ICT を活用した物理実験の取り組み
西山枝里, 杉本 隆之, 関口
国士舘大学

宗男,

和田浩明

理工学部

enishiyama@kokushikan.ac.jp

Effect to Basic Class for Experimental Physics using ICT
Eri Nishiyama , Takayuki Sugimoto , Motoo Sekiguchi and Hiroaki Wada
School of Science and Engineering, Kokushikan University
概要
国士舘大学理工学部では教育環境の変化と今後の物理実験の指導体制の変化に対応するために ICT を活用した物理実験の新たな指導法を検討している。ICT 活用の第 1 段階として、本年度よりタブレットを使用して動画を見ながら実験を実施する方法を試みた。

1

したところ物理実験が円滑に進み学生からも高評はじめに価を得た[2]。この経験から今年度は、動画を指導

国士舘大学では 2020 年度の新型コロナ感染症流行に伴い物理実験をフルオンライン授業により実施した。また、2021 年度も一部の実験内容をオンラインで実施する対応を取ることになった。これらの内容については AXIES 年次大会で報告を補助として活用することを計画し、振り子による重力加速度の測定実験に導入した。

2

動画の作成について

2.1 動画による指導補助行っている[1]、[2]。コロナ禍以前より理工学部 1

本学では振り子による重力加速度の測定実験

年生向けの物理実験では、学生が実験装置・機材を新しい実験テーマとして本年度から導入した。の取り扱いに不慣れであることと、指導書やマニ本学の物理実験は半期の科目であるが、春期履修

ュアルを読んだだけでは実験内容を理解できない生に関しては、教員の指導の下でマニュアルを見学生が多いことが問題となっていた。そのため、ながら実験を進める従来型の指導体制で実施をし指導をする教員が常に付き添っていないとセッテた。その結果、予想したよりも実験データにバラィングや実験手順が分からず、実験が全くできなつきが大きかったことと、実験内容と手順が理解いケースも見られるようになって来ている。今年できないまま実験をして想定外に時間がかかると度秋期の物理実験履修者（理工学部）のアンケーいう状況が生じた。とくに、振り子の装置は、すト結果によると、履修者 93 名中 56 名（60％）がぐに測定ができる状態ではなく、いくつかのパー高校で物理実験をしたことがないと回答しており、ツから組み立てるため、マニュアルの図だけでセ履修者の半数以上が初めて物理実験に接することッティングすることが難しいことと、振り子がどになる。のように運動するか理解していないことが実験をまた、将来的に 18 歳人口の減少にともない大学進めるうえでの難点であることが分かった。このの教職員数は確実に削減されて行くため、実験に問題点を実験中の指導補助として、動画の視聴に不慣れな学生を少数の教員で指導することを想定より解決することを検討した。

しなければいけない状況が迫ってきている。このような状況の中で ICT を活用して教育の質を保ち2.2 タブレットの使用と動画の作成つつ少ない教員数で物理実験を指導できるような今回、動画の視聴には Wi-Fi 機能を停止したタ方法を確立する必要がある。 以上のような背景のブレットを使用し、あらかじめ保存した動画ファ下で、昨年度、本学が LMS として利用しているイルを視聴させることにした。その際、Windowsmanaba を用いて実験の予習用動画の URL を配信の機能を限定することにより学生が動画の視聴以68

外の目的でタブレットを使用できないようにした。

るように工夫した（図 4, 5）。振り子の金属球の動タブレットは Microsoft 社製 Surface Pro 7+ (OS：きについて説明した動画の切り抜きとなる。

Windows 10 Pro、プロセッサ：Core i3、RAM：8.00GB) をスタンドに取り付け使用した（図 1）。

図 2 自動立ち上げのフォルダ

図1

使用するタブレット端末

タブレットの機能の限定設定についてはデン
セイシリウス株式会社の協力を得た。
タブレットは教員と学生のアカウントを別々に作成し、それぞれ以下の設定となる。
図 3 デスクトップ上のフォルダ

教員アカウント・管理者権限を付与

・

動画ファイルなどのデータの編集が可能

・

教員アカウントで行ったデータの編集は学生アカウントにも自動で反映

学生アカウント・

ログインすると自動で図 2 のような教材一式フォルダが立ち上がる
図4・

動画ファイルを削除することは不可

・

動画フォルダを閉じても図 3 のようにデスク動画の切り抜き 1（振り子の周期の説明）

トップ画面にある動画フォルダを開くことで再度、動画ファイルを確認できる
なお、動画を YouTube 等に載せて、学生にスマートフォンで視聴する方法も検討したが、スマートフォンを別の用途に使用して学生が実験に集中しなくなるため、現在は実験室での使用を禁止している。そのため学生自身のスマートフォンによる視聴は採用しなかった。

図5

動画では測定の際の正しい振り子の動きが分か

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動画の切り抜き 2（金属球の状態と軌道の説明）

実際に、動画を視聴しながら実験を行った結果、3 動画を使用した実験
学生には実験のはじめに動画があることを説明して、マニュアルと動画を自由に活用して実験をするように指導をした。
振り子の実験は図 6 のような装置を用いて、10周期を最低 5 回測定し、最終的に重力加速度を算装置のセッティングを開始してから測定に入るまでの時間が短くなった。また、実験データが大幅にずれることはなくなり、実験精度も改善した。
そのため、実験終了が正規の授業時間(90 分 2 コマ連続)を超過するケースもなくなった。

出する。図 7 では図 6 の装置と図 1 のタブレット

4 まとめと今後の課題を使用した実験の様子である。

本報告のように動画を指導補助として導入することが有効であると考えられるので、他の実験テーマへの導入も検討している。学生にとっては時間に余裕ができるため、考察に十分な時間を使え、より深い学びが可能となる。
本学では 2020 年度より数理・データサイエン
ス・AI 教育の導入を試みており、2023 年度より理工学部では応用基礎レベルまでの必修化が決定している。このような状況下で、理工学部の基礎科目として物理実験を含めた物理学関係科目をどのような内容とするかを見直すべき時期に来ていると考えられる。以上のような状況を踏まえて、最終的には大学初年度向けの物理学関係科目で共通に使用できる電子教科書を作成することを計画している。その際、ICT を有効に活用することによ

図 6 振り子の装置 (a)装置全体図

り物理学の講義と実験を上手く絡めて、一旦学び(b)上端部分の拡大図 (c)下端部分の拡大図始めると、よりさらに深く学びたくなるような物理の授業を展開できればと考えている。

参考文献[1] 若山将征、関口宗男、和田浩明、西山枝里、
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、 大学 ICT 推進協
議会 2020 年度年次大会、WP-4 (2020).
[2] 西山枝里、杉本隆之、関口宗男、和田浩明、
若山将征、新型コロナウィルス感染症拡大防止のために実施した物理実験における ICT活用の効果、大学 ICT 推進協議会 2021 年度年次大会、WP-4 (2021).

図 7 振り子の実験の様子

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