hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
分子認識型触媒による位置選択的シアノシリル化及びＣ－Ｈアミノ化

本年度は新規触媒的位置選択的反応の開発を目的とし、(1)ジアールの触媒的位置選択的シアノシリル化、(2)触媒的位置選択的C-Hアミノ化の2つのテーマに取り組んだ。(1)ジアールの触媒的位置選択的シアノシリル化については、複数の基質に対し分子認識型触媒、認識部位を組み込んだ反応検討を行ったが、基質準拠での位置選択性が発現するのみに留まり触媒制御での位置選択性の発現は確認されていない。基質の反応性の差を利用したカルボニル基に対する位置選択的C-C結合形成反応については多くの報告がなされているが、反応性の似たカルボニル基に対して分子認識型触媒を用いて位置選択性を制御することはより達成困難な課題と考えられ、今後検討を続ける中で触媒準拠での位置選択性制御法の確立を目指していきたい。一方、(2)触媒的位置選択的C-Hアミノ化に関しては、未だ報告例のないロジウム触媒を用いたシリル基β位の不斉C(sp3)-Hアミノ化を中心に取り組み、立体選択性は中程度に留まるものの、目的とする位置選択的及び立体選択的C(sp3)-Hアミノ化の開発に成功した。また、本反応の速度論解析を速度論的同位体効果を中心に行い、新たな知見を得ている。本反応は不均一系反応であるため速度論解析は容易ではなかったが、試行錯誤を繰り返し実験手法を確立することで精度良く速度論データを得ることに成功した。以上の内容について学会発表も積極的に行っており、国内学会での口頭発表3件を行っている。(1)ジアールの触媒的位置選択的シアノシリル化について、初めにNHNs基を分子認識部位として組み込んだジアールを基質とし、合成した分子認識型触媒を用いて反応検討を行ったが、汎用触媒と分子認識型触媒との間で位置選択性の差が見られなかった。そこで、NHNs基に加えてエステルカルボニル基を分子認識部位としたジアールを用いて反応検討を行い、溶媒、温度などの種々の条件を検討したが、触媒間での選択性の有意差は見られなかった。(2)触媒的位置選択的C-Hアミノ化については、所属研究室で見出したロジウムナイトレノイドによるシリル基β位選択的C(sp3)-Hアミノ化の不斉化に取り組んだ。種々の基質に対し検討を行う中で、本アミノ化条件に対してシラシクロアルカン類が高い反応性を持つことが明らかとなった。また、不斉触媒を用いた検討についても、鎖状シラアルカンではなく環状シラアルカンを用いることで立体選択性が向上し、中程度の立体選択性ではあるが、高収率、高位置選択的にC(sp3)-Hアミノ化が進行することを見出した。また、ロジウム触媒によるC(sp3)-Hアミノ化の反応機構の詳細を明らかにするべく、速度論的同位体効果を中心に速度論実験を行った。D化体の収率を1HNMRで追跡するのが困難であったため、単離収率を求めることで解析を試みたが、精度の良いデータが得られなかった。反応が不均一系であるためポット毎で速度が変化し得るのが問題であると仮説を立て、1つの反応溶液から対し時間毎に少量の反応液を分取、解析することで反応追跡を試みた。分取した反応液に対し、19FNMRによる解析を行うこととし、トリフルオロメチル基を導入した基質を用いたところ反応の追跡が可能であり、直線性の高い収率-時間プロットを得ることが出来た。(1)ジアールの触媒的位置選択的シアノシリル化については、基質の認識部位の構造、位置を中心に検討して行く。スルホンアミドやアルコール、ウレアなどを導入した基質を合成すると共に、反応点とならないアルデヒドが遷移状態の安定化に寄与するよう、各官能基の位置を吟味し基質を合成、検討して行きたい。(2)触媒的位置選択的C-Hアミノ化について、シリル基β位選択的不斉C(sp3)-Hアミノ化に関しては更なる立体選択性の向上を目指して行きたい。現在最適である触媒について、官能基を導入した類縁体について検討するとともに、基質である環状シラアルカンの構造についても最適化を進めて行きたい。また、申請者らは所属研究室で独自に開発した分子認識型求核触媒が、σ対称ビスアルカンフェノールの臭素化による遠隔位不斉非対称化反応に有効であることを見出している。本臭素化は研究目的とする分子認識型ロジウム触媒によるジアリールメチルアミンの不斉非対称化反応と類似する芳香族求電子置換型の反応であると考えられ、詳細について解明することで遠隔位不斉非対称化反応に関する普遍的な知見が得られると考えている。鎖長、プロキラル炭素の環境を変えた基質を用いる検討を通して、不斉発現に重要な因子を突き止め触媒による位置選択性制御法の確立への一助としたい。

基質の反応性の差を利用したカルボニル基に対する位置選択的C-C結合形成反応については多くの報告がなされているが、反応性の似たカルボニル基に対して分子認識型触媒を用いて位置選択性を制御することはより達成困難な課題と考えられ、今後検討を続ける中で触媒準拠での位置選択性制御法の確立を目指していきたい。一方、(2)触媒的位置選択的C-Hアミノ化に関しては、未だ報告例のないロジウム触媒を用いたシリル基β位の不斉C(sp3)-Hアミノ化を中心に取り組み、立体選択性は中程度に留まるものの、目的とする位置選択的及び立体選択的C(sp3)-Hアミノ化の開発に成功した。また、本反応の速度論解析を速度論的同位体効果を中心に行い、新たな知見を得ている。本反応は不均一系反応であるため速度論解析は容易ではなかったが、試行錯誤を繰り返し実験手法を確立することで精度良く速度論データを得ることに成功した。以上の内容について学会発表も積極的に行っており、国内学会での口頭発表3件を行っている。(1)ジアールの触媒的位置選択的シアノシリル化について、初めにNHNs基を分子認識部位として組み込んだジアールを基質とし、合成した分子認識型触媒を用いて反応検討を行ったが、汎用触媒と分子認識型触媒との間で位置選択性の差が見られなかった。そこで、NHNs基に加えてエステルカルボニル基を分子認識部位としたジアールを用いて反応検討を行い、溶媒、温度などの種々の条件を検討したが、触媒間での選択性の有意差は見られなかった。(2)触媒的位置選択的C-Hアミノ化については、所属研究室で見出したロジウムナイトレノイドによるシリル基β位選択的C(sp3)-Hアミノ化の不斉化に取り組んだ。種々の基質に対し検討を行う中で、本アミノ化条件に対してシラシクロアルカン類が高い反応性を持つことが明らかとなった。また、不斉触媒を用いた検討についても、鎖状シラアルカンではなく環状シラアルカンを用いることで立体選択性が向上し、中程度の立体選択性ではあるが、高収率、高位置選択的にC(sp3)-Hアミノ化が進行することを見出した。