 制御回路出力電圧𝑣𝑐𝑜𝑚 と回路内のコンデンサの電荷との関係を考察させました．

PI 制御回路による DC モータの回転数制御回路課題の正解例のビデオです．

期末に近い頃の製作課題例です．フルブリッジインバータを用いた D 級アンプを設計・製作させる課題です．マイコンによる PWM 波形生成回路のみ記載してあります．
D 級アンプで増幅してスピーカから聞こえてきた音を筆者が IC レコーダで録音しました．
学生には正解例としてこの音を聴かせました．
ライセンスフリーのサイト（http://classical-sound.seesaa.net/article/177279346.html）にあるモーツァルト：アイネ・クライネ・ナハトムジーク ト長調 K.525 第 1 楽章です．元
音源と聞き比べてみて下さい．

3.5 改善後のアンケート結果
令和元年度末に実施したアンケート結果です．座学，製作演習，レポート課題についてそれ
ぞれよかった点，悪かった点の記述，および感想を求めました．自由記述，記名式としました．回答者数は 70 名でした．
楽しい，面白い，うれしい，達成感がある，新鮮，貴重な機会，よい経験など，肯定的回答が多くありました（計 61 名）．また，理解が深まった．記憶を定着できた等と記した回答も多くありました（計 33 名）．これらの言葉を一言も記さなかった回答者は３名のみでした．
レポートにより座学／製作課題を深く理解できたとの回答は 54 名が記していました．レ
ポート提出締め切りを翌週の講義開始時点とし，講義開始時にレポートの解答を解説した
ことが高評価につながりました．

パワーエレクトロニクスの講義は外国人留学生向けプログラム(G30，NUPACE)でも開講してきました．G30 は講義がすべて英語で組まれたプログラムです．NUPACE は，半期のプログラムで，留学生が名古屋大学内で開講されている英語の講義を選択受講します．毎年，両プログラムを合わせて約 10 名の学生が私の製作演習付き講義を受講しました．
写真は平成 30 年秋学期での製作演習時の様子です．ドイツの大学から NUPACE に参加していた学生が帰国時に私にメールをくれました．

メールには，「私が日本滞在中に受講した講義の中でまさしく最良の講義でした．ほんとうに興味深く，また，楽しかったです．」と記されていました．

3.6 製作課題例（電気工学通論 I, II）
電気電子工学通論 I, II でも製作演習付き講義を実施しました．対象学生は物理工学科の 3
年生約 50 名です．私の問題意識は，「対象学生は電気電子回路を全く触ったことがない．
」
でした．

電気工学通論 I の製作演習の課題例です．講義内容は電気回路論，電子回路論の基礎です．
製作課題は，いずれも光で見る／音で聞く／音楽を聴くことで回路動作の具体例を体験できるようにしました．

製作課題の 1 例です．トランジスタの音声信号増幅の原理を解説した後，実際にスマートフォンなどの音響機器にイヤフォンプラグを差し込むことで音楽を聴くことのできる回路の製作課題を課しました．

電気工学通論 II の製作演習の課題例です．講義内容はディジタル回路です．製作課題は，いずれも LED の点滅により動作を確認できるようにしました．

AND，OR，NOT 回路の動作を確認する課題です．ビデオをご覧下さい．

2 進数 00, 01, 10, 11 と 10 進数の数字 7, 8, 9, 0 を
00 → 701 → 810 → 911 → 0と対応づけて，7 セグメント LED に表示する論理回路の設計課題です．
ビデオをご覧下さい．
左に横 1 列に並んでいる 4 個の LED の右側 2 個により 2 進数を表現しています．消灯時が 0，点灯時が 1 です．なお，左側 2 個の LED はこの課題では関係ありません．

16 進カウンタの製作課題です．左側横 1 列に並んでいる 4 個の LED の右端の点灯回数を数えます．右側横 1 列の 4 個の LED により 4 桁の 2 進数を表しています．
ビデオをご覧下さい．

3.7 アンケート結果（電気工学通論 II）
令和元年度秋学期末に実施した電気工学通論 II のアンケート結果（抜粋）です．座学，製作演習，レポート課題についてそれぞれよかった点，悪かった点の記述，および感想を求めました．自由記述，記名式としました．回答者数は 36 名でした．
楽しかった，面白かった，新鮮だった，達成感があったな（21 名）．座学の内容を良く理解できた．実感した（11 名）と肯定的な回答が多くありました．これらの言葉を一言も記さなかった回答者は 4 名のみでした．
レポートにより，理解が深まった．座学の内容を定着できた（28 名）と，レポートの評価も高かったです．

4.1 座学・実験一体型講義のまとめ
座学・実験一体型講義のまとめです．

2012 年のラズベリーパイの発売から，ボードコンピュータが急速に世界中に普及してきました．この頃から現れ始めたのが，ボードコンピュータ少年・少女です．

ボードコンピュータ少年が受講生の中に居ました．令和元年秋学期の G30 パワーエレクト
ロニクスにて，ベトナム人留学生が Arduino Nano とノートパソコンからなるオシロスコープを持参して，製作演習中に自分の作ったチョッパ，インバータなどの電圧波形を観測していました．回路動作の的確な把握と定量的評価ができていることに，筆者は座学・実験一体型講義の原型を見ることができました．
写真はボードコンピュータ上の Arduino Nano です．ネットでは 400 円／個の驚異的な安値で販売されています．また，ベトナム人留学生のものとは異なりますが，例えば，ネット
から九工大 Arduino オシロスコープのようなフリーソフトをダウンロードできます．上右
図は Arduino オシロスコープ画面のスナップショットです．このソフトは 2 チャネルでそれぞれ 500ksps のサンプリング速度を実現しています．

