材料工学系におけるエンジニアリング
キャップストーン・プログラムの試行
板垣 吉晃１），佐々木 秀顕１），藤岡 克則２）＊ ，田中 寿郎１）
１）愛媛大学大学院理工学研究科
２）愛媛大学教育・学生支援機構英語教育センター＊現所属： 大阪産業大学国際学部

A Trial of Engineering Capstone Programin Material ScienceYoshiteru ITAGAKI １）, Hideaki SASAKI １）, Katsunori FUJIOKA ２）＊, Toshiro TANAKA １）
１）Graduate School of Science and Engineering, Ehime University２）English Education Center, Institute for Education and Student Support, Ehime University＊現所属：Faculty of International Studies, Osaka Sangyo University

１． はじめに見据えながら多角的に判断できる技術者の養成が求められている。しかし，愛媛大学工学部に在籍している学生の多工学教育の目的は有能な技術者（engineer）を世の中にくはグローバルな人材として育成される機会を持たない。

輩出することである。Hoﬀman（2014）は，「エンジニアリそこで著者らは，平成25年度に採択された愛媛大学教育改ング」とは製品の質や性能，安全生や信頼性を仕様，予算，革促進事業（愛大ＧＰ）「国際協働によるキャプストンプ納期に適合させながら高めていくことであると述べていロジェクト教育の開発 ─工学教育へ地域の課題を学生とる。これらは理工学的な基礎理論をベースとしながら，し解決するプロジェクト学習の導入─」の支援を受けて，国かしそのような抽象化された知識のみでは獲得できない能際協働による問題解決プログラムを実施し，多角的な視野力である。従来の工学系カリキュラムでは，技術的な問題を持つ技術者育成カリキュラムの策定を目指した。本稿で解決のための基礎となる論理的思考能力や自然科学の知識は，平成25年から27年までの２年間に実施したキャップスを修得させることを主目的としている。このような教育はトーン・プログラムを中心とした技術者教育に対する著者

技術問題や解決のプロセスがある程度特定されている場合らの取り組みを紹介する。には有効である。しかし，社会のグローバル化や多様化に伴って，より複雑な技術問題を抱える今日に至っては，上記のような基礎知識に加えて複雑な問題から解決すべき課

２．キャップストーン・プログラムとは題を抽出して明確化する能力が必要となる。著者らは，現キャップストーン・プログラム（以下CSP）とは，大学実社会で実際に生じている問題を演習テーマとして，それ教育の総仕上げとして最終年次に行われるもので，社会（地らを学術的知識と融合させながら課題解決を行うプロセス

域，自治体，企業など）で現実に起こっている問題に対しが工学教育に必要であると考えている。しかし，現行の工て解決策を提示する実践的教育プログラムである。CSPは学系カリキュラムでは学生が現実社会で起こっている問題

米国で1990年代に公共政策・公共行政分野における教育プに直接取り組む機会はほとんど無い。卒業生のほとんどがログラムとして考案され，現在ではビジネス，医療，工学技術者として社会に出ていくことに鑑みれば，基礎理論のなどさまざまな分野へ拡がってきている。現在我国の理工積み上げだけに重点をおく教育や仮想的な課題を追及する系学部の多くでは最終年次の総仕上げとして「卒業論文研教育は現実といささか乖離しているように思える。そこで，究」が行われているが，これは研究の学術的な価値，達成

著者らは社会実践型教育プログラムである「キャップス度や論理構成を評価するものであり，設定される課題は多トーン・プログラム」を工学教育内に試行的に取り入れた。

くの研究者の間で共通に認識されているものであることがさらに現在，国内の既成概念にとらわれず海外の動向を多い。卒業論文研究は，研究テーマの自由度が高く，必ず大学教育実践ジャーナル 第15号 201731板垣 吉晃，佐々木 秀顕，藤岡 克則，田中 寿郎

しも現実に起こっている問題を取り上げるものとは限らな部機能材料工学科でのCSPの概念図を示した。CSPは「学い。したがって，本稿ではあえて卒業論文研究をCSPには生チーム」，「地域企業」そして「大学」の三者で成り立っ含めないこととする。ている。まず企業より大学へ技術的課題が提供され，大学

青山は（2013）CSPの特徴として次の４項目を挙げている。

は学科のカリキュラムや教員の専門分野とのマッチングを行った後，学生チームに投げかける。学生チームは提供さ

１．実際の社会で起きていることを扱うPBLであり，問題解決の方策を提案するものであること。

れた課題の解決策を企業に最終報告書を持って提案する。
この間，学生チームは担当する大学教員と企業からのアド２．プロジェクトを提起するクライアントがいること。

バイザーの双方から技術的，学術的指導を受ける。米国で３．大学で学んだことの総仕上げとして実施されるものでは主に企業からの資金によりCSPを行なう。しかし，愛媛あり，卒論に匹敵すること。
４．数人のチームを組んで，ワークショップを行いながら実施するものであること。

