hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
相同組換えに関わる分裂酵母Rad51‐Swi5‐Sfr1複合体の構造生物学的研究

本研究ではSwi5-Sfr1複合体に注目し、この複合体および相互作用分子であるRad51との超分子複合体の構造機能相関解析を行った。Swi5とSfr1のC末端側領域の複合体の結晶構造を明らかにし、この複合体がRad51の活性化に必須である事を明らかにした。さらにX線小角散乱解析など複数の解析手法を組み合わせる事で、Swi5-Sfr1複合体がRad51フィラメントの溝に入り込む事で活性化することと、Sfr1の天然変性領域が活性化に重要である事を明らかにした。本研究により、これら複合体が行う相同組み換えによる鎖交換反応の分子機構モデルを構築できた。X線結晶構造解析、X線小角散乱解析など複数の解析手法を組み合わせる事で、これら複合体が行う相同組み換えによる鎖交換反応の分子機構モデルを構築した。Swi5とSfr1C末端側領域(Sfr1C)の結晶構造を明らかにした。Swi5-Sfr1Cが複合体を形成すること、この複合体がRad51の活性化に必須である事を明らかにした。さらにSfr1のN末端側領域(Sfr1N)はSwi5-Sfr1Cの機能を促進する働きをもち、DNAやRad51結合能を持つ事を明らかにした。これら結果をStrucuture誌に報告した。結晶構造解析ではSfr1NとSfr1Cを分けて解析していたため、Sfr1の全体構造は明らかにできなかった。そこでSwi5-Sfr1全長複合体のX線小角散乱解析(SAXS)を行い、その低分解能溶液構造を明らかにした。Swi5-Sfr1は細長い棒状の構造をしていたため、そのトポロジーを知るのは困難であったが、複数のモノクロナール抗体との複合体のSAXSを測定する事により、Swi5-Sfr1複合体のトポロジーを明らかにし、X線結晶構造解析では明らかにできなかったSfr1Nの構造を明らかにした。これらの結果はJBC誌に報告した。この研究の過程でSfr1Nが天然変性領域である事をSAXS、CD、NMR、MS解析により明らかにした。またSAXSとMSを組み合わせることにより天然変性領域の同定や解析を行った結果についてAnalyst誌に報告した。本研究により、Swi5-Sfr1によるRad51活性化機構メカニズムを明らかにしたとともに蛋白質複合体や天然変性領域の解析手法の確立に貢献できた。1、Sfr1N末端側領域の構造解析Sfr1N末端側領域(1-179)の構造解析のため、この領域のX線小角散乱解析をおこなった。その結果、この領域は大部分が天然変性領域であることを明らかにした。また、機能解析もすすめ、DNA結合領域とRad51結合領域の決定を行なった。その結果、それぞれ結合領域はとても小さく10-20残基程度であることを明らかにした。2. Rad51の結晶構造解析及びRad51-Swi5-Sfr1複合体の溶液構造解析Rad51単体の結晶構造解析を行うため、発現領域の検討と結晶化を行なった。当初はRad51全長で精製及び結晶化スクリーニングを行っていたが、精製過程で分解を受けてしまうことや結晶が析出しないなどの問題点があった。そこで発現領域を検討し、N末端側44残基を削り、分解の問題は克服した。その変異体で結晶化スクリーニングを行い、複数の条件で結晶が析出した。しかし結晶の質に問題がり、最大分解能10Å程度であった。Linear Dichroism測定により、Rad51とSwi5-Sfr1の化学量論比が15:1程度であることを明らかにした。またX線小角散乱解析においても同様の結果が得られた。これらの結果からRad51フィラメントに沿う形でSwi5-Sfr1が結合していることが示唆され、これまで報告されている生化学的データにおよそ一致していた。さらにLinear Dichroism測定により、Swi5-Sfr1がRad51フィラメントを硬くすることを明らかにした。Sfr1N末端側領域の構造解析では結晶構造解析を行っていないが、X線小角散乱による低分解能溶液構造解析や生化学的解析を進めており、N末端側領域の構造機能相関を明らかにしている。Rad51では発現領域の検討を行い、結晶化に成功しているため当初の計画通りに進んでいる。Rad51-Swi5-Sfr1複合体調製では、Lineer Dichroism、X線小角散乱解析などをすすめ、溶液構造解析を行った。その結果Swi5-Sfr1とRad51の化学量論比の決定やSwi5-Sfr1結合によるRad51の構造変化を明らかにした。

そのため研究目的に記載したRad51やSwi5-Sfr1の動的な構造を明らかにできており、順調に研究が進んでいる。Sfr1N末端側領域は天然変性領域であることが明らかになったため、溶液構造解析を進めることで、Sfr1の構造機能相関を明らかにする。溶液構造解析ではCD、NMR、X線小角散乱を用いる。これにより、天然変性領域の構造と基質が結合した際の構造変化を明らかにする。Rad51単体では結晶化条件の最適化を行い、結晶構造解析を行う。結晶化条件の最適化では一本鎖DNAを加えるなどより幅広い条件で検討し、より質のよい結晶を得る。複合体調製及び構造解析のため、電子顕微鏡解析を行う。これまでもRad51-Swi5-Sfr1複合体の電子顕微鏡観察をおこなってきているため、溶液条件検討はおおよそすんでいる。またLinear Dichroism測定などの結果から、複合体の化学量論比を見積もることができたため、より正確度の高い解析を行うことができる。本研究課題は、基本的には現有の実験施設、機器で遂行可能である。そのため、研究費の多くはタンパク質精製・結晶化に使用する試薬と消耗品や、結晶構造解析や研究打ち合わせのために出張費で使用する。しかし、結晶化条件の詳細な検討が必要であるため、結晶化用恒温器の購入を計画している。
重金属類の溶出メカニズムに寄与する卓越流路の解明

