長岡工業高等専門学校研究紀要
地域の課題を解決するエンジニアリングデザイン教育
第51巻（2015）

論文

地域の課題を解決するエンジニアリング
デザイン教育井山 徹郎1,2・外山 茂浩1,3・床井 良徳1,4・土田 泰子1,5
桐生 拓1,6・池田 富士雄1,2・赤澤 真一1,7・村上 祐貴1, 8
1 システムデザイン・イノベーションセンター（System Design Innovation Center, NIT, Nagaoka

College）
2 機械工学科（Department of Mechanical Engineering, NIT, Nagaoka College）
3 制御工学科（Department of Electronic Control Engineering, NIT, Nagaoka College）
4 電気電子システム工学科（Department of Electrical Electronics System Engineering, NIT, Nagaoka

College）
5 一般教育科－英語（Liberal Arts-English, NIT, Nagaoka College）
6 一般教育科－保健体育（Liberal Arts-Physical Education, NIT, Nagaoka College）
7 物質工学科（Department of Materials Engineering, NIT, Nagaoka College）
8 環境都市工学科（Department of Civil Engineering, NIT, Nagaoka College）

Engineering Design Education for Regional Challenges
Tetsuro IYAMA1,2, Shigehiro TOYAMA1,3, Yoshinori TOKOI1,4, Yasuko TSUCHIDA1,5,Taku KIRYU1,6, Fujio IKEDA1,2, Shin-ichi AKAZAWA1,7 and Yuki MURAKAMI1,8Abstract
Recently, cross-sectional education is required for cultivation of engineers who can be active in
multiple fields in addition to the professional expertise and skill attached importance in conventional
engineer education. National Institute of Technology, Nagaoka College has started a new subject called“Engineering Design Exercise (EDE)” for 1st grade advanced course students since 2013. Same design
themes of the EDE in 2014 and 2015 were set to as development of teaching material using the LEGO
Mindstorms for junior high school. The both results of the questionnaire is compared and considered inthis report. From the result, it was cleared that: The difficulty level of the design theme improved for thestudents. The temperaments of participated students in 2014 and 2015 were not different. Over the 90%of the students received them satisfaction through participating the EDE.
Key Words : Enginineering Design Education, Active Learning, Cross-sectional Education,PBL

１．はじめにい，わが国の技術系の高等教育機関には，エンジニアリングデザイン能力を涵養する教育プログラムの科学技術の急速な進歩と産業のグローバル化に伴改善が必要不可欠，且つ，急務となっている．その−63−井山 徹郎・外山 茂浩・床井 良徳・土田 泰子・桐生 拓・池田 富士雄・赤澤 真一・村上 祐貴

表-1 EDE を担当する教員の役割ために大学，高等専門学校をはじめとする各教育機関においては様々な取組みが試みられている 1)～4)．
長岡工業高等専門学校（以下，本校とする）におい
主担当ても，これらのエンジニアリングデザイン能力を涵養するための教育科目として，H25 年度より専攻科特別実験の前期 15 週にエンジニアリングデザイン副担当（グループ担当）

演習を設け，PBL 型のアクティブラーニングとして

人数内 容

1

演習の総括，ファシリテーションの講義，レポートおよび課題の評価

グループワークの進捗管理（朝礼，4 終礼），各グループへの助言，工程表と日報のチェック実施している．エンジニアリングデザイン演習は決められたデザインテーマに沿って PDCA サイクル

表-2 全 15 回の EDE の内容に基づいたグループワークを行う内容であり，H25

週

内 容

1

ガイダンス，グループ分けとアイスブレイク 1，エンジニアリングファシリテーションによる会議法

2

エンジニアリングファシリテーションによる合意形成
アイスブレイク 2

る問題をデザインテーマとして設定することにした．
H26 年度からは，中学校技術家庭の教材開発に関す

3

企画立案のステップとは？，現状分析・企画コンセプト立案作業

るテーマを継続実施している．それに加え H27 年

4

年度のデザインテーマは「青少年のための科学の祭典」出展プランニングであった．ただし，デザインテーマが容易である等の意見もあり，H26 年度以降は地域共生を掲げ，地域の企業，教育機関等が抱え度は，コンクリート構造物の施工管理技術に関するデザインテーマを実施している．本報では H26，企画立案のステップとは？デザインテーマの説明，現状分析・企画コンセプト立案作業

