hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
時空間に関する人間の直観的知識の表現と計算に関する研究

IMAGES-Mに実装し質問応答処理などでそれらの妥当性を評価した。本研究の目的は、独自に提案している人間の心のモデルとその機能に関する仮説に基づき時空間にかかわる人間の主観的知識を体系的に表現および計算するメカニズムを一つの演繹システムとしてモデル化し時空間言語理解システムとしての応用を試み有効性に関する評価を行うことにある。現在までに、数理論理学的に基づき人間の時空間に関する知識を公理として形式化することに十分成功している。本年度も前年度に引き続き、多くの国際会議での研究発表および国際ジャーナルでの論文発表を行った。また、International Conference on Aware Science and Technology 2012 (iCAST2012)ではBest Paper Awardを受賞した。研究は研究計画通りに進んでいるが、平成23年度に行う予定であったアルバイトを雇用しての資料収集は平成24年度以降に行うことにしたため。時空間言語の特徴は他の部分言語(Sublanguage)と異なり、その表現の意味が視覚的に外界事象と対応づけられる点にある。本研究では、心のモデルを構成する4つのエージェント(St,Kn,Em,Re)のうち、刺激受容系(St)の能動的外界知覚機能(Active Perception)に基づき主観的時空間関係知識が知識処理系(Kn)において形成され主観的ではあるが人間においては一般的な法則が抽出される過程をシミュレートすることになる。方法論的には、まず、与えられた時空間表現(刺激表現)が想起させる外界事象(指示対象)を属性空間の軌跡として抽象化し軌跡式として表現する。続いて、内容的に導出関係にある表現に対応する軌跡式の集合から主観的な法則を抽出し公準として演繹システムに組み込むことになる。平成24、25年度において下記の事柄を実行する。1)文章の収集:地理・地図案内から時空間関係単語句を含む表現と対応する画像を収集しデータベースとして蓄積する。このデータ収集蓄積は主にインターネットを利用して行う。2)主観的法則の抽出および形式化:典型的な例文を選択して内容的に導出される表現を可能な限り作成し、それらの間の時間論理的関係を定式化する。3)主観的知識の実装および評価:定式化された主観的知識をマルチメディア統合理解システムIMAGES-Mに実装し質問応答処理などでそれらの妥当性を評価する。本補助金交付初年度において備品となるコンピュータが予定より廉価となり約80万円の未使用金が生じたため、本年度も約20万円の未使用金が生じた。次年度はこれを含めて約110万円を使用する予定である。主として、海外における国際会議での研究発表に必要な旅費(60万円)および自然言語データ収集分析のためのアルバイト費用(40万円)に充当する予定である。未使用額については、平成23年度に予定していた資料収集(アルバイト)を平成24年度に行うことにしたことと、調査活動を計画したためである。未使用額も含め、平成24年度の使用計画は、下記内容である。
高周期14族元素求核試剤のエナンチオ選択的合成法の開拓

炭素と同族元素であるケイ素・ゲルマニウム・スズの化学においては、光学活性体に関する研究例はごく限られたものしかない。そこで、シリルリチウムなどに代表される高周期14族元素中心陰イオン種自身に光学活性を持たせることが可能となれば、有機ケイ素およびゲルマニウム化学における重要な鍵中間体となるだけでなく、有機合成反応にも応用できる注目すべき試剤となることが期待される。不斉配位子である(-)-スパルテイン存在下、t-ブチルメシチルジヒドロゲルマンとsec-ブチルリチウムを作用させたところ、対応するt-ブチルメシチルヒドロゲルミルリチウムが定量的に得られた。得られたゲルミルリチウムにトリフェニルクロロシランを作用させ、トリフェニルシリルゲルマンに誘導してエナンチオマー過剰率を求めたところ48%eeであった。さらに、この主生成物の絶対構造はS体であることを単結晶X線構造解析により決定した。このことは、生成している光学活性ゲルミルリチウムはS体が優勢であることを示唆するものである。また、不斉配位子である(-)-スパルテインは光学活性なゲルマニウム中心陰イオン種だけでなく、ケイ素やスズ中心光学活性陰イオン種の合成にも有用であった。t-ブチルフェニルメチルスタンナンにt-ブチルリチウムをヘキサン中-40°Cで作用させ対応するスタンニルリチウムを合成し、これに1/2当量の(-)-スパルテインをエーテル中で作用させたところ、光学活性なスタンニルリチウムが選択的に無色結晶として析出することを見出した。この化合物の絶対構造をX線結晶構造解析により決定したところR体であった。本研究により、光学活性な一連の高周期14族元素化合物の簡便な新しい合成ルートが開拓され、その安定性など基礎的な知見を得られることができた。そこで、シリルリチウムなどに代表される高周期14族元素中心陰イオン種自身に光学活性を持たせることが可能となれば、高度に構造を制御した有機ケイ素およびゲルマニウム化学種構築における付加価値の高い鍵中間体となるばかりでなく、広く有機合成反応にも応用できる注目すべき試剤となることが期待される。そこでまず、不斉配位子を反応場に利用したエナンチオ選択的なゲルミルリチウムの合成法を検討した。すなわち、不斉配位子である(-)-スパルテイン存在下、t-ブチルメシチルジヒドロゲルマンとsec-ブチルリチウムを作用させたところ、対応するt-ブチルメシチルヒドロゲルミルリチウムが定量的に得られた。得られたゲルミルリチウムにトリフェニルクロロシランを作用させたところ、トリフェニルシリル基が導入されたゲルマニウム化合物が得られ、このエナンチオマー過剰率は48%eeであった。また、アニシルジメチルクロロシランと光学活性ゲルミルリチウムを反応させたところ対応する求核置換生成物が53%eeのエナンチオマー過剰率で得られた。これらのエナンチオマー過剰率の値は決して高いものではないが、(-)-スパルテインが光学活性化合物を発生させる不斉反応場として機能しており、ゲルマニウムという金属中心に不斉を誘導することができるという新しい知見を含むものである。前年度までにゲルマニウムを中心元素としたエナンチオ選択的ゲルミルリチウムの合成に成功した。