本研究では土壌をISO/CENに準じた手法で充填し,X線CTを用いることで内部の間隙分布や卓越流路を可視化した。得られた三次元の間隙分布と流路形成から,土壌の流路形成と溶出メカニズムについて考察した。カラム内の卓越流路は,豊浦標準砂や真砂土は管中央付近に卓越流路を形成した。一方,関東ロームは管壁付近などに卓越流路を生じており,明らかに豊浦標準砂や真砂土とは流路形成の様相が異なることが確認された。そのため,現状のカラム試験では,同充填方法を使用しても流路が異なり,土壌の物理化学的特徴から,液固比や分散に大きな違いが生じている可能性が高い。土壌汚染のヒト健康影響を防止する過程で、高額な措置費用による企業経営や自治体財政の圧迫等、社会・経済的な影響は日米欧を中心に大きな課題である。地盤環境を適切かつ合理的に管理していくためには,土壌からの汚染物質の溶出特性を適切に評価する必要がある。現在,我が国においては,バッチ式溶出試験が主に用いられているが,実環境の再現が期待できるカラム溶出試験(流通式試験)も活用されはじめている。土壌中での三次元的な卓越流路の形成の定量的な知見は乏しく,また卓越流路の形成がカラム溶出試験に及ぼす影響も不明である。土壌からの有害物質の溶出特性を把握する試験方法の一つにカラム試験がある。カラム試験を用いた重金属類の溶出特性の評価は、重金属類の溶出メカニズムや土壌中の成分の変化などの検討の際に用いられている。しかしながら、カラムを用いた試験・研究例はあるものの、カラムサイズ(直径・高さ)や土壌充填量、通水速度は研究・事例ごとに異なり、得られた結果の統一的な評価が難しい状況である。ISOとCENの規格(ISO/CEN規格)では、試料の充填方法、カラムのサイズ(高さ30 cm、内径5 cm)、通水方法(上向流)、通水速度(15 cm/day=12 ml/h)等が共通化されている。本手法を応用することは、土壌中の流体流動であっても可視化および評価が可能であると考えている。具体的には、土壌を樹脂製カラムに充填し、X線吸収の大きなヨウ素を含むヨウ化カリウム水溶液を流動させることで、実験的に流路を可視化する。またこれに加えて、土壌のCT測定で得られる三次元CT値分布から,Partial volume effect(CT値と孔隙体積の線形関係)を用いることにより、三次元の孔隙率分布、すなわち数値土壌モデルを構築し、流体流動シミュレーションにより、土壌中の流体流動をより詳細、定量的に評価する。当初の計画以上に研究は進捗しつつある。汚染土壌や循環資源中の有害物質の溶出挙動を評価する方法として,カラム内に充填した試料中の有害物質を連続通水によって溶出させる上向流カラム試験(以降,カラム試験)がある。得られた間隙分布や卓越流路から,試料ごとに流路の形成は大きく異なっていることが示された。豊浦標準砂の卓越流路は,カラム内の中を半径3 cm円柱型を形成していた。真砂土の卓越流路は,豊浦標準砂と同様にカラム中心部で卓越流路が形成されていた。しかし,その卓越流路は,カラム内に4 cmに樹状構造を有した円柱型であった。関東ロームは,管壁沿いに卓越流路を形成しており,カラム中心から管壁に向かう流路も確認された。土壌中の間隙分布は,土壌の粒径や有機分が大きく寄与している。本研究で得られた卓越流路の違いは,粘土分の無い試料(豊浦標準砂)では,カラム内部に円柱型の卓越流路を形成し,粘土分のもつ試料(真砂土,関東ローム)では,樹状の円柱型の卓越流路や管壁付近に流路が形成されていた。また,有機分の多い関東ロームでは,締固めの際に管壁付近に大きな間隙分布が形成されることが示された。カラム試験の標準化には,試料からの有害物質の溶出挙動や溶出量などの試験自体の精度やカラム試験の結果を用いた評価方法が重要である。その中でも,統一した規格が必要とされる土壌中の有害物質の溶出挙動を評価する試験方法において,有害物質の溶出挙動の再現性の検討は,最も重要な検討項目である。カラム試験は、カラム中に充填した試料に溶媒を通水させて重金属類の溶出量の測定や吸着量の測定に用いられる。

また、土壌中の卓越流による溶媒の移動は、土壌と水の接触より重金属類の溶出が行われる。そこで、カラム内での重金属類の溶出メカニズムの土壌中の卓越流の変化による違いを検討する必要がある。本研究では、土壌中の卓越流に着目し、土壌中の重金属類と溶媒の溶出メカニズムについて検討を行う。特に、カラム試験は溶媒を通水する動的な試験であるため、重金属類と土壌の基礎的な溶出メカニズム(溶出量、吸脱着、その他pH・EC、液固比など)と土壌中の卓越流の関係性について明確にしていく。これまでの研究で用いた土壌(豊浦標準砂、ローム、まさ土)に重金属類を添加し、汚染土壌の作成を行う。作成した汚染土壌を用いてこれまでの研究と同様なカラム試験を実施する。その際に、これまでの研究より得られた土壌中の卓越流の可視化によって土壌と溶媒のカラム内での液固比や分散長が定量化できる。従来のカラム試験では、土壌の充填量と溶媒の通水量や通水時間より得ていた液固比がより詳細に評価でき、卓越流の可視化による流路の評価からカラム内の分散長を得ることができると考えられる。28年度が最終年度であるため、記入しない。環境リスク28年度が最終年度であるため、記入しない。
高誘電率ゲート絶縁膜の放射光界面電子状態解析およびそれに基づいた構造設計