また、ロジウム触媒によるC(sp3)-Hアミノ化の反応機構の詳細を明らかにするべく、速度論的同位体効果を中心に速度論実験を行った。D化体の収率を1HNMRで追跡するのが困難であったため、単離収率を求めることで解析を試みたが、精度の良いデータが得られなかった。反応が不均一系であるためポット毎で速度が変化し得るのが問題であると仮説を立て、1つの反応溶液から対し時間毎に少量の反応液を分取、解析することで反応追跡を試みた。分取した反応液に対し、19FNMRによる解析を行うこととし、トリフルオロメチル基を導入した基質を用いたところ反応の追跡が可能であり、直線性の高い収率-時間プロットを得ることが出来た。(1)ジアールの触媒的位置選択的シアノシリル化については、基質の認識部位の構造、位置を中心に検討して行く。スルホンアミドやアルコール、ウレアなどを導入した基質を合成すると共に、反応点とならないアルデヒドが遷移状態の安定化に寄与するよう、各官能基の位置を吟味し基質を合成、検討して行きたい。(2)触媒的位置選択的C-Hアミノ化について、シリル基β位選択的不斉C(sp3)-Hアミノ化に関しては更なる立体選択性の向上を目指して行きたい。現在最適である触媒について、官能基を導入した類縁体について検討するとともに、基質である環状シラアルカンの構造についても最適化を進めて行きたい。また、申請者らは所属研究室で独自に開発した分子認識型求核触媒が、σ対称ビスアルカンフェノールの臭素化による遠隔位不斉非対称化反応に有効であることを見出している。
スピン偏極電流磁化反転の解明とデバイス設計

近年サブミクロンサイズの磁気ディスク中に現れるvortex構造をスピン電流を用いて操作する研究が盛んに行われている。本研究では計算機シミュレーションを用いて、スピン電流によるvortexコアの回転運動や磁化反転の解析を行い、またこの現象を利用した磁気デバイスが安定に動作する条件を求めた。また本シミュレーションでは膨大な計算時間が必要となるためにgraphic processing unitを用いてシミュレーションを高速に行う手法を提案した。近年スピン電流による磁化操作対象として、円盤状のディスク(磁性ドット)内に現れるvortex構造の運動に関する研究報告が行われ始めている。本研究の代表者はこれまでに計算機シミュレーションを用いて、スピン電流によるドット内のvortexコアの螺旋運動や共振運動、さらにvortex coreの反転の研究を行い、これらの現象を用いた新たなデバイスの可能性を示した。しかしながら、シミュレーション結果は実験結果と定性的には一致するが、定量的には一致せず、スピン電流によるvortexの運動が完全に解明されているとは言いがたい。本研究では、vortexの運動や磁化反転を精度よく再現できるシミュレーションモデルの作成をとおしてスピン電流によるvortexの挙動を解明する。本研究では、磁気ドット中に現れるvortexのスピン電流による運動や磁化反転を精度よく再現できるシミュレーションモデルの作成をとおしてスピン電流によるvortex挙動を解明し、また磁気ドットを用いたメモリ提案しその性能評価を行うことを目的としている。しかしながら本シミュレーションには非常に多くの時間がかかり、研究の遂行上の問題となっていた。特にデバイス評価に必要な熱安定性の計算では、熱の効果を考慮しない場合に対して数100倍以上の計算時間が必要である。研究を効率よく遂行するために計算時間の短縮が必須である。このため今年度は主に、Cell Broadband Engine (Sony,IBM,東芝)を用いてシミュレーションの高速化についての研究を行った。Cell Broadband Engineは1個の汎用プロセッサ(PowerPC Processor Element、以下PPE)と、8個の演算に特化されたプロセッサ(Synergistic Processor Element、以下SPE)から構成される、非対称マルチプロセッサである。PPEはPowerPCをベースとした汎用プロセッサであるため、OSの管理や一般的なプログラムの実行が可能であるが演算能力が低い。一方SPEは最大204.8G Flops(25.6GFlops*8)の演算能力を有するが、ローカルストレージが256KBと小さく、またその高速演算性能を活かすためには、各SPEへのタスクの割り当て、SIMD命令の利用、パイプラインの並列動作、DMAによるデータ転送などの最適化が必要である。今回Sony社製PLAYSTATION3,OS:Fedra7(kernel version2.6.21)を用いてプログラムを開発し実験を行ったところ、22倍程度の高速化を実現することができた。本研究では、円盤状のディスク(磁性ドット)内に現れるvortex構造の運動や磁化反転を精度よく再現できるシミュレーションモデルの作成をとおしてスピン電流によるvortex挙動を解明し、また磁気ドットを用いたメモリ提案しその性能評価を行う。平成20年度まではこれらの準備として、主に計算の高速化と電流磁界計算ルーチンを作成しその影響について調べた。微小な磁性体を用いたデバイスでは磁性体の熱安定性評価が必須である。シミュレーションで熱安定性を評価するためには、スピン電流による磁化反転のシミュレーションを行い、電流と反転時間の関係より安定性を求めることが一般に行われている。しかしながら、反転時間が短い場合、反転時間は熱による効果よりも磁気モーメントのダイナミックな振る舞いによる効果によって決まるために、マイクロ秒以上の長時間にわたる計算が必要となり、莫大な計算時間を必要とする。このため計算に特化したCPU(cell broadband engine)を用いて計算の高速化を試みたところ、10倍以上の高速化を実現でき、熱安定性評価のための計算時間のボトルネックを解消できた。また、スピン電流による磁化操作ではスピントルクだけではなくスピン電流によって発生した電流磁界も磁気モーメントに対して影響を与える。この効果を調べるために、磁性体だけではなく磁性体に電流を与える電極ないでの電流密度分布及びその電流が磁性体に作成する電流磁界を計算するルーチンを作成し、シミュレーションプログラムに組み込み、実験結果と比較をしたところ、シミュレーション結果は実験結果をよく再現しており、電流磁界の効果が重要となる場合もあることを確認した。近年スピン電流による磁化操作対象として、円盤状のディスク(磁気ドット)内に現れるvortex構造の運動に関する研究報告が行われ始めている。しかしながら、シミュレーション結果は実験結果と定性的には一致するが定量的には一致せず、本現象が完全に解明されているとは言いがたい。一つの原因として電流磁界の効果が指摘されている。電流磁界の効果を調べるためには、磁気ドット及び電極内部の電流密度分布を求め、それらが磁気ドット内部に作る電流磁界を計算し、これを考慮したシミュレーションを行う必要がある。しかしながら最新の計算機でも一回のシミュレーションには8ヶ月程度の時間がかかるために、計算時間の高速化が必要となる。