本年度はそれらの光学活性ゲルミルリチウムの立体化学に着目した反応および陰イオン中心元素をスズに置き換えた光学活性スタンニルリチウムの合成を検討した。光学活性なt-ブチルメシチルゲルミルリチウムとp-アニシルジメチルクロロシランを反応させると、対応するシリルゲルマンが得られた。得られた光学活性なシリルゲルマンを室温でTHFおよびヘキサン中で放置し、その立体安定性を調べた。その結果、THF中では3日で50%eeまでエナンチオマー過剰率が低下するのに対し、ヘキサン中では20日後も78%eeを保つ結果を得た。またゲルミルリチウムとハロゲン化アルキルの反応においても、極性溶媒であるTHF中で反応を行うと電子移動反応が進行し、光学純度が著しく低下した。一方、ヘキサンのような無極性溶媒中ではゲルミルリチウムの光学純度を保ったまま反応が進行し、対応する求核置換生成物を高いエナンチオマー過剰率で得た。このことは、炭素の系とは異なり、光学活性な高周期14族元素を取り扱う際には溶媒の極性が重要であることを示唆している。一方、t-ブチルフェニルメチルスタンナンとブチルリチウムをエーテル中、(-)-スパルテイン存在下で反応させると、対応するスタンニルリチウムが得られた。しかし、光学分割による不斉スタンニルリチウムの単離には至らなかった。このことはケイ素やゲルマニウムと比較して、スズはラセミ化が進行しやすいことを示唆している。本研究により、光学活性な高周期14族元素化合物の簡便な新しい合成ルートが開拓され、その安定性など基礎的な知見を得られることができた。
2種酵素積層膜修飾電極によるセンシングの高性能化

アビジンとビオチン標識グルコースオキシダーゼ(GCx)およびガラクトシダーゼ(GAL)を同時に固定化した乳糖計測用センサーを作製し、酵素膜の構造制御に基づく性能の最適化を検討した。電極状に10層のGoxを固定化し、その表面にさらにGAL累積膜を層数を変えて被覆した。GALの触媒反応により生成したグルコースはGoxにより酸化されたH_2O_2が生成するが、その際のセンサーの最大電流と見かけのミカエリス定数を測定したところ、GAL層数に依存して最大電流が増加した。センサーの最大電流は酵素膜中の酵素活性に依存するので、GAL層数の増大とともに応答電流も増大したと考えられる。また、見かけのミカエリス定数はGAL層数には依存しなかった。これは、固定化されたGALがすべて同一の特性を示していることを示している。センサー応答速度はGAL層数に依存せず、10秒程度と速いことから、乳糖やグルコースは膜内を迅速に拡散していると推定される。またGoxとGALの酵素膜中での累積順序をかえて異なる構造の酵素膜を作製し、乳糖センサーの応答の最適化を検討した。(1)5層Gox+5層GAL、(2)5層GAL+5層Gox、および(3)交互にGoxとGALを各5層、の3種類の酵素膜を作製した。その結果、最大応答電流は、(1)が18nA、(2)が15nA、および(3)が30nAとなり、(3)の膜が最も活性が大きいことが明かになった。膜内で2種類の酵素が最も均一に分布している場合に、酵素の逐次反応が効率よく進行することを示している。また、(2)の膜ではミカエリス定数が大きくなる傾向が認められた。以上の結果より、2種類の異なる酵素を積層膜として電極に修飾すると、センシングの高性能化に有効であることが明かになった。
タンパク質機能の1分子デザインとシステム構築

H.18年度の主な成果は、それまでの成果を充実させ論文発表に至った点、新しいテーマについて興味深い結果を得た点である。1.ミオシンVとVI分子モーターのADP結合能に逆向きの負荷方向依存性が存在することを、1分子破断力測定を用いて見出していたが、モデル解析を行い、実験データの解釈を著しく充実させた(改訂論文投稿中)。2.アクチンフィラメントに結合した蛍光分子の蛍光強度が、加えた負荷の大きさに応じて可逆的に変化するというバイオナノゲージにつながる研究を進め、コントロール実験を含めてまとめた(論文作成中)。3.SPOCの分子メカニズム解明に向けた鍵データとして、筋節の振動に伴って筋フィラメント間隔が変動する結果が得られた。すなわち、筋節長に応じてミオシンとアクチンの相互作用確率が変動するものと考えられる(論文準備中)。4.遺伝子組換え蛋白質について、アミノ酸置換微小管(チューブリン)に対するキネシン分子の結合力測定で著しい成果があがりEMBO.J.に発表した。アクチンについては新PDの雇用により、昆虫細胞を用いたアミノ酸置換体の調製が格段に進んだ(一部論文準備中)。5.ミクロ温度計測法を用いて、ERでのCa取り込みに伴って1°C上昇することを1細胞レベルで検出し、Biophys.J.に発表した。6.石渡・船津グループの共同研究の成果として、フォトンカウンティングヒストグラム(PCH)法を応用することで、アクチンフィラメント溶液におけるフィラメントの長さ分布を求めた。その結果、Helical Polymerの前駆体としてLinear Polymerが存在することを初めて実験的に示すことに成功した(Biophys.J.に発表)。7.細胞分裂メカニズム研究に関して、Xenopus卵より単離した細胞分裂装置に働く力のバランスを顕微計測する手法を開発し、数々の新しい現象を見出した。顕微解析装置については、光ピンセットを組み込んだ1分子計測・操作用顕微鏡装置を一台組み上げた。また並行して、高時間・高空間分解の顕微解析装置を組み上げるべく準備をしている(研究対象がミオシンVにも広がり、結合破断力計測だけでなく、高時間分解能を備えたnm、サブpN精度の精密解析が必要になったため)。遺伝子組換え施設などの研究環境の整備も進めた。主な研究成果を箇条書きにすると、1)アクチン・ミオシンV系において、ATPaseに伴うステップ状の運動を高時間・高空間分解で計測し、これまで報告されていた36nmステップが、11nmと25nmの2つのサブステップから構成され、ATP加水分解ステップとの対応を解明(東北大・樋口秀男研との共同研究;論文準備中)。2)微小管・キネシン系では、各ヌクレオチド結合状態での1分子力学特性(結合破断力、結合寿命など)を計測。ヌクレオチドなし状態で単頭・双頭結合変換を捉え、双頭結合の方に平衡が大きく傾いていることを解明(Biophys. J. 84,1103-1113,2003に発表)。さらに、負荷の方向によってADP結合能が異なるという、1分子で方向性運動を行う力学酵素の本質を発見(Nature Struct. Biol. 4月号に掲載予定)。これらの性質が、単頭・双頭結合間や、結合・破断の間の平衡関係を考慮した簡単な分子モデルで理解できることも明らかにした(上記BJ論文)。3)多分子系の特徴と見られる自励収縮振動(SPOC)現象を顕微解析して力学刺激応答性を発見し、4)シャペロニン機能の1分子顕微解析や、5)細胞内での1分子(受容体やmRNAなど)の動きの解析、細胞膜に存在する化学受容体のダイナミクスについても、既存の設備を用いて順調に研究を継続した。

