広島工業大学紀要教育編
第 13 巻（2014）15-18

論文

力学に関する接続教育に対する取組み
大東延幸＊・十河茂幸＊（平成25年10月31日受付）

A study of connection education for structural mechanics
Nobuyuki OHIGASHI and Shigeyuki SOGO
（Received Oct. 31, 2013）

Abstract
The construction engineering practice starts a course at the second half term of the ﬁrst -year student. The purpose of this lecture is to arrange the lowest line of student’s scholastic attainments, thereason is for the student to understand the mechanics system lecture the experiment practice sincetwo annuals surely.
We have three targets. First,the students are made to understand a rudimentary theory on the theory of structures. Secondly, the students experiment on the model of the beam so that the students
may “touch” and understand physical properties. Thirdly, the students are made to acquire technological ideas and ability by understanding the thing and the mechanics that the report writes. We
achieved the purpose and were able to arrange scholastic attainments because the student was able
to study the mechanics system lecture and the experiment practice continuously roughly. The reason
is that the communication of doing student, student and teacher and SA improves as for various devices.
Key Words: construction engineering practice, acquire a technological idea, communication
本学科での１年次生は，専門基礎科目の物理を履修する

1．力学の接続教育が必要な背景

が，２年次より力学系の専門教育科目である構造力学Ⅰ他

工学部の建設系の教育において力学系の科目は構造物のが始まる。その理解に必要な能力が不十分である可能性も設計・施工・維持管理等に必須でしかも基幹となる専門教高く，いきなり力学系の専門教育科目を行うのは問題があ養であり，その履修にあたっては高校の数学と物理（力学）るを履修していることが望まれる。

本学科が都市デザイン工学科に名称変更する前は都市建

しかし，多様な学習歴を持つ学生が入学している中，土設工学科という名称であり，２年次前期の「建設工学実習木系の学科である都市デザイン工学科においては入試科目Ⅰ」において前述の様な問題点を解決するため，力学教育に物理が必須ではない入試区分があるため，これを履修しにおける接続教育を行っていたが，カリキュラムの変更でていない者が２割程度いる。加えて近年の学生は，これまこのような内容を引き続き行うことができなくなった。そでにいわゆる「モノ」に触れている機会が少なく，高校のこで昨年度，１年次前期の「総合ゼミナールⅡ」において物理の時間に行っていた実験，例えば，バネの力と伸びの以前の「建設工学実習Ⅰ」で行っていた内容を踏まえた力実験等を行っていない学生も増えている。それゆえ，体験学教育においての接続教育を行った。

型学習を増やす必要に迫られている。
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広島工業大学工学部都市デザイン工学科― 15 ―

大東延幸・十河茂幸

最初のガイダンスでは前節で述べたこの講義の位置付け

2．「力学の接続教育」に関する問題点の整理と目的を説明した。原則として毎回，十河・大東の２人のこれらの背景を踏まえ，2012 年度に行った「総合ゼミ教員と SA が２名の合計４名が常時張り付き，極力マンナールⅡ」では，この時期の構造系教育の現状の問題点をツーマンに近い形で実習・指導を行った。なお本年度受講以下の３つと認識し，これらの解決策を取り込もうとした。

した学生は 60 名であった。

（1）構造力学の初歩である静定条件・支持反力の理解，と5．「学生が「モノ」に触れ，物性を理解する」ため単純梁の応力分布の理解が不十分である。また，これらのの一連の実験実習の内容理解が不十分な理由に論理と実際・実物の接点が不十分である。

ここでは「ゴム板の引っ張り実験」「プラスチック製の（2）２年次以降，専門系の講義・実習が始まるが，これま梁の曲げ」「金属パイプの曲げ」の３種類の実験を１種類でのカリキュラムでは，いきなり専門的な実験が多く，多の実験につき（1）全体説明，（2）実験実習（3）実験結果

様な学習暦を持った学生の中にはギャップが大きい学生がの整理・レポート作成，の順に３回のコマを使い，前節でいる。

述べたように計９回のコマとした。

（3）既に１年次においてレポートは，各講義の中で書いて（1）全体説明いるが，日本語・内容・構成等で，レポートを通じて実験・具体的な進め方であるが，まず「全体説明」を，講義室実習を工学的に整理するという思考が行われていないといで行った。最初に受講学生 60 人を出席番号順に８つの班う問題がある。に分け班ごとに着席させた。次に，前述したようのこの総これらの問題点を克服する工夫を「総合ゼミナールⅡ」合ゼミナールⅡの位置付けを説明し，実験の趣旨を理解さに取り込み，２年次以降の，力学系講義・実験実習等に追せた。その後，「実験の手引き」を各人に配布し，次回からの実験の内容と目的・趣旨を説明した。同時に二つ穴のいていける能力を身につけさせる必要があると考えた。