大学工学部の事例では企業側からの技術指導や可能な範囲での企業内設備の使用や実験用資材の提供がCSP合意の条件であり，資金提供は必ずしも求めていない。特に，材料開発を目的としたCSPでは関連する設備が円滑に使用できプロジェクトの実施目的はあくまでもクライアントの要ることがもっとも重要である。開発費は大学の基盤教育経請を満足することであり，要請に応じた技術設計が必要と費や外部資金により充当される。これは，技術的問題を抱なる。

える地域企業との連携へのハードルを下げることを目的としている。

３． UWBにおけるキャップストーン・プログラム
愛媛大学での実施に先立って，平成26年に米国における最終報告書は英語と日本語の両方で作成し，大学の卒論
発 表 は 英 語 で 行 な う。 さ ら に ３ 月 にUWBで 行 わ れ るElectrical Engineeringで開催される成果報告会に特別に参加させていただき，成果発表を行った。

CSPの取り組みについてUniversity of Washington, Bothell（UWB）のElectrical Engineeringにて現地調査を行った。
同学科は2013年に米国技術者教育認定会議（ABET）の認定を得ている。UWBでのCSPは必修（２クォーター）であり，Capstone ProjectⅠ（BEE495）とⅡ（BEE496）から成り立っている。Ⅰでは課題の明確化，調査，仕様のなどを行い最終的に企画書の作成を行なう。Ⅱでは提案書に沿ってプロジェクト開発を実行し，最終報告書の作成と成果発表を行なう。学生は４〜５名のチームで活動し，スポンサー企業の技術者やシニア・アドバイザーがメンターとして学生チームの技術的指導に当たる。メンターは学生の図１ 愛媛大学工学部機能材料工学科でのＣＳＰの概念図成績評価にも加わっている。

４．材料工学分野でのキャップストーン・プログラム

５．実施体制づくり
５. １．学生チームの選抜

材料工学分野でのCSPは，実験に係る材料費や多くの実

平成27年度はCSPの試行として，４年次生（卒論生）２

験設備が必要であることや，化学物質を扱うことから安全〜３名からなる学生チームを１チームつくった。ただし，上の制約が多いため他の工学分野に比べて実施へのハード参加条件を大学院へ推薦で進学予定の者（希望者のみ，３ルが高い。企業からの教育資金の提供が盛んな米国では，名程度）に設定した。これは就職活動や院入試勉強の必要材料工学分野でのCSPも多く見られる。しかし，工学系のがなく，それだけCSPに集中出来ることを意図したためでCSPが未だ十分に浸透していない日本では，材料工学分野ある。しかし上記学生は成績上位者であり，研究指向が強でのCSPはほとんど取組み事例が見当たらない。

く，これまでの研究の路線を変更することに違和感を感じ

著者らは材料工学分野でのCSPの可能性や有効性を検討ており，元の研究テーマでの学会発表を控えているなどのするため，平成27年度に工学部機能材料工学科の学生チー理由から，希望者は少なかった。最終的に２名の希望者をム１チーム（４回生２名）により試行した。CSPは卒業論得たがいずれも他大学大学院の進学予定者（つまり，卒業文研究の代替として位置づけている。図１の愛媛大学工学

論文研究テーマの継続がない学生）であった。

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大学教育実践ジャーナル 第15号 2017

材料工学系におけるエンジニアリングキャップストーン・プログラムの試行

５. ２．クライアントの決定

表２に学生チームが実際に行ったCSPスケジュールを示

平成27年度は，ゴム製品製造企業である株式会社タケチす。CapstoneⅠは36日で終了している。これはCapstone（本社：松山市）をクライアントとした。さらに，同社かⅡで開発が予定通りに進まない可能性を考え，よりⅡに多らアドバイザー１名を愛媛大学客員准教授として招聘し，くの時間を使用するためである。

学生チームの指導を委嘱した。実施テーマは，「ゴム磁石改質プロジェクト」とし，ゴム磁石の柔軟性の向上や磁性表2 学生チームが実施したCSPスケジュール
工程粉の粉落ちの解決に取り組んだ。実施に先立って，同社と愛媛大学間で秘密保持契約を交わした。
５. ３．実施体制
実施体制は，学生チーム（２名）に加え，クライアント企業

