広島工業大学紀要教育編
第 ₁₇ 巻（₂₀₁₈）85– 90

報

告物理学実験の改善――「HIT 実験ノート」の作製とテキスト「工科系のための物理学実験」の改訂――山本
小島

愛士*・井上 光**・尾﨑 徹***・木舩 弘一****健一*****・安塚 周磨******・大村 訓史*******（平成₂₉年 ₉ 月₁₁日受付）

Improvements of Basic Experiments in Physics
Designing of “HIT Experiment Notebook” and Revision of the Textbook
Aishi YAMAMOTO, Hikaru INOUE, Tōru OZAKI, Kouichi KIFUNE,Kenichi KOJIMA, Syuma YASUZUKA and Satoshi OHMURA(Received Sep. 11, 2017)

Abstract
Several improvements of the course in “Basic Experiments in Physics,” especially newly designed
experiment notebook and revision of the textbook, were reported. An experiment notebook was specially designed for our students, which was named “HIT experiment notebook,” and began to behanded out from 2013 academic year. The textbook was revised in many regards and its 4th edition
was published in 2016. The educational effects of the above-mentioned improvements were discussed.
Key Words: Basic Experiments in Physics, experiment notebook, textbookの改訂について述べる。 ₅ 章では実施結果について報告し，₁ ．はじめに₆ 章で総括した後，今後の課題について言及する。

物理学実験は，本学の ₁ 年生（一部 ₂ 年生）を対象にし₂ ．物理学実験の概要た科目で，実験計画，測定，解析，レポート作成という一連の作業を通して，基本的な実験手法を習得することを目

物理学実験には，振り子による重力加速度の測定，気柱的としている。物理グループでは，よりわかりやすく，しの共鳴，水の比熱，光の干渉など高校物理の座学で学んだ

かもより質の高い教育を目指し，物理学実験の改善に取りテーマ，および金属のヤング率，水の粘性係数，銅の電気組んでいる。本稿では，「HIT 実験ノート」の作製と物理学化学当量など専門科目と関連するテーマがあり，大学 ₁ 年実験のテキスト「工科系のための物理学実験〈第 ₄ 版〉」［₁］

生が取り組みやすいと思われるものを全部で₁₉テーマ用意の出版を中心に（図 ₁ ），この数年間に行ってきた改善につしている（表 ₁ ）。本科目は，実験の手法や解析，レポートいて報告する。次の ₂ 章では，本題に入る前に，現在行っの書き方を体得してもらうことが重要であるため，実験内ている物理学実験の概要を説明する。続いて ₃ ， ₄ 章では，容のレベルはそれほど高く設定していない。
本科目は，週 ₁ 回 ₂ コマで開講している。最初の ₃ 回を作製した「HIT 実験ノート」および物理学実験のテキスト* 広島工業大学工学部機械システム工学科** 元広島工業大学工学部教授*** 広島工業大学工学部電子情報工学科**** 広島工業大学工学部建築工学科***** 元広島工業大学情報学部特任教授****** 広島工業大学工学部知能機械工学科******* 広島工業大学工学部環境土木工学科

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山本愛士・井上光・尾﨑徹・木舩弘一・小島健一・安塚周磨・大村訓史

図₂

図 ₁ 「工科系のための物理学実験〈第 ₄ 版〉」（東京教学社，₂₀₁₆年）と作製した「HIT 実験ノート」。
表₁

物理学実験室の配置。実験装置は ₂ セットずつ用意している。奥の暗幕つき実験台は₂₀₁₀年に製作した本学オリジナルである。実験テーマは，左から光の干渉と波長，偏光度，電子の比電荷である。