6)バイオナノゲージ計画についても、遺伝子組換え技術や新しい蛍光物質の探索を開始した。高時間・高空間分解能をもつ顕微解析装置を企業と協力して組み上げた。これを用いて、ミオシンVやキネシンといったProcessive分子モーターの1分子結合力の計測や、ATP存在下での1分子ステップ状運動を、nm・サブpN精度で精密解析する研究に応用した。主な研究成果は、1)昨年度ミオシンV分子モーターが24nmと12nmのサブステップを踏んでいることを明らかにしたが、その後Yale大学のE.De La Cruz博士らとBDMの作用を明らかにしたことで、サブステップとATP加水分解ステップとの対応を解明し、歩行メカニズムについて新しいモデルを提出した(改訂論文投稿中)。2)多分子モーター系の特徴であるSPOC(自励振動)現象の分子メカニズムを解明するために、蛍光ラベルしたトロポニンを筋原線維に導入して蛍光顕微画像解析を行い、振動に伴う状態変化を捉えた。一方、SPOC中に鋸波状に振動する筋節の外力応答性を調べ、伸長直後よりも短縮するほどに外力応答性が高まることを明らかにした。3)バイオナノゲージについて、蛍光性ATPアナログを導入することによってアクチンフィラメントと微小管の蛍光画像化に成功、遺伝子組換えアクチンの作成もできたことから具体的な検索を開始した。4)ミクロン領域の温度を0.1°Cの精度で計測する技術を、ロシアから招いた研究員とともに開発した(論文投稿中)。有力な顕微計測技術の一つとして活用できる。5)蛍光標識した1個の生体分子を2msの時間分解能でイメージングできる共焦点顕微鏡システムを開発した。また、6)蛍光標識分子間の結合・解離のダイナミクスを調べるために100300nmの微小開口中て1分子蛍光イメージングする新しい手法を開発した。これにより、従来よりも千倍の高濃度(数十μM)で弱い生体分子間相互作用を1分子イメージングできるようになった。H.16年度の主な研究成果は、1)1分子運動モーターであるミオシンVとVIのアクチンフィラメント上でのステップ状歩行運動と、1分子結合破断力のnm、pN計測・解析を、本プロジェクトで開発した高時間・高空間分解能顕微解析装置を用いて行った。ミオシンVについては24nmと12nmのサブステップ解析の成果をNature Struc.Mol.Biol.9月号に発表したが、その際に協同研究したE.De La Cruz博士(Yale大)とは連携を継続し、ミオシンVとViの単頭・双頭分子を提供してもらっている。2)1分子系と筋収縮系の間をつなぐナノ筋収縮系を開発してきたが、Biophys.J.への掲載が決定し、New and Notableで紹介される予定。3)心筋収縮系の自励振動(SPOC)周期が、その動物の静止心拍と強い相関があること、さらに心筋を構成するミオシン分子の滑り運動機能とも相関することを見出し、J.Muscle Res.CellMotil.誌に掲載決定。4)SPOCの分子メカニズムについて、単一筋原線維を用いた力学実験を継続し、外からの撃力に対する状態不安定性について新しい知見が得られつつある(論文準備中)。
分子振動準位の精密分光に向けた光共振器によるマイクロ波基準に同期した光源の開発

近年、原子分子分光実験の発展に伴い、レーザー周波数の安定度に対する需要が高まっている。本研究では、光共振器の共鳴周波数間隔を高精度に測定することで、『光共振器型の光コム』を開発する。『光共振器型の光コム』は、安定・安価・容易という優れた特徴を持つ。私はこれまでの実験で、共鳴周波数間隔を9桁の精度で測定する手法を開発している。本研究では測定手法を改善し、12桁にまで精度を向上させる。GPS信号を受信することでマイクロ波周波数は12桁の精度が容易に得られるが、光周波数でも同じ精度が実現される。さらに、『光共振器型の光コム』を分子の振動準位の精密分光へと適用し、基礎物理学的研究へ発展させる。
少年法に関する比較法的研究

主たる研究対象である各国の少年法制の比較研究を行うため、研究会(比較少年法研究会)を結成し、各地に在住する会員との研究状況の連携を図る必要から、20回に及ぶ研究合宿・会合を重ね、必要に応じて情報等を郵便、FAX等で交換するなど、精力的な活動を行なってきた。また、その基盤となる情報獲得のため、少年法制に関連する図書多数を購入し、主要西側先進諸国(米、英、仏、独、伊、スペイン、ベルギ-、スイス、カナダ、スコットランド)の別に分類し、文献・判例・法令に関する情報をデ-タ・ベ-スとして利用すベくコ-ド・ナンバ-、キ-ワ-ド、関連情報の参照項目、目次、概要などを組み込んだカ-ド型デ-タの作成、蓄績に努めた。文献等の関係から必ずしもデ-タ項目に該当しないものも多く、また入力に人的物的素材を要したため困難をきわめたが、現在500件ほどが入力作成中で、そのうち100件ほどが打ち込みを完了したので、研究成果報告書にサンプルとして掲載した。今後、会員相互で試行に利用してデ-タ・ベ-スの性能チェックを行い、第3者の利用も可能の状態にしたい。さらに、とくに最終年度において、各国の少年法制に対し多大な影響を与える国連文書・国際文書を中心とした共同研究を行った。「少年司法運営に関する国連最低規準規則」、「少年非行防止のための国連ガイドライン」、「自由を奪われた少年の保護のための国際準則」、「家庭展暴力」および「犯罪活動における子どもの道具的利用」を中心に、その全訳を行い、あわせて、背景説明、諸文書間の関連、日本の現状分析などを加えて、「子どもの非行と国際準則(仮題)」として公刊の準備を進めている。最後に、3年間にわたる共同研究を通じて、日本の課題とかみあうようにテ-マを設定したが、そのために少年司法に携わる内外の研究者・実務家と意見を交換した。1.わが国における外国少年法制研究の現状および目標点を明らかにするため、これまでわが国で公にされてきた外国少年法を対象とする著者・論文ならびに論文、判例の紹介を各担当者ごとに国別に収集、検討した。また、諸国の少年法制の法典・実務・実態に関しては、各国の外国語文献を購入し、漸次分担して講読した。以上から明らかになったことは、現在のわが国における外国少年法制研究には、関心の所在に偏りがあること、現実の実務機構つまり警察、検察、裁判、矯正におけるネットワークが必ずしも分析されていないこと、さらに統計資料も十分に活用されていないこと、などである。2.われわれの研究のもう一つの主目的である外国少年法制の基本資料のデータベース化は、専門の研究家・技術者のアドバイスの下に、その準備作業に着手した。この間、利用の便宜を図るため、このベース化とは別に、法令、判例、文献という三種類の基本資料にそれぞれ対応する検索システムの介在の必要性が認識され、この三種の基本資料にそれぞれ対応する検索カードをデータベースとして蓄積することおよびこれらに共通する検索用語彙(キー・ワード)の選定を行った。3.以上との関連から、このほか国別の法制の差異、実務のあり方の差異を明らかにするために、国別の少年法制の沿革や足跡の検討が必須であり、そこで、合宿を含む研究会では、国別少年法制の年表を作成し、たんに法令、判例の羅列にとどまらずその周辺の時代背景、政治的状況なども検討した。さらに、これと並行して、実務家の貴重な見解も収集するため、今年度は来日中のイギリス・ソーシャルワーカー(ケント大学講師ピーター・エリー氏)を講師として研究会に招き、イギリス少年法の最近の動向、問題点につき有益な報告ないし質疑・討論が得られた。