開始日

終了日

日数

Capstone I
ゴム磁石に関する情報の収集

2015/10/１ 2015/10/12 12

株式会社タケチにてインターンシップ

2015/10/13 2015/10/16 ４

現在の製品の表面分析

2015/10/17 2015/10/24 ８

磁性粉の表面改質方法の提案

2015/10/24 2015/11/４ 12

Capstone Ⅱ

からのアドバイザー１名，工学系教員２名（板垣・田中）と英必要な器材・薬品の注文

2015/11/ ４ 2015/11/15 12

語教員１名（藤岡）の計６名で構成した。今回の学生チームは，磁性粉の表面処理方法の決定

2015/11/15 2015/11/30 16

前期までは通常の卒業論文研究を行ってきており，それぞれ磁性粉の表面処理と評価

2015/11/30 2015/12/６ ７

表面処理した磁性粉とゴム素地の混練2015/11/30 2015/12/31 25

化学と磁性材料をバックグラウンドとしてきていたことから，完成したゴム磁石の分析・評価

2015/12/ ７ 2016/１/24 49

今回の実施テーマの遂行のための基礎的な知識を有している。

分析結果の考察2015/12/ ７ 2016/１/24 49

Hotalingら（2012）は，多分野の学生で構成されたチームによプロジェクト報告書の作製

2016/ １/ ８ 2016/１/31 24

卒論発表資料作成

2016/ １/25 2016/２/ ７ 14

るCSPは単一分野のチームのそれに比べて良い結果を得ること

卒論発表練習2016/ ２/ ８ 2016/２/17 10ができることを報告している。英語教員は，愛媛大学英語教卒論発表会

2016/ ２/18 2016/２/19 ２育センターの教員を配置した。これは，UWBにおけるCSP発UWB発表資料作成

2016/ ２/20 2016/２/28 ９

UWB発表練習2016/ ２/29 2016/３/ ８ ９

UWB発表会2016/ ３/ ９ 2016/３/14 ６

表会に愛媛大学の学生チームを参加させ，英語にて成果発表させるためのプレゼンテーション指導を意図したものである。

６. ２． CapstoneⅠ（設計）６．実践

CapstoneⅠ は10月 〜 11月 中 旬 の 約1.5 ヶ 月 で 行 っ た。
最初に，課題の明確化から行った。課題の明確化とは，ク６. １．実施スケジュール
平成27年度CSPの実施スケジュールを表１に示す。実施にライアントの要請に対して，問題の本質がどこにあるのか向けての準備は８月から行い，後学期（10月〜３月）の１セを明らかにすることである。今回の実施例の場合，クライメスターで実施した。米国でのCSPの様式に倣い，Capstone

アントからはゴム磁石の「しなやかさ」の改善を要請されⅠとⅡに分けて実施した。 CSPの実施項目を表１に示す。ており，これに対してそもそも「しなやかさ」を低下させている原因は何であるのかを明確にする。つまり「しなや表１ CSP実施項目
実施内容

準備期間

１．クライアント企業への趣旨説明２．クライアント決定
３．実施テーマの合意
４．学生への説明会
５．守秘義務契約書作成
６．学生チームの決定
７．実施同意書の作成

かさ」の改善とはそれを低下させている原因の除去と同義である。学生チームは課題の明確化を目的として，クライアント企業内で４日間のインターンシップ研修を行い，ゴム磁石に関する基礎知識の習得から，製造実習までを行った（表３）。その結果，学生チームは課題点として磁性粉粒子とゴム素地の相溶性に問題があることに着眼して，磁８．活動開始（企画書作成）
９．インターンシップ
10．開発動向調査
CapstoneⅠ
11．大学への企画書提出
12．クライアント企業への企画書提出
13．企画書の承認性粉粒子表面の化学的な改質を行うことに課題を見出す結14．プロジェクトの実施
ゴムマグ試作
特性評価 表面処理 分析
15．プロジェクト打ち合わせ（学生チーム・企業・大学）
CapstoneⅡ 16. 卒論発表準備
17. 卒論発表（ミニトーク５分（英語）＆ポスター）
18. 評価（卒論として通常学生と同等に評価）
19. UWBでの発表準備
20. UWBでの成果発表

表3

大学教育実践ジャーナル 第15号 2017

果となった。CapstoneⅠは明確化された課題に対して解決策の立案，物品，コスト市場調査そして企画書の作成と企画の合意をもって終了とした。
CSPインターンシップの実施スケジュール
日程

実施内容
座学
第一日目 企業紹介，磁石について，粉体について，ゴム磁石の作り方，安全について見学
第二日目 ゴム磁石の練り見学，生産ライン見学，物性評
価試験
第三日目 実習〜第四日目 ゴム磁石の製造と評価

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板垣 吉晃，佐々木 秀顕，藤岡 克則，田中 寿郎

６）図表が適切であるか。文章内での引用（図表）が適切
６. ３． CapstoneⅡ（実行）
CapstoneⅡではCapstoneⅠで作成した企画書の内容に基であるか。
７）必要な文献を適切に引用（明記）しているか。