₃ ．「HIT 実験ノート」の作製

物理学実験の実験テーマ。

₁ 基礎測定 A（密度）₂ 基礎測定 B（電気抵抗）
₃ 振り子の周期と重力加速度
₄ 金属のヤング率
₅ 金属のずれ弾性率（剛性率）
₆ 水の粘性係数
₇ 気柱の共鳴と音波の周波数
₈ 弦の共振と交流の周波数
₉ 熱電対の熱起電力
₁₀ 混合法による固体の比熱
₁₁ 金属の熱膨張係数
₁₂ 水の比熱₁₃ 光の干渉と波長₁₄ 偏光度
₁₅ 銅の電気化学当量
₁₆ 半導体のエネルギーギャップ
₁₇ 共振回路の Q 値
₁₈ コイルのインピーダンスとインダクタンス
₁₉ 電子の比電荷実験ノートは，実験計画，実験結果，考察，新しいアイデアなどを記録し，のちにその記録をもとに再現実験を行ったり，実験者が最初の発案者であることを証明したりするための非常に大事な記録簿である［ ₂ ］。これまでは，物理学実験の最初のガイダンスで，実験ノートを ₁ 冊用意し，それに実験結果をきっちりと記録するように指導してきた。しかし，いくら口を酸っぱくして注意しても，ルーズリーフに殴り書きする者，小さなメモ帳にメモ書きする者などが後を絶たず，業を煮やしてしまった。そこで作製したのが「HIT 実験ノート」（図 ₁ ）である。
近年，研究室においてラボノートを作ることが推奨されてきており，ハードカバーの分厚い実験ノートが市販されるようになった。しかし，これを ₁ 年生の物理学実験で使用するには，硬くて重量もあり不適当であった。物理学実験に合うソフトカバーでページ数が₃₀ページほどの市販の実験ノートを探してみたが，適当な物が見つけられなかっガイダンスにあて，実験を安全に進める方法や諸注意と有た。そこで，広島工業大学仕様の実験ノートをコクヨと共効数字，誤差，最小 ₂ 乗法など基本的なデータの処理方法同開発した。こうしてできたのが「HIT 実験ノート」であについて講義する。 ₄ 回目から実際の実験が実験室でスる。ソフトカバーで₃₀ページあり，各ページは₅mm 方眼でタートする（図 ₂ ）。学生は，実験当日までに実験内容を左から₂₅mm の位置に縦実線が引いてあり，見出しを付けノートに書いて予習し，当日チェックを受ける。最初の ₂たりできるようにした。このページの仕様は，市販のコク回は，金属棒の密度と抵抗器の抵抗値を学生一人一人が実ヨのラボノート［ ₃ ］とほぼ同じである。この仕様がスタ験し，翌週にレポートを提出する。その後は， ₃ 名程度のンダードと思われ，将来ラボノートを使用することがある班を編成し，毎回異なる実験テーマを行い，翌週にレポーかもしれないと考えたからである。
「HIT 実験ノート」を各トを提出する。実験が始まって ₅ 回目頃に，提出されたレ受講学生に ₁ 冊配布し，足りなくなった場合は学内売店 C₃ポートについて，レポートの形式，表や図の形式，文章，で購入してもらうことにした。

考察などの指導を行っている。また，学生は，各回実験が「HIT 実験ノート」は，₂₀₁₃年度から使用を開始した。同終わると，指導教員によるチェックを受け，実験内容，結時に実験ノートの書き方（表 ₂ ）とその例（図 ₃ ）を配布

果の説明および議論にパスしたら終了としている。

し，ノートの最初のページに糊付けさせた。特に， ₁ 年後
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物理学実験の改善
表₂に見ても何をやったかわかるように記録するように指導し配布した実験ノートの書き方。第 ₄ 版のテキストにも同様の記述をした［ ₂ ］。

た。折しもその翌年の₂₀₁₄年に，小保方らの STAP 細胞事実験結果の書き方件が起きた［ ₅ ］。実験ノートの記録が不十分で，STAP 細（₁）ページ番号を最初のページから連続して記入する。

胞の存在を確認する再実験が困難になったと報道され，実（₂）どのような測定をしてどんな結果が得られたのか， ₁ 年後に見てもわかるように，必要な事項を書く。丁寧な字で書くこと。

験ノートの重要性が再認識された。この事件以降，実験ノートの売れ行きが急増したとのことである。本学では，それに先駆けて導入することができた。いくつかの研究室（₃）配布資料やグラフなどは，ノートに糊づけする（サイズが合わない場合もできるだけ，折り込まないように）。