5

企画立案作業6

企画立案作業容および各種アンケート結果について比較分析する

7

ことで，本校におけるエンジニアリングデザイン教

8

企画発表会
PDCA サイクルに基づく試行

H27 年度のエンジニアリングデザイン演習の実施内育に関する評価と，デザインテーマの難易度について検討を行う．

２．エンジニアリングデザイン演習
２．１

演習の実施形態および教員の指導体制

9

PDCA サイクルに基づく試行

10

デザインレビュー，PDCA サイクルに基づく試行

11

PDCA サイクルに基づく試行

12

PDCA サイクルに基づく試行

13

最終試験，実装，最終評価

14

成果発表会準備15

成果発表会

本校におけるエンジニアリングデザイン演習（本報では以降EDEと記す）は，専攻科１学年の全専攻後，PDCAサイクルに基づいたグループワークを行を対象として，専攻科特別実験の一部として実施しい，間にデザインレビューを挟んだのち，成果発表ている．実施期間は前期の15週で１回当たりの演習会にて成果物の報告を行った．

時間は3時間，すなわち全45時間で構成される．表1に担当教員の主たる役割を示す．EDEを担当する

２．２

EDEの授業構成

教員は本校の各専攻に所属する複数名の教員で構成

本節ではH26，27年度に実施した中学校技術家庭されており，担当教員は主担当と副担当に分かれ，後述するファシリテーション教育や各演習のとりま科の教材開発を例に，EDEの授業構成を説明する．
EDEに参加する
２．２．１ アイスブレーク

とめ，レポート評価などを主担当が，PDCAサイク

学生は初回の講義において，ガイダンス終了後に4ルに基づいたグループワークの進捗確認や作業内容～5名で構成されるチームに分けられる．チームメの評価を副担当が行うようにした．

ンバーの構成は教員側であらかじめ決めておき，各表-2に第1週から第15週までのそれぞれの授業内チームの学生の出身学科に偏りが出ないように調整容を示す．EDEではまず，グループワークを達成すした．チーム分けを行った後，チームビルディングるために必要となるチームワークや，学生ごとに異の一つであるアイスブレイクの演習を行った．アイ

なる意見をまとめ上げるための合意形成法など，エスブレイクは異なる内容のものを第1週と第2週のとンジニアリングファシリテーションによる会議法をきに実施し，それぞれの内容は第1週が多関節ロボ
ットアームを用いた積み木立て競争，第 2週目が身につけるための講義形式の授業を行った． その−64−地域の課題を解決するエンジニアリングデザイン教育

LEGO-Mindstormsを用いた自立するLEGOタワーのいた中学校・技術分野「プログラムによる計測・制高さを競うというものである．図-１(a)(b)にアイス御」の教材開発」を提示される．デザインテーマのブレイクの様子を示す．これにより学生達は面識の提示の際には主担当の教員は，中学校の教材を開発ない学生同士でチームを組んでも，短時間で打ち解する背景やねらいなどは一通り説明するが，何をどけられるということを演習を通じて体験できる．

こまで作成するかは各チームごとに一定の裁量を持

２．２．２

ファシリテーション技能および合意たせた．例えばH26年度では，必ず作成する必要が形成法の習得

アイスブレイクを用いたチームビ

ある教材は①指導計画，②LEGOマインドストーム

ルディングを学んだ後，異なる意見をまとめ上げるを使った教材，③中学生用のテキストの３つとし，ための合意形成法についての講義を行った．ここでこれに加えて教員用に教材を用いた場合の生徒の成は代表的な合意形成技法であるシールアンケート法，績評価基準などをオプションとして別途作成してよ

