ミニ特集高専年のあゆみとグローバル化に向けた今後の展望～社会の発展に果たしてきた高専の役割とさらなる実践的教育への挑戦～

鈴鹿高専における STEM 教育の試み
兼松秀行

二つであり，そのために理工系出身の産業人材の育成強化を.

緒言図ることにある．この点においてアメリカ合衆国政府は自らの国家の将来に対して，相当の危機感を抱いており，一連の変化の激しい時代となった．昨日確実であった社会の様々政策として正式に打ち出すに至ったのである．これらの行きなシステムは，今日あるいは明日には，不確定なものとな着くところの最終ゴールは，イノベーション人材の育成であり，消え去ってしまうのも，さほど不思議なことではなくなり，この点において，著者が大いに共鳴する論点がある．著っている．そのような変化の激しい社会においては，知識，者の勤務する国立工業高等専門学校の重要なミッションの一スキルもまた社会システムの変化とともに，変転を余儀なくつ，そして著者のライフワークの一つも，こうしたイノベーされることは言うまでもない．非常に速い速度で陳腐化してション人材を産業界に多数送り込むことにあるからである．

いく時代が到来しているといえる．このような時代にあっ

さて， こうし たイ ノベ ーショ ン人 材の育 成は， 米国 のて，高等教育機関はいかに 30 年先あるいは 50 年先に有為なSTEM 教育などのように，初等教育機関，中等教育教育機人材を教育していけばよいのであろうか．とりわけ，著者の関，高等教育機関がそれぞれ連携を取り合って，行われるべ勤務する工業高等専門学校においては，将来においてグローきものではないだろうか．各レベルの教育機関がてんでばらバルに活躍できる産業人材の育成が重要なミッションの一つばらなベクトルを持ちながら教育するのではなく，青少年のである．そのため，この問題はきわめて重要で，教育目標の発達の段階に応じて，一定のコンセプトのもと，手を替え品根幹に関わることと捉えることができる．この問題解決を本を替えて，繰り返し教え導いていく必要性があるものと考え稿において完全に提示することは，問題があまりにも大きする．例えば，一般に初等教育においては，生徒は問題を解くぎて不可能であるが，一つの可能性を提案することは可能で際に，答えは一つである，と信じる方が教育効果は上がるである．それが STEM 教育である(1)．STEM 教育は，そもそあろうし，また先生は必ず答えを知っている，と考えるのがも米国の教育政策であり， Science (理科)， Technology (技自然であろうし，主流であろう．しかし高等教育機関におい術)，Engineering(工学)，Mathematics(数学)の頭文字をとては，それではやがて満足がいかなくなるのであって，先生ったもので，理系教育を総称したものである．本稿においてといえども解答を知らない，あるいは解答が一義的に決まらは，この米国初の STEM 教育を高専教育の重要なエッセンない問題を扱うことも出てくるであろうし，そうでなければスであるところのエンジニアリングデザインと関連づけて，ならない．これについては，例えば大学・短大，高専の卒業実情にあうように修正して導入し，いくつかの教育ツールを研究がその最たる例である．こうした教育は長い学校教育の開発した，著者と米国クラークソン大学の D. Barry との共最終部分に位置すべきものであるが，この最終段階に至るま

同研究について，その概要と意義，将来展望について紹介すでに，無理のない形で，そこに導くための導入教育が，各レる．

ベルの教育機関において必要である．このために，発達の段階に応じて，それぞれ適切な指導法がいつも必要とされるの

.

STEM 教育とエンジニアリングデザインであって，こうした違いを考慮した教育ツールを開発し，共STEM は理科教育において，もの作り産業に必須の理数STEM 教育が可能になるのではないかと考える．STEM 教系科目の教育を重点的に強化して，産業人材の一層の育成と育の中で，理科，技術，数学については，比較的こうしたこ充実を図ろうとする試みをいう． STEM 教育は科学技術にとが進められてきたように感じられる．一方工学に関して

おいてイノベーションを巻き起こす産業人材を育成するためは，初等教育機関，中等教育機関において，適切な教育がなに，あらゆるレベルで行われる科学技術教育全般を指していされてきたか，というとそうは言えないのが現状である．そる．そして，その最終目的は，雇用促進と国際競争力保持のもそも工学とは何か，コアとなる哲学は何か，といったこと通したコンセプトのもとで適切な教育を施すことにより，

独立行政法人国立鈴鹿工業高等専門学校教授材料工学科(〒5100294 鈴鹿市白子町)
A Trial for STEM Education in Suzuka National College of Technology, Japan; Hideyuki Kanematsu(Department of Materials Scienceand Engineering, Suzuka National College of Technology, Suzuka)
Keywords: STEM education, creative engineering design, higher education, human resource for industries, innovation
2012年 3 月 5 日受理

ミ ニ 特 集が十分議論されず理解されていないこともその一因ではないかと考えられる．しかしこれを考えずに真のイノベーション人材の育成はあり得ない．
“イノベーション人材”，あるいは本稿においてほとんど同じ意味で用いている“産業人材”の育成に関して，必要とされる共通したコンセプト，コアとなる哲学はいったい何であろうかそれこそが国立工業高等専門学校が掲げている“エンジニアリングデザイン”ではないか，と著者は考える．
工学はいろいろな観点から定義できるであろうが，本稿においては，“工業的な問題を戦略的にあるいは系統的に解決 システするためのデザイン”であると考えたい．工学は，◯
 創造性，◯
 コラボレーション，◯ コミュニケー
ム的思考，◯
 楽観主義，◯
 倫理的配慮，の 6 つの特徴を併せション，◯

図1

Bloom の Taxonomy.