本研究では、所属研究室で建設・改良を行っているレーザー分子線エピタキシー(MBE)装置+in situ光電子分光複合装置と放射光を用いて酸化膜界面における電子状態解析を行うこと、および界面構造生成のメカニズム解明及びそれに基づいた積層構造の設計を目的としている。本年度においては、光電子分光を用いて、Al/Pr0.7Ca0.3MnO3(PCMO)多層薄膜構造における詳細な界面構造の決定を目的とした。そこで、PCMO/LaAlO3上にAl電極を堆積した。Al/PCMO界面は、スパッタリング法により作製した。光電子分光の検出角度依存性の結果から、Al/Al酸化物1PCMO構造になっていることが改めて確認された。さらに、Mn 2p内殻準位光電子スペクトルの検出角度依存性を構造シミュレーションと組み合わせた結果、微量のMn金属がAl酸化物あるいはAl金属中に拡散していることが明らかになった。これまでの報告において、Al酸化物中のMnイオン不純物がトラップ順位を形成することが明らかになっており、今回観測された結果と合わせて、PCMO上にAl電極を堆積する際にAl酸化物中に拡散したMnイオンがトラップ順位を形成することによりトラップ制御空間電化制限電流が抵抗変化の起源になっていると考えられる。さらに、このような抵抗変化現象はPCMOのみならず、その他のマンガン酸化物や鉄酸化物でも観測されることが明らかになった。このことから、適切な酸化物と電極を選択することにより、今後の素子設計が可能になると考えられる。本研究の結果は2010年9月に米国応用物理学会誌Apphed PhysicsLettersから出版された。本年度においては、金属/Pr0.7Ca0.3MnO3(PCMO)多層薄膜構造における上部電極/酸化物薄膜の界面電子状態を調べることを目的とした。そのため、はじめに電極堆積用スパッタリングチェンバーを設計・作製した。これを用いることにより、酸化膜の作製・金属の堆積から電子状態解析までを真空一貫プロセスで行うことに成功した。これにより金属表面の酸化や汚染の影響の無い、真の界面構造を調べることが可能となった。次に、この装置を用いてAl/PCMO構造を作製した。Al/PCMO界面は、スパッタリング法によりAl薄膜をレーザーMBE法により作製したPCMO薄膜上に堆積することにより作製し、in situ放射光光電子分光およびX線吸収分光測定により電極/酸化物界面の電子状態を調べた。その結果、Al/PCMO界面においてはAlの酸化およびとPCMOのMnイオンの還元といった酸化還元反応が起こっていることを明らかにした。この酸化還元反応によって形成された界面層が抵抗変化現象に重要な役割を果たしていると考えられる。これらの結果は電極/酸化物界面構造を明らかにしており、未だメカニズムが十分に理解されておらず実用化への目処が立っていない抵抗変化型ランダムアクセスメモリの動作機構解明に向けて極めて重要な成果である。このことは、本研究の成果が2009年3月に開催された応用物理学会のシンポジウムで取り上げられたことからも明らかである。本年度においては、金属/Pr0.7Ca0.3MnO3(PCMO)多層薄膜構造における上部電極/酸化物薄膜の界面電子状態の電極依存性を調べることを目的とした。そのため、レーザーMBE-スパッタリング-光電子分光複合装置を改良した。この装置を用いることにより、レーザーMBEを用いた酸化膜の作製・スパッタリング装置を用いた金属の堆積から光電子分光を用いた表面および界面の電子状態解析までが真空一貫プロセスで可能となり、金属表面の酸化や汚染の影響の無い、真の界面構造を調べることが出来るようになった。この装置を用いてPCMO/LaAlO3上にAl,Pt電極を堆積した。電極/PCMO界面は、スパッタリング法により作製した。Al/PCMOでは抵抗変化が見られる一方、Pt/PCMOではオーミック特性が見られ、抵抗変化は示さなかった。そこで、抵抗特性の有無と電極/酸化物界面構造の相関をを示すために、2種の界面の界面電子状態を調べた。その結果、Al堆積によってMnイオンは還元されている一方、抵抗変化を示さないPt/PCMO界面においては、界面酸化還元反応は起こっていないことが分かる。このことから、酸化還元反応によって形成された界面反応層が、金属/PCMO/金属構造の抵抗変化現象において重要な役割を果たしていると考えられる。本研究の結果は2010年3月に開催された応用物理学会で発表した。

Al/PCMO界面は、スパッタリング法により作製した。光電子分光の検出角度依存性の結果から、Al/Al酸化物1PCMO構造になっていることが改めて確認された。さらに、Mn 2p内殻準位光電子スペクトルの検出角度依存性を構造シミュレーションと組み合わせた結果、微量のMn金属がAl酸化物あるいはAl金属中に拡散していることが明らかになった。これまでの報告において、Al酸化物中のMnイオン不純物がトラップ順位を形成することが明らかになっており、今回観測された結果と合わせて、PCMO上にAl電極を堆積する際にAl酸化物中に拡散したMnイオンがトラップ順位を形成することによりトラップ制御空間電化制限電流が抵抗変化の起源になっていると考えられる。さらに、このような抵抗変化現象はPCMOのみならず、その他のマンガン酸化物や鉄酸化物でも観測されることが明らかになった。このことから、適切な酸化物と電極を選択することにより、今後の素子設計が可能になると考えられる。本研究の結果は2010年9月に米国応用物理学会誌Apphed PhysicsLettersから出版された。
新ヘテロナノ構造を用いたフォノン・キャリア波動制御に基く高性能Si熱電材料の創製

本研究では、当初、キャリアとフォノンが感じるポテンシャルの違いを利用して、キャリアは二次元閉じ込め構造を、フォノンにはナノスケールの散乱体を作りこむことで、電気伝導率を増大させ、熱伝導率を低減させることを狙うというものであった。昨年、様々な成長法でGe系薄膜とSiGe系超格子の熱電特性を測定した結果、本材料系では、特に移動度が熱電特性に大きな影響を与えていることを見出した。これは2次元電子ガス(2DEG)を作りこまなくても、高移動度歪膜を用いることで熱電性能が増大できることを意味するものである。この点で当初計画からずれるが、よりシンプルな構造で高性能化が可能となるという点でより良い結果である。その結果を踏まえて、本年度は、単相の歪SiGe層の形成や様々な歪SiGe系超格子の形成および熱電特性の評価を行った。その結果、Siリッチな歪SiGe/Si超格子を形成することで、高い電気伝導率及びゼーベック係数が得られることを見出した。そこで、SiGeの組成比、超格子の層厚、層厚比などを緻密に変えて、熱電特性(特に熱電出力因子)を評価することで、高い熱電出力因子を有するSiリッチな歪SiGe/Si超格子の特性の本質を調べた。その結果、高移動度であることに加え、SiリッチSiGeにすることで、高縮重度電子状態に起因する高ゼーベック係数の実現が高性能の理由であることがわかった。この方針で構造を最適化した結果、SiGe超格子系で最高の出力因子(28μWcm-1K-2)の実現に成功した。当初期待していた構造とは異なり、Siリッチ歪SiGe/Si超格子により、高性能が得られるという知見が、研究の途中で得られた。この高性能の構造の本質を見極めることが本研究にとって重要であるため、そちらに舵を切って研究を行うことになった。そのため、2018年度まで繰越を行い研究を行った。その結果、最終的には、SiGe/Si系超格子の過去最高出力因子を引き出すことに成功した。この時点で、研究の遅れは取り戻し、本研究の進展をおしすすめることができたため、順調に進展していると判断した。電子輸送の制御は、順調に遂行していると思われる。そのため、今後は、熱輸送の制御に焦点を当てて、フォノン散乱体の導入を行っていく。その結果、この高い出力因子を維持したまま、熱伝導率の低減を目指す。具体的には、SiGe/Si超格子へのナノ構造の導入、界面構造の制御を推し進める予定である。ナノ構造としてナノドットを考えているが、もしそれより効率的に熱伝導率を低減し、出力因子を維持できる構造があれば、積極的により良い方向に舵を切って進めていく方針をとる。本研究では、キャリアとフォノンが感じるポテンシャルの違いを利用して、キャリアには二次元量子閉じ込め効果構造、フォノンにはナノスケール散乱体として働く新規ナノ構造を開発することにある。本研究では、まず、2DEG-PGEC構造の開発を目指した、そのためには、デルタドーピング可能な用に成長チャンバーを改造する必要があり、まず、それを行った。SbやPなどを予定していたが、ドーピングの扱いやすさ等を検討した結果、Gaを用いることにした。成長チャンバーの改造終了後、成長を行った。デルタードーピング前の超格子及び、エピタキシャルGe薄膜/Siの熱電特性が明らかにされていないという事実を踏まえて、SiGe/Si超格子、エピタキシャルGe薄膜/Siの熱電特性を調べることを行った。まず、Ge薄膜にGaをドーピングしたがLSI分野の研究報告より、電気特性は、結晶性、すなわち成長方法により強く依存することがわかっている。しかし、熱電特性では、まったくその依存性の報告がない。そこで、2段階成長MBE法、MBE法、SPE法など様々な手法で成長したGe薄膜の熱電特性を明らかにした。結果、結晶性がよく電気移動度が高いものが熱電特性も高くなるということがわかった。次に、SiGe/Si超格子を作製し、イオン注入でドーピングした試料を用意した。その、電気特性、ゼーベック係数、熱伝導率を測定した。エピタキシャルGe薄膜、及び、SiGe/Si超格子の熱電特性を明らかにできたため、来年度は、2DEG構造、あるいは歪による高移動度構造の熱電特性評価へと進めることができる。2DEG成長は、澤野教授と共同で形成している。また、この原理の性能向上の基準となるのは、Si基板上にエピタキシャル成長したGe薄膜の特性である。しかし、このようなありふれた材料であるのに、熱電特性に関しては調べられていない。その作製方法・結晶性に強く依存すると考えられ、今年度の研究により、熱電特性の作製方法依存性が明らかになった。そこで得た知見は、本材料系では、ゼーベック係数より移動度が熱電特性に大きな影響を与えていることが分かった。これを、2DEGを作りこまなくても、高移動度歪Geで熱電性能の増大が期待できることを意味する。このように、2DEGは成長に取り組んでいる段階であるが、歪Geで実験可能という今後研究のスピードが大きく上がる結果を得たため。