意思決定マトリクス法，メリット・デメリット法，いとした．
次に，学生は提示された教材開発の第一歩として，ペイオフマトリクス法について紹介し，各チームごとにあるテーマについて議論してもらい，実際にこ市場の分析調査を行う．ここでは実際に長岡市で使れらの合意形成法を用いて，チームの意見をまとめ用されている教科書を見ながら，インターネットや上げる演習を行った．演習内容は「もし高専への入文献を調査することで対象，利益，競合内容の調査学を考えている中学生へおすすめするならどの学分析という流れで調査を行った．実際に学生達が調科？」というテーマを例として提示した．図-査した対象の例を以下に示す．

2(a)(b)に合意形成法の演習の一例を示す．演習ではァシリテータの主導のもとグラフィッカー，タイム・対象の調査分析(1) 文部科学省，中学校学習指導要領キーパー，プレゼンテーターといった役割分担をし，(2) 国立教育政策研究所，評価規準の作成，評価方

まず初めに各グループごとにアジェンダを定め，フ学生同士でチーム内で議論を進めるようにした．こ法等の工夫改善のための参考資料

れらの演習を通じて参加学生は論理的な思考に基づ(3) 長岡市教育委員会，教育基本指針「熱中！感いてチーム内で合意を形成するというファシリテー

動！夢づくり教育」(4) 東京書籍Webページ

ション技能を身に着けることができる．
２．２．３

デザインテーマの開示，説明および調査分析，コンセプト立案(5) 教師のための教材研究のひろば（栃木県総合教

ファシリテーション

技能を習得した後，参加学生はH26，H27年度のデ育センター）(6) 岩手県立総合教育センター・データベース

ザインテーマである「LEGO マインドストームを用
以上の調査結果を基に各チームは，開発する教材のコンセプトの立案を行う．コンセプトの立案に際して，①技術家庭科で養う「ねらい」の明確化，②技術分野の教育内容に対して開発する教材に配当する内容と時間の決定，③LEGOマインドコントロー
ルをそれらにどのようにして利用するかの検討とい(a)多関節ロボットアームを用いたアイスブレイク

った3つのステップに作業を細分化して，開発する(b)LEGO-Mindstorms を用いたアイスブレイク

教材のコンセプト立案を行った．図-3に実際に学生が調査分析した結果の一例を示す．

図-1 アイスブレイクの様子

２．２．４

企画発表会

第7週において，各グループごとに立案したコンセプトについて発表する場として企画発表会を設けた．発表会はパワーポ
イントを用いたプレゼンテーション方式とし，主担当，副担当の教員以外の教職員の参加を促し，様々(a)合意を得た意見の発表(b)意思決定マトリクス法とシールアンケート法を組み合わせた合意形成

図-2 合意形成法の演習な観点からの意見を得られるようにした．
２ ． ２ ． ５ PDCA サ イ ク ル に 基 づ い た 試 行
企画発表会の終了後，各チームで開発する教材のコンセプトについての見直しを行い，その後，学生達−65−井山 徹郎・外山 茂浩・床井 良徳・土田 泰子・桐生 拓・池田 富士雄・赤澤 真一・村上 祐貴だが，H27年度ではEDEによる地元地域への貢献をより充実化するために，「コンクリート構造物の施工管理技術」（図-5，図-6）というテーマをデザインテーマに加え，参加した学生をどちらかのテーマ(a)

LEGO を用いた教材

図-3 立案された教材コンセプトの一例

はPDCAサイクルに基づいた教材の開発を行った．
授業開始時と終了時に朝礼，および終礼の時間を設け，各チームごとに副担当の教員にその日の作業内容について進捗状況等を交えて報告するようにした．
報告時には工程表と作業報告書を用いることで，チームの構成員の役割，作業の進捗状況を可視化して円滑なPDCAサイクルをまわすことができた．図-(b) 生徒用テキスト
図-4