持った学問大系である(2)．数学や理科で得た知識を使って，上記の特色を出しながら人間の要求に合うように自然をどのように変えていくか，これが工学の命題であり，まさに工学一つ目はケミカルセンセーションプロジェクトである(3)．

は“一定の制約下でのデザイン”，すなわち，エンジニアリ

これは，最初に音楽を聴かせ，絵画を見せた後，手近な日用ングデザインなのである．このようなエンジニアリングデザ品や食品などを使って化学実験を行い，化学が日常の生活にインのイメージを青少年に段階的に植え付けていくことが工密着したものであることを五感を通じて体感し，そのおもし学の STEM 教育となるのではないかと著者は考えている．

ろさを実感しながら科学技術へのあこがれをも同時に培うこ

このような考えのもと，いくつかの工学の STEM 教育のたとを狙った化学授業である．2002年に米国化学会 ACS よりめのツール，創造的エンジニアリングデザイン教育のための功績賞， 2004年には同学会より ChemLuminary 賞をいただ

教育ツールの開発を行った．以下に具体的にそれらを説明す

いた記念すべきプロジェクトであった．このツールは，学生る．に五感を使わせることによって，学生が新しい何かを頭の中に提案させることを可能にする．より信号が頭脳の中を駆け.

デザインプロセスと創造的エンジニアリングデザ
イン教育のためのつのツール

巡り，アイデアの流れを起こさせて， Bloom の Taxonomyにおける分析と統合のサイクルをより早く回転させることができるものと考えている．

前節で述べたように，エンジニアは問題解決を図るプロフ

二つ目は仮説検証型実験サイエンスフェアーである(4)．学ェッショナルである．このときエンジニアはあるデザインプ

生がグループを組んであるいは単独で日常身近な問題をとらロセスを用いている．解答が一つに限定されない複雑な問題

えて仮説を立て，検証していき，結果を多くの人たちの前でを解決することを可能にする．こうした問題は，いわゆる発表するもので，問題提起→仮定→手順→材料→結論→プレBloom の Taxonomy と呼ばれる問題解決の際の認知レベル

ゼンテーションという，問題解決モデルを体験的に学習するの変化を表すチャートにおいて，分析と統合という高次の認ことができる点でエンジニアリングデザイン教育の有用な教知レベルに関係している． Bloom の Taxonomy は， 6 つの育ツールといえる．鈴鹿高専材料工学科ではこれに関する教認知レベルを持つピラミッド型のチャートである(図)．六科書を作成し，現在 1 年生後期の実験として正式カリキュ

つの認知レベルは，知識，理解，応用，分析，統合，評価でラムに組み込んでいる．具体的には，6 週間にわたって，学ある．知識レベルでは，学生は情報を記憶し呼び起こす操作

生 は 数 人 の グ ル ー プ を 組 み ， PBL ( Problem Based Learn-をする．理解レベルでは，コンセプトを理解し，応用レベルing )のスタイルをとりながら，議論を重ねて問題解決を図で規則の適用を行う．通常単一の技術的問題を解く際には，る．第一週は自分たちの取り組むべき問題を設定するために分析レベル(仮説，証拠の関連づけ)で問題解決が図られる．

費やされる．第二週は仮説を立てて，それを証明するためにしかし，問題を創造的に解決するためには，統合レベル(ア必要な手順，材料を選定する．そして第三週，第四週においイデアの統合・組み合わせによる新アイデアの創出)あるいて実験を行い，第五週目に結果の解析，プレゼンの準備を行

は評価レベル(価値判断，批判)のような高次の認知レベルでい，第六週目に成果発表を行っている．これに限らず，様々問題解決を図る必要がある．

な時間枠を使って，サイエンスフェアーは遂行可能であり，著者らが開発した創造的エンジニアリングデザイン教育の公開講座や出前授業にも用いて展開している．

ツールはいずれも， Bloom の Taxonomy において高次の認

三つ目の教育ツールはミステリーを使ったエンジニアリン

知レベルにおける知的操作を学生に自発的にさせることによグデザイン教育であり，私どもが作ったミステリーと演習問って問題解決を図るスキルを習得させることを目的としたも題からなる教科書(5)(6)を使って，ミステリーを解きながら，のである．