フラットファイルも配りは毎回配るプリント類をひとつに3．「総合ゼミナールⅡ」の位置付けと目的まとめられるように配慮した。
（2）実験実習

前節の問題点を克服するため，「総合ゼミナールⅡ」の位置付けを「２年次以降の，力学系講義・実験実習等に確

次に，各実験について説明する。いずれも「モノ」に触実に追いていかせるために，最低限の足並みを揃えるためれる事と，レポートをまとめることを通じて力学の理解，の接続教育としての位置付け」とし，具体的には，以下のと共に，工学な思考能力を身につけるに重きを置き教員・ような目的を定めた。

SA も積極的に話し掛ける事に努めた。ここでは，前述の目的（1）構造力学の初歩的な理論を理解する

とおり 1）引張り実験として「ゴム板の引っ張り実験」と 2）

・具体的には→静定条件・支持反力の理解させる梁の模型の曲げ実験として「プラスチック製の梁の曲げ」「金属パイプの曲げ」の実験を行った。

→単純梁の応力分布を理解させる
目的（2）学生が「モノ」に触れ，物性を理解する

1）引張り実験：ゴム，塩化ビニールを用いて，材料の違い・・具体的には→ゴムと梁の模型を用いた実験を行う

断面形状の違いから，縦および横ひずみ度を求め，そこから弾性係数およびポアソン比を求める。

→実験結果と論理の整合性の理解目的（3）レポートの書くことを通じて力学の理解，と共に，

2）梁の模型の曲げ実験：アクリル，塩化ビニール，アルミ，銅を用いて，材料・断面形状の違い（矩形断面・パイプ）

工学な思考能力を身につける・具体的には→実験のレポートまとめる時間を設ける等，から，変位量を求め，そこから弾性係数を求める
これらの実験では，実験用ボードを使用した。どちらも全学生が，上記の目的を理解する工夫を行う
これらの目的を通じて，理論・体験（実物）・レポート

１cm 厚のベニヤ板に足をつけ，垂直に立つようになってによる理解を密接に連携させ，ここから物理と力学の接続おり，使用にあたっては図１に示すように，クランプで机教育となることを目的とした。に固定した。この実験台を作った趣旨は，学生が，実験したい内容・項目に専念できるように，供試体などが簡単に4．「総合ゼミナールⅡ」のスケジュール支持できるように工夫したものであり，実験の迅速化，正このような位置付けと目的を実践するため，2012 年度

確化，記録のとりやすさを狙ったものである。青い実験用の「総合ゼミナールⅡ」は，１コマ 90 分の 15 回の授業を，ボードは，５cm ピッチで５mm の穴を開け，実験の際はガイダンス１回，講義３回，見学会を２回，そして後述す

直径５mm・長さ 20mm の木のピンを必要な個所に挿してる実験実習を計９回の構成とした。

供試体などを設置するように作ったものである。引っ張り― 16 ―

力学教育における接続教育に対する取組み

実験に用いた供試体は，ゴムあるいは塩化ビニールの上下体はいずれも図２に示すように，等間隔にグリッド線を記にアルミ板を接着し，図２に示すように針金をかけて，ゴ入してあり，変位の様子が，判り易いようにしてある。こムや塩化ビニールが，その全断面に均一に応力が加わるよ

れは学生がレポートをまとめる際に，携帯のカメラで実験うに工夫している。また，ゴム供試体は２種類の断面の物の様子の画像を貼り付けることが多かったのだが，必ずしを作り，断面形状が違えば，縦と横のひずみ度は異なるが，も明るくない実験室で，携帯のカメラ程度の画像でも変位弾性係数は同じになることを学生に理解させ，塩化ビニーの様子が上手く写り，効果的であった。次の構造実験にもルは，ゴムと同じ断面とし，材料が異なれば，断面形状が共通することであるが，回を重ねる毎に，学生同士，学生同じでも，縦と横のひずみ度は異なり，弾性係数が異なると教員・SA の間の信頼関係がかなり出来ていることと，ことを学生に理解させるようにした。

単にレポートを作成するだけでなく，いかに自分が理解し梁の模型の曲げ実験では，図３に示すように，供試体がているかを示す工夫を各学生が自主的に始めた。図５はデアクリル，塩化ビニールの物は，断面を長方形断面とし，ジカメで供試体が変形した様子を写している光景だが，誰同じ材料で長辺方向を縦にした場合と，短辺方向を縦にしもが持っている機器がレポート作成の役に立つことに気付た場合で，変位量が異なるが，弾性係数は同じになること