GPUを用いることにより高速化を試みたところ、約15倍程度の高速化に成功し、一回のシミュレーション時間も2週間程度まで減少させることができた。しかしながらGPUでは、単精度計算は高速に実行できるが倍精度計算は通常のCPU程度の速度であり、高速化のためには単精度計算を用いる必要がある。通常シミュレーションでは倍精度計算が用いられているために、GPUによるシミュレーションを行う前に、計算精度による計算結果への効果を調べる必要がある。残留磁化状態を求めるシミュレーション、交流磁界によるコアの回転運動及びコアの反転シミュレーションを倍精度及び単精度で行い、それらの結果を比較したところ、両者の結果はほぼ一致し、GPUによる有効性を確認した。近年スピン電流による磁化操作として、円盤状の磁気ディスク(磁気ドット)内に現れる磁気渦構造の運動に関する研究報告が盛んに行われている。本研究の代表者はこれまでに計算機シミュレーションを用いて、スピン電流による磁気渦コアの螺旋運動や共振運動、さらに磁気渦コアの反転の研究を行い、これらの現象を用いた新たなデバイスの可能性を示した。シミュレーション結果は実験結果と定量的に一致する場合だけではなく、定性的には一致するが定量的に一致しないものもあり問題となっていた。特にスピン電流によって作られる電流磁界の効果については、現在も議論が行われている。また本現象を利用したデバイスの実現のためには、反転後も磁気渦構造が安定に存在する条件を調べる必要がある。本研究では今年度渦コアの回転運動における電流磁界の効果と、渦コアの反転を利用したデバイスの動作条件について、シミュレーションを用いて調べた。電流磁界効果については、従来は電流に直交する磁界成分のみが議論の対照となっていたが、この磁界成分の効果はそれ以外の磁界成分の効果によって相殺されるために、すべての成分の効果について調べる必要があることを示した。また磁気ドットに現れる電流磁界はドット内で複雑に分布しているために渦コアの回転半径、すなわち電流密度によって電流磁界の効果は変化するが、最大でも10%程度であることを示した。次に、磁気ドットの直径と厚さを変化させてシミュレーションを行い、デバイス動作の安定条件を調べた。磁気ドットサイズが非常に小さな領域では渦構造が出現せずに単磁区構造が出現することが知られていたが、磁気渦が安定に出現する領域の中にいずれの構造も安定に出現する領域があることを示した。
イヌの弁別学習:音高低弁別閾と事象関連電位の測定

本萌芽的研究の目的は,イヌの弁別課題を学習させて音高低(周波数)弁別閾値ならびに反応動作の筋電図・事象関連電位を測定することであった.このうち,事象関連電位については方法論的な問題により実施できなかったが,その他については下記の点が明らかになった.1.オペラント条件付けの実験台を自作し,神経学的に正常で年齢の異なるイヌ2頭(A:4歳,B:8歳)に短音を弁別刺激とした挙手動作のオペラント条件付けを行った.条件付けの完成は、反応率がチャンスレベルの50%以上を有意に示したこと,および単純反応時間として測定した挙手動作の筋電図の反応潜時(Premotor time(PMT))の変動係数が一日の試行データ内において15%以下になったことに基づき決定した.オペラント条件付けの進展と供にPMTは短縮してほぼ一定の値に近づき,変動係数も減少した.条件付けの完成には,イヌAで25日,イヌBで29日を要し,完成期におけるPMTはイヌAで277.8305.7msec,イヌBで157.7177.1msecを示した.また,刺激強度に対する回帰直線からPMT200275msecをもたらす音圧強度を算出して鰓得た等PMT曲線は,ヒトの等聴力曲線に相当すると考えられた.2.各イヌにおいて聴力図を作成した後,聴覚閾値+10dBSPLの純音を用いた周波数変調音を用いて周波数弁別閾値を測定した.イヌAの周波数弁別閾値は,1kHz以上の周波数ではウェーバー比0.20.3%でほぼ一定であった.しかし,0.5kHzおよび0.2kHzにおけるウェーバー比はそれぞれ0.8%および3%となった.この1kHz付近での閾値の変曲点はヒトでも観察されており,イヌの周波数弁別のシステムもヒトに類似したものであると推測される.また,イヌBにおいては,すべての周波数においてイヌAに比べてウェーバー比の上昇が認められた.本萌芽的研究の目的は,イヌの弁別課題を学習させて音高低(周波数)弁別閾値ならびに反応動作の筋電図・事象関連電位を測定することであった.このうち,事象関連電位については方法論的な問題により実施できなかったが,その他については下記の点が明らかになった.1.オペラント条件付けの実験台を自作し,神経学的に正常で年齢の異なるイヌ2頭(A:4歳,B:8歳)に短音を弁別刺激とした挙手動作のオペラント条件付けを行った.条件付けの完成は、反応率がチャンスレベルの50%以上を有意に示したこと,および単純反応時間として測定した挙手動作の筋電図の反応潜時(Premotor time(PMT))の変動係数が一日の試行データ内において15%以下になったことに基づき決定した.オペラント条件付けの進展と供にPMTは短縮してほぼ一定の値に近づき,変動係数も減少した.条件付けの完成には,イヌAで25日,イヌBで29日を要し,完成期におけるPMTはイヌAで277.8305.7msec,イヌBで157.7177.1msecを示した.また,刺激強度に対する回帰直線からPMT200275msecをもたらす音圧強度を算出して鰓得た等PMT曲線は,ヒトの等聴力曲線に相当すると考えられた.2.各イヌにおいて聴力図を作成した後,聴覚閾値+10dBSPLの純音を用いた周波数変調音を用いて周波数弁別閾値を測定した.イヌAの周波数弁別閾値は,1kHz以上の周波数ではウェーバー比0.20.3%でほぼ一定であった.しかし,0.5kHzおよび0.2kHzにおけるウェーバー比はそれぞれ0.8%および3%となった.この1kHz付近での閾値の変曲点はヒトでも観察されており,イヌの周波数弁別のシステムもヒトに類似したものであると推測される.また,イヌBにおいては,すべての周波数においてイヌAに比べてウェーバー比の上昇が認められた.
