大学の組織的な取り組みの工夫

エンジニアリング系４学科による大学初年次における異分野連携PBL科目の実施

大阪工業大学
工学部機械工学科講師

１．はじめに伊與田

宗慶

ぎ合わせてものづくりを実施するような講義は、大阪工業大学工学部では、2008年度よりPBLこれまで開講されていませんでした。つまり、与を核としたカリキュラムを実施しており、機械工えられた課題に対して、それを解決するためのア

学科においては２つのPBL科目を開講、さらにはイデアを形にする経験、また課題達成に向けて創学生が夏休みを利用して海外学生と一緒にものづ意工夫をする経験の不足が、３年次においてものくりを実施する「国際PBL」に参加するなど、積づくりを実施できない大きな原因の１つであると極的なPBL活動を展開しています。科目としては、考えました。そこで、専門科目や実験・実習科目

大学初年次および３年次にそれぞれPBL科目が開が本格的に開始される前の１年次において、もの講されており、２年次の工作実習と合わせて、一づくりのアウトラインを体感させるとともに、自貫したものづくり教育を実施しています。本稿でらのアイデアを自身が持ち合わせている知識を使は、その中でも大学初年次のPBL科目である「エって具現化させるトレーニングとして、PBL科目ンジニアリング探求演習」について、内容を紹介である「エンジニアリング探求演習」を開講しまさせて頂きます。

した。
エンジニアリング探求演習は、１年次後期にお２．エンジニアリング探求演習の概要

いて週１回、１時限開講とし、さらに１時限を自機械工学科では、2014年度からエンジニアリ主的な製作活動やミーティングに費やす自習時間ング探求演習を開講していますが、それに先立っとして設定しており、１年次学生に対して、自らて３年次におけるPBL科目の「エンジニアリングのアイデアを形にする経験を養う科目となっていプラクティス」を2008年度から開講しています。

ます。また、本PBL科目から座学や実習の重要性その３年次のPBL科目において、これまで習得しを認識することにより、２年次以降における開講てきたはずの、ものづくりに対する知識や技術を科目への学修意欲を向上させることも教育の狙い実践できない学生が多くなりつつあるとの意見に含まれています。
本PBL科目は上記のような狙いを前提として、が、担当教員から出てくるようになりました。もちろん全ての学生がということではなく、これま以下に示す４つの大きな特徴を有しています。

での学修内容を十分に発揮してものづくりに臨む●

前期開講科目における事前学修学生も多いことから、根本的な教育不足というこ●

簡単ながらも発想や試行を必要とする課題設
定とではないものと考えられます。一方で、３年次までには、製図学や４力学、また実験・実習など、●４学科同時開講による異分野連携ものづくり

個々のものづくりに関する講義については力を入●

誰でも簡単に製作が可能な工作セットなど実れているものの、それら講義で習得した知識を繋18 JUCE Journal 2016年度 No. 3

施方法の工夫

大学の組織的な取り組みの工夫

課題は全部で４つに分類されており、ピンポン以下に、それら特徴について詳細を述べます。

球と運搬物を保持した自走式の自動車がスタート

2.1

事前学修地点から走り出し、坂を上りきった後、坂の頂上

大学初年次においては、普通科出身の学生と工でコース外に設置された箱の中に運搬物を投下。

業科もしくは工業高校出身の学生では、工作機械コースを走破した後、ゴール地点に到着。さらにを使うという経験、また何かを製作するという経保持していたピンポン球は、ゴール地点の壁の向験において差が見られます。そこで、本PBL科目こう側にある紙コップに投球を行う、という比較の事前学修として「機械基礎ゼミナール」という的取り組みやすい内容としました。評価ポイント