これは2次元電子ガス(2DEG)を作りこまなくても、高移動度歪膜を用いることで熱電性能が増大できることを意味するものである。この点で当初計画からずれるが、よりシンプルな構造で高性能化が可能となるという点でより良い結果である。その結果を踏まえて、本年度は、単相の歪SiGe層の形成や様々な歪SiGe系超格子の形成および熱電特性の評価を行った。その結果、Siリッチな歪SiGe/Si超格子を形成することで、高い電気伝導率及びゼーベック係数が得られることを見出した。そこで、SiGeの組成比、超格子の層厚、層厚比などを緻密に変えて、熱電特性(特に熱電出力因子)を評価することで、高い熱電出力因子を有するSiリッチな歪SiGe/Si超格子の特性の本質を調べた。その結果、高移動度であることに加え、SiリッチSiGeにすることで、高縮重度電子状態に起因する高ゼーベック係数の実現が高性能の理由であることがわかった。この方針で構造を最適化した結果、SiGe超格子系で最高の出力因子(28μWcm-1K-2)の実現に成功した。当初期待していた構造とは異なり、Siリッチ歪SiGe/Si超格子により、高性能が得られるという知見が、研究の途中で得られた。この高性能の構造の本質を見極めることが本研究にとって重要であるため、そちらに舵を切って研究を行うことになった。そのため、2018年度まで繰越を行い研究を行った。その結果、最終的には、SiGe/Si系超格子の過去最高出力因子を引き出すことに成功した。この時点で、研究の遅れは取り戻し、本研究の進展をおしすすめることができたため、順調に進展していると判断した。上で記載したように本Ge/Si系では、ゼーベック係数より移動度が熱電特性に大きな影響を与えていることが分かった。これは、2DEGを作りこむという困難を避けて、比較的容易に作製できる高移動度歪Ge薄膜でも、熱電性能の増大が期待できることを意味する。今後、研究の方針を高移動度化に着目して、ナノドット/高移動度積層構造に取り組んでいく方針である。電子輸送の制御は、順調に遂行していると思われる。そのため、今後は、熱輸送の制御に焦点を当てて、フォノン散乱体の導入を行っていく。その結果、この高い出力因子を維持したまま、熱伝導率の低減を目指す。具体的には、SiGe/Si超格子へのナノ構造の導入、界面構造の制御を推し進める予定である。ナノ構造としてナノドットを考えているが、もしそれより効率的に熱伝導率を低減し、出力因子を維持できる構造があれば、積極的により良い方向に舵を切って進めていく方針をとる。
ＬＭＳを使った英語教員が作成できるe-learningプログラムの開発