超伝導線の局所的不安定性を考慮したクエンチ発生・伝搬に関する研究

本研究では,超伝導線のクエンチ現象を種々の弱点による局所的不安定性に起因する確率的現象としてとらえ,クエンチ電流値のばらつきに関する統計的解析を行うとともに,クエンチ前駆現象の電気的・光学的同時観測を行った.本研究によって得られた知見を以下にまとめて示す.1.交流用超伝導線のクエンチ電流値を同一実験条件下において繰り返し測定し,そのばらつきを弱点破壊理論に基づくワイブル統計解析によって評価した.その結果,クエンチ電流値のワイブルプロットが混合ワイプル分布型となる場合があることから,超伝導線にはばらつきの小さい本質的な弱点と,ばらつきの大きい別種の弱点とが混在している可能性を示唆した.2.クエンチ時のジュール発熱に伴う液体ヘリウム中の気泡の発生状況について,高速度ビデオを用いて高時間分解観測した.その結果,超伝導線上の局所的領域から液体ヘリウムの核沸騰が観測され,その挙動からクエンチの前駆現象であると推測した.3.高速度ビデオで観測した液体ヘリウムの局所的擾乱について,画像処理技術を用いて定量的に検討した.クエンチの光学的測定と電気的測定との同期を取ることにより,液体ヘリウムの局所的擾乱が超伝導線に沿った膜沸騰状態の気泡へ成長する過程を明確化した.4.超伝導コイルにおけるクエンチ試験から,クエンチ発生個所を電気的・光学的に標定した.その結果,クエンチ発生個所は通電電流による自己磁界の高いコイル両端部以外にも分散しており,クエンチが確率的現象であることを裏付けた.本研究では,超伝導線のクエンチ現象を種々の弱点による局所的不安定性に起因する確率的現象としてとらえ,クエンチ電流値のばらつきに関する統計的解析を行うとともに,クエンチ前駆現象の電気的・光学的同時観測を行った.本研究によって得られた知見を以下にまとめて示す.1.交流用超伝導線のクエンチ電流値を同一実験条件下において繰り返し測定し,そのばらつきを弱点破壊理論に基づくワイブル統計解析によって評価した.その結果,クエンチ電流値のワイブルプロットが混合ワイプル分布型となる場合があることから,超伝導線にはばらつきの小さい本質的な弱点と,ばらつきの大きい別種の弱点とが混在している可能性を示唆した.2.クエンチ時のジュール発熱に伴う液体ヘリウム中の気泡の発生状況について,高速度ビデオを用いて高時間分解観測した.その結果,超伝導線上の局所的領域から液体ヘリウムの核沸騰が観測され,その挙動からクエンチの前駆現象であると推測した.3.高速度ビデオで観測した液体ヘリウムの局所的擾乱について,画像処理技術を用いて定量的に検討した.クエンチの光学的測定と電気的測定との同期を取ることにより,液体ヘリウムの局所的擾乱が超伝導線に沿った膜沸騰状態の気泡へ成長する過程を明確化した.4.超伝導コイルにおけるクエンチ試験から,クエンチ発生個所を電気的・光学的に標定した.その結果,クエンチ発生個所は通電電流による自己磁界の高いコイル両端部以外にも分散しており,クエンチが確率的現象であることを裏付けた.
多階層モデルによる統合爆縮コードの開発と高速点火実証実験の提案

今年度は輻射流体シミュレーションにおいてしばしば用いられる1流体2温度モデルと、レーザープラズマの運動論解析で用いられる相対論的Vlasov-Maxwell系に関する革新的な数値計算法を開発した。1流体2温度モデルは質量と運動量に関して保存形、エネルギーに関して非保存形で記述されるため、衝撃波のような不連続が流れ場に存在すると計算結果に大きな誤差が生じうる。本研究では、エネルギー保存則は積の微分法則と商の微分法則を用いることで支配方程式から解析的に導出できることに着目し、これらの数学公式が離散式において矛盾なく成立するように差分演算子の設計を行った。1流体2温度モデルの衝撃波管問題により数値実験を行ったが、本手法は大域的なエネルギー保存則を丸め誤差レベルで厳密に満足するのみならず、数学的な不連続を含む解析解をよく再現することが判明した。相対論的Vlasov-Maxwell系から保存則を導出するには、相対論的Vlasov方程式に部分積分を、Maxwell方程式に積の微分法則と偏微分演算子の交換法則を使用する必要がある。一般的に、数値シミュレーションでは微分を差分により置き換えるため、これらの数学公式は数値誤差により厳密には満足されない。本研究では時間差分について1段2次精度陰的Runge-Kutta法を、空間・運動量差分について中心差分を使用することで、微分積分学の数学公式を離散化レベルで厳密に成立させた。その結果、相対論的Vlasov-Maxwell系の数値シミュレーションで電荷・運動量・エネルギーを同時に保存する手法を数学的に証明することに成功した。2流体不安定性やWeibel不安定性による数値実験を行ったが、本手法は線形理論をよく再現し、全ての保存則を丸め誤差レベルで厳密に満足することを実証した。29年度が最終年度であるため、記入しない。本年度は相対論的電磁粒子モジュールの開発と爆縮実験の解析・提案を行った。将来的に爆縮計算を行うことを目的としていることから1次元球座標系における離散化を行ったが、非線形項の出現により直交座標系と同一の計算スキームでは計算できないことが判明した。本研究員は非線形項に対して反復法を実装することにより、非物理的な数値加熱を大幅に抑制することに成功した。テスト計算を実施したところ、従来の直交座標コードや実験で得られるエネルギースペクトルと良好な一致を得た。その他にも相対論的運動論モジュールの支配方程式の1次元球座標系における導出や、現有する輻射流体コードの高度化に関する文献調査も前倒しして行っている。また、本来来年度以降に行う予定であった実験の解析・提案を前倒しして実施した。実験の解析では2次元の流体シミュレーションから得られた物理量を3次元空間に投影し多色光線追跡を行うことで、現実の計測器の感度を考慮した数値的X線写真を構築することに成功した。実験データと直接比較を行ったところ、数値計算は実験を非常によく再現していることが判明し、実験における物理量の予測やシミュレーションの妥当性の検証が可能となった。さらにこのコードを用いて爆縮計算を実施し、高密度爆縮を達成可能なターゲットデザインの検討や等エントロピー爆縮に関する理論的研究を行った。現在は論文化に向けてデータの詳細な解析を実施中である。当初の予定通り1次元球座標系における相対論的電磁粒子モジュールの開発を完了した。一般にハミルトン力学系のエネルギー保存性を満足するには適切な数値積分法が必要であるが、一般座標では非線形項の出現により取扱いが複雑化する。