1.前年度にひき続き、購入した図書及び雑誌を用い外国における少年法制に関する基本資料(法令、判例、文献等)の収集・整理を行い、前年度に一応の基礎が作られたデ-タ・ベ-スへの入力を行った。また、数回の研究合宿を行い上記の情報の交換のほか、特に手続きの概観、沿革などの外国法制の基盤を充実させる必要から、例えば、近年のトピクスである西ドイツの「少年拘禁」問題、米のニュ-・ヨ-ク州少年司法の調査研究報告書の解明など、一歩踏み込んだ各論的研究も行った。2.今年度のデ-タ・ベ-ス化は、コンピュ-タ・プログラム専門家の指導の下に、上記収集した資料を作成・修正・登録することが可能な検索カ-ド化を図った。これに基づき各人の分担(国別)に従いデ-タ・ベ-スの蓄積に本格的に着手した。各人のハ-ド操作能力には差異があり、それに相応したソフトの改良等の徴調整は必要であったものの、爾後の作業を円滑に遂行するための段取りはひとまず完了した。なお、キ-ワ-ドの選定作業はほぼ終了し、今後は実際にある程度の蓄積の状況を見ながら必要の都度修正することとした。3.以上の入力作業、研究の進行に伴い、外国少年法の特色をわが国との対比において検討するため、(1)わが国の少年法の実務家や実務経験の豊かな研究者を積極的に研究会に招き、近時少年事件や少年司法の動向について講演・報告等を依頼し、また、(2)おそらく将来、諸国の少年法制に多大の影響を与えると思われる「子供の権利条約」、「少年司法運営に関する国連最低基準規則」等について研究者を招き質疑応答を行った。後者については、当研究会でもひき続き検討を行うことを確認した。本年度は、補助金交付年度の最終年に当たるため、これまでの研究成果の検討・補充・総合を行い、さらに種々の形式によって可能な限りそれらの公表・公刊の準備に重点をおいて研究活動の推進に努めた。まず、主たる研究対象である各国の少年法制の比較研究については、引き続きコンピュ-タ専門家のアドバイスを受けながら、各国担当者において、文献・判例・法令に関するデ-タ・ベ-スの蓄積を進めるとともに、年度中に4回開催した合宿研究会では、これまで検討の行われなかった分野を中心に、各担当者からの報告に基づいて討議し、各国の少年法制の概要に関する最新の情報を共通のものとした。そして、これらは、最終的に、一方で研究成果報告書にデ-タ・ベ-スの一部を紹介し、他方で仮題「世界各国の少年法」の出版による成果公表への目処を立てることができた。また、近年少年の人権、少年司法改革への関心が急激に高まりつつあることに鑑み、少年司法に関する国際文書、「少年司法運営に関する国連最低規準規則」、昨年8月の「第8回犯罪防止および犯罪者の処遇に関する国連会議」において採択された「少年非行防止のための国連ガイドライン」及び「自由を奪われた少年の保護のための国連準則」等について共同で翻訳・研究を行い、その成果の一端を仮題「子どもの非行と国際準則」として公表するための準備を進めた。さらに、上記に関し、少年司法に携わる内外の研究者・実務家を必要に応じて招き、講演・討論を通じて、各国の現状・実情や国際的動向、とくに国連会議の模様などについて有益な情報を得ることができ、文献から漏れやすい各国の最新の状況を補充した。
原発事故被災地域に生きる高齢者の尊厳と「終の住処」のあり方に関する研究

原子力災害による被災者への最も大きな影響として、放射性物質による長期の汚染が予測される地域への居住制限が挙げられる。特に帰還困難区域、居住制限区域の高齢者を中心に、心身のストレスによる苦悩や体調悪化(難聴、認知症等)が報告されており、本研究では、こうした高齢者が今後の人生を再構築していくかに必要なエビデンスを構築することを目指している。方法としては、初めに、原発事故被災高齢者が希望と尊厳のある暮らしを取り戻すことができるよう、質的手法により(1)終の住処として安住できる環境に必要な条件、(2)条件が達成される見込みと時期、(3)現在に至るまでの健康状態、について網羅し系統的に分類すること、を目標としている。平成28年度は、対象者の選定が適切かどうかの検討を行うのに時間を要し、同意を得られた人に対して予備的に聞き取りなどを行った。また、背景情報として必要な文献の収集などを同時並行で実施した。平成29年度は、対象となる65歳以上の高齢者のうちの一部で、避難指示が解除された地域に帰還した人への質的調査を開始した。その中で、現在に至るまでの健康状態については、震災・原発事故発生後に、これまでにかかったことがなかったような病気になったと回答した人が複数みられ、その他にも様々な自覚症状があった。平成30年度も同様に、質的調査を継続した。一方、避難指示区域の再編や住宅の整備、家族の事情などにより対象となる高齢者が転居しているケースも多いことから、追跡可能な対象者を再度設定して調査を順次行っている。避難指示区域の解除や復興公営住宅の整備等に伴い、高齢者が順次転居していることや、避難者支援を行っている団体の体制変化等により、確実に調査を実施して回答を得られる人数に達しなかったため、全体のスケジュールがやや遅れている。量的調査の実施が可能かどうかについては現在検討しているが、仮に難しい場合には質的調査の範囲を広げるなどして研究目的の遂行を進める予定である。研究期間を延長し、対象となる高齢者の生活状況の変化について考慮した包括的な検討ができることを目指している。特に帰還困難区域、居住制限区域の高齢者を中心に、心身へのストレスによる苦悩や体調悪化(難聴、認知症等)が報告されており、本研究では、こうした高齢者が今後の人生をどのように再構築していくかに必要なエビデンスを構築することを目的としている。方法としては、原発事故被災高齢者が希望と尊厳のある暮らしを取り戻すことができるよう、▼質的手法により(1)「終の住処」として安住できる環境に必要な条件、(2)条件が達成される見込みと時期、(3)現在に至るまでの健康状態、について網羅し系統的に分類すること、▼量的手法により、今後の暮らしにおいて求める条件・その達成状況と、健康状態との関連を分析し、特に生活の質を確保する上で重要な条件の優先順位に関する示唆を得ること、である。平成28年度は、質的調査を開始する予定であったが、年度中に避難指示解除が進んだため、対象者の選定が適切かどうかの検討を行うのに時間を要し、同意を得られた人に対し予備的に聞き取りなどを行った。そのため、第二段階として行う予定の量的調査の準備及び背景情報となる文献の収集などを同時並行で実施した。対象者が高齢者であることから、量的調査において使用する予定の質問紙にどのように回答していただくかなど、全体的な実施方法について検討を行っており、体制が整い次第速やかに実施予定である。福島県の避難指示区域において、避難指示解除が進み、それぞれが生活する場所や背景が多様になってきていることから、本研究の第一段階となる質的調査の実施に際し対象者が適切かどうかの検討を行うため、予備的に聞き取りなどを行い、時間を要した。現在、実施に必要な手続きを行っている最中であり、平成29年度には開始する見込みである。なお、第二段階の量的調査において使用する指標についての検討は進んでいる。一方、避難指示区域の再編や住宅の整備、家族の事情などにより対象となる高齢者が転居しているケースも多いことから、追跡可能な対象者を再度設定して調査を順次行っていく。