EDE で開発された教材の例

4(a)(b)に実際に開発されたLEGOを用いた教材と，中学生用のテキストの例を示す．
２．２．６

成果発表会

以上の工程により開発された教材は第15週の成果発表会で評価される．
成果発表会は企画発表会と同様にEDE担当教員のみではなく全ての教職員が参加可能なものとし，さらに，実際の長岡市の中学校の教員などの学外からも評価者を招いた．シールアンケート法を用いて全参加者に，各チームおよびチームごとに開発された教図-5 BOXカルバート施工現場の例材の評価を依頼した．発表会の方式についてはH26年度とH27年度では異なる方式とした．このことについては次節にて記述する．
２．３

H26 年度と H27 年度における実施形態の違
い

２．３．１

デザインテーマ

H26年度は前述した「中学校の技術の教材開発」という一つのデザインテーマに対して，全てのEDE参加学生が取り組ん−66−

図-6 締固めの様子

地域の課題を解決するエンジニアリングデザイン教育に割り振って２つのデザインテーマについてEDEを対する回答を比較した結果を示す．H26年度，H27実施した．

年度ともに90%以上の学生が「よかった」もしくはH27年度のEDE「まあまあよかった」と回答しており，学生のEDE

ではデザインテーマが増えたことにともなって，成に対する満足度はきわめて高いといえる．これは，

果発表会における学外評価者の拡充を行った．具体

学生主体で授業が進められるアクティブラーニング

的には新潟県の土木系企業に勤めている有識者の方式の授業であったこと．専門の異なる学生達が協力を，成果発表会の評価者として新たに加えた．学外して一つのものを作り上げる，学科横断的な授業で２．３．２

学外評価者の拡充

評価者はそれぞれの専門性にとらわれずに，両テーあったこと．このような授業は本科で経験できる機マの報告内容について評価していただいた．
２．３．３ 教員チームの参加 H27度のEDEで会は少ないため，授業に対する新鮮さが，よい評価に結びついたと考えられる．

は本校の教員のFD活動の一環として，新任教員を中心とした若手教員にもEDEに，受講者側として加３．３

EDEで得られた成果わってもらい，学生と同条件のもとで「中学校の技図-8にEDEを通じてあなたが得られた成果は次の術の教材開発」のデザインテーマに取り組んでもらうちどれですか？（複数回答可）という問いに対すった．教員と学生という立場の違いから，EDEの活る回答を比較した結果を示す．H26年度，H27年度

動中に学生が恐縮してしまわないよう，参加した若ともに参加学生が最もよかったと感じたことは，他手教員は教員のみで構成される教員チームを組むよ専攻の学生とのグループワークを通じて，仲が深まうにした．

ったという回答であった．これは本校においては，２．３．４

発表会方式の変更

H26度の成果発

表会では，チームごとにブースを設け，評価者が各学科横断的に開講されている講義がまだ少数であり，EDE を通じて初めて他専攻の学生と交流したといブースへ自由に赴いてそれぞれのチームの説明を聞き評価する発表会形式とした．しかし，参加した中学校教員を中心に，評価の時間が足りず，全てのチ

H27
H26

とてもよかったームの発表を聞けなかったという声が寄せられた．
そこでH27年度では，成果発表会を2部に分け，前半はパワーポイントによる発表を全てのチームが全評価者の前で行い，その後，後半の発表会ではH26
年度と同様にチームごとのブースを自由に訪れて評価を行う方式とした．

まあまあよかった
よいとも悪いとも思わなかった
あまりよくなかった
よくなかった0

３．学生アンケートの比較

50
回答率 (%)

100

図-7 学生の満足度

３．１ 学生アンケートの概要
H26年度，H27年度のEDEでは全ての講義が終了後に参加した学生（H27年度においては受講した若他専攻の学生と仲が深まった手教員も含む）を対象にアンケートを実施した．ア
ンケートの内容は，EDEを通じて得られたと感じる事，困難だったことなど，授業中の取り組みや成果についての考えを尋ねたものである．本章ではH26
年度とH27年度で得られたアンケート結果を比較することで，EDEの内容についての評価および，H27