で，「HIT 実験ノート」を ₄ 年生の卒業研究のために使って下さっている。

（₄）テーマごとに最初に実験日，実験テーマ，温度，湿度，気圧を書く。

₄ ．物理学実験テキストの改訂（₅）字や図の大きさに配慮し，あまり詰めて書かない。

物理学実験のテキストは，HIT 基礎物理学シリーズの ₁（₆）図や表を書く際に定規を使う必要はない。グラフ以外は，フリーハンドで書いてよい。

冊として₂₀₀₃年に初版が刊行され，改訂を繰り返してきた（₇）間違って記入した時は，取り消し線を引き，空いているところに新しく書く（多色ボールペンを活用するとよい）。間違って記入したことが，あとになって正しいと気付くことがあるので，消しゴムは極力使用を避けること。また，間違った原因を探ることが考察の材料になる。

［ ₆ ］。第 ₃ 版は［ ₇ ］，₂₀₁₁年に発行され， ₅ 年を経過し，（₈）計算結果は，結果だけでなく原理となる式や数値を代入した計算式も書く。 計算間違いや有効桁数のチェックがしやすい。にいくつもの変更や追加をした。以下では，その中でも代改訂すべき点が多く出てきた。グループ内でミーティングを重ね，改訂作業を行った。より読みやすくするための章立ての変更や文章の加筆・修正は勿論行ったが，それ以外表的な事項をピックアップし，簡単な説明を加えた。

（₉）単位を忘れずに書く。

①「HIT 実験ノート」の書き方およびその例
₃ 章で述べたように₂₀₁₃年度から「HIT 実験ノート」の使用を開始し，その書き方（表 ₂ ）及びその例（図 ₃ ）をプリントで配布していた。これをテキストにも入れた。
②グラフの書き方およびその例
物理学実験には，実験値をグラフにプロットし，それに最もよく合う直線を引いてその傾きを求める実験テーマが多くある。直線上の離れた ₂ 点の座標を読み取って傾きを求めてほしいのだが，直線上にのっていない生の実験値を使用したり，直線の非常に狭い範囲の ₂ 点を取って傾きを求めたりする学生が多いという問題があった。そこで，₂₀₁₄年度から，グラフの例をプリントにして配布を開始した。₂₀₁₄年度は，電気通信大学で使用されているもの［ ₈ ］を参照させ，翌₂₀₁₅年度から本学版（図 ₄ ）を配布した。
これをテキストにも盛り込んだ。
③レポートのチェック項目
第 ₃ 版では「レポートを出す前にチェックしよう」という項があり，チェック項目をリストアップしていた。しかし，提出されたレポートは，チェック項目で確認した形跡のない物が多く，悩みの一つであった。そこで，より明示的にするために，レポートの表紙にチェック項目（表 ₃ ）

図₃

配布した実験ノートの記入例［ ₄ ］。実際にはコメントが吹き出しで入っているが，文字が小さくて読みにくいので除いてある（黄銅と書かれているが，銅の間違いである）。

を加え，提出前にチェックさせることを狙った。

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山本愛士・井上光・尾﨑徹・木舩弘一・小島健一・安塚周磨・大村訓史

テーマが多くある。第 ₄ 版では，それぞれのテーマごとに表の例を挿入した（表 ₄ ）。 ₁ ～ ₂ 行程度は，具体的な実験値の例も入れた。
表₄実験テキストに挿入した表の例。実験テーマ「水の比熱」の表［₁₁］。
表₁

水の温度，電圧および電流の変化（ ₁ 回目）

時間 τ ［s］ 水の温度 t［℃］ 電圧 V［V］ 電流 I［A］
₆₀₁₂₀
₁₈₀

₂₃.₄…
…
…

₃.₃…
…
…

₁.₀…
…
…

⑥測定回数の削減
これまでは，実験時間内に終われる範囲で，同じ実験を何回か繰り返して行うように指示していた。しかし，実験にてこずったり失敗したりすると，所定の回数をこなせなかったり実験後の指導教員によるチェックが十分に行えなかったりした。そこで，第 ₄ 版では実験回数や実験内容を図₄配布したグラフの例［ ₉ ］。実際にはコメントが吹き出しで入っているが，文字が小さくて読みにくいので除いてある。
表₃

