国士舘大学における物理実験のフル・オンライン授業化への取り組み
若山 将征 1), 関口 宗男 1), 和田 浩明 1), 西山 枝里 1)
1) 国士舘大学 理工学部
wakayama.m@kokushikan.ac.jp

Approach to A Full Online Lecture of Physics Experiment
at Kokushikan University
Masayuki Wakayama1), Motoo Sekiguchi1), Hiroaki Wada1), Eri Nishiyama1)
1) School of Science and Engineering, Kokushikan University

概要
国士舘大学では、令和 2 年度春期の学部 1 年生向け物理実験の授業をフル・オンラインで開講した。物理実験は本来ならば実技を必須とする科目である。本稿では、物理実
験をフル・オンライン化へと移行させた取り組みとその課題について述べる。

1 はじめに国士舘大学では、新型コロナウイルス

2 オンライン化に伴うシラバスの変更
物理実験のフル・オンライン化をするにあたり、(COVID-19)の影響を受けて、令和 2 年度春期の

まず我々はシラバスの変更を行なった。令和元

1 年次科目の「物理実験」はフル・オンライン授年度までの物理実験では、以下の実験項目を業での開講に踏み切った。 物理実験は本来な実施していた。

らば実技を必須とするが、フル・オンライン化した場合においても、授業の質は対面で実施した場合に限りなく近づけられるよう工夫が求められる。本大学で採用しているクラウド型の教育支援システム「manaba」等で、Web 上で学生が実験を実際に体験できるような資料を作成する配信側の工夫はもちろんであるが、個々の学生の家庭でのネットワーク環境等の受信側の問題も配・ ガイダンス（ノギス・マイクロメーター）・ ポケットコンピュータによるプログラミング・ 電子の比電荷・ エネルギー変換・ 音波の干渉・ 力学的共振現象慮する必要がある。さらには本授業では、関数当初、令和 2 年度春期もシラバス自体は変更せ電卓やグラフ用紙等を用意できていない学生がずに、授業をオンライン化する計画であった。しいるという 1 年次科目特有の問題が加わる。

かし、以下の 2 つの問題により、シラバスも変更

本稿では、受信側の問題や 1 年次科目特有のすることとした。

問題に配慮した物理実験のオンライン化への移

1 つ目の問題は、令和 2 年度秋期に授業の一行の取り組みと、今回実施したことにより得られ部もしくは全てが対面で実施可能になった場合、た課題について述べる。

感染症予防の観点から、物理実験室では学生間の距離を十分に離す必要があることである。

また、狭く換気が十分でない部屋での長時間の3 対象学生の調査作業、および、運動を伴う実験は避けなければ

本稿では、関口が担当する理工学部基礎理学ならない。「力学的共振現象」の実験は学生同系の学生 30 名を対象とする。クラウド型の教育士の共同作業が必要であり対面では実施でき支援システム「manaba」（朝日ネット）上で実施しず、「音波の干渉」の実験は狭い部屋での長時たガイダンスの最後に、簡単なアンケートを用い間の作業、「エネルギー変換」の実験は運動をて、学生の実態調査を行った。その結果、利用伴うため、これらは対面では実施できない。そのできる通信機器がスマートフォンのみという学生ため、秋期における対面授業の実施を見据え、が 5 名いた。また、1 年次の学生ということもあり、実験項目を新規に作成する必要がある。

関数電卓やグラフ作成用の方眼用紙を持ってお2 つ目の問題は、オンライン授業では実験項目らず、当時、東京都は新型インフルエンザ等緊あたりに学生が行う作業量が大幅に減ることで急事態宣言の発令中であり、それらをすぐにはある。対面授業では、実験の準備や片付け、デ用意できないという学生が一定数いると考えるータの測定や解析など、一つ一つの作業に時間必要があった。

を要するため、一つの実験項目を 2 週に渡ってオンライン授業をするにあたって注意すべき点実施していた。オンライン授業においても、デーは、全ての受講学生が問題なく授業を受けられ、タの測定や解析を体験させることは重要な作業課題提出まできちんと行えるよう、教材の作成であるが、学生ひとりで実際の実験で実施するおよび受講システムの構築をすることである。そのと同じデータ量を web 上で測定させるのは、のため今回は、スマートフォンの通信環境から集中力の問題や課題の分量、サポート体制を考でも受講できる教材を作成し、関数電卓や方眼えても良策ではない。そのため、実験項目あたり用紙を使用しなくても行える課題のみを出題しに学生が行う作業量は抑えて、実験項目の数をた。

