hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
2本腕ロボットの利き腕機能に関する研究

1)各関節部に作用する摩擦力などを考慮したロボットの力学的挙動を記述するシミュレ-ションプログラムを開発した.これにより,各腕の制御手法の検討が計算機上で行えるようになった.2)人間の利き腕特性を,利き腕はすばやさ・器用さに,非利き腕は物体の保持能力に代表させ,その特長を表現する各種の制御方法を検討したその結果,利き腕には,レギュレ-タの学習制御を,非利き腕には,積分型サ-ボ則を適用することにより,マッチを擦る,メモをとるなどの動作を,人間に近い動作で繰り返すことができることを確かめた.3)力制御,協調制御の導入を図り,両手でバネを握り,バネを伸縮させながら,手先が基準軌道に沿って移動する作業を対象とし,先端に作用する力を軌道精度との関係を統一的に調べた.その結果状態フィ-ドバック則とフィ-ドホワ-ドとの組み合わせによって,力制御と位置制御の両立が図れることが分かった.(以上は主に初年度実績)4)予め指定された作業については,学習制御則が有効であることが知れたが,一回ごとに異なる作業や刻々変化する環境下での作業には,変化する外乱を時々刻々推定しながら,制御パラメ-タを調整する適応制御が有効である.そこで各種の適応制御アルゴリズムを検討し,最も好ましい適応則を実験ロボットに適用し,その有効性を検証した.5)適応アルゴリズムによる制御演算量の増大をカバ-するために,DS Pボ-ドを活用し,多自由度双腕ロボットシステムの適応制御系を実現した.
救急医療における遺族支援のための実践モデル開発

本研究は、平成18年度より3年間の計画で、第3次救急医療施設において、患者の治療中から死後までの継続した家族・遺族支援をおこなうための実践モデルを開発することを目的として実施した。主な研究成果は、第3次救急医療施設に心肺停止状態で搬送され、入院に至らずに亡くなった患者家族に対して現状調査を量的・質的に実施した。結果、救急医療施設における家族・遺族の現状及びニーズを明らかにした。また本研究と並行し、研究協力病院スタッフにより、看護師、医師、事務職員の家族・遺族支援についての現状調査が実施され、救急外来における医療従事者の対応について検討がなされた。これらの研究結果を踏まえて、現在「救急医療における遺族支援のための実践モデル」を試案作成し検討中である。本研究の目的は、救急医療における遺族支援についての実践モデルを構築することである。本来医療機関における遺族への支援は、患者搬入時から始まり、患者死亡後は、地域へとつながっていく。突然家族を失った遺族が、患者治療中どのようなニーズを医療機関に持っているのか、また地域においてはどのような支援を必要としているのかについて、わが国において調査し、検討された先行研究はほとんど見当たらない。そのため本研究においては、まずは突然死の患者遺族のニーズ調査を実施し、救急医療が遺族支援にどのように関わることが出来るのかを検討し、モデル化する。今年度は、3年計画の1年目のため、まずはニーズ調査を実施した。調査内容(1)A救命救急センターに心肺停止状態で搬入され、外来死した症例について、センター開設後の2003年から2006年3月までの情報収集をカルテより実施(約450名)。(2)外来死した患者家族へのインタビュー調査の実施。(3)救急外来の看護師による家族ケアについての意識調査を実施。成果報告(1)2006年度関西社会福祉学会に報告(標題「救急医療における遺族支援のための実践モデル開発」)3月。関西社会福祉学会ニューズレター掲載予定。(2)龍谷大学論集,470号(標題「救急医療における遺族支援のあり方」)印刷中。(3)第95回近畿救急医学研究会に研究協力者が報告(標題「救急現場における家族看護に求められるケアー第一報-初療室看護師の家族看護に対する意識調査」)3月。今後の予定Aセンターで2003年から2006年3月までに心肺停止状態で搬入され、外来死した患者家族で、調査に際して倫理的な問題がない人約350名に、質問紙(郵送法)調査を実施(送付準備中、近日発送予定)。