レポート表紙につけたチェック項目［₁₀］。

減らし，余裕をもって実験できるようにした。また，失敗に気付いたらやり直しするように指示した。こうすることで，実験終了後の指導教員によるチェックに十分な時間ができ，議論を深めたり，のちに述べる「考察のヒント」にチェック項目関する助言をしたりできるようにした。

□ 表紙に必要なことを全部書いているか。
□ 実験の概要の要約のしかたは適切か。

⑦考察のヒントの改訂□ 測定やデータ処理の説明文が不足していないか。

考察は，実験結果の分析や解釈などを記述するレポート□ 表に番号と標題をつけているか。の中で最も重要な要素である。しかし，大学 ₁ 年生の学生□ 図・グラフに番号と標題をつけているか。

にとっては，考察を書くという作業は，ほとんどが初めて□ グラフの横軸と縦軸の物理量を明記しであるか。の経験で何を書けばよいか途方に暮れる部分でもある。

□ 測定値の単位の表し方は適切か。

第 ₃ 版では，考察を書くための助けになるように，考察□ 有効数字の表し方は適切か。
□ 誤差を₃ 桁以上も書いていないか。のヒントをテーマごとに ₂ 節に分けて記述していた。具体□ 自分達の結果と参考値を比較検討しているか。

的には，実験手順の説明の後の ₅ 節に「考察のヒント」と□ 考察が単なる感想文だけになっていないか。

して，参考値と測定値の比較，さらに正確に求めるにはどうすればよいか，この実験から学んだことについて書くように指示していた。さらに， ₆ 節で「理解を深めたい人の④装置の写真
学生には，実験当日までにテキストを読んでどんな実験ために」の中で，「考察のヒント（つづき）」として，実験をするのか予習をしてくることを課している。しかし，予テーマに関係した課題，（例えば，日常に経験する自然現象習をしてきても，すぐに取りかかれないことが多く，説明との関わり，実験の原理についての考察，得られた知見をを求めてきたりした。その一因は，テキストに測定装置の使った応用など）について記述していた。

配置が図面のみで示されており，実験のイメージがつかな

ところが，実際に提出されるレポートでは，大半が「今かったためと思われた。そこで，実験装置を組み立てた状

回の実験は，参考値とほぼ一致したので成功だった。」とか態の写真を入れることにした。

「参考値とのずれは，目盛りの読み方が悪かったためである。」といった類で，ほとんど考察に値しなかった。多くは
₅ 節止まりで， ₆ 節までの考察を書いている学生はごくわ⑤表の例
実験結果を記録するときに，表にしてまとめるとよいずかであった。

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物理学実験の改善

第 ₄ 版では，もっと考察のヒントに取り組んでもらえる変化を調査した結果について述べる。提出されたレポートように再構成した。「考察のヒント（つづき）」に書いていについて，次の ₃ つの項目について，どのように変化したた内容も含めて，比較的取り組みやすい課題を新しく考えか調べてみた。て ₅ 節を書き換えた。さらに， ₆ 節の「理解を深めたい人のために」というタイトルを取り組みやすく思える表現（a）表は形式に則って書けているか。
枠線で囲まれており，最上段に項目，表の上に表番号，「より良いレポート作成のために」に変えた。

標題が書かれているレポートの数を調べた。

₅ ．実施結果と評価（b）図（グラフ）は形式に則って描けているか。

₄ 章でテキストの改訂について述べたが，テキスト改訂縦軸，横軸，目盛り，目盛り数値，物理量，単位がついに先立って実施した事項もある。ここで， ₃ 章および ₄ 章ており，図番号，標題が図の下に書かれている（グラフ ₁ ，で述べた改善内容を年度ごとに整理し，まとめておく。

₂ ，・・・は不可，図 ₁ ， ₂ ，・・・となっていること）レ
ポートの数を調べた。
（c）考察にプラスアルファの記述があるか。

₂₀₁₃年度テキストに書かれた「考察のヒント」に基づいて考えた「HIT 実験ノート」の配布開始。
実験ノートの書き方（表 ₂ ）と例（図 ₃ ）の資料配布。
₂₀₁₄年度り調べたりしたことやオリジナルな考察が書けているレポートの数を調べた。