企画立案～ＰＤＣＡサイクルの流れを理解できた

グループワーク、共同作業などにおける決議の取り方、環境づくりの方法（ファシリテーション）を知れた
実際に中学校で使われることになるかもしれない教材を開発できたこと

年度で変更した点についての評価を行う．3.2節以降に主たる設問ごとに得られた結果を示す．
３．２

H27H26その他

0

EDEに対する満足度

図-7にEDEを受講してよかったか？という問いに−67−

50
回答率 (%)

図-8 得られたと思う成果

100

井山 徹郎・外山 茂浩・床井 良徳・土田 泰子・桐生 拓・池田 富士雄・赤澤 真一・村上 祐貴

う学生も存在していたことなどが理由と考えられる．

要性については十分理解できている結果であるといまた，H26年度とH27年度の傾向の違いとして，実える．

際に使われる可能性のある教材を開発できたことがよかったと回答した学生の割合がH27年度は30%程

３．５

デザインテーマに対する難易度度増加の傾向となった．一方でグループワークにお図-10に中学校の技術の授業を開発するというデけるファシリテーションのやり方を学べたことがよ

ザインテーマの難易度についての回答を比較した結かったと回答した学生の割合は25%ほど低下する傾果を示す．H26年度は40%近い学生が，大変困難で向を示した．

あったと回答したのに対して，H27年度は同様の回答をした学生は20%程度にとどまった．やや難しい

３．４

EDEで難しかったことと回答した学生の割合はH26，H27の両年度に違い

図-9にEDEを通じて困難だと思ったことはなんでは見られなかったが，中学校の教材開発に携わったすか？（複数回答可）という質問に対する回答結果学生の約半数がデザインテーマに対する難易度は適を示す．H26年とH27年を比較するといずれの年度切であったと回答している．これはH26年度のアンも結果は同様の傾向を示しており，最も困難であっケート結果を踏まえてH27年度のEDE実施に際してたこととしては，決められた制約条件（開発費や開は，開発する教材にあたって制約を設け，自由度を発日数）のもとで教材開発をしなければならないとあえて減らすことで，中学校の教材開発の難易度がいう点であった．ただし，H26年度はこの項目に80%以上の学生が困難であったと回答したのに対し，下がるように試みたためである．また，別の理由とH27年度は約60%に留まった．これは開発費，開発インテーマをコンクリート構造物の締固め技術の開日数に関する制約は両年度ともに大きな違いはない

発と，中学校の教材開発の２つに分けて設定し，両が，開発する教材自体に制約を設け自由度を減らしテーマの難易度に差が生じていて，中学校の教材開たことで，教材の開発スピードを改善できたためだ

発のテーマが相対的に難易度が低く見て取れたためと考察する．一方で，EDEを通じてよかったことだと推察する．また，H26年度は少数ながらも難易しては本報では詳細を述べないが，H27年度はデザは？という項目の結果と反対に，交友のない他専攻度が易しい，もしくは非常に易しい，という回答がの学生とコミュニケーションをとることが困難だっあったが，H27年度はそのような回答はまったく見たと回答した学生もH27年度では40%近くいた．こられなかった．のことから中学校の教材開発というテーマに基づいて，PDCAサイクルを回していく最中には，チーム３．６

授業時間（作業時間）についてメンバーとのコミュニケーションのやりとりに苦労

図-11にEDEの授業時間が教材開発のPDCAを実した学生が多かったことがみてとれる．一方で，EDE終了時には他専攻学生と交友できたことがよか

行するにあたって，足りていたかどうかについてのったと考えている学生が80%近くいることから，グ度の結果と同様に，H26年度では時間がまったく足ループワークにおけるコミュニケーション能力の重りないという回答が約半数を占めていたが，H27年