本研究では反復解法の実装により非物理的な加熱現象を許容可能な程度に抑制した。また、運動論モジュールの開発を1年前倒しで開始した。先行研究で用いられる計算スキームは旧式で精度の低いものも存在するため、当面は球座標系における定式化のみを実施し、最新の計算スキームを輻射流体モジュールで検証したのちに流用するように方針変更した。流体モジュールの高度化に際して、本研究員は局所人工拡散法(S. Kawai et al., J. Comput. Phys. 229, 1739, (2010))に着目した。この手法は不連続面を検出して必要十分な人工粘性を作用させるため、金コーン表面などにおける非物理的な散逸現象や、2温度モデルにおけるエネルギー保存の破れなどの諸問題を解決出来る可能性があり、現在は文献調査やテストプログラム開発を行なっている。また、爆縮実験の解析や提案も前倒しで実施した。光線追跡法を用いて流体プロファイルからX線写真を構築するコードを開発したことにより、開発中の統合爆縮コードの妥当性の検証が実験との直接比較によりできるようになった。さらに、等エントロピー爆縮に関する理論解析を行い、数値シミュレーションにより理論の正当性を検証した。本年度は,メガジュール級の慣性閉じ込め爆縮シミュレーションについて報告を行い,高Z物質のドープによって流体不安定性の抑制し,最大圧縮時の密度半径積を最大2倍増加させることに成功した.平板ターゲット実験により計算コードを妥当性を検証し,detailed configuration accountingモデルを用いて輻射輸送計算を行うことで,従来の定説を覆す点火スケールでの有用性を数値的に実証した.また,輻射流体シミュレーションでしばしば用いられる1流体2温度モデルにおいて,エネルギーの大域的保存を満足する数値計算手法の開発に成功した.1流体2温度モデルの支配方程式とエネルギー保存則を関連付ける上で積の微分法則が重要な役割を演じていることに着目し,エネルギー保存則を離散化したのちに積の差分法則を用いて非保存型の差分式を導出した.

このような指針に基づいて数値計算法を構築した後に,衝撃波管問題による検証計算を行った.その結果,大域的なエネルギー保存則を丸め誤差レベルで厳密に満足することができた上に,局所的な保存則であるRankine-Hugoniot関係式を満足する数値解を得ることに成功した.さらに,高速点火におけるレーザープラズマ相互作用を記述する際に一般的に用いられる相対論的particle-in-cell (PIC)法に関して,電荷と運動量保存則を同時に満足する計算手法の開発に成功した.古典電磁気学のMaxwell方程式から電荷・運動量・エネルギーの保存則を導く際には,偏微分演算子の交換法則と積の微分法則が重要であることに着目し,時間と空間,電場と磁場に対称性を持たせた全く新しい差分解法の開発を行った.このような電磁場解法をPIC法に実装した結果,電荷と運動量を厳密に満たす手法の実証に世界で初めて成功した.研究課題申請時には,慣性核融合の流体・粒子シミュレーションのいずれも保存則を満足する数値計算はできないのが共通認識であった.しかしながら,支配方程式の内包する数学的背景に着目することで,1流体2温度モデルや相対論的電磁粒子シミュレーションにおいてもこの問題を解決しうることが判明した.統合爆縮計算において異なる支配方程式を自己無撞着に接続するには,保存則が本質的な役割を果たすことが明白である.従って,各物理モデルに対する保存解法を開発することは,申請時に想定していたよりも信頼性の高い統合爆縮コードを開発することにつながる.以上より,当初の計画以上に順調に進展しているとした.今年度は輻射流体シミュレーションにおいてしばしば用いられる1流体2温度モデルと、レーザープラズマの運動論解析で用いられる相対論的Vlasov-Maxwell系に関する革新的な数値計算法を開発した。1流体2温度モデルは質量と運動量に関して保存形、エネルギーに関して非保存形で記述されるため、衝撃波のような不連続が流れ場に存在すると計算結果に大きな誤差が生じうる。本研究では、エネルギー保存則は積の微分法則と商の微分法則を用いることで支配方程式から解析的に導出できることに着目し、これらの数学公式が離散式において矛盾なく成立するように差分演算子の設計を行った。1流体2温度モデルの衝撃波管問題により数値実験を行ったが、本手法は大域的なエネルギー保存則を丸め誤差レベルで厳密に満足するのみならず、数学的な不連続を含む解析解をよく再現することが判明した。相対論的Vlasov-Maxwell系から保存則を導出するには、相対論的Vlasov方程式に部分積分を、Maxwell方程式に積の微分法則と偏微分演算子の交換法則を使用する必要がある。一般的に、数値シミュレーションでは微分を差分により置き換えるため、これらの数学公式は数値誤差により厳密には満足されない。本研究では時間差分について1段2次精度陰的Runge-Kutta法を、空間・運動量差分について中心差分を使用することで、微分積分学の数学公式を離散化レベルで厳密に成立させた。
高精度パラレルロボットの最適キャリブレーションと最適設計

本研究では,パラレルメカニズムの高い絶対精度を実現するために,機構の誤差特性に基づくキャリブレーションにおける測定条件の選定手法,キャリブレーションに適した変位誤差測定法,キャリブレーション効果を考慮した機構の最適設計について,理論的および実験的検討を行った.まず,パラレルメカニズムの高精度な機構キャリブレーションを実現するために,フーリエ級数を用いたキャリブレーション法における測定運動組合せ選定のための評価指標とアルゴリズムを提案し,シミュレーションによって検討を加え,その有効性が確認できた.また,本手法はキャリブレーション効果を考慮した機構の最適設計においても有効であることがシミュレーションにより確認できた.次に,パラレルメカニズム形ステージを取り上げ,変位誤差測定法がキャリブレーション後の誤差に及ぼす影響についてシミュレーションにより検討を加えた結果,1測定点における測定量が多い方がキャリブレーション後の誤差が小さいこと,測定量が絶対量である方が絶対誤差は小さいこと,1点だけでも絶対位置の測定情報を加えることで,絶対誤差が格段に向上すること,が明らかとなった.さらに,本研究で提案した手法を用いて,パラレルメカニズム形ワークテーブルのキャリブレーションを実際に行った結果,提案手法に基づいて測定運動の最適選定を行うことにより,安定した数値に同定パラメータが収束し,その結果としてキャリブレーション計算の残差およびキャリブレーション後の位置精度が大幅に向上することが確認できた.