避難指示区域の解除や復興公営住宅の整備等に伴い、高齢者が順次転居していることや、避難者支援を行っている団体の体制変化等により、確実に調査を実施して回答を得られる人数に達していないため、全体のスケジュールがやや遅れている。量的調査の実施が可能かどうかについては現在検討しているが、仮に難しい場合には質的調査の範囲を広げるなどして研究目的の遂行を進める予定である。原子力災害による被災者への最も大きな影響として、放射性物質による長期の汚染が予測される地域への居住制限が挙げられる。特に帰還困難区域、居住制限区域の高齢者を中心に、心身のストレスによる苦悩や体調悪化(難聴、認知症等)が報告されており、本研究では、こうした高齢者が今後の人生を再構築していくかに必要なエビデンスを構築することを目指している。方法としては、初めに、原発事故被災高齢者が希望と尊厳のある暮らしを取り戻すことができるよう、質的手法により(1)終の住処として安住できる環境に必要な条件、(2)条件が達成される見込みと時期、(3)現在に至るまでの健康状態、について網羅し系統的に分類すること、を目標としている。平成28年度は、対象者の選定が適切かどうかの検討を行うのに時間を要し、同意を得られた人に対して予備的に聞き取りなどを行った。また、背景情報として必要な文献の収集などを同時並行で実施した。平成29年度は、対象となる65歳以上の高齢者のうちの一部で、避難指示が解除された地域に帰還した人への質的調査を開始した。その中で、現在に至るまでの健康状態については、震災・原発事故発生後に、これまでにかかったことがなかったような病気になったと回答した人が複数みられ、その他にも様々な自覚症状があった。平成30年度も同様に、質的調査を継続した。一方、避難指示区域の再編や住宅の整備、家族の事情などにより対象となる高齢者が転居しているケースも多いことから、追跡可能な対象者を再度設定して調査を順次行っている。避難指示区域の解除や復興公営住宅の整備等に伴い、高齢者が順次転居していることや、避難者支援を行っている団体の体制変化等により、確実に調査を実施して回答を得られる人数に達しなかったため、全体のスケジュールがやや遅れている。今年度は、質的調査を開始するとともに、得られたデータについて速やかに分析を行う。また、量的調査において使用する予定の質問紙にどのように回答していただくかなど、全体的な実施方法について検討を行っており、体制が整い次第速やかに実施予定である。今後はまず、質的調査を確実に終えることを優先し、対象となる高齢者が今後を考える上で必要なことを明らかにすることを目標とする。健康指標との関連について検討する量的調査については場合によっては次年度に引き継ぎながら実施を目指す。研究期間を延長し、対象となる高齢者の生活状況の変化について考慮した包括的な検討ができることを目指している。研究内容・成果を調査対象者及び一般向けに説明するための資料を作成するためのデザインを依頼したが、支払いがまだのため。既に発注済みで、支払いは平成30年度すぐに行う予定である。
パンルヴェ第VI走方程式の非線型モノドロミーと複素離散力学系

パンルヴェ第IV方程式の非線形モノドロミー,即ちポアンカレ回帰写像のなす複素力学系についての研究を行った。岩崎克則は,前年度までの成果である,パンリヴェ力学系の相空間,初期値空間のモジュライ理論的構成,リーマン・ヒルベルト対応による複素三次曲面上の離散力学系への共役写像の構成等の基盤整備に基づき,今年度は下記の研究を行った。(1)ポアンカレ写像の周期点の個数の計算:パンルヴェ方程式のモジュライ理論的構成,リーマン・ヒルベルト対応の双正則性,複素三次曲面の幾何学,初期値空間上のポアンカレ写像に対応する三次曲面上の双有理写像の力学系の考察,特にその力学系のコホモロジー群への誘導線形写像の考察,力学次数の計算,レフシェッツの不動点公式の適用等の議論を経ることにより,ポッホハマー・ループに沿うポアンカレ写像の周期点の個数を計算した。この公式は,周期を与えたとき,その周期を持つ周期点の個数を明示的に表す具体的な公式であり,特にその個数が周期と共に指数関数的に増大することを示している。(2)ポアンカレ写像のエルゴード理論的研究:パンルヴェ方程式の定義領域であるリーマン球面から3点を除いた領域上の,すべての非初等的な閉曲線に対して,その曲線に沿うポアンカレ写像がカオス的であることを示した。すなわち,位相的エントロピーが正であること,混合的であり鞍点型の双曲型不変測度が存在すること,その不変測度が最大エントロピー測度であること,その測度の台における双曲型不動点の稠密性等の発見である。その証明には,最近急速に発展している複素曲面上の双有理写像の力学系の成果が極めて有効に応用された。これらの成果は,従来可積分系の立場から研究されることが殆どであったパンルヴェ方程式の分野に,カオス的な現象が実際に起こることを発見したものであり,その点で全く新しい成果であるといえる。これらの研究を実行するに際して,研究代表者の岩崎克則は,分担者の石井豊と定期的に複素曲面上の力学系のエルゴード理論に関するセミナーを実施した。また,これまでの成果をまとめた概説論文を執筆した。また,石井豊は,双曲的な複素エノン写像の研究を行った。特に、拡大的1変数多項式の摂動としては決して得られないような双曲的エノン写像の構成に成功した。本研究課題の目的はパンルヴェ方程式論と複素力学系理論の融合である。その鍵はパンルヴェ方程式の大域解の多価性を表現する非線形モノドロミーを複素離散力学系とみなし,その構造を複素力学系理論の手法を用いて解析することである。この目的に向かうために,今年度,岩崎克則(研究代表者)はパンルヴェ方程式に力学系理論を適用するための幾何学的な基盤整備を行うと共に,力学系理論に固有の種々の知識を修得するための勉強を行った。その際に専門家としての石井豊(分担者)の知見が役立った。具体的には,基盤整備に関しては,パンルヴェ第VI方程式を連続ハミルトン力学系として設定し,その相空間をリーマン球面上の安定放物型接続のモジュライ空間として代数幾何学的に構成した。更に安定放物型接続のモジュライ空間からモノドロミー表現のモジュライ空間へのリーマン・ヒルベルト対応を設定した。この対応によって前者のモジュライ空間上の極めて超越的,解析的な流れであるパンルヴェ流が,より扱い易い後者のモジュライ空間上の位相流であるモノドロミー保存流に翻訳された。これは力学系理論的には,パンルヴェ方程式という難しい力学系がリーマン・ヒルベルト対応という超越的な共役写像によって位相的な力学系に簡約化されたことを意味する。以上は岩崎克則と稲場道明(九大数理)齋藤政彦(神戸大理)の共同研究の結果である。この結果に関して2篇の論文を著した。またこの結果を京都大学数理解析研究所短期共同研究「複素領域における微分方程式の大域解析と漸近解析」(木村弘信主催)等の研究集会において発表した。リーマン・ヒルベルト対応による簡約化により,パンルヴェ方程式のパンルヴェ性を力学系的に自然な形で証明し,非線形モノドロミーという離散力学系をパンルヴェ流のポアンカレ回帰写像として定式化した。非線形モノドロミーを三次曲面上の力学系として具体的に実現した論文を印刷公表した。石井豊は関数方程式サマーセミナーにおいて複素力学系に関する連続講義を行い,複素力学系理論の現状やこの分野に特徴的な手法の解説を行った。岩崎克則はこの講演等で力学系理論の現況を学ぶと共に,その他エルゴード理論などの勉強を行った。昨年度に引き続き,パンルヴェ第VI方程式の力学系としての法則の確立に腐心した.すなわち,安定放物型接続のモジュライ空間上の力学系としてのパンルヴェ流の定式化,モノドロミー表現のジョルダン同値類のモジュライ空間上の力学系としての等モノドロミー流の定式化,両力学系をつなぐ共役写像としてのリーマン・ヒルベルト対応の設定と,その性質の解明,つなわち,リーマン・ヒルベルト対比の全射性,固有性,一般のパラメータに対する解析的同型性,特殊なパラメータに対する最小特異点解消写像としての同定などである.また,パンルヴェ力学系の対称性であるベックルント変換群の,リーマン・ヒルベルト対比に関する被覆変換群としての特徴づけ,相空間の正準座標系の構成と局所座標系のベックルント変換による貼り合わせを行った.