結果をふまえて医療従事者へのインタビュー調査の実施。倫理的配慮本研究は、A救命救急センターの倫理委員会の承認を得て実施。平成19年度は、主に遺族への調査研究を実施するとともに、遺族支援のための実践モデル構築に向け、医療従事者にその結果をフィードバックし、その評価を受けた。具体的には、救命救急センターに心肺停止状態で搬送され、入院に至らずに亡くなった方のご遺族に対する質問紙調査を平成18年度に継続して行った。また質問紙調査に回答していただいたご遺族に、追加調査としてインタビュー調査を実施した。質問紙は、平成1819年で合計395名に送付し、103名より回答を得た。また直接のインタビューに承諾が得られたのは、31名であった。医療に対する満足度は、「満足」と答えた人が80%を超えていた。しかしその「満足」の内容については、病院に搬送された時から心肺停止状態であったことより、「仕方がない」という認識から「満足」と答えているという結果であった。またお別れの時間が「不十分だった」と答えた人が、40%以上いたことから、救命救急センターでのお別れの時間の持ち方については特に課題が残った。複雑性悲嘆については、43%の人が高い値を示していた。さらに複雑性悲嘆とうつ尺度は相関関係を示していた。量的調査結果に基づき、インタビュー調査を実施した。インタビュー調査では、今回のエピソードを含めた心理的要因、環境要因等を詳細に確認した。現在インタビューは継続中であり、インタビュー結果を踏まえた分析について、現在進行中である。結果のフィードバックについては、調査協力病院への説明会、関連学会への報告、遺族支援実践プログラム講習会の開催等を実施し、評価を得た。本研究は、平成18年度より3年間の計画で、救急医療施設において、患者の治療中から死後までの継続した家族・遺族支援をおこなうための実践モデルを開発することを目的として実施した。本研究の最終年である平成20年度は、平成18、19年度に実施した遺族への質問紙調査の追跡調査をインタビュー形式で実施した。

救命救急センターで受けた治療や対応について、質問紙には記載されなかった発症から治療、死亡、死亡退院後現在に至る家族のプロセス等について聞き取りながら、救急医療施設でどのような支援が遺族にとって助けになったのか、また不適切だと思われた点等について確認した。遺族の回答には個別性があり、統一した見解を導き出すことは困難であった。例えば、対面した遺体がきれいだったことに安心する遺族もいれば、「遺体がきれいだったことで、なぜ死に至ったのか、そして本当に治療してもらえたのかという疑問をもった」と答える遺族もいた。家族の治療場面への立会等についても賛否両論であった。しかし共通している点もあった。家族・遺族にとって、「患者は最善のことをしてもらえた」と思えることは重要なポイントであり、それは医療従事者との関わりの中でしか、形成できない点であった。本調査と平行し、研究協力病院において看護師、医師と初期対応に当たる事務職員の意識調査が実施され、救急外来でのケアについて検討がなされた。これらの研究結果を踏まえて、現在「救急医療における遺族支援のための実践モデル」を試案作成し検討中である。
小児造血幹細胞移植医療における小児歯科からの介入

小児造血幹細胞移植患児は著しい口腔粘膜の炎症を受けQOLが低下するばかりか,口腔常在菌による全身的感染症の危険性もある。また,口腔粘膜障害は疼痛により口腔清掃が困難になり,衛生状態の悪化をきたすことにより,症状が重篤化するケースが少なくない。そのため効果的な口腔ケア方法の確立が急務と言える。今回,3DSを応用した口腔内除菌システムを試作し,実際の患児の口腔ケアに応用し,患児の唾液に含まれる細菌数を計測することで口腔内除菌効果を評価した。また,NIH作成の有害事象共通用語規準を改変した頬粘膜と歯肉の粘膜炎評価基準を作成し,3DS適応群と対照群の炎症状態を比較した。その結果,対照群の唾液中に含まれる細菌数はほとんど変化しなかったのに対し,3DS適応群では有意に細菌数の減少が認められた。