増やすことで、全体のバランスを取った。
新規に追加する実験項目は、秋期に対面授業

4 フル・オンライン化への取り組みが可能になった場合にも実施可能なものとし、

ここでは、フル・オンライン化への具体的な取り最終的に以下の実験項目を実施するようにシラ組みについて述べる。まず全体としては、通信バスの変更を行った。

量を抑えるために動画はあくまで参考資料とし、・ ガイダンス

教材は pdf ファイルの資料をメインとした。既存・ ノギス・マイクロメーターの実験項目については、対面での授業で使用し・ 落下運動による重力加速度た実験マニュアルと指導書をもとに教材を作成

・ 振り子を用いた重力加速度した。このとき、実験を仮想体験できるよう、既存

・ 力学的共振現象の実験マニュアルよりも実験手順を細かく記述し、・ エネルギー変換

実際の実験風景の写真を多く取り入れることを・ 回路素子心掛けた。また関数電卓がなくともブラウザ上の・ プランク定数指数の計算や簡単な関数の計算ができることを・ 光の回折干渉教材の中で説明した。課題の提出ではフルレポ・ 電子の比電荷ートは辞めて、データ解析と考察を manaba の小・ 環境放射線テスト機能により提出させた。初めのノギス・マイ・ ポケットコンピュータによるプログラミング

クロメーターの実験項目では、当初、実際にマイ（十進 BASIC 演習）

クロメーターで測定している写真（図 1 参照）から実験値を読み取らせる課題を出題することを計る。スマートフォンしか持ち合わせていない学生画していた。しかし、受信側がスマートフォンのよは、コンビニでスマートフォンから直接ファイルをうな小さい画面や解像度の低い環境で見た場合、印刷する必要があり、難易度が高い。また印刷数値の読み取りが困難である可能性がある。そ機の環境設定によっては 1mm 方眼用紙としてこでマイクロメーターによる測定の概略図（図 2印刷されない場合が想定された。画像データに参照）も載せ、そこから数値を読み取らせる課題

よる提出も解像度によっては採点不可・再提出へと変更した。

が考えられる。学生全員に高解像度のデータの提出を頻繁に行わせると、manaba システムの容量を逼迫させる恐れもあるため、今回は学生にグラフ作成させる課題は見送ることにした。
代替案として、図 3 のように方眼用紙に実際にグラフを書いた画像を添付し、その直線の傾きを求めることを課題とした。マイクロメーターの数値の読み取りのときと同様、数値の読み取りが困難な場合があるので、グラフの概略図（図 4 参

図 1: マイクロメーターによる測定の実際の写真照）も併せて載せた。

図 2: マイクロメーターによる測定の概略図
また、ノギス・マイクロメーターの実験項目から

図 3: 方眼用紙を用いて直線の傾きを求める実

早速、対面授業では関数電卓を使用する計算際のグラフが現れる。例えば円周率πを含む計算では、手持ちの電卓にπの値が記録されていない場合、有効数字を考慮した数値結果に影響しない範囲での円周率の値（例えば 3.14159）を与え、その数値を使用するよう教材内で指示した。
学生がグラフ作成用の 1mm 方眼用紙を用意できない問題の対策としては、一つの案として、方眼用紙の pdf ファイルを送付し、各自で印刷してもらい、グラフ作成後にスキャンもしくは写真で撮り、データで提出させることが挙げられた。
しかし、印刷機を持っていない学生は一定数い

図 4: 直線の傾きを求めるグラフの概略図

実験の様子を撮影した動画はあくまで参考資長めに取った。manaba システムの自動採点機料とし、通信量を抑えるために１動画あたりの時能は難易度の低い設問のみオンにし、再提出が間は数秒から数十秒程度にし、YouTube に限定想定される難易度の高い設問や記述問題では公開の設定で載せた。ただし、物理実験では教オフにした。

職課程の履修要件として、パソコンを利用した実サポート体制として、初め、正答率の低かった習を行う必要がある。そのため、力学的共振現問題に対する解説および質問を受け付けるため

象の実験科目におけるパソコンでのグラフ作成に、Zoom による双方向通信の場を設けた。各の実習だけは、4 分弱と他よりも長めに撮り、実個人のネット環境の問題もあるので参加は自由

際にパソコンで操作している画面の動画を載せとしたが、履修者 30 名のうち 25 名の参加があた。

った。しかし、学生からの質問や発言はなく、結また、ポケットコンピュータによるプログラミング果的に一方向の解説で終わった。3 年次の学生の実験科目では、通常、ポケットコンピュータをを対象としたオンライン授業では、Zoom による用いて BASIC のプログラムを作成させる。しかし、学生全体での双方向通信は会話や質問があっオンライン授業ではポケットコンピュータは利用たが、今回の結果はそれとは対照的である。こできないため、教材では既存のポケットコンピュ

れは、3 年次の学生は学生同士や教員とも対面ータ操作の説明に加え、各自のパソコンでもで既に会ったことがあるが、1 年次の学生は誰とBASIC のプログラムが作成できるよう十進も対面で会ったことがないためであると考えられBASIC[1]の説明も行なった。十進 BASIC においる。この問題は 1 年次の学生との双方向通信にてもパソコンで操作している画面の動画を参考