前期開講のゼミナール形式の科目の中で、本PBLとしては、坂の頂上においての規定タイムとのズ科目で製作する自動車の基礎となる車体についレ、コース外に設置した箱への投下、さらにゴーて、各人が製作を行うトレーニングを実施していル地点における総走行タイム、さらにピンポン球ます。学生一人一人が本PBL科目で実施する作業が入ったコップの位置と設定しました。ただし、を一通り経験することで、PBL科目開始時におけ自動車はコース両側に設置された壁に接触するこる経験の差を小さくすることを狙いました。またとなく走行する必要があり、またゴール地点にお同時に、PBL科目と同様の材料と工具を使用するける壁への接触も禁止しています。さらに、ピンことにより、作業に十分慣らすことで、PBL科目

ポン球は必ずしもゴール地点から投げる必要はな

実施時における事故や怪我の発生を防止していまく、コース上のいずれの地点から投球しても構わす。

ないこととすることで、学生の中から様々なアイデアが生まれることを期待しました。

2.2

課題設定
2.3

本PBL科目が開講される１年次後期の段階にお異分野連携ものづくり

いては、大学に入学して半年足らずであることか

上記のようにシンプルな課題であるものの、規ら、十分な専門教育を受けられていない状態です。

定タイムが設定されていることから速度制御技術

このことから、できるだけ多くの学生が取り組みが必要であることや、コース上での壁への接触をやすいような課題、すなわち、最低限の課題達成

禁止していることから距離センサを用いたセンシは容易ですが、突き詰めれば様々なアイデアで達ング技術が必要であることなど、様々な技術要素成可能となる課題に設定することが重要であるとを盛り込んだ自動車の製作を課題としています。

考えました。そこで、エンジニアリング探求演習

これは前述の通り、本PBL科目はエンジニアリンの課題として、図１に示すものをベースの課題とグ系４学科の学生がチームを組み実施する、４学して設定しました。

科同時開講のPBL科目であるところにその理由が

図１

設定課題の概要

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大学の組織的な取り組みの工夫あります。エンジニアリング探求演習は、機械工学科以外にも、電気電子システム工学科、電子情報工学科、ロボット工学科において同時開講されている科目であり、４学科の知識を集結させた異分野連携によるPBLを実施する科目となっています。各チームは、各学科２〜４名の学生で構成されており、この混成チームで１台の自動車を製作します。したがって、各学科でそれぞれ担当パーツを割り当て、個々でその製作に取り組み、最終的にそれらを組み合わせて自動車の製作を行いま

写真１

学生に配布した工作セット

す。これには、自らの専門と異なる学生と連携をり、接合可能な対象材料も多く、さらには短時間取りながら車体の製作を行うことで、エンジニアでの接合が可能であることから採用しました。まとしてのコミュニーケーション能力の向上、さらた、ボルト・ナットについては、M2やM3といっには多様な専門分野への興味を促す目的がありまた小径の物を採用し、配布したドライバーセットす。

でプラダンに穴開け加工を行い、容易に使用でき機械工学科の学生は、自動車の車体の製作、頂るようにしました。また、機械要素の教育を目的上で切り離す運搬物を保持する台の製作、およびとして、ギア比とトルクの関係を体感するためにピンポン球の投球機構の製作を担当しています。

ギア比を変更可能なモーターを、坂を上る時のタ各製作物に対して１人の学生を割り当てることイヤの摩擦の影響を体感するためにオフロード用で、役割分担を明確にし、学生のモチベーションタイヤとプラスチック製タイヤを、それぞれ配布を保つ工夫をしています。

しています。以上のような材料を用いて、学生自身が創意工夫を机上の作業のみで簡単に行えるよ

2.4

実施方法に関する工夫

上記のように、本PBL科目は４学科同時開講であることから、このような大人数を一堂に会してうにすることで、学生の自由な発想で車体の製作を実現できるような形をとっています。写真２に学生の工作風景を示します。

PBLを実施することは不可能に近く、必然的にチ

また、チームでのコンセプト決定などの際には、ームを分割して、複数の講義室を利用しての実施学生同士で活発に意見交換できるよう、小型のホとなります。そこで、講義室のような机のレイアワイトボードを１班につき１つ用意しました。次ウトにおいてもチームでものづくりを実施するこ