また,対照群では粘膜状態にほとんど変化が認められなかったが,3DS適応群では粘膜炎が優位に改善した。さらに正常口腔粘膜細胞Gin-1を用いたin vitroの実験により,化学療法剤L-PAMは細菌由来高分子LPS,LTAと相乗的に細胞障害を起こしたことから,LPSおよびLTAが粘膜障害の増悪因子となっている可能性が示された。このことから,小児造血幹細胞移植患児への3DSを応用した口腔ケアより,口腔内細菌数が減少することで,LPSおよびLTAと化学療法剤の相互作用によって惹起される口腔粘膜炎を予防できる可能性が示唆された。このことから,小児造血幹細胞移植患児への3DSを応用した口腔ケアの口腔内除菌効果と,粘膜炎の予防効果が示唆された。今後,さらに口腔内常在菌の除去が粘膜炎症を軽減させるメカニズムをin vivoの実験にて明らかにする。
水素包接水和物の吸蔵特性・機能制御―穏和な条件における高効率水素貯蔵を目指して―

近年、エネルギー資源不足と地球温暖化の解決策として、石油などの在来型化石燃料から天然ガス、さらにはよりクリーンな水素燃料へと転換が進んでいる。本研究では、ガスハイドレートを利用した水素貯蔵・輸送技術に着目し、従来非常に低温・高圧を要した純粋水素ハイドレートの生成条件を穏和にする種々の第二成分を含んだ、水素+第二成分混合ガスハイドレートの熱力学的安定性、第二成分に依存した格子構造と水素の籠占有性について検討した。最初に、水素+アルゴン混合ハイドレート系を対象とし、水素の籠占有性と異分子同時占有の可能性について検討した。ハイドレートに抱接された、ある一定圧力より高圧力域では4分子の水素とアルゴンが大籠を競争的に占有することを示した。次に、構造II型ハイドレートを形成する五員環分子を第二成分とし、水素混合ハイドレート系における安定境界曲線の測定ならびに水素貯蔵能力の比較を行った。対象とした系では、熱安定性や水素包接量に有意な差は見られないものの、テトラヒドロチオフェンやフラン、シクロペンタン系における吸蔵初速度はテトラヒドロフラン系を大きく上回ることを明らかにした。最後に、比較的高い平衡温度を持ち、組成に応じて複数の水和物構造をとりうるセミクラスレートハイドレートに着目し、それらを形成する第二成分を選択して、熱力学的安定性とその圧力・組成に対する依存性について検討した。特筆すべき結果として、第四級アンモニウム塩混合系では、低組成水溶液から調製した混合ハイドレートの場合、圧力誘起による構造相転移が起きることを見出した。それによってより水素を抱接しやすい構造が出現し、包接量が劇的に増加することを確認した。これらの成果は学術論文や国内外での学会発表を通して報告しており、関連分野の研究者から高い関心・評価を得た。
コイの補体第1成分(C1)および第2成分(C2)の単離

コイの血清から補体第1成分(C1)を各種クロマトグラフィーを組合わせることによって単離した.その際,カラゲナン処理コイ血清(C1を欠く)をC1検出用試薬として用いた.コイ血清300mlから最終的に役2.8mgのコイC1が得られた. C1の溶血活性の最終回収率は18%,タンパク質量の回収率は0.023%で精製度は78.8倍であった.得られた精製C1はセファロースCL-6Bゲルクロマトグラフィーにおいて単一ピークを示し,また抗コイ全血清抗体(ウサギ)に対する免疫電気泳動において1本の沈降線を与えた.コイのC1の分子量は約102万で,その溶血活性はEDTA添加によって阻害されたが, Ca^<2+>を含む緩衝液に対して透析することによって回復した.このことは,コイのC1が哺乳類のC1と同様,その活性化にCa^<2+>を必要とする複合タンパク質であることを示唆している.さらに,コイのC1は加熱処理(50°C, 15分)ないしカラゲナン処理によって容易に失活したが,アンモニア処理,ヒドラジン処理およびザイモサン処理によってはほとんど影響を受けなかった.これらの実験結果は,ヒトやモルモットのC1について得られた結果とよく一致しており,コイのC1が分子構造においても哺乳類のC1と類似していることを示している.