本研究では,パラレルメカニズムの高い絶対精度を実現するために,機構の誤差特性に基づくキャリブレーションにおける測定条件の選定手法,キャリブレーションに適した変位誤差測定法,キャリブレーション効果を考慮した機構の最適設計について,理論的および実験的検討を行った.まず,パラレルメカニズムの高精度な機構キャリブレーションを実現するために,フーリエ級数を用いたキャリブレーション法における測定運動組合せ選定のための評価指標とアルゴリズムを提案し,シミュレーションによって検討を加え,その有効性が確認できた.また,本手法はキャリブレーション効果を考慮した機構の最適設計においても有効であることがシミュレーションにより確認できた.次に,パラレルメカニズム形ステージを取り上げ,変位誤差測定法がキャリブレーション後の誤差に及ぼす影響についてシミュレーションにより検討を加えた結果,1測定点における測定量が多い方がキャリブレーション後の誤差が小さいこと,測定量が絶対量である方が絶対誤差は小さいこと,1点だけでも絶対位置の測定情報を加えることで,絶対誤差が格段に向上すること,が明らかとなった.さらに,本研究で提案した手法を用いて,パラレルメカニズム形ワークテーブルのキャリブレーションを実際に行った結果,提案手法に基づいて測定運動の最適選定を行うことにより,安定した数値に同定パラメータが収束し,その結果としてキャリブレーション計算の残差およびキャリブレーション後の位置精度が大幅に向上することが確認できた.パラレルメカニズムの持つ優れた精度特性を活かしたロボット開発のために,本年度の研究では(1)高精度誤差測定法および測定装置の開発と(2)機構の誤差特性に基づく最適キャリブレーション条件の選定手法の開発を目的とした.まず,(1)高精度誤差測定法および測定装置の開発については,従来のキャリブレーション用誤差測定装置であるDBB装置とレーザ測長機にさらに1軸まわりの回転変位あるいは1軸方向の直進変位を測定できる機能を追加した構造を新たな測定装置の構造として考案するとともに,実際に使用するセンサ部品の精度,製作精度等を考慮してこれらの構造を有する測定装置を用いた場合のキャリブレーションのシミュレーションを行って,比較検討を行った.また,そのうちの一形式の測定機については試作を行い,その基本的な特性について実験的検討を加えた.一方,(2)機構の誤差特性に基づく最適キャリブレーション条件の選定に関しては,DBB装置を測定機として用いた場合について選定のための評価指標およびアルゴリズムを提案し,測定誤差および測定運動の数を種々に変えた場合について数多くのシミュレーションを行って検討を加えるとともに,これを実機に適用して実験的検討を行った.その結果,提案した指標およびアルゴリズムを用いることにより,少ない測定運動で試行錯誤的な計算を行わずに確実に機構パラメータのキャリブレーションが実行できた.さらに,提案手法により,200mmの変位ストロークを各軸方向に有する6自由度空間パラレルロボットにおいて±15.m程度の絶対位置決め精度が実現できた.パラレルメカニズムの持つ優れた精度特性を活かしたロボット開発のために,本年度の研究では,(1)機構の誤差特性に基づく最適キャリブレーション条件の選定手法の開発および実験的検討,(2)キャリブレーション効果を考慮した高精度パラレルロボットの最適機構設計について検討を行った.まず,(1)の項目については,DBB(ダブルボールバー)装置,レーザ測長機,3次元座標測定装置等をキャリブレーション用変位測定装置として取り上げ,キャリブレーションに用いる変位誤差測定法とキャリブレーション後の誤差との関係について検討を加えた.それぞれの変位誤差測定法について誤差方程式における係数行列の条件数を評価指標としたキャリブレーション条件の選定アルゴリズムを作成して,測定誤差を考慮したキャリブレーションのシミュレーションを行った.その結果,評価指標を含む選定アルゴリズムの有効性が確認された.また,相対的な測定データに若干数の絶対的な測定データを加えてキャリブレーションに用いることにより,短時間で高精度なキャリブレーションが実現できることもわかった.さらに,キャリブレーション実験を行い,評価指標とキャリブレーション後の絶対精度,計算の収束性,残差等との関係を実験的に求めたところ,指標の有効性が確認できた.また,キャリブレーション条件の選定に当たり,測定値をフーリエ変換して用いることで効率的に適切なキャリブレーション条件の選定が可能であることがわかった.

次に,(2)の項目については,1形式の6自由度空間パラレルメカニズム形位置決め装置の機構定数とキャリブレーション後の絶対精度との関係をシミュレーションにより求めたところ,キャリブレーション後の絶対精度に機構定数が大きな影響を及ぼすことがわかった.パラレルメカニズムの持つ優れた精度特性を活かしたロボット開発のためには,従来からの機構設計技術,高精度機械要素とともにキャリブレーション技術の開発・整備が急務である.本研究は,このキャリブレーション技術の整備に着目し,(1)高精度誤差測定法,(2)機構の誤差特性に基づく最適な誤差測定法および測定条件(これらをまとめてキャリブレーション条件と呼ぶ)の選定手法の開発,(3)キャリブレーション効果を考慮した機構の最適設計,の3つの方向から検討することを目的として行われた.本年度は,当該研究の最終年度に当たり,昨年度までに得られた結果を基にして,高精度キャリブレーションのための高精度位置誤差測定法に関する実験的検討およびキャリブレーション条件の最適選定に基づくパラレルロボットの最適機構総合について検討を行うとともに,当研究のまとめを行った.まず,測定法に関しては,3つのリニアゲージを用いた高精度変位誤差測定法について実験的検討を加えた.次に,機構定数を種々に変えて測定誤差を考慮したキャリブレーションのシミュレーションを行ったところ,昨年度までに開発した評価量およびアルゴリズムを適用して選定される測定運動を用いて評価量が最適となるように機構設計を行うことにより,キャリブレーション後の精度が向上することが明らかとなった.最後に,本研究のまとめを行った.以上により,パラレルロボットの絶対位置決め精度向上のために,機構の誤差特性に基づくキャリブレーション条件の最適選定およびキャリブレーション効果を考慮した機構総合のための基本的な指針を得ることができた.