独自のLMS(学習管理システム)を用いて、英語教員が作成可能なe-learningプログラムを作成しました。最新のJava Scriptに対応していないのですが、Vocabularyに関しては桐原書店の協力のもとDatabase 3000の一部を用いて音声・例文・日本語訳を伴う多岐選択と綴りを入力するコンテンツを作成しました。Pattern Practiceでは記述式のコンテンツに音声のヒントをつけました。この3年間の研究期間で5回の国際会議を含む15回の発表と10編の有審査論文、1冊の著書(国際文化表現学会賞受賞)という研究成果を上げることができました。平成26年度においては2つの面で実績があげられた。1つは過去に作成し、本研究の前提となるLMSを用いた英語コースウェアの統計処理と分析である。本研究の礎となる初歩的なコースウェアを作成したものを用いた結果を考察した。昨年度作成の正規の授業外で行ったものであり、被験者のレベルをそろえることなどができなかったが、実験結果を分析するとe-learningの授業を受けているもののほうが向上が見られた。、これに関しては昨年12月の日本大学学内の発表(学会発表3)を経て1月に国際会議において口頭発表を行った(学会発表4)。またe-learningの特徴である繰り返し学習に着目し、合格点に到達した最終の学習時間を用いて単位空間を作成しマハラビノス距離の特徴を明らかにするとともにSN比を求め学習時間を長引かせる問題項目を明らかにした(雑誌論文5)。研究代表者がもう一つ単年度の研究費を獲得できたので、科研費においては当初計画に入れられなかった射程の広い課題にも取り組めた。伝統文法におけるParsing(文分析)を行えるコンテンツを考案中であるが、そのためには戦前より日本において普及してきた「5文型」の研究が必要である。これに関しては英国における「5文型」の誕生と消滅の経緯を研究したものを昨年7月に論文として発表した(雑誌論文1)。昨年度3月には「5文型」の習得の困難な面について理論的見地から改善を行い対照実験をして考察した結果を発表した(雑誌論文3)。また昨年5月には史的観点から伝統文法の問題点に関して口頭発表を行い(学会発表2)、論文にまとめて発表した(雑誌論文4)。教育における英文法の教授法の問題にも取り組み、昨年8月に国内で開催された国際会議において口頭発表を行い(学会発表1)論文化した(雑誌論文2)。さらに今までの「5文型」研究の集大成を著書にして刊行した(図書1)。平成27年度においては2つの面で5件の学会発表と学会誌における3本の論文発表という実績があげられた。1つの国際会議を除いては,いずれも日本学術会議協力学術研究団体におけるものである。1つはe-learningのプログラム作成という本研究の趣旨の中心をなすものである。すなわち本研究の前提となるLMSを用いた英語コースウェアの内容の拡充である。昨年度に取り組んだ課題についてまとめた内容を9月に発表した(学会発表3)。また,本研究の特徴である学際的な取り組みとCALL教室を用いた研究の運用の今年度前学期までの進捗状況を9月にインドネシアで開催された国際会議に招待された時の発表課題とした(学会発表4)。また,今年の3月には1昨年までのコンテンツ作成とその内容で教育した結果をt検定した研究を論文にまとめて発表した(雑誌論文1, 2)。さらにもう1つ昨年度より継続している長期的な視野に基づく研究も進展が見られた。Parsing(文解析)を行うためにコンテンツに関するる「5文型」研究は5月にこれまでの研究の包括的な概観と研究情報が断片的であることを史的に俯瞰した発表をした。(学会発表1)。8月には「5文型」の科学性と規範性の問題について発表を行った(学会発表2)。このほか11月の日本英語教育史学会研究例会において昨年2月に刊行した著書を題材に講演することを依頼され,『自著について語る』という講演を行った(学会発表5)。論文に関しては,「5文型」の構造を特殊なものにして,理解の障害となる「第4文型」に関して史的な視点と理論的な視点から論じたものが発表された。12月に二重目的語の誕生の経緯を論じたものがに掲載された(雑誌論文3)。本年3月末には二重目的語構文と第4文型の位置づけの関係について論じたものがに掲載された(雑誌論文4)。プログラミングについて平成27年度は一応の完成を見た。昨年度取り組んだ語彙力強化のための選択式回答プログラムにおいて昨年度例文と音声を入力したが,入力ミスやバグが見られた箇所について修正をしながら運営を行った。毎回レッスン前に実装可能なレベルまで修正をし,実験を行い,そこで見られたエラーやバグについて最終的な修正を行った。まだ,問題解答に支障のない程度の入力ミスは見られるが,10レッスンをエラーが生じずに運営できることが確認された。英作文における記述入力においても例文や音声の入力がほぼ終了した。これらに関しては,現時点で昨年度の語彙力強化プログラムのレベルに至ったと考えられる。平成27年度までのコンテンツ作成はWebCAIというLMSを使用していたが,昨年度も報告したようにこのシステムが立脚するJava Applet 7.6のサポートが昨年終了した。ランダム出題も,現在のLMSではメモリーの関係上困難であることが判明した。これらに関しては新システムで対応するより他に方法がない。

E-learningにparsingを取り入れる研究に関しては,問題の作成の基本テンプレートについて作成中である。1レッスン20問から成るコンテンツを5レッスン分作成した。しかし,「5文型」を用いて文を分析する際には品詞解析と統語分析の齟齬が生じる問題を克服しなければならない。規範文法に見られるような場当たり的な分析ではなく,合理的な手法を用いて説明や演習をすることができなければ学生は理解できない。他言語において与格として副詞的な扱いを受ける要素が英語において目的語となった過程を私的に解明することでこの矛盾点に説明がつく。英語史において水平化された与格が対格とともに二重目的語とよばれ,さらに対格と区別され「間接目的語」と呼ばれるようになった過程を考察しつつある段階である。前者は論文として発表した。本研究給費を受給した3年間において、プログラミングに精通しない英語教員でも作成可能なプログラムを開発することを目的とした。Moodleなどでも単純な出題は可能であるが、今研究における多岐選択問題には、記述要素と音声のフィードバックを付加し、より高度なプログラミングが完成した。また記述式の入力プログラムにおいても、不正解者または解答をできない学生が音声をヒントにして解答できるようなプログラムを開発した。この点において意義のある研究成果を残すことができた。当初目標としたランダム出題は、数値的には可能であるがメモリーの問題から実現には至らなかった。ログの解析に関しても現在使用しているPCのメモリーでは負荷のかかるプログラミングになることが予想され、学生による成績管理を可能にするにとどまった。さらに、品詞解析と統語分析をするプログラムの作成に取り掛かろることも可能であり、作成の準備に取り掛かったが、本研究がよりどころとした日本大学工学部・渡邊博之研究室のWebCAIがJava Appletを用いていたおかげで、2015年9月以降のJavaのアップデートに対応できなくなったことにより、このプログラムの開発は見送ることとなった。今後、機会を見てJava ScriptによるSCORM対応LMSを用いたプログラミングの開発を目指したい。最終年度にはこれまでも研究の総括として、昨年度までの調査で得られたデータの分析を行った。また、最終数年度にe-learningに反転形式の教授形態を導入し、さらにアクティブに学習させる試みを行った。その結果を通常形式でe-learningを用いた場合と対照させた。この3年間で本研究とその礎石となる学習的統語分析の研究に関しては、4回の国際会議を含む12回の発表を行い、10篇の有審査論文、1冊の著書(国際文化表現学会賞受賞)を上梓した。独自のLMS(学習管理システム)を用いて、英語教員が作成可能なe-learningプログラムを作成しました。最新のJava Scriptに対応していないのですが、Vocabularyに関しては桐原書店の協力のもとDatabase 3000の一部を用いて音声・例文・日本語訳を伴う多岐選択と綴りを入力するコンテンツを作成しました。Pattern Practiceでは記述式のコンテンツに音声のヒントをつけました。
バイオエタノール水蒸気改質反応用ロジウム複合酸化物触媒のロジウム省量化技術の開発

二酸化ケイ素粉末に貴金属であるロジウムの微粒子を担持した触媒(Rh/SiO_2)に鉄酸化物とニオブ酸化物またはバナジウム酸化物またはモリブデン酸化物を添加した触媒(Nb-Fe+Rh/SiO_2, V-Fe+Rh/SiO_2, Mo-Fe+Rh/SiO_2)を高温焼成により調製し、水素還元後エタノールの水蒸気改質反応を行った。その結果、ニオブ酸化物を添加した触媒が無添加のRh/SiO_2触媒に比べて高い活性を示した。そこで、上記の触媒以外に、Rh/SiO_2触媒に鉄酸化物あるいはニオブ酸化物をそれぞれ添加した触媒(Fe+Rh/SiO_2, Nb+Rh/SiO_2)を調製し、エタノールの水蒸気改質反応を行い、比較検討した。金属酸化物を添加した触媒はいずれもRh/SiO_2触媒に比べて240°Cという低温にもかかわらず、触媒活性は23倍に向上した。また、Rh/SiO_2触媒による反応生成物は、水素、メタン、一酸化炭素、二酸化炭素であったのに比べて、金属酸化物を添加した触媒ではそれらの生成物の他に、アセトアルデヒドが生成した。これらの結果から、Rh/SiO_2触媒に金属酸化物を添加することで、エタノールの脱水素反応を促進し、また、生成したアセトアルデヒドの分解を抑制する働きがあることがわかった。X線回折測定(XRD)、昇温還元測定(Temperature-programmed reduction : TPR)により、ロジウムともう一方の金属酸化物が強い相互作用を示しており、その効果によるものであることがわかった。Rh/SiO_2触媒に金属酸化物を添加し、焼成、還元することで、本研究の目的である、ロジウムの省量化が可能となった。
二相系格子ボルツマン法を用いた界面ダイナミクス解析法の開発