次に,各種クロマトグラフィーを組合わせてコイの補体第2成分の単離を試みたが,コイ血清中のC2含量が予想以上に少なく,かつC2が極めて不安定であったため成功しなかった.しかし,感作ヒツジ赤血球(EA)にCa2+のみの存在下でコイ血清を作用させて得られる溶血中間複合体EAC1, 4(Yanoetal, 1986)に,さらにヒドラジン処理コイ血清(C3を欠く)を作用させるとEAC1, 4, 2が得られること,およびEAC1, 4, 2とC3との反応には2価イオンは必要でないことなどを実験的に証明することができた.現在,より多量のコイ血清(23l)を用いてC2の単離を試みているが,将来はさらにC3およびC5の単離にも取り組みたい.コイの血清から補体第1成分(C1)を各種クロマトグラフィーを組合わせることによって単離した.その際,カラゲナン処理コイ血清(C1を欠く)をC1検出用試薬として用いた.コイ血清300mlから最終的に役2.8mgのコイC1が得られた. C1の溶血活性の最終回収率は18%,タンパク質量の回収率は0.023%で精製度は78.8倍であった.得られた精製C1はセファロースCL-6Bゲルクロマトグラフィーにおいて単一ピークを示し,また抗コイ全血清抗体(ウサギ)に対する免疫電気泳動において1本の沈降線を与えた.コイのC1の分子量は約102万で,その溶血活性はEDTA添加によって阻害されたが, Ca^<2+>を含む緩衝液に対して透析することによって回復した.このことは,コイのC1が哺乳類のC1と同様,その活性化にCa^<2+>を必要とする複合タンパク質であることを示唆している.さらに,コイのC1は加熱処理(50°C, 15分)ないしカラゲナン処理によって容易に失活したが,アンモニア処理,ヒドラジン処理およびザイモサン処理によってはほとんど影響を受けなかった.これらの実験結果は,ヒトやモルモットのC1について得られた結果とよく一致しており,コイのC1が分子構造においても哺乳類のC1と類似していることを示している.次に,各種クロマトグラフィーを組合わせてコイの補体第2成分の単離を試みたが,コイ血清中のC2含量が予想以上に少なく,かつC2が極めて不安定であったため成功しなかった.しかし,感作ヒツジ赤血球(EA)にCa2+のみの存在下でコイ血清を作用させて得られる溶血中間複合体EAC1, 4(Yanoetal, 1986)に,さらにヒドラジン処理コイ血清(C3を欠く)を作用させるとEAC1, 4, 2が得られること,およびEAC1, 4, 2とC3との反応には2価イオンは必要でないことなどを実験的に証明することができた.現在,より多量のコイ血清(23l)を用いてC2の単離を試みているが,将来はさらにC3およびC5の単離にも取り組みたい.コイの補体第1成分(Cl)を次の操作(14)によって精製した。Clの検出にはカラゲニン処理コイ血清(Cl以外の全補体成分を含む)を使用した。2.QAE-セファデックスクロマトグラフィー上記Cl画分を濃縮後、20mMトリス塩酸緩衝液(140mM NaCl,5mM Ca【Cl_2】,pH8.0)に対して透析し、同緩衝液で平衝化したQAE-セファデックスカラムに添加し、同溶液でClを溶出した。3.セファロースCL-6Bクロマトグラフィー上記溶出液を濃縮後、2で用いた緩衝液で平衝化したセファロースCL-6Bカラムに添加し、同溶液を用いてゲル濾過を行ない、Cl画分を集めた。コイ血清500mlから約6mgの精製Clが得られた。Cl活性の最終回収率は1216%であった。精製Clは免疫電気泳動的に純粋で、分子量102万であった。

この精製Clは【Ca^(2+)】存在下においてのみEA(コイの抗体で感作したヒツジ赤血球)と反応し、熱処理(50°C,15分)ないしカラゲニン処理によって容易に失活した。コイのClはまたEDTA存在下で35個のサブコンポーネントに別れるが、哺乳類のClと違ってEDTAに対して不安定なため、現在のところ、正確なサブコンポーネント数およびそれらの分子量の決定までには至っていない。今後更に研究を続ける予定である。
レーザーパルス蓄積空洞と電子蓄積リングを用いた高効率偏極ガンマ線生成