新規化合物による高効率な多能性幹細胞-心筋分化誘導法の開発

一般に細胞分化培養には成長因子等の組み換え蛋白質や血清成分など、高コストでコンタミリスクのある生体由来の高分子が大量に必要であるため、本研究ではそれらを使わない培養方法の開発を試みている。ケミカルスクリーニングにより発見された、心筋細胞への分化を促進する新規化合物KY03-Iを用いて、独自のiPS細胞の心筋分化誘導法を確立してきた。この心筋誘導法は低分子化合物とアミノ酸のみの培養条件で行われており、細胞分化を人工物のみで誘導した唯一の手法である。心筋細胞の純度が90%以上と安定して高い上に、培養液が低コストでコンタミリスクも低く、3次元浮遊培養系であるため、大量細胞培養にも適している。申請者は多能性幹細胞から心筋細胞への分化誘導を促進する低分子化合物KY02111をハイスループットスクリーニングにより発見した。このKY02111をさらに合成展開し、より心筋への誘導効率が高くより低濃度で有効な新規化合物をスクリーニングしたところ、KY02111の炭素鎖の長さとハロゲン基をClからIに変更したKY03-Iを見出すことができた。これはKY02111よりも10分の1の低濃度で効率的に心筋細胞を誘導することができ、また血清タンパクが含まれていない培地においても析出することなく高濃度で溶解する性質を持っていた。このKY03-Iを用いて、血清タンパクを用いないプロテインフリー培地による多能性幹細胞-心筋分化誘導法を新たに開発し、特許出願を行った。これにより培地の低コスト化が可能になった上に、血清タンパクや動物成分を用いないため臨床グレードの心筋細胞を生産可能になったため、今後の実用化が期待できる。多能性幹細胞を用いたスクリーニング系により、新規KY03-Iを含む心筋分化に有効な低分子化合物を複数発見することができた。それらの化合物を組み合わせることにより、世界初の完全プロテイン/ペプチドフリー分化誘導法を開発することに成功した。これにより心筋誘導に用いる培地のコストを最大100分の1まで下げることが可能になり、iPS-心筋細胞を広く利用することが可能になった。また血清アルブミンやマトリゲルなどの動物由来成分はウイルスやマイコプラズマのコンタミリスクがあるため、臨床用の移植細胞としては使用しないのが望ましく、その意味でもプロテインフリーの誘導法は有用である。またこの心筋分化誘導法は浮遊培養系で可能なため、バイオリアクターによる3次元大量培養が可能であり、将来的に臨床用ヒト心筋細胞の大量生産を実現する技術となる。心疾患は世界の死因一位であり、ヒト心筋細胞は創薬や再生医療において非常に需要が高いが、拍動する機能的な心筋細胞は分裂能が低いため初代培養による生産が難しく、工業的に大量生産可能な実用的細胞は現在、iPS細胞由来の心筋細胞のみである。しかし現時点のiPS-心筋細胞は非常に高価であり(心臓一個分の細胞で30億円/市販価格)、また安全性や安定性が問題となっている。一般に細胞分化培養には組み換え蛋白質や血清成分など、生体由来の高分子が大量に必要であり、これが細胞の高コスト化やウイルス等のコンタミリスク、ロット差が生じる原因となっている。本研究はこれらの生体高分子を全て、化学合成可能な低分子化合物に置き換えるために、京都大学化学研究所の約1万化合物のライブラリから、iPS細胞を心筋細胞に分化させる新規化合物KY02111、KY03-Iをハイスループットスクリーニングにより発見した(和光純薬社他から世界的に販売中)。そしてさらにEGFR阻害剤など幾つかの分化効果のある低分子を見出し、独自の新たなiPS-心筋誘導法を開発した。この心筋誘導法は蛋白質やペプチド等の生体高分子を全く含まず、低分子とアミノ酸のみの環境条件で行われており、細胞分化を人工物のみで誘導した世界唯一の手法である。これによりコスト効率が非常によく、ウイルス等のコンタミリスクがなく、またロット差の影響を受けず安定してiPS-心筋細胞を生産することが可能となった。本技術による心筋細胞は心筋純度が90%以上と高く、3次元浮遊培養系であるため大量培養に適しており、バイオリアクターを開発中である。また電気生理学的に比較的成熟したヒト心筋細胞の性質を持ち、さらにその性質を保ったまま、効率的に心筋を凍結保存する手法を開発している。これにより心筋細胞を自由に輸送することが可能になり、再生医療や創薬応用の実現が促進される。これまで多能性幹細胞を含むあらゆる細胞分化の培養法は、培養液中に成長因子やサイトカイン、血清などの生体由来蛋白質の添加が必須であり、人工物のみで細胞分化をコントロールできた例はなかった。その意味で本技術は世界で初めて人工的に細胞分化をコントロールしていると言える。この技術は独自の化合物ライブラリを用いたハイスループットスクリーニング法によって可能となった。これにより細胞生産タンパク質に起因する不安定さ、ロット差の問題や、コストの問題、ウイルス等のコンタミリスクの問題を解決できる。また新たに開発した細胞凍結法は組織凍結の技術として新規性の高いものになっている。

この心筋誘導法は低分子化合物とアミノ酸のみの培養条件で行われており、細胞分化を人工物のみで誘導した唯一の手法である。心筋細胞の純度が90%以上と安定して高い上に、培養液が低コストでコンタミリスクも低く、3次元浮遊培養系であるため、大量細胞培養にも適している。臨床用、ドラッグスクリーニング用のヒトiPS-心筋細胞の大量生産技術として、バイオリアクターへ適用するために、ゲル化培地等を用いた完全3次元培養系を開発する。そのためのKY03-Iを含めた各低分子化合物の添加濃度、添加時期等を検討し、必要に応じて新たな化合物やアミノ酸等を添加し培地成分を検討する。またより実際の心臓に近い構造を得られるように、3次元の心筋組織培養法を開発する。iPS細胞由来心筋細胞をより工業的に大量生産するためのバイオリアクターの開発を進める。新規化合物KY03-I以外の心筋分化化合物との組み合わせ、培養ゲルの条件を検討する。心筋凍結法をより改良し、細胞生存率を上げる。より高度に成熟化した心筋組織化のための3次元培養系を構築する。幹細胞生物学当該年度よりも次年度の消耗品支出予定が大きくなったため。当該年度よりも次年度の消耗品支出予定が大きくなったため。細胞培養液、プラスチック製品、試薬類、旅費に使用する。
社会科における市民性教育の学習評価に関する理論的・実践的研究