本研究では,二相系格子ボルツマン法を用いて気液および液液二相流に適用できる新しい3次元界面ダイナミクス解析法を開発し,それを用いてせん断流中の液滴の変形および分裂の挙動ならびに垂直管内の液相中にある単一あるいは多数の気泡の挙動を計算し,開発した方法の妥当性および計算精度を検証した。本研究で得られた成果は,下記の通りである。1.液液二相流(せん断流中の液滴の変形および分裂シミュレーション)(1)本計算結果は,既存の低レイノルズ数領域における理論,実験および数値解析結果と良く一致した。(2)粘度比が1で同じキャピラリー数では,レイノルズ数が大きくなるに従って,液滴は変形および分裂し易くなる。(3)粘度比を変化させた場合,粘度比が1の場合に液滴は最も変形よび分裂し易くなる。また,粘度比が10の場合には,液滴は変形し難くほぼ固体球のように運動する。2.液液二相流(垂直管内の液相中にある上昇気泡シミュレーション)(1)単一気泡の形状は,既存の数値計算結果と良く一致した。なお,本手法では,密度比が1000倍まで安定に計算できることを確認している。二相系格子ボルツマン法を用いて密度比が1000倍の計算をした例は,世界的に見ても初めての試みである。(2)多数の上昇気泡流では,エトベス数が小さい場合には,最初小さな気泡同士が合体して徐々に大きくなり,最終的には1つの大きな砲弾型のスラグ気泡が流路断面を満たすように上昇する。一方,エトベス数が大きい場合には,気泡の底部が少しくぼんだ形や偏平した形で上昇しながら合一と分裂を繰り返し,様々な形状の気泡が複雑に変形しながら上昇する。二相系格子ボルツマン法を用いて,気液および液液二相流に適用できる新しい3次元界面ダイナミクス解析法を開発し,それを用いて気液および液液二相流の基本的問題に適用し,手法の妥当性および精度を検証した.本年度得られた成果は下記の通りである.1.液二相流に適用可能なガリレイ不変性を満たし擬似流動の小さい二相系格子ボルツマン法を開発した.2.一方の成分の液相の中に他方の成分の液滴を置き,その状態でせん断流れを作用させ,無次元数(キャピラリー数および粘度比)を変化させたときの液滴の変形および分裂の挙動を解析し,既存の実験結果と比較することにより,開発した手法の妥当性および精度を検証した.3.一方の成分の液相の中に他方の成分の液相ジェットを吹き込んだときのジェットの分裂挙動を解析し,既存の実験結果と比較して手法の精度を検証した.平成12年度に開発した液液二相流解析法を基に密度比が大きな気液二相流解析法を開発し,基本的な気液二層流間題に適用して手法の妥当性および精度を検証した。本年度得られた成果は下記の通りである。1.平成12年度に開発した方法を基に大きな密度比(1000倍)の取り扱いならびに重力効果を導入し気液二相流へ適用可能な手法を開発した。大きな密度比の場合に重要となる圧力場の計算方法を工夫した。2.垂直管内に液相の中に単一気泡を配置し,無次元数(エトベス数およびモートン数)を変化させたときの気泡の形状および終端速度について計算し,既存の実験結果および数値計算結果と比較して良好な計算結果(誤差数%以内で一致)が得られた。

3.垂直管内の液相の中に多数の気泡を配置し,ボイド率を変化させたときの流動形態の変化を計算し,既存の実験結果と比較して定性的に妥当な結果が得られた。定量的な比較については,引き続き実施の予定。4.平成12年度および13年度の研究結果を踏まえて,開発した手法の問題点を整理し,次段階の研究の課題を以下のようにまとめた。(1)液液二相流解析法においては,実用上重要となる界面活性剤の効果の導入が必要である。(2)気液二相流解析法においては,特に密度比が大きい場合に圧力場の高速解法の検討が必要である。(3)両者の解析法ともに計算精度および実用性の更なる検証が必要である。
相関の強い電子系における多体効果及び超伝導機構の理論的研究

電子間のクローン斥力の強い系での超伝導体を対象とした研究を行った。これらの超伝導では、超伝導ギャップがフェルミ面上で一様に聞かずに、ノードと呼ばれる超伝導ギャップがゼロになる点や線を持つ。このことは超伝導状態での物理量に反映され、温度に対し中的な振舞いをもたらす。これらの実験は超伝導の発現機構を考える上で重要である。この温度依存性の他に外場依存性の理論を提唱されているが、本研究では、その基礎となる理論を検証し、正しい理論を構築した。YipとSauls('92)やvolovik('93)らによって、異方的超伝導体では、外場に対する応答が特徴的な振舞いをすることが予言された。これらの理論に基づくとノードの存在ばかりでなく、ノードの位置を決めることができるので、多くの研究がなされてきたが、本研究では、上記の理論に基づいて計算するのではなく、この理論の基礎を問い、誤りであることを見いだした。まず非線形マイスナー効果の理論を構築した。この理論では、おもに磁場侵入長の磁場変化を見る。YipとSaulsは超伝導電流のベクトルポテンシャルに対する応答の非線形項が、非解析的な関数になることを予言した。彼らの理論では外場の非局所性は無視されていたが、非局所性を取り入れて摂動展開を行うと、摂動の各次数は収束し、非解析的な応答は現れないことが示された。よってノードのある系でも、磁場侵入長の補正項は、磁場の二乗に比例し、巾の大きさではノードの存在を証明することはできない。またこれまでの理論では常磁性項のみを計算していたので、ゲージ不変な理論になっていなかった。本研究ではゲージ不変な理論を導いたが、これにより、一般的な反磁性項が効くために、磁場のかける方向による角度依存性は、これまでの理論と異なりノードの位置を単純には決めることができないことが示された。次に磁束格子状態の理論に取り組んだが、この問題においても、非局所性によりエネルギースペクトルのシフトは存在せず、ゼロエネルギーには状態密度が誘起されないことが示された。
〇次元ラティスイデアルの普遍グレブナー基底の探究