2枚の球面ミラーを使ったパルスレーザー光蓄積空洞を高エネルギー加速器研究機構の先端加速器試験装置(ATF)の電子ストレージリングに挿入しガンマ線の発生実験をおこなった。このレーザー蓄積空洞は入射レーザー光を蓄積し約250倍に増大させる性能を持つ。この実験では電子ストレージリング一周回あたり約26個、1秒あたり10^8個のガンマ線を生成する事に成功した。平成18年度は主として次の4点の研究を行った。1)既存の光学共振空洞と球面ミラーを使ったレーザー蓄積空洞の研究2)電子ビームラインへの組込みに最適化した光学共振空洞の設計と制作3)誘電体多層膜放物面ミラーの研究4)各種空洞形式の研究これら2点の、各々の研究実績は以下のとおりである。1)既存の光学共振空洞(2ミラー空洞)と球面ミラーを利用して、レーザー蓄積フィードバックの研究をCWレーザーとパルスレーザーの両者にたいして行った。2)電子ビームラインへの組込みに最適化した光学共振空洞(2ミラー空洞)を設計し制作した。設計に当たっては、電子ビームラインのインピーダンスと真空度を悪化させないように光学共振空洞中に電子ビームパイプを組込むという独自の設計を採用した。また光学共振空洞はその外部を覆う真空チェンバーと一体化し、かつ機械的に安定な構造となるように、肉厚で大直径のステンレスの円筒構造に穴を多数開けたものを採用した。この大直径を生かし、電子ビームパイプを端板を通して固定する構造を採用する事により、電子とレーザーの交差角を12度と小さくする事が出来た。3)誘電体多層膜放物面ミラーの調査研究を行った。この研究は次項(4)に述べる各種空洞形式の研究の進展を勘案しながら今後も継続する。4)4ミラー空洞についての研究を進めた。当初、4ミラー空洞は2枚の平面ミラーと2枚の放物面ミラーを使うものを考えて研究を進めた。しかし研究を進める中で、4ミラー空洞には多くの利点があり、そのうちの多数は放物面ミラーを使用せずとも実現できる事が分かった。そこで2枚の平面ミラーと2枚の球面ミラーを使う4ミラー空洞の検討も同時に進める事とした。19年度は以下の3点の研究を行った。(a)昨年度制作した2枚の球面ミラーを使った光蓄積空洞を、真空チェンバーの中に入れ、それをKEKの先端加速器試験装置(ATF)の電子リングに挿入しガンマ線の発生実験を行った。19年度中は、まだ各部の性能が十分ではなく設計性能には到達していないが、ガンマ線の発生は確認できた。(b)光蓄積空洞への円偏光レーザー光の蓄積に関する理論的研究を行った。円偏光を蓄積する事は原理的には簡単であるが、ミラー面での位相の変化の為に、高い蓄積度との両立が実現できるかどうかは自明ではない。理論的研究により、2枚の球面ミラーを使った空洞では問題なく蓄積できる事を確かめた。一方、4枚ミラーの空洞では、ミラーが同一平面にある場合は問題を生じる可能性が高い事も確かめられた。(c)4つのミラーを使った光蓄積空洞の基礎実験を行った。4ミラー空洞は、ミラーの設置精度のトレランスを緩和する為に有効であるが、設計やフィードバックの難しさの為に実現は容易ではない。4ミラー空洞に関する理論的研究を行うとともに、市販の部品を組み合わせた簡単な低蓄積率の空洞を制作して、基本的性質についての実験を行った。20年度は以下の3点の研究を行った。(a)昨年度KEKの先端加速器試験装置(ATF)の電子リングに光蓄積空洞を挿入しガンマ線の発生実験を始めたが、20年度中は、引き続き各種の条件でのガンマ線生成実験を続けた。特に電子リングをマルチバンチ・モードで運転した状態でのガンマ線生成実験に力を入れた。マルチバンチの場合は、各種のビーム不安定性のためすべてのバンチにレーザービームを同様に衝突させる事が困難になる。この問題についての研究行った。(b)光蓄積空洞へのレーザー光の蓄積を維持するためのフィードバックは、単独では昨年度から良好に動いていた。しかし、ここに電子ビームとの同期をとるためのフィードバックを同時に働かせると、光の蓄積を維持するためのフィードバックに干渉してその動作を不安定にするという問題があった。20年度は、2つのフィードバック回路を組み合わせ一体化した「クロス・フィードバック」方式を研究・導入してこの問題を解決した。(c)4つのミラーを使った光蓄積空洞の基礎実験を昨年度に継続して行った。特に4枚ミラー光蓄積空洞の特徴であるS波とP波の位相差が空洞長に依存する事を利用した新しいフィードバック法の研究を行った。