さらに,パンルヴェ力学系のポアンカレ回帰写像である非線形モノドロミーの研究を行った.非線形モノドロミーは,昨年度の研究により,複素3次曲面上のある種のモジュラー群作用として記述できることが判明しているが,今年度はこの作用の有限軌道,有界軌道の分類へ向けての研究を開始した.特に,それぞれの存在領域の確定に向けて,次のような中間的結果を得た:有限軌道は3次曲面上の円分体の整数点のみに限定されること,有界軌道は3次曲面とある実立方体の交わりのみに限定的されること.更なる存在領域の絞り込みに向けて,現在,鋭意努力中である.一方,パンルヴェ力学系の非線形モノドロミーとして得られる3次曲面上の離散力学系と,K3曲面上の離散力学系の類似に着目して,近年,C.T.McMullenやS.Cantatによって展開された後者の理論の修得を開始した.そのために,代表者と分担者が中心となって,第6回九州可積分系セミナー「K3曲面上の複素力学系」を組織した.両者の他,伊藤秀一氏(金沢大学)などの力学系の専門家が集って専門知識を交換した.尚,研究代表者は,9月の日本数学学会秋季総合分科会において,多面体調和関数とパンルヴェ方程式の研究に関する業績により解析学賞を受賞した。そして3月の日本数学会年会において受賞特別講演を行った。パンルヴェ第IV方程式の非線形モノドロミー,即ちポアンカレ回帰写像のなす複素力学系についての研究を行った。岩崎克則は,前年度までの成果である,パンリヴェ力学系の相空間,初期値空間のモジュライ理論的構成,リーマン・ヒルベルト対応による複素三次曲面上の離散力学系への共役写像の構成等の基盤整備に基づき,今年度は下記の研究を行った。(1)ポアンカレ写像の周期点の個数の計算:パンルヴェ方程式のモジュライ理論的構成,リーマン・ヒルベルト対応の双正則性,複素三次曲面の幾何学,初期値空間上のポアンカレ写像に対応する三次曲面上の双有理写像の力学系の考察,特にその力学系のコホモロジー群への誘導線形写像の考察,力学次数の計算,レフシェッツの不動点公式の適用等の議論を経ることにより,ポッホハマー・ループに沿うポアンカレ写像の周期点の個数を計算した。この公式は,周期を与えたとき,その周期を持つ周期点の個数を明示的に表す具体的な公式であり,特にその個数が周期と共に指数関数的に増大することを示している。(2)ポアンカレ写像のエルゴード理論的研究:パンルヴェ方程式の定義領域であるリーマン球面から3点を除いた領域上の,すべての非初等的な閉曲線に対して,その曲線に沿うポアンカレ写像がカオス的であることを示した。すなわち,位相的エントロピーが正であること,混合的であり鞍点型の双曲型不変測度が存在すること,その不変測度が最大エントロピー測度であること,その測度の台における双曲型不動点の稠密性等の発見である。その証明には,最近急速に発展している複素曲面上の双有理写像の力学系の成果が極めて有効に応用された。これらの成果は,従来可積分系の立場から研究されることが殆どであったパンルヴェ方程式の分野に,カオス的な現象が実際に起こることを発見したものであり,その点で全く新しい成果であるといえる。これらの研究を実行するに際して,研究代表者の岩崎克則は,分担者の石井豊と定期的に複素曲面上の力学系のエルゴード理論に関するセミナーを実施した。また,これまでの成果をまとめた概説論文を執筆した。また,石井豊は,双曲的な複素エノン写像の研究を行った。特に、拡大的1変数多項式の摂動としては決して得られないような双曲的エノン写像の構成に成功した。
健診での基本的検査データから甲状腺機能異常を診断する手法の開発とその臨床応用