純粋数学と応用数学の両者に深く拘わる0次元ラティスイデアルの普遍グレブナー基底について、その代数的基礎理論を構築し、可換代数と代数幾何への理論的有効性とともに、整数計画、符号理論、統計数学などへの実践的有効性を多角的に探究することが当該基盤研究の申請書類作成段階における目的であった。当該基盤研究の研究成果を列挙する。第1に、有限グラフに付随するトーリックイデアルから得られる0次元ラティスイデアルの普遍グレブナー基底の具象的研究を展開し、その構造を有限グラフの言葉で記述することに成功した。第2に、有限グラフの整数計画問題にいわゆるGomoryのrelaxationと呼ばれる整数計画の技巧を使うことが可能なとき、最適解を探すための計算量を有限グラフの組合せ論を使って決定する研究を推進した。第3に、0次元ラティスイデアルのcorner polyhedronを有界な凸多面体と凸錐のMinkowski和として表示する研究を推進し、その多面体的諸性質についての顕著な結果が得られた。第4に、統計数学における分割表のマルコフ基底に関する代数的研究を展開し、完全多重グラフのトーリックイデアルに付随する統計モデルを提唱し、その統計学的な解析を遂行した。以上の研究成果は、整数計画問題の代数的な分析の展開に十分な貢献をする。他方、当該基盤研究においては、海外から著名な研究者を招聘し、2件の国際会議を開催した。それらは(1)可換代数と代数幾何(於、大阪大学)平成16年3月、(2)グレブナー基底の理論的有効性と実践的有効性(於、立教大学)平成17年8月、である。有限グラフの隣接行列から生起するトーリックイデアルから得られる0次元ラティスイデアルの計算代数的研究を展開した。そのようなトーリックイデアルの代数的組合せ論は,既に申請者らが樹立し,たとえば,正規となる必要十分条件などは完全に解明されている。有限グラフGとその極大面σがあったとき,σによる局所化によって得られる0次元ラティスイデアルを考え,その普遍グレブナー基底をGとσの組合せ論で綺麗に記述することができた。これが第1の研究成果である。そのような0次元ラティスイデアルの有限自由分解の構造を解明することは平成16年度の仕事である。次に,第2の研究成果は,整数計画における計算量についての理論的な側面の研究を実施したことである。有限グラフのトーリックイデアルに付随する整数計画問題は輸送問題などの著名な整数計画を含み,加えて,完全マッチングを探す組合せ最適化問題などとも関連し,整数計画の分野における重要な研究対象である。有限グラフの整数計画問題にいわゆるGomoryのrelaxationと呼ばれる整数計画の技巧を使うことが可能なとき,0次元ラティスイデアルの普遍グレブナー基底を使って最適解を探すことが可能である。その最適解を探すための計算量をGとσの組合せ論から決定することを試みた。第3の成果は,統計数学に現れる分割表の理論にトーリックイデアルの組合せ論を応用し,Indispensable binomialと被約グレブナー基底との相互関係を探求したことである。純粋数学と応用数学の両者に深く拘わる0次元ラティスイデアルの普遍グレブナー基底についてその代数的基礎理論を構築し,可換代数と代数幾何への理論的有効性とともに,整数計画,符号理論などへの実践的有効性を多角的に研究することが当該基盤研究の到達目標である.具体的には,トーリックイデアルに付随する

0次元ラティスイデアルの普遍グレブナー基底を組合せ論的に探索すること,その普遍グレブナー基底の情報から元来のトーリックイデアルの代数的な構造がどこまで解析できるかを明らかにすること,その普遍グレブナー基底を使って元来のトーリックイデアルに付随する整数計画,符号理論の問題の実践的解決にどこまで貢献できるかを明らかにすることなどが挙げられる.平成16年度は,有限グラフの隣接行列から生起するトーリックイデアルから得られる0次元ラティスイデアルの研究を,平成15年度に得られた成果を踏襲しつつ,総括的に展開した.そのようなトーリックイデアルの代数的組合せ論の基礎は,既に,申請者らが樹立し,たとえば,正規性の条件などは完全に解明されている.平成16年度における第1の仕事は,統計数学に現れる著名なトーリックイデアルについて,その代数的な構造を具象的に探究しindispensablebinomialと極小生成系の一意性などの具象的理論を有限グラフのトーリックイデアルの立場から構築した.第2の仕事は,整数計画における計算量についての理論的な側面の研究を継続した.具体的には,輸送問題など有限グラフのトーリックイデアルに付随する整数計画問題にいわゆるGomoryのrelaxationと呼ばれる技巧を使うことが可能なとき,0次元ラティスイデアルの普遍グレブナー基底を使って最適解を探すことが可能であるが,その最適解を探すための計算量を有限グラフの組合せ論を使って評価することを試みた.純粋数学と応用数学の両者に深く拘わる0次元ラティスイデアルの普遍グレブナー基底について、その代数的基礎理論を構築し、可換代数と代数幾何への理論的有効性とともに、整数計画、符号理論、統計数学などへの実践的有効性を多角的に探究することが当該研究の当初の目的であった。当該年度においては、平成15年度と平成16年度の研究成果を踏まえ、統計数学の分割表の解析におけるマルコフ基底の代数的研究、および、ジェネリックイニシャルイデアルの代数と幾何についての研究を推進させた。具体的には、前者においては、分解可能モデルのマルコフ基底を具象的に探究し、その代数的な解釈、特に、グレブナー基底であることの意義を考察し、加えて、完全多重グラフに付随する統計モデルの提唱とその解析を展開した。後者においては、単項式イデアルのGINとLEXのベッチ数列の比較問題、可換代数と代数幾何に現れる著名なイデアルのジェネリックイニシャルイデアルを具体的に計算する問題を考察するとともに、有限グラフの頂点被覆代数を定義し、具体的な有限グラフの頂点被覆代数の構造を決定した。他方、日本学術振興会国際研究集会「グレブナー基底の理論的有効性と実践的有効性」を平成17年8月、立教大学に於いて開催し、海外から10数名の研究者を招聘し、計算代数、可換代数、統計数学、符号理論などにおけるグレブナー基底の最近の潮流を探究し、将来の展望を議論した。当該基盤研究の外国旅費の一部は、その海外招聘研究者の旅費に使われた。なお、当該基盤研究の研究成果は、研究代表者らが組織委員を務める、京都大学数理解析研究所の平成18年度プロジェクト研究「グレブナー基底の理論的有効性と実践的有効性」の研究活動に継承される。
安定同位体ラベル-NMRスペクトルによる蛋白質の動的高次構造の研究