H27
H26

交友が無かった他専攻の学生とコミュニケーションをとること
工程表を作り、修正しながら目的を達成すること回答を示す．図-10に示したデザインテーマの難易

H27
H26

大変困難である
やや難しい

決められた制約の中で中学校の技術の先生に使ってもらえそうな教材を考える事開発した教材について中学校の先生の前でプレゼンしたこと（成果報告会）

ちょうどよい易しい
非常に易しいその他

050
回答率 (%)

100050
回答率(%)

図-10 デザインテーマの難易度

図-9 困難だったと思うこと

−68−

100

地域の課題を解決するエンジニアリングデザイン教育

度は授業の時間がまったく足りなかったと回答した

専攻科１年生は各研究室において各々の研究活動学生は20%にとどまった．これは難易度の適切化にに注力しなければならない状況を考えると，のべ15ともない，PDCAに要する時間も削減できたためだ

時間を超えるような長時間の時間外活動は避けるべと考える．一方で，すべての学生が授業時間についきである．その点からみると，H27年度の参加学生てはやや足りない，もしくはまったく足りないと回は適切な活動時間であったといえる．

答しており，丁度よかったという回答がなかったことから，来年度以降の授業時間の配分もしくは，PDCAの作業内容についてはまだ改善の必要がある．

４．結言
本報ではH26年度およびH27年度に本校において３．７

授業時間外の作業時間について実施した地域共生を目的の一つとしたエンジニアリ

図-12にEDEの授業時間外に各チームでどれだけングデザイン教育について，その内容を述べた上で，集まって作業をしたかという質問の回答を示す．前

受講した学生アンケートの結果を年度別に比較する

節の授業時間の結果よりH27年度はH26年度に比べ5ことで，EDEにおける取組の評価を行った．3章に時間以上，時間外に活動したチームはなかった．一て示した学生アンケートの結果より，H26年度の課方で授業時間で課題の作成を全て終わらせ，時間外題であったデザインテーマの難易度の高さ，それにの活動をまったくしなかったというチームもあらわ

ともなう作業時間の確保の難しさについては，内容れなかった．EDE自体は学生の自主性を尊重するアの見直しによりH27年度では一定の改善がみられる

クティブラーニングの一種であるため，授業時間外ものの，学生自身が適切であると考えられるにはまの活動の有無や作業時間の大小についてはチームやだ及んでいない．一方でH26年度，H27年度ともにEDEを受講して良かったという回答が参加した学生

学生個人の裁量に任せている．EDEに参加しているの90%以上を占めていることから，デザインテーマ

H27
H26

時間がまった
く足りなかったの難易度の高さ自体は学生のEDEの活動中の妨げにはなっておらず，難易度が高い課題故に，参加した学生は高い満足感を感じていると推察される．さらやや時間が足りなかったにEDEを通じて得られた成果が，技術や知識のみな丁度よい時間だったられる必須スキルであることから，EDEを実施するらずコミュニケーション能力といった，社会で求め意義は大変大きいといえる．以上のことから，地域共生を視野にいれたエンジニアリングデザイン教育

時間が余ったは学生への教育方法としては適切なものであり，今050
回答率 (%)

100

図-11 授業時間数について

域社会に根付いた教育活動へ発展させていきたい．
参考文献

H27
H26

授業時間外には活動しなかった後も継続してEDEを実施することで，将来的には地

１～５時間1)吉田，豊田：高等専門学校における卒業研究を活用した低学年学生のものづくり教育，工学教育，56-4，6268，2008.
2)三木，北村，榊原，名倉，長瀬他．課外活動を利用した創造教育-低学年からの技術者教育-，Journal of JACT,

５～１０時間

15-3, 113-118, 2010．
3) 外山，宮腰，田崎: 長岡高専におけるエンジニアリング

１０～１５時間

デザイン教育指導体制の構築，Dynamics and Design
Conference 2014，525，2014.

１５時間以上050
回答率 (%)

1004) 外山, 宮腰, 田﨑: エンジニアリングデザイン教育のデザ
インとその実践, 論文集「高専教育」，第 38 号, pp.6772, 2015.

図-12 授業以外での活動時間(2015. 10. 3 受付)−69−