グラフの書き方（他大学版）［ ₈ ］の参照。
₂₀₁₅年度以上の ₃ 項目を工学部のある学科について調査した。レ

グラフの書き方（本学版）（図 ₄ ）の配布。

ポートの書き方の指導を行った後に提出された数回のレ時間のかかるテーマの課題を一部減らす。

ポートについて，各年度約₆₀名分を調べた。
（a），（b）につ

₂₀₁₆年度いては，ほぼ書けている数はもっと多いが，上に掲げた点

テキスト第 ₄ 版［ ₁ ］の使用開始。

をすべて満たしているもののみを数えた。
図 ₅ は，（a）～（c）が記載されている率（％）の年度ご以下に，これらの実施結果について述べる。できれば，との移り変わりを示している。表の形式，図の形式，考察定量的な数値を示して変化が分かるようにしたいところだにプラスアルファの記載がある率をそれぞれ三角，丸，四が，数値化できる事項は限られており，感想のようになっ角で表している。表の形式の記載率は，下降した後₂₀₁₆年てしまう部分もあるが，ご容赦願いたい。

度に回復している。表の形式の指導は，₂₀₁₅年度まではほとんど変更していないが，全体的なレポートの完成度は低

₅.₁ 「HIT 実験ノート」の効果下傾向にあるように感じられ，その傾向が現れたのかもし「HIT 実験ノート」の使用開始以降，しっかり記録ができれない。₂₀₁₆年度に回復したのは，第 ₄ 版のテキストに表るようになってきたと感じている。以前のメモ書き程度のの例が入った効果が出たものと思われる。

ころから比べると格段の進歩である。また，これまでは，図の形式の記載率は，年度ごとに上がり，₂₀₁₅年度以降班の中の一人だけしか記録・解析せず，他の学生はぼーっは，ほぼ横ばいになっている。図（グラフ）の例は，₂₀₁₅としているようなことがあった。実験の最終回に実験ノー

つい80

トを提出させて，それも採点することにしたため，全員がしっかり記録し解析に取り組む様子が見られるようになっ

提出
図形式記載率（％）

た。さらに，第 ₄ 版のテキストには表の具体例が入ったので，実験ノートの記録の仕方も改善が見られた。
提出された実験ノートは採点後，返却している。先に述べたように，実験ノートの書き方およびその例を実験ノートの最初のページに糊付けさせている。 ₂ 年生以降の専門

60に使
表形式40

ック

20

考察0

年度ごとの改善およびテキストの改訂によるレポートのた。

現状立つのではないかと思う。
年度ごとの改善およびテキスト改訂の効果

見るするの実験・実習や卒業研究の際に，見返してもらえたら役に

₅.₂

価の

図₅─ 89 ─201320142015年度

2016過去），図形式（ ），図 5₄ 年間のレポートにおける表形式（
過去 4 年間のレポートにおける表形式（▲）
、考察（ ）の記載率。

図形式（●）、考察（■）の記載率。

６．

本「Hすべて満たしているもののみを数えた。
図 5 は、(a)～(c) が記載されている率（％）の年度ごと理学し、

山本愛士・井上光・尾﨑徹・木舩弘一・小島健一・安塚周磨・大村訓史

年度に本学版を配布し始めたので，それに追随して上昇しらデジタル式にとって代わりつつある。デジタルのオシロたと推測される。

スコープに変更するための対策は急務と考え，検討を進め考察は，ずっと低迷していたが，₂₀₁₆年度に₂₀％程度上ているところである。新しいことを始めるときは，予想外昇している。第 ₄ 版のテキストの「考察のヒント」を取りの問題が起きて失敗することもありうる。まずは小さい規組みやすく工夫したことが功を奏したと思われる。さらに，模で試してみることが基本的なやり方である。小さい規模

実験回数を減らして時間に余裕ができ，実験終了後に受けで問題を洗い出し，うまくいくことを確かめてから，全面る指導教員によるチェック時に，「考察のヒント」について実施へと進める予定である。

議論したりする時間が増えたことも要因として考えられる。

現在行っている実験テーマは，すべて実験手順が与えら

しかし， ₃ つの項目どれをとっても₅₀％前後であり，まだれており，それに沿ってやれば実験できるようになっていまだ記載率は低いと感じる。今後も改善を検討していかなる。後者の要請に対して，例えば求めるべき物理量だけをくてはならない。