蛋白性プロテアーゼインヒビターSSIの主鎖カルボニル炭素【^(13)C】-NMRスペクトルの帰属を大幅に進行させた。SSI生産菌の培養培地の再検討を行い、従来は極めて低いラベルアミノ酸取り込み率しか得られなかった、二,三の残基について良好な結果を得た。特にグルタミン酸およびグルタミンは従来の結果は著しく不満足であったが、無糖培地でのSSI生産条件の確立から、直ちに全ての残基の帰属を【^(15)N】,【^(13)C】-ダブルラベル法を用いて完了させることができた。このようにして帰属を一歩一歩追うたことから、主鎖金113残基の約70%もの残基の位置特異的帰属を達成した。このように数多くの帰属の確定したカルボニルシグナルを持つ蛋白質は他になく、我々の年来主張している、カルボニルシグナルのネットワークを利用する蛋白質の溶液内を体構造(変化)の"モニターシステム"の完成へ向って大きな一歩を印した。当該年度における実施計画は概ね順調に進行しつつあるが、特に50%重水中におけるカルボニルシグナルの線型を利用するDEALS法の確立は最も特記すべき成果であり、昨年9月のドイツにおける生体系磁気共鳴国際会議の招待講演として発表し、現在論文を作成中である。
超好熱菌の新規な構造を持つキチナーゼとキチン資化経路に関する研究

これまでに超好熱始原菌T.kodakaraensisKOD1由来キチナーゼが1分子内に2つの異なる切断様式の触媒ドメインを有し、キチンを2糖(GlcNAc_2)にまで分解する事を明らかにしてきた。一方で、T.kodakaraensisゲノムにはGlcNAc_2代謝系酵素の相同遺伝子が存在していない。そこで平成14年度は、本菌のGlcNAc_2代謝に関わる酵素を同定し、その代謝経路を明らかにする事を目的とした。GlcNAc_2のβ-1,4-結合分解活性を指標にKOD1株無細胞抽出液からN-acetyl-β-glucosaminidase(NAGase)を部分精製し、活性染色により目的タンパク質を同定した。そのN末端アミノ酸配列から対応する遺伝子をT.kodakaraensisゲノム中に見いだした。本遺伝子は2358塩基からなり786アミノ酸残基のタンパク質をコードしており、その推定アミノ酸配列はN末端側の約4分の1がβ-ガラクトシダーゼと相同性を示したが、残りの4分の3は始原菌の機能未知タンパク質以外とは相同性を示さなかった。本遺伝子を大腸菌で発現させ、精製した組換え体は予想に反しGlcNAc_2は分解せず、脱アセチル化されたGlcN_2を分解するexo-β-D-glucosaminidase(Tk-Glm)であることを明らかにした。無細胞抽出液に認められたNAGase活性は脱アセチル化酵素とTk-Glmによる二段階反応によるものであると推定され、新たなキチン代謝経路の存在が示唆された。Tk-Glmは90kDaのサブユニットからなるホモ2量体で、反応至適pH、温度はそれぞれ6.0、80°Cであった。キトサンオリゴ糖やその還元体の分解物のTLC分析から、本酵素はオリゴ糖の非還元末端から単糖単位で加水分解するエキソ型酵素であることを示した。本酵素はexo-β-D-glucosaminidaseとして初めて遺伝子が同定されたものである。現在、本研究の成果をまとめた論文を学術誌に投稿中である。
新しい学力観に立つ算数・数学教育にふさわしい「図形」領域に関する基礎的研究

これからの教育では、その質の充実が強く要請されており、算数・数学科の指導においても、論理的な思考に優れ、豊かな直感を働かせることのできる児童・生徒の育成を図る方向で新しい学習指導要領が作成され、それに基づく教育が現在小・中・高等学校においてそれぞれ実施されている。ところが、「図形」領域の教育についての基礎的研究は、他の領域に比べて歴史も浅く、低調であり、遅れている。本研究は、図形概念の形成及び図形領域で取り上げる論証の2つに焦点を当て、小・中・高等学校の全体を視野に入れて図形領域のカリキュラムなど学習指導改善の基本的な視点を明らかにすることを目的として展開された。研究成果の主要な部分は、まず、我が国における学校数学の現状と課題を検討し、それらを明らかにしたことである。すなわち、正否の判断や的確な表現に関する力が不十分であり、それらを高めることが学校数学の大きな課題になっていることを明らかにした。次いで、新しい学力観に立つ学校数学について、その理念の特徴とその実践への具体化の視点を明らかにしたことである。すなわち、新しい学力観に立つ教育では、子どもの学ぶ意欲と主体性の強化が重要であり、それらを踏まえて学校数学の改善の視点を整理した。さらに、我が国への図形(幾何)教育の移入・確立・定着の課程に視点を当てて歴史的な考察を行った。この検討により、我が国の古い数学(和算)の伝統であり、よさである直感及び帰納における優位性と西洋数学の形式性・論理性との調和が必要であることを提起することができた。さらに、それらの基礎的研究を踏まえて「図形学習における実践的研究」及び「図形学習における比較研究」を進め、図形学習に関する諸課題を明らかにするとともに、図形学習を改善するための多くの知見を引き出すことができた。小中学校の算数・数学科で取り上げる内容の中で「図形」にかかわる内容は、「数と計算」(算数科)及び「数と式」(数学科)の内容に次いで多く、重要な内容である。これからの教育では、その質の充実が強く要請されており、算数・数学科の指導においても、論理的な思考に優れ、豊かな直観を働かせることのできる児童・生徒の育成を図る方向で新しい学習指導要領が作成され、それに基づく教育は小・中学校においてそれぞれ全面実施されている。ところが、図形のカリキュラムについての基礎的研究は、数と計算や数と式に関わる内容に比べて歴史が浅く、低調である。本研究は、図形概念の系統及び図形領域で取り上げる論証の系統の2つの系統に焦点を当てるとともに小・中・高等学校の全体を視野に入れて図形領域のカリキュラム改善の基本的な視点を明らかにし、それらに基づいて、21世紀を見通した図形領域のカリキュラム試案を作成し提案することを目的とし、平成7・8・9年度の三ヵ年に渡って展開されることとなっている。その際、特に(ア)図形概念の系統と論証の系統の相互の関連に着目すること、(イ)具体的な操作や実験・実測、アクション・プル-フなどの活動を内容として位置づけること、(ウ)論証を構成する活動を重視することの3点に留意する。本年度は、基礎的な研究を中心として研究を推進した。その第一は、我が国の中学生における図形の論証能力の実態を既に実施された国内諸調査の分析を通して把握することである。第二は、図形の概念形成についての基本的な問題点を先行研究などにもとづいて明らかにすることである。第三は、我が国への図形教育の移入・定着の過程を分析するとともに図形の論証指導の今日的課題を明らかにした。いずれに、年度末に刊行予定の第一年次報告書(80頁程度)に収録される。