ボードコンピュータの普及とプログラミング教育の必修化により，近い将来，ボードコンピュータ少年・少女（コンピュータで電子回路を動かすことの面白さを知っている子供達）が数多く大学に入学してくると予想します．
ボードコンピュータ少年・少女を迎える大学の電気系科目の講義が座学中心のままで良いでしょうか？回路を触る機会のない電気系科目の講義が 2 年近くも続くことが，彼・彼女らにとって楽しいでしょうか？
私の提案は座学・実験一体型講義です．

筆者のイメージする座学・実験一体型講義では，学生一人一人が計測器（ノートパソコン＋
USB 計測器）と実験（電子部品）キットを保有します．
そして，学生一人一人に座学直後に実験が課されます．
ノートパソコン，USB 計測器と電子部品キットを持っていれば，学生は座学と同じ席で回路の製作・実験ができます．
コンピュータを活用して回路を動かしながら法則・理論を学べる講義は，学生の興味を強く喚起することでしょう．座学の直後に回路を触ることで，学生の法則・理論に対する理解が容易になります．

最初に述べた，座学・実験一体型講義の実施手順の再掲です．
90 分の授業を前後半でおよそ半分ずつに分けます．
前半の 45 分は座学です．学生は法則・理論を聴きます．
後半の 45 分が実験です．学生は法則・理論の具体例を体験します．
レポート課題は実験結果のまとめと考察です．具体例から法則・理論の理解を深めます．

ノートパソコンと USB 計測器による実験の様子の再掲です．
USB 計測器による電気回路論，電子回路論，パワーエレクトロニクスの実験例を 4 つ紹介
します．

USB 計測器(adalm2000)のスペクトラムアナライザによるひずみ波解析の例です．矩形波
や三角波の高調波解析は電気回路論の基礎事項です．
USB 計測器は任意波形を発生できます．様々な波形を作らせて，その高調波成分を測定させ，併せて理論解析結果と対応させれば，学生が理解を深めるのによい課題となるでしょう．

トランジスタ増幅回路の実験結果です．ベース回路の印加電圧𝑣𝐵𝐸 とコレクタ－エミッタ間
電圧𝑣𝐶𝐸 の波形例です．回路の増幅度を測ることができます．また，𝑣𝐵𝐸 のバイアス電圧の役
割と効果も理解し易くなります．
この増幅回路は，スピーカをつなげば音を再生できます．スマートフォンなどをこの回路の信号源とすることで，学生は普段イヤフォンで聴いている音楽などをスピーカから聴くことができます．学生にとって楽しい実験となることでしょう．

USB 計測器(adalm2000)のネットワークアナライザによるトランジスタ増幅回路の周波数特性の計測結果例です．ゲイン特性，位相特性を測ることができます．エミッタ接地増幅回路，コレクタ接地増幅回路，ベース接地増幅回路，コンデンサ結合増幅回路，負帰還回路などの周波数特性は，電子回路論の基礎項目ですが，これまでは多くの学生にとって難解でした．USB 計測器により具体例を体験することで，学生の理解は容易になります．

パワーエレクトロニクスにおける DC モータの回転数制御回路の実験結果です．回転数指令値𝑣𝜔𝑐𝑜𝑚 と回転数検出値𝑣𝜔 の波形例です．𝑣𝜔𝑐𝑜𝑚 のステップ変化に対して，𝑣𝜔 が追随している様子と，定常状態では両者が一致していることが判ります．PI 制御と P 制御による効果の違いを定量的に解析することも可能になります．

4.2 学生実験との違い
座学・実験一体型講義と学生実験との違いのまとめです．
座学・実験一体型講義では学生一人一人がノートパソコンと USB 計測器からなるポータブル計測器を保有しています．これにより座学の直後に同じ講義室内で実験を実施できます．
学生実験では計測器は 1 グループに対して 1 台／種類が割り当てられます．全員が計測器に触れるとは限りません．複数の実験テーマに対して複数のグループでローテーションを組むため，座学と実験の多くは実施時期が離れています．

4.3 製作演習付き講義との違い
座学・実験一体型講義と製作演習付き講義の違いのまとめです．
両者の違いは学生が計測器を持っているかいないかです．
計測器があることで，回路動作の定量的評価ができます．無ければ定量化は困難です．

4.4 座学・実験一体型講義の効能（再掲）
本講義の最初に述べた，座学・実験一体型講義の効能を再掲します．
それぞれの項目を納得していただけますでしょうか？
一言付け加えます．演習レポートでは，学生の間で解答のコピーが出回ることが教員にとって頭の痛い問題となります．紙のレポートと製作課題では違いがあります．他の人の演
習レポートを書き写した場合，学生にとって面白くはありません．製作課題においては，
他の人の回路を見よう見まねで作った場合でも，自分で作った回路が動けば面白いです．

4.5 ノートパソコンの必携化
座学・実験一体型講義を実現するためには，学生各自がノートパソコンを保有する必要があります．名古屋大学では入学時に工学部の学生に対してノートパソコンを必携化することが検討されています．むしろ名古屋大学は遅い方で，既に多くの大学で必携化されています．
ノートパソコンの必携化が実現でき，さらにもう一歩進めて，学生全員に USB 計測器と電子部品キットを保有させることができれば，座学・実験一体型講義を実施できます．

4.6 座学・実験一体型講義科目の候補
筆者は，従来の座学・演習の講義を座学・実験一体型講義へと改変できると考えていま
す．例えば
交流回路論
電子回路論
ディジタル回路論
電気磁気学
電気エネルギ基礎論
センサ工学
制御工学
ディジタル信号処理
パワーエレクトロニクスなどの科目です．多くの科目で USB 計測器が利用されれば，学生にその真価が分ることでしょう．そして，なにより多くの学生が電気電子工学を大好きになることでしょう！