示し，実験方法から考えさせて実験をさせる，といった次に，テキストに写真を多く入れた効果について述べる。

テーマもあるとよいかもしれない。物理学実験に限らずど実験開始時に説明を求めることが減り，取りかかりやすくの科目においても，改善に終わりはない。これからも，有なったように思われた。その一方で，配置図や説明文を読効，必要と思われることに取り組んでいきたいと考えていまずに写真のみから実験装置を組み立てようとする班が現る。

れ，写真で見づらい部分については，どのようにセッティ謝ングするのか聞いてきたり，わからないまま間違った配線辞をしてしまったりする，といった逆効果も起きてしまった。

「HIT 実験ノート」開発には，本学売店 C₃の高垣氏，コ

これは新たに出てきた課題である。

クヨマーケティング株式会社の檜山氏にお世話になりまし最後に，レポートの表紙にチェック項目を入れた効果にた。また，東京教学社の鳥飼氏，神谷氏には，幾度ものテついて述べる。チェック項目は，学生にとってはレポートキストの校正に付き合っていただき，お世話になりました。

提出時のポイントの意識付けになり，採点者にとっては評ここに感謝申し上げます。

価のポイントとして利用することができ，ルーブリック的文に使えるようになった。ところが，提出されたレポートを献見ると，チェックマークがついているにも関わらず，該当［ ₁ ］ 井上光，尾﨑徹，山本愛士，木舩弘一，小島健一，する項目が書けていないことが多く，実は確認せずに安塚周磨，工科系のための物理学実験第 ₄ 版，東京チェックマークだけ付けて提出している，ということが判

教学社，₂₀₁₆年．

明した。学生に注意をしてみたが，あまり改善されず，効［ ₂ ］［ ₁ ］p. ₇．

果は現状では限定的である。

［ ₃ ］ リサーチラボノート，コクヨ，ノ -LB₂₀₈HS．
［ ₄ ］［ ₁ ］p. ₉．

₆ ．まとめ［ ₅ ］ 例えば，朝日新聞，₂₀₁₄年 ₄ 月 ₃ 日朝刊₃₄面；朝日新聞，₂₀₁₄年 ₄ 月₁₀日朝刊 ₂ 面．

本稿では，₂₀₁₃年度以降の物理学実験の改善について，「HIT 実験ノート」の作製とテキスト「工科系のための物理［ ₆ ］ 井上光，尾崎徹，鈴木貴，中西助次，細川伸也，大学実験」の改訂を中心にして報告した。様々な変更に対し，

政義典，HIT 基礎物理学シリーズ

₂ ．工科系のた概ね改善されたと考えられる。しかし，その結果はまだまめの基礎力学，広島工業大学紀要

教育編，第₁₂巻，だ満足とは言えず，さらなる実験態度の向上と質の高い実₂₀₁₃，p. ₂₉-₃₈，付録；広島工業大学物理グループ

験レポートの増加を目指して，今後も検討を重ねていきた

ホ ー ム ペ ー ジ http://www.physics.cc.it-hiroshima.

い。

ac.jp/education₃.html

近年，PC の普及，装置のデジタル化・自動化など実験設［ ₇ ］ 中西助次，井上光，尾﨑徹，細川伸也，大政義典，備が変わりつつある。また，書かれている通りをただ行う

小島健一，工科系のための物理学実験第 ₃ 版，東京のではなく，課題解決力など考える力が重要視されるよう

教学社，₂₀₁₁年．になってきた。こうした社会の変化に対応して実験内容に［ ₈ ］ 電気通信大学，基礎科学実験 A（http://physics.e-one.

ついての見直しも必要であろう。

uec.ac.jp/graf.pdf）．

前者については，装置がブラックボックス化されていく［ ₉ ］［ ₁ ］p. ₁₁．

ことに危惧を感じるが，必要と思われるところは変えてい［₁₀］［ ₁ ］p. ₁₈．

くべきであろう。例えばオシロスコープは，アナログ式か［₁₁］［ ₁ ］p. ₁₁₈．

─ 90 ─