戦略的に創造的にデザインする手法を学び，これを工学的問

ま て り あ 第51巻 第 8 号(2012)Materia Japanュラムとなる，こうした循環が継続的に起こっていくことが，STEM 教育の向上，ひいては産業人材の育成につながっていくものと考えている．

.
図2

日本の学生グループによる月面の温室デザイン．

図3

米国の学生グループによる月の温室デザイン．

おわりに

本稿において， STEM 教育を日本の工学教育に応用する上で，鈴鹿工業高等専門学校が日米で共同開発した五つのエンジニアリングデザイン教育ツールを紹介した．その我が国の工学教育における意義は“Creative Engineering Design:
A Collaborative Program Between the US and Japan”と題題に適用する試みである．これも鈴鹿高専専攻科の組織制御した150ページほどの論文にまとめられ，2011年 3 月に大阪学の授業に組み込まれて学生が学んでいる．この正規授業に大学から博士(工学)の学位が共同研究者の Barry 博士に授おいては，まずミステリーを読んで，登場人物をまとめさせ与された(9)．このような工学教育における新しい試みについるような低次の知識レベルの作業から，物語の最終部分の次ては，我が国のみならず，国際的に見てもまだ賛否両論があに起こる事柄をエッセイとして考えださせるような高次の作る．なぜならば，その成果は，数十年先にカリキュラムを習業まで step by step で演習させる．その後，熱処理・相変態得した卒業生の活躍，社会へのインパクトを総合して評価さに関する問題を提示し，グループを組ませて， PBL によっれるべきものであり，その際の“成果”が，果たしてどの程て，様々な鉄鋼材料の熱処理を調べてまとめさせるような低度こうした教育的試みの寄与として評価されうるかは，不確次の作業から，新しい熱処理方法を仮想的に提案させるよう実なことだからである．それでもなお，同じ目的を持つ全国な高次の作業を行わせる．これらパラレルな二つの一連の作に存在する 50 を超える工業高等専門学校における工学教業を関連づけさせ，問題解決モデルを強く意識させることを育・技術者教育，産業人材育成のこうした小さな試みの積み狙っている．

重ねが，これまでの 50 年に加えて，さらに今後の 30 年，い四つ目は宇宙探検プロジェクトである(7)．人類最後のフロンティアである“宇宙”が青少年の夢をかき立てる対象であや 50 年先の我が国の有為な産業人材輩出に，一歩一歩着実に貢献するであろうことを著者は信じてやまない．

ることを利用して，宇宙に多くの題材を求めた創造的エンジニアリングデザイン教育といえる．一例を挙げると，ある新文献入学生に対する導入教育のプロジェクトでは，“月面上に温室を作りたい．さてどのような温室が望ましいだろうか”という問題設定に対して，学生たちがグループに分かれて議論し問題解決を図った．このプロジェクトも日米双方の学生の共同プロジェクトとして，比較検討などを行った．図は日本の学生グループが提案したデザインであるが，図の米国の学生グループのデザインときわめて似ていて，興味深かった．
五つ目は現在も精力的に検討しているテーマ，3 次元仮想空間においてもの作り教育を PBL 形式で行わせる教育ツー
ルであり，これについては著者らにより，本誌ですでに詳細をご紹介させていただいている(8)．アバターを使って，学生が時間，空間を超えたコラボレーションにより，もの作りを行ったり，議論したりする，仮想空間における PBL であり，
elearning の新しい可能性を模索した教育ツールである．現

在では，結晶構造など紙面上では理解しがたい 3 次元的な題材を選び，検討を加えている．
こうしたツールを作製し，それがカリキュラムとなり，さらに改善を加えてまた新たなツールとなって，新しいカリキ( 1 ) J. J. Kuenzi: Science, Technology, Engineering, andMathematics (STEM) Education: Background, Federal Policy, and Legislative Action, CRS Report for Congress, OrderCode RL 33434, March 21, (2008).
( 2 ) National Research Council of the National Academies: Successful STEM Education: A Workshop Summary, NationalAcademy Press, August 8, (2011).
( 3 ) 例えば D. Barry., H. Kanematsu, T. Kobayashi and H.
Shimofuruya: Science Teacher, 70(2003), 66.
( 4 ) D. Barry，兼松秀行，小林達正はじめての化学の祭典(第二刷)，現代図書2009年 7 月．
( 5 ) D. Barry，兼松秀行ミステリーを解いて化学を学ぼう，プレアデス出版，2007年 2 月．
( 6 ) Dana M. Barry & Hideyuki Kanematsu: Develop CriticalThinking Skills, Solve A Mystery, Learn Science, Tate Publishing & Enterprises, April, (2007).
( 7 ) 例えば H. Kanematsu, D. Barry: International Session
Proceedings of 2008 JSEE Annual Conference＝internationalCooperation in engineering Education, August, 2008, Kobe,Japan, 1619(2009).
( 8 ) 兼松秀行，福村好美まてりあ，49(2010), 426430.
( 9 ) D. M. Barry 学位論文Creative engineering Design: A Collaborative Program Between The US and Japan, (2011)，大阪大学．

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