我々は、甲状腺機能異常症患者(PTD)を、甲状腺ホルモンを測定することなく、健診において測定済の6つの基本的検査「中毒症ではアルカリホスファターゼ(ALP)、血清クレアチニン(S-Cr)、総コレステロール(TC)心拍数(HR)の4項目、低下症ではS-Cr、TCに乳酸デヒドロゲナーゼ(LDH)と赤血球(RBC))の4項目」データを使用して見つける新しいコストの少ない方法を開発した。JR仙台病院と東北公済病院の人間ドック受診者を対象としたスクリーニングにより40名余におよぶ新規PTDを発見して治療に導くことができたことからこの方法の臨床的有用性が確立できた。H24年度もJR仙台病院人間ドック施設でのスクリーニングを継続すると共に、2011年9月より2つ目の施設として、研究協力者の吉田と共に実施している東北公済病院人間ドックでの多数例でのスクリーニングにおいて、H24年度末までに、14名の甲状腺機能異常者(亢進症10名、低下症4名)を新規に発見した。これにより、昨年度の報告「我々の新しい手法の有用性と全国の人間ドック施設において実施されるなら年間一万人規模での甲状腺機能異常者の新規発見が可能と推測できる」は、より確実なものとなりつつある。当初確立した方法(亢進症でALP,S-Cr,TCの3項目、低下症でLDH,S-Cr,TC,RBCの4項目を用いる)の改良として、亢進症での心拍数・TCへの服薬補正・検査値時系列変化を考慮することが精度向上をもたらすことを、今年度、2つ目の施設においても明確に確認できた。2つの施設でのスクリーニングに伴う情報をAccessデータベース化した。その結果、疑い予測率の度数分布を用いたスクリーニング精度と閾値の検討なども大きく進展すると共に、手法を改良するヒントなども得やすくなった。そこで、精度向上に向けたスクリーニングツールの改良も行った。甲状腺機能異常症患者のサンプル数は分担者中川の努力により着実に増加しており、スクリーニングの安定性と精度の向上に向けて、今後の大きな成果が期待できる。亢進症の10%を占める破壊性甲状腺炎(無痛性甲状腺炎、亜急性甲状腺炎)とバセドウ病の鑑別もサンプル数が11名から39名に増加したことから再検討を行った所、基本的検査6項目セットにより高精度に鑑別を行える可能性が示唆された。また、薬剤性甲状腺中毒症への応用可能性も示唆された。これらの成果は、人間ドック・甲状腺・医療情報などの学会や、研究会において発表しており、高い評価も受けている。甲状腺機能異常を亢進症では受診者のALP↑,S-Cre↓,T-Cho↓,心拍数↑の4項目、また低下症ではLDH↑,S-Cre↑,T-Cho↑,RBC↓の身近な検査の4項目の変動を組み合わせて定量的に捉えることで,近似的には甲状腺ホルモンの代用となる身近な指標(マーカー)が得られることを世界で初めて確立しました.解析方法として、3種のパターン認識手法を用いて予測の信頼性を高める工夫をしています。この機能異常予測モデルに基づきシンプルな予測ツールを作成したので,人間ドックやクリニック・病院で、測定済み検査値の二次活用として手軽にスクリーニングができるようになりました。JR仙台病院と東北公済病院の人間ドック受診者を対象に実施して来たスクリーニングでは,これまでに延べ40名近くの、TSHは通常測定されないため、見逃されたままであった患者を発見して、治療につなげることができました。日本甲状腺学会、日本人間ドック学会等での発表により、患者QOL向上に大きな貢献ができる研究として注目され,全国の多くの健診施設でのスクリーニング実用化が期待されるようになりました。健診施設・クリニックからの要望があれば予測ツールを提供しますのですぐに活用して頂けますし、今後は、病院情報・検査のシステムへの組み込みによる活用も望まれます。手法のさらなる精度向上を目指して、今後は、病院受診者での詳細なスクリーニング他を計画しています。この予測システムは患者QOL向上,医療費削減,に大きな貢献ができますので、世界に先駆けたCDSSの典型例となることも期待できます。身近な複数の検査を組み合わせて疾患を予測する新しい方法は、これまでの研究により、亢進症の鑑別、クッシング症候群患者の早期発見、などにも、前者なら6項目、また、後者なら8項目を組み合わせての応用が可能であることも明らかになりました。2008年7月から本手法によるスクリーニングを実施しているJR仙台病院人間ドック施設での実績から、受診者の測定済み基本的検査を用いて行う本スクリーニング手法の有用性が確認できたので、全国の人間ドック施設において実際されるなら年間一万人規模で甲状腺機能異常者の発見が期待できることもわかり、論文で発表した(研究論文1)。

また、施設でのスクリーニングに伴う情報をAccessデータベース化したので解析が容易になり、最適な疑い予測率の閾値の設定情報など、有益な知見を得た。甲状腺機能異常症患者のサンプル数は分担者中川の努力により着実に増加しており、スクリーニングの安定性と精度の向上に向けて、今後の大きな成果が期待できる。亢進症の10%を占める破壊性甲状腺炎(無痛性甲状腺炎、亜急性甲状腺炎)とバセドウ病の鑑別を検討した結果、8項目セット(ALP・S-Cr・UA・TC・RBC・Hb・Ht・PLT)を用いれば3者の鑑別が9割の精度で可能である事が確認できた。この結果は複数の基本的検査セットに注目する方法の汎用性を示唆する。亢進症でALP,S-Cr,TCの3項目、低下症でLDH,S-Cr,TC,RBCの4項目を用いるこれまでの手法の改良点として、亢進症での心拍数追加、TCへの服薬補正の考慮、および検査値時系列変化の特徴を考慮、を検討した結果、いずれも、精度向上に寄与することが確認できた(研究論文3)。研究協力者の吉田は、新たに東北公済病院人間ドックにおいて2011年9月よりスクリーニングを開始した。これまでに、7名の甲状腺機能異常者を発見しており、特に、JR仙台病院人間ドックでは未だ見つかっていなかった顕性の女性低下症患者も発見したので、本スクリーニング手法により、男女とも甲状腺機能異常(亢進症、低下症)者を見つけられることが確定し、その有用性は一段と高まった。研究目的に掲げた7項目中、(1)甲状腺機能異常患者のサンプル数を増やしスクリーニングの安定性と精度の向上を図る、(2)バセドウ病と亢進症の10%を占める破壊性甲状腺炎を基本的検査セットにより鑑別する、(4)検査値の時系列変化を加味したスクリーニングへの発展、(5)実用化に向けて新たな健診施設でのスクリーニング実施、についてはH24年度内に大きな進展があった。さらに亢進症スクリーニングでは心拍数を加えた4項目での精度向上、脂質異常症併発の低下症スクリーニングでの服薬補正による精度向上、男性テストサンプルの検査データをスケール変換して女性化するというやり方で男性データ解析の精度向上が達成された。これらについては、多数の学会・研究会での発表や論文掲載により公表した。医療情報学会からは2012.11の学会発表関連テーマで医療情報研究誌への論文投稿の依頼があり、高い評価を頂いたと考えている。(3)4項目セットによる低下症のスクリーニングを軽度患者でも精度向上可能な拡張を目指すは(一部は時系列変化を考慮による進展あり)、(6)ホルモン検査と複数の基本的検査項目セットの強い重相関を臨床応用の指標として活用する、(7)抗甲状腺薬の服薬指導にスクリーニングで有用なSOMマップを応用してコンプライアンスの向上を目指す、については、H25年度の課題となっている。研究目的に掲げた7項目中、(1)甲状腺機能異常患者のサンプル数を増やしスクリーニングの安定性と精度の向上を図る、(2)亢進症の10%を占める破壊性甲状腺炎、とバセドウ病の基本的検査セットによる鑑別、(4)検査値の時系列変化を加味したスクリーニングへの発展、(5)実用化に向けて新たな健診施設でのスクリーニング実施、についてはH23年度内に大きな進展があった。
小・中学校理科における「ものづくり」の指導方略に関する研究