本研究の最終的な着地点は,わが国の社会科において有効な学習評価の理論と方法を開発し,それらの知見に基づく評価実践のモデルを追試可能な形で示すことにある。わが国の社会科において有効な学習評価の理論と方法を見出すために,現代のアメリカ社会科教育界が研究と実践を積み重ねている市民性育成教育の学習評価諸理論に着目する。分析から得られる思想・原理に示唆を得た上で,わが国で通用する評価実践を開発する。宮崎大学附属小学校,附属中学校,宮崎県内における公立小学校,中学校,高等学校にて開発した評価実践を検証し,その有効性を証明するところまでを研究の射程とする。本研究では,上の課題を克服すべく,目的を「分析」と「開発」の二つに分けて設定する。(1)現在のアメリカ社会科が育成を目指す人物像とはどのようなものか。(目標構造の抽出)(2)その目標を達成するために,どのような授業が組まれているのか。(授業構成理論の抽出)(3)その授業では,学習成果の評価の仕組みがどのように組み込まれているのか。(評価手法の分析)(4)評価の結果得られた情報は,具体的にどのように分析されているのか。またその分析ツールはどのように開発されているのか。(情報の分析手法の検討)(5)評価情報は授業や学習者の学びにどのようにフィードバックされているのか。(情報の利用方法の検討)(6)(1)→(2)→(3)→(4)→(5)という研究手続きをとることで,学習評価の原理と評価技法を開発する際の手立てを明らかにする。現在の研究の進捗状況としては,(1)(2)(3)(4)を達成したところである。今後,(5)を明らかにしていく予定となっている。本研究では,課題を克服すべく,目的を「分析」と「開発」の二つに分けて設定している。「開発」については,得られた原理と技法を応用し,わが国の社会科において有効な学習評価の実践モデルを創っていくことを目的とする。以下のような手続きで進めていく。(7)評価の目的は何かを定める。(評価目標の確定)(8)この目的を達成するために学習成果の何を抽出するのかを定める。(評価内容の確定)(9)ターゲットとする学習成果をどのように抽出するのかを定める。(評価方法の確定)(10)抽出した情報をどのように価値づけるのかを定める。(評価規準・基準の確定)(11)決定した評価結果(成績及び授業改善のための指針)を子ども・教師にどのようにフィードバックするのかを定める。(授業の制御・子どもの育ちに関する帰還情報の確定)(12)(7)→(8)→(9)→(10)→(11)という研究手続きをとることで,学習評価実践を開発する過程(モデル)を明らかにする。(13)開発したモデルをもとに,宮崎大学附属小学校,附属中学校,宮崎県内における公立小学校,中学校,高等学校にて検証し,その有効性を吟味する。(評価実践モデルの活用・応用)このような手続きに則って,順次研究を進めていく予定である。申請者が行う研究の最終的な着地点は,わが国の社会科において有効な学習評価の理論と方法を開発し,それらの知見に基づく評価実践のモデルを追試可能な形で示すことである。分析から得られる思想・原理に示唆を得た上で,わが国で通用する評価実践を開発していく。宮崎大学附属小学校,附属中学校,宮崎県内における公立小学校,中学校,高等学校にて開発した評価実践を検証し,その有効性を証明するところまでを研究の射程としている。本研究では,これらの課題を克服すべく,目的を「分析」と「開発」の二つに分けて設定する。「分析」については,アメリカ市民性育成教育(初等教育,中等教育,高等教育における社会科教育が該当)における学習評価諸理論について,「理論書及び関連教材における記述内容」「授業実践記録/評価実践記録の記述内容」「アメリカ人社会科教育研究者が行った学習者の認識変容分析に関する記述内容」の三つの観点を含む事象(書籍,博士論文)を分析対象として設定し明らかにしていくこととしている。平成29年度の研究成果は以下の通りであった。概ね順調に進展していると考えている。【論文】

藤本将人「日本における社会科評価研究の歴史的展開」全国社会科教育学会『社会科教育論叢』第50集,2017年3月,pp.121-130.【発表】藤本将人「アメリカ社会科における学習評価論の分析ー学習動機への刺激と評価作業との関連性に着目してー」全国社会科教育学会第66回全国大会,2017年10月28日,於:広島大学。藤本将人「教科教育研究における学習評価研究の歴史的展開ー市民性教育に着目してー」日本教科教育学会第43回全国大会,於:北海道教育大学札幌校,2017年9月9日。本研究は以下に示す「分析」と「開発」による方法で研究を進めている。「分析」は,(1)現在のアメリカ社会科が育成を目指す人物像とはどのようなものか。(目標構造の抽出),(2)その目標を達成するために,どのような授業が組まれているのか。(授業構成理論の抽出),(3)その授業では,学習成果の評価の仕組みがどのように組み込まれているのか。(評価手法の分析),(4)評価の結果得られた情報は,具体的にどのように分析されているのか。またその分析ツールはどのように開発されているのか。(情報の分析手法の検討),(5)評価情報は授業や学習者の学びにどのようにフィードバックされているのか。(情報の利用方法の検討),で進めている。「開発」については,(7)評価の目的は何かを定める。(評価目標の確定)。(8)この目的を達成するために学習成果の何を抽出するのかを定める。(評価内容の確定),(9)ターゲットとする学習成果をどのように抽出するのかを定める。(評価方法の確定),(10)抽出した情報をどのように価値づけるのかを定める。(評価規準・基準の確定),(11)決定した評価結果(成績及び授業改善のための指針)を子ども・教師にどのようにフィードバックするのかを定める。(授業の制御・子どもの育ちに関する帰還情報の確定),で進めている。現在は,(1)→(2)→(3)→(4)→(5)という手続きを経ているところであり,学習評価の原理と評価技法を開発しているところである。本研究の最終的な着地点は,わが国の社会科において有効な学習評価の理論と方法を開発し,それらの知見に基づく評価実践のモデルを追試可能な形で示すことにある。わが国の社会科において有効な学習評価の理論と方法を見出すために,現代のアメリカ社会科教育界が研究と実践を積み重ねている市民性育成教育の学習評価諸理論に着目する。分析から得られる思想・原理に示唆を得た上で,わが国で通用する評価実践を開発する。宮崎大学附属小学校,附属中学校,宮崎県内における公立小学校,中学校,高等学校にて開発した評価実践を検証し,その有効性を証明するところまでを研究の射程とする。本研究では,上の課題を克服すべく,目的を「分析」と「開発」の二つに分けて設定する。(1)現在のアメリカ社会科が育成を目指す人物像とはどのようなものか。(目標構造の抽出)(2)その目標を達成するために,どのような授業が組まれているのか。(授業構成理論の抽出)(3)その授業では,学習成果の評価の仕組みがどのように組み込まれているのか。(評価手法の分析)