づいてプロジェクトを実行した。ゴム磁石の試作と機械的評価はクライアント企業にて，構造評価は愛媛大学にて

特に１）〜３）はCSPで重要視する評価項目である。

行った。図２にゴム磁石の改良前後の曲げ試験の様子を示す。改良前の現行品では曲げによってゴム磁石にひび割れが発生したが，改良後にはひび割れの発生は見られなかった。したがって，磁性粉粒子の表面改質はゴム磁石の曲げ特性を改善することがわかった。

７．教育成果と今後の展望
今回の取り組みでは，学生チームが自ら考え，主体的に取り組む姿勢が随所に見られた。これは，自分たちのアイデアや成果がクライアントの事業に直結する可能性を秘めていることが良い動機づけになった結果であると推測する。また，チームで問題を共有し，解決策を協働作業で導くプロセスから，学生の技術者としてのチームワークやリーダーシップなどが育成できたと考えている。UWBで

図２ ゴム磁石の改良前後の曲げ試験

６. ４． 最終報告
CSPの 最 終 報 告 は， 通 常 の 卒 業 論 文 発 表 に 加 え て，UWBの発表会にも参加した（図３）。学生チームは海外での発表で，学生の積極的にプレゼンする姿勢が見受けられた。海外渡航による成果発表は学生を強く動機づけるものであり，また成長させるものである事がわかった。したがって開発プロジェクトとセットで考えるべきものである。の発表経験はなかったが，積極的にUWBの学生に対して本プロジェクトは試行として一部の学生を対象として説明を行い，かつ他の学生の発表にも非常に興味を持って行ったものであるが，少なくとも対象学生に対しては学習質問していのが印象的であった。これは，学生自身の潜在の質の向上に資するものであった。教育的価値を３つあげ能力が高かったことに加えて，今回のCSPにおいて実施る。①クライアントの要求に応えるという明確な目的と責テーマのデザインから実施までを一貫して学生主体で行っ任が発生したことにより，学生の主体的な取り組み姿勢がたことからより自信をもって発表会に望むことができたか見られた。また，要求に応えるためのアイデア，方法，実らではないかと予想される。

施設備，そしてコストなど，技術者の基本的な要素である「デザイン」という概念を現場で学ぶことができた。②学生チームとしてプロジェクトを遂行したことにより，チームとしての協調性を身につけ，ブレインストーミングの技術が自然と身についた。③海外で成果発表を行うことにより，その準備期間において語学力が向上した。さらに，異文化圏で自分たちの仕事が評価されたことにより大きな達成感が得られたとともに，学生が実践を通して国内だけで図3 UWBにおけるCSP成果発表の様子（ポスター発表）なく海外に視点を向けたキャリア育成への動機づけを行うことができた。

６. ５． 評価

さらに，教育だけでなく，CSPは「新たな共同研究の形今回のCSPは試行の段階として一部の学生に対してのみ態」になり得ることを認識した。それは，企業担当者と大実施したことから，評価には機能材料工学科の卒業論文研学教員が直接つながっている従来型の形態ではなく，企業究評価用のルーブリックシートを用いて行った。評価項目と大学の間に第三者として学生が実施チームとして入るもは，以下に示すとおりである（各項目Ａ〜Ｄの４段階評価）。のである。今後さらにデータの蓄積を行っていき，研究に

１）課題内容を理解し，計画的に実行したか。

対する波及効果についても検討して行きたい。

２）課題に取り組む姿勢が適切であったか。
３）研究背景や先行研究を調査・理解した上で研究の位置づけが明確にされているか，研究目的が適切に設定されているか。
４）調査・実験・解析等で得られた結果についての考察が示されているか。
５）明確で論理的な文章で書かれているか。

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［文献］
青山公三（2013）公共政策学の新しい実践教育手法地域課題解
決型実践教育プログラム「キャップストーン」の試み, 京都
府立大学学術報告（公共政策）第５号, pp.73-82.
H. F. Hoffman（2014）The Engineering Capstone Course,
Fundamentals for Students and Instructors, Springer.
N. Hotaling, B. B. Fasse, L. F. Bost, C. D. Hermann, C. R. Forest

大学教育実践ジャーナル 第15号 2017

材料工学系におけるエンジニアリングキャップストーン・プログラムの試行（2012） A Quantitative Analysis of the Effects of aMultidisciplinary Engineering Capstone Design Course, J.
Eng. Edu., 101, pp.630-656.

［謝辞］
本研究は，平成26・27年度愛媛大学教育改革促進事業（愛大GP）の支援を受けて行いました。今回のCSPの実施に当たって，課題提供と施設利用をお許しいただいた株式会
社タケチ様，さらにアドバイザー（客員准教授）として学生指導頂いた築穴順央氏に心より感謝の意を表します。今回のCSPはUWBでの取組事例を参考としており，実施にあたって多くの有益なご助言を頂いたUWBのA. Berger博士，M. Depies博士，W. Kimura博士に心より感謝の意を表します。

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