ページ写真３はホワイトボードを使った意見交換とが可能となるよう、機械工学科では各学生に対の様子となっています。ホワイトボードを用いるして写真１に示すような「工作セット」の配布をことで、学生は自らのアイデアをすぐに書き出す行い、どこでも工作が可能となるように工夫しまことができ、またそれを班員ですぐに共有できるした。前述の理由と同様で、工作室を使用するこことから、議論がスムーズに行えている様子が多とも不可能であることから、プラダンやホットボく見受けられます。

ンドなど、講義室の机上でも十分に作業が可能な材料や工具を用いた工作とすることにしました。
工作セットの中には、上記の製作物を作製する上で必要な最低限の道具および材料が入っています。
車体製作に使用する材料としては、異方性材料の勉強も兼ね、加工が容易なプラダンを採用しました。プラダンの切断にはカッター、接着にはホットボンドやボルト・ナットをそれぞれ配布しました。ホットボンドについては、接合が容易であ20 JUCE Journal 2016年度 No. 3

写真２

工作セットを使った工作風景

大学の組織的な取り組みの工夫のづくり体験、およびアイデアを具現化するということですが、難易度を下げすぎたことにより、学生にとって何も得ることがなかったとならないよう、図面作成を徹底的に実施させるなど注意を払っています。一方で、課題設定や提出物の難易度を上げすぎると、１年次学生では達成が不可能な状況となってしまうことから、学生のモチベーション低下につながり、本PBL科目の学修目標を達成することができなくなってしまいます。この
写真３

ホワイトボードの活用

3．実施状況
写真４には学生が製作した車体の走行時の様子

ちょうど良いバランスの難易度設定を行うことについて、教員間で十分話し合いを行いながら決定しています。

を示します。車体や投球機構はプラダンを使ってまたその難易度についても、学科間で同程度に製作されており、投球調整用のスライド機構や車揃える必要があることが、本PBL科目の難易度設体の補強にはストローが使われています。また、定を難しくしている要因の１つでもあります。４

車体の前方および側方には距離センサが用いられ学科のうちどこかの学科だけが難易度を高く設定ており、車体の前方センサはゴール地点での自動してしまうと、その学科が担当する製作物の完成停止、側方センサはコースの側壁を感知して常にが遅れ、結果としてマシンが完成しなくなってしコースの真ん中を走行できるよう工夫されていままう恐れがあります。４つの学科において、それす。また、速度調整のために、モーターはマイコぞれの学科の学生に求める学修目標は異なってもンボードによって制御されています。

良いとは考えられますが、学生に対してものづくり体験をしてもらうためには、４学科の製作物を１つに集約し、全15回の講義の中で１つの製作物を完成させることが非常に重要であると思われます。

５．おわりに
前述の通り、本PBL科目は2016年度で３年目を迎え、実施体制については改善の余地があるものの、学生からはものづくりの難しさや楽しさについて体感できたと意見が出されています。しかし一方で、実施体制や学科間での難易度の違いに写真４製作した自動車の走行時の様子

４．今後の課題対する不満が一部の学生から出ているのも現状です。今後は、これら学生の意見に耳を傾けつつも、学生に対してどのような学修効果を期待するかとこのように４学科同時開講のPBL科目としてスいう点について４学科間で議論を行いながら、学タートさせて３年目を迎えていますが、全15回生にとって価値のある異分野連携PBL科目へと成の講義終了後には課題の抽出を行い、翌年度には熟させていくことを目標としています。

改善策を考案して実施するなど、異分野連携PBLに最適な枠組みを模索しています。
中でも、課題の設定やその中で行う実施内容も含めて、１年次学生に対して「どこまでを求めるまた、2014年度に１年次だった学生が、2016年度より３年次におけるPBL科目の受講を開始していることから、本PBL科目の教育効果については、今後顕在化してくるものと思われます。のか」といったことについては、試行錯誤しながら進めている状況です。本PBL科目の主目的はもJUCE Journal 2016年度 No. 3 21