よるオンライン授業の今後の課題として残る。

動画として載せた（図 5 参照）。パソコン画面のサポート体制として、学生との双方向通信を行

撮影は Web 会議サービス「Zoom」の画面共有とうことは方針転換をして、成績の悪い学生に対し録画機能を用いて行い、動画編集ソフトて個別に Zoom での面談を行うことに切り換えた。

「iMovie」を用いて編集した。

対面授業では、毎授業ごとに出来の悪い学生をサポートするので、一定のラインを下回ることは稀である。しかしオンライン授業では、学生間の成績差が大きく出てしまうことが浮き彫りになり、Zoom による個別対応が必要不可欠であった。
また、manaba システムでは、掲示板による質問機能があるが、投稿者名と質問内容が履修学生全員に閲覧可能な状態になる。そのため、Zoom による双方向通信の場で発言がなかった
ときと同様、1 年次の学生では掲示板機能が活用されなかった。一方、質問はメールで直接、教図 5: YouTube で公開した十進 BASIC の動画員に届く傾向にあった。1 年次科目に対する掲
示板によるサポート体制の代替としては、メール

5 オンライン授業のサポート体制と課題点による質問も積極的に促し、個別に対応して、学オンライン授業の課題は manaba システムで生全体で共有すべき質問は質問者名を匿名に回答する形で提出させた。教材閲覧および提出した上で、質問と回答を学生全体に送ることにし期限は受信側のネット環境を考慮して、1 週間とた。

6 授業評価アンケートの結果

ガイダンス時のアンケートで、利用できる通信最後の授業で、自由記述形式の授業評価アン

機器がスマートフォンのみという学生が 5 名おり、ケートを実施した。アンケートは受講学生 30 名

関数電卓や方眼用紙を持っていない学生も一定のうち 13 名から回答があり、11 名の学生から高数いることがわかった。そのため、スマートフォン評価が得られた。の通信環境からでも受講できる教材を作成し、高評価の意見は主に以下の通りである。

関数電卓や方眼用紙を使用しなくても行える課

・ 実験が資料で詳しく説明されていたので、と題のみを出題した。教材は実験を仮想体験できても分かりやすかった。

るよう、実験手順を細かく記述し、実際の実験風・ 動画で実験風景を見られてよかった。

景の写真を多く取り入れることを心掛けた。実験・ 設問の前に計算例が示されていたので、無の様子を撮影した動画はあくまで参考資料とし、理なく問題に取り組むことができた。

通信量を抑えるよう努めた。
サポート体制としては、Zoom による問題解説・高評価の意見とともに改善点を述べた学生が質問受付の場を設けた。しかし 1 年次の学生は2 名おり、改善点の意見は以下の通りである。

誰とも対面で会ったことがないためか学生から

・ もう少し長い動画で説明してほしかった。の質問や発言はなく、双方向通信によるオンラ・ レポートの解答解説をしてほしかった。

イン授業は今後の課題として残った。1 年次の学生に対しては、Zoom による個別面談に切り低評価の意見は以下の通りである。

換えて実施した。また、メールによる質問を積極・ 関数電卓の使い方がわからない。

的に促し、学生全体で共有すべき質問は質問者・ フルレポートの課題があればよかった。

名を匿名にした上で、質問と回答を学生全体に送るようにした。

改善点・低評価の意見について、動画は通信授業評価アンケートでは、受講学生 30 名のう量を抑えるためになるべく短くなるよう努めたが、ち 13 名から回答があり、11 名の学生から高評同じ内容に対して短いバージョンと長めのバー価が得られた。初めてのフル・オンライン授業のジョンの動画を作成し配信することを検討する。

試みであったが、概ね好評だったと思われる。

関数電卓の使い方は動画を含む説明資料を作最後に、物理実験は本来ならば実技が必須で成し、授業の追加資料として配布する予定でああり、フル・オンライン授業よりも対面授業の方る。フルレポート課題に関しては履修学生全員が良いのは言うまでもない。一刻も早く平常に戻が Word 等のソフトがインストールされている PCることを切に願いつつ、安全に対面授業が再開を持っている環境の場合であれば実施可能であできる体制を模索したい。

る。このような環境になるクラスに対してはフルレポート課題の設定を計画したい。

参考文献

7 まとめ

[1] 十進 BASIC のホームページ
http://hp.vector.co.jp/authors/VA00868
3/index.htm

国士舘大学では、令和 2 年度春期の学部 1 年生向け物理実験の授業をフル・オンラインで開講した。シラバスは、秋期に授業が対面で実施可能になった場合に備え、感染症予防の観点から、大幅な変更を行った。