第一に,日本のものづくり活動に類似した学習プログラムにおける指導の特徴を分析した。事例として,アメリカ・ハワイ大学教育学部で研究開発された初等科学教育プログラムであるDASH(ダッシュ;Developmental Approaches in Science,Health,& Technology)を取り上げ,同プログラム教師用指導書を分析した。ものづくり活動の事例を分析した結果,その特徴は大きく2つに分類でき,1学習で使う教材・教具を作るためのものづくり,2科学的原理の確認のためのものづくり,であった。1では児童全員が同じものを作り同じ観察・実験を行うもので,ものづくりの過程で工夫や発展の余地は少ないものであった。2は単元の終末で,原理を活用した具体な物を作るもので,児童の工夫やアイディアの反映も可能な位置づけであった。第二に,ものづくり活動の指導方略の検討をおこない,教師による授業実践を通して検証した。小学校理科の事例として,音,風やゴムの働きを活用したものづくりをおこない,従来の指導方法である応用的なものづくりの方向とともに,探究型ものづくりを指向した学習の展開を検討した。特に,後者については,ものづくりで製作した物の利用がある課題(問題)の解決につながるような,仮想的なストーリーを児童生徒に与え,ものづくりの動機を抱かせるような工夫が教師から提案され,その学習指導について検討した。ストーリーの構成には,米国の科学技術教育で普及が進んでいるエンジニアリング・デザインで提示されている,「問題の特定」「可能な解決策の提案」「デザインの最適化」といった3つの要素を織り込むことが大きな手掛かりとなることを確認した。理科における「ものづくり」の指導方略の検討を目的として,研究の第3年次である平成30年度に次の2つの研究に取組んだ。第一に,日本の「ものづくり」活動に類似した学習プログラムにおける指導の特徴を分析した。その結果,エンジニアリング・デザインの考え方が反映されたものづくりが導入されていることを確認した。また,全米理科教師協会の年次大会において収集したものづくり活動に関する事例の分析によって,初等中等科学教育における学習には,STEM(ステム)教育の影響が色濃く表れつつあることを考察した。以上の成果は,論文として公表した。第二に,小学校理科を中心に,ものづくり活動にかかわる考え方と指導方法について,総括的な論考をまとめた。これは,平成28年度から続く本研究で得られた知見を元にした内容で,著書として公刊された。著書本体は他の研究者による編著であるが,その一章分の論考(筆者単著)として収録された。平成30年度に予定した研究内容については,おおむね順調に達成した。ただし,アメリカの初等中等科学教育プログラムに関する指導方略の分析が小学校段階を対象としたものにとどまっており,中学校段階についての分析に若干の遅れが出ている。このため,本研究を1年間延長し,令和元年度に,アメリカのEngineering is Elementaryシリーズを中心に,中学校段階における分析を進めていく予定である。これらを含め,ものづくり活動の指導方略を検討し,実践を通した評価を進めていく予定である。ただし,アメリカの初等中等科学教育プログラムに関する指導方略の分析がプログラム数例によるものにとどまっており,分析と考察の深まりに若干の遅れが出ている。そこで,「Engineering is Elementary」シリーズを購入し,学習内容,指導方法,教師教育とその普及といった側面から分析することで,シリーズの特徴を把握するとともに,ものづくり活動の指導方略に関する知見をまとめる予定である。日本の中学校理科の第1分野「科学技術と人間」と第2分野「自然と人間」はいわゆる第7単元と呼ばれ,内容の扱い方がむずかしいというイメージがある。科学技術,環境,エネルギーに関する学習は裾野が広いため,生徒に総合的な理解を求めることが扱いのむずかしさの一因と考えられる。第7単元の学習を,実際の問題に対する解答や解決策を得るために,科学的知識を適用させたりすることを志向した学習であると捉えれば,エンジニアリング・デザインの視点が学習指導へのヒントを与えてくれると考えられる。ものづくり活動やエンジニアリング・デザインの考え方が,果たして,生徒の科学技術に対する興味・関心や探究心を高めることにつながるかどうか等についても,検討を進めていく予定である。日本の理科の「ものづくり」の指導方略を検討する上では,エンジニアリング・デザインの特徴の分析は,探究型「ものづくり」の設計と実践に対して,有効な知見を提供すると考えられる。エンジニアリング・デザインに関する分析を掘り下げて,本研究の充実を図り,総括をおこなう予定である。事例として,アメリカ・ハワイ大学のDASH(ダッシュ;Developmental Approaches in Science, Health, and Technology)を取り上げ,同プログラム教師用指導書を分析した。その結果,(1)学習で使う教材・教具を作るものづくり,(2)科学的原理の確認のためのものづくり,の2種類のものづくりが導入されていることが明らかになった。(1)の例としては,第3学年における「肺のモデル製作」があげられる。DASHでは「健康と安全」単元で,肺の動きを理解するとともに,模型に本物のタバコを付けて煙の動きを観察し,煙の人体への影響を考えさせている。このものづくりは,児童全員が同じものをつくり,同じ観察を行う。ものづくりの過程で,工夫や発展の余地は少ないことが特徴として指摘できる。

(2)の例としては,第4学年における「簡易てんびんの製作」があげられる。これは,つりあいの学習を終えた後,具体物を用いてつりあう状態を再現することを主なねらいとしている。この事例は,科学的原理の確認のための応用的なものづくりで,その過程では,材料や形状が異なることは想定され,むしろ推奨されている。工夫や発展の余地をもつものづくりといえる。第二に,理科におけるものづくり活動の例を提案し,その効果を検討した。大学生を対象として,花の観察場面におけるものづくり活動を導入した授業を実践した。その結果,ものづくり活動の効果として,(1)実物の花と模型の花の比較を行うことは,対象をより細かく見るきっかけとなり,観察力を質的に高めることに寄与する,(2)学習者が自身の観察力の向上を客観的に捉えられる,(3)模型製作は学習者にとって印象に残り,学習に意欲的に臨むことにつながる,の3点が示唆された。理科における「ものづくり」の指導方略の検討を目的として,研究の第1年次である平成28年度に次の2つの研究に取組み,それぞれの成果を論文と学会口頭発表として公表した。第一に,日本の「ものづくり」活動に類似した学習プログラムにおける指導の特徴を分析した。事例として,アメリカ・ハワイ大学のDASH(ダッシュ;Developmental Approaches in Science, Health, and Technology)を取り上げた。その結果,(1)学習で使う教材・教具を作るものづくり,(2)科学的原理の確認のためのものづくり,の2種類のものづくりが導入されていることが明らかになった。これらの成果を,日本理科教育学会において発表した(人見,2016)第二に,理科におけるものづくり活動の例を提案し,その効果を検証した(人見・渡邉,2016)。平成28年度に予定した研究内容については,おおむね順調に達成した。ただし,「ものづくり」に対する教師の指導観に関する調査が完了せず,やや遅延している。このため,次年度は,まず教師対象の調査の実施と結果の取りまとめを着実に進めていきたい。また,当初より予定している平成29年度の研究内容として,(1)日本の「ものづくり」活動に類似した学習プログラムの分析,(2)「ものづくり」の指導方略の検討にも着手したい。