くと同時に，全員がカメラ付き携帯を持っているわけではを学生に理解させ，材料が異なれば，断面形状同じでも縦ないので，後で画像データを共有する段取りを考えたり，横の変位量は異なり，弾性係数が異なることを学生に理解

カメラの画像をレポートに取り入れることが，パソコンでさせるようにした。アルミ・銅は，パイプを用いて，変位レポートを作成することにもつながり，相乗的に全ての学量に方向性が無いことを学生に理解させ変位量は異なり，生が工夫を始める事につながった。

材料が異なれば，断面形状同じでも，弾性係数が異なるこ（3）実験結果の整理・レポート作成とを学生に理解させるようにした。

最後に講義室で，実験結果の整理・レポート作成を行う

また，引っ張り実験・梁の模型の曲げ実験に用いた供試

図１

際は，その際，班同士の学生と相談してレポートを作成す

図３

図２

実験用ボードを用いた様子

プラスチックの梁の模型の曲げ実験

図４

ゴム板の引張りの実験― 17 ―

金属パイプの曲げ実験大東延幸・十河茂幸

教員と SA と間に，話しやすい雰囲気ができていたからだと考えられる。

6．評価について「総合ゼミナールⅡ」の目標は「２年次以降の，力学系講義・実験実習に確実に追いていかせるために，最低限の足並みを揃えるための導入教育的な位置付けとする。」であるため，あくまでも，学生の最低限の足並みを揃える事が目的である。そのため，内容的には必ずしも高度ではない。
従って，評価は主に，出席，レポートの内容，丁寧さ，図５

実習中の態度（服装等）で行い，いわゆる学力的な力で差実験のレポートに向けた記録（構造実験）をつけるようなことは積極的には行わなかった。
また，この，「総合ゼミナールⅡ」は，導入教育的な位ることを進め，教員・SA も積極的に話し掛ける事に努め置付けであるため，当該年次（１年次）で履修しなければた。レポートは次週までの提出とした。

意味が無い。上記のように，内容的には必ずしも高度ではこの構造実験は，全ての班に同じ供試体を用い，同じ実ないが，一定のレベルに達していない学生が 60 名中 21 名験を行ったが，当然のことながら各班の結果は異なってくいた。理由は主に出席とレポートの内容であるが，これはる。レポート作成を通じて，お互いが自由に話し合える雰

特に最初の方で，今一歩，全体のペースに着いていけず，囲気の中で異なった結果を一同に見ると，学生は，なぜ結評価の合計が足りなかった者である。これらの者について果が異なってくるのかいう「考察」を自然と行うようになは，夏休みに補講を行い，21 名中，どうしても出席しなかっる。これまで「考察」という行為が理屈ではわかっていてた１名を除いて合格の評価を与えた。

も，単なる実験の感想で終わっていたのが，このような場

7．まとめで「考察」の意味を理解することによって，工学的な思考が養われた。これは提出させたレポートの内容からも確認

昨年度から「総合ゼミナールⅡ」を力学教育としての継できた。

続教育を取り入れ，建設・土木系学科である都市デザイン

このような学生が「モノ」に触れ，物性を理解する時間

工学科における，１年次前期という時期の力学教育の問題は，全体説明理解→実験→レポート作成を通じた結果の整点を解決する工夫を織り込んだ。

理・理解，の繰り返しによる理解力の強化に功を奏した。

振り返ってみて，やはり，学生同士，学生と教員・SA

また，実験の間，各教員・SA も，単に学生からの質問をとの間の意思疎通が良くなったことが，最大の成果であり，待つのではなく積極的に話し掛ける事や，レポート作成の上手くいった事例と考える。信頼関係の構築は，帰属意識際には他人のレポートを参考にし，講評会の時には他人のの育成にもつながり，各種の工夫が大切であると，改めて発表を知る機会を作り，学生各人が，色々と工夫を始める痛感した。

仕掛けを作ることができた。さらに，実験の際に用いた教また，当初の目的であった，力学系講義・実験実習に追材の工夫も加わり，学生の理解もレポートの内容から，目いていかせるための，最低限の足並みは，ほぼ揃えられた標とした基礎的な構造力学の理解が出来ていることが確認と考えていたが，本年度の力学系の講義の結果は，かならできた。レポートだけでなく実験中も，自主的にいろいろずしも良いとは限らず，来年度へ向けて，整理すべき点もと工夫するようになった。レポート作成をある程度，班同あり，今後改良する予定である。

士の学生と相談してレポートを作成することを進め，教員・SA も積極的に話し掛ける事に努めたので，適度に教員・SA の目があるので，露骨な丸写しは無いという効果も参考文献
１）（社）鋼材倶楽部鋼構造教材作成小委員会編：実験であった。このように予想以上に成果があったが，学生同士，― 18 ―わかる構造力学の基礎，技報堂出版