素粒子の超対称統一理論の解析と超対称性の破れの機構の解明

異常的LI(1)ゲージ対称性を含む超対称模型は,超対称性の破れをあらわすスカラー質量が普遍性を示さず,通常の場合と顕著な違いがある。この意味で,異常的(U(1)ゲージ対称性を含む超対称模型,特に超弦模型を分類することは興味ある問題である。私はMunchen大の小林氏との共同研究により,オ-ビフォルド構成に基づく超弦模型を解析し,異常的U(1)が現われるための必要条件を与えた。この結果の一部は既に国際会議(YKIS′95)で発表済(論文掲載予定)であり,詳細をまとめた論文を準備中である。一方で,場の理論の非自明性との関連で,以前に京都大のグループと行なった共同研究の結果を超対称な場合に拡張し,ゲージ-重項場が湯川結合をもつ場合,随伴表現場が湯川結合をもつ場合,および両者が共存する場合を解析した。その結果,随伴表現場を含む場合,くりこみ群の赤外固定点で超対称性が拡大することを示した。この結果をまとめが論文は現在準備中である。
高次元数値表の低次元数値表分割化へのHilbertの第13問題の応用

ビッグデータ処理が重要視されている今日、高次元データに対する圧縮技術、高速演算処理技術、データ転送の高速化技術などにおいて、従来の数学的手法や計算機科学的手法では対応できないことが認識されてきている。本研究では計算機科学に属する高次元数値データ処理と数学に属するヒルベルトの第13問題、すなわち多変数関数の重ね合わせ表現問題との関連性に着目し、計算機科学におけるデータ圧縮技術において、シンプソン公式に有効な数値データ圧縮方法を見出し、また数学における多変数関数表現問題において、無限回連続微分可能実関数版の解決を与えた。1.Collatz写像の1次元力学系への拡張とLee-Yorkeの定理との関係「与えられた自然数が奇数である場合は3倍して1を加え、偶数である場合は2で割る」という演算を繰り返すと、どのような自然数も必ず1に到達するというCollatz予想は、未だに未解決問題として知られ、整数論だけでなく、確率論や計算理論など、あらゆる方向からの研究が進んでいる。そしてこの問題に関しても、「無限大に発散する初期値が存在するか」や「1→4→2→1以外の周期起動が存在するか」等のような未解決問題が多いことでも有名である。本年度は、Collatz写像の連続体への拡張を考え、1次元力学系におけるLee-Yorkeの定理との関連性を見出し、Collatz写像の入れ子操作により構成される軌道の漸近的挙動解析の手段を得た。2.再生核Hilbert空間の集合値解析的分類法制御理論等で有効な再生核Hilbert空間理論をL2関数空間論に適用した場合に、再生核に基づいた集合値解析的分類が可能であることを示した。1枚の高次元数値データ表を,複数枚の低次元数値データ表に分解する際に,近似再生の過程で必要となるKolmogorov-Arnold表現に用いられる分解関数は,2次元数値表の場合10個,3次元数値表の場合21個のように,一般にn次元数値表の場合,n(2n+1)個必要であることが,Kolmogorov-Arnoldの定理により知られている.本年度の研究成果として,低次元数値表分解の対象となる場合を2次元に限定した場合,4個の分解関数では不十分である事を証明した.しかし,6個と8個の場合が未解決のまま残されている.2.Shannonの標本化定理と再生核Hilbert空間理論の関係帯域制限信号空間が,sin(t)/tという正定値関数から構成される再生核Hilbert空間であるという事実は,標本化定理の関数解析拡張可能性を示唆している.多次元標本化定理の多次元数値表データ圧縮との深い関連の存在を予想させる.1.Wierestrassの近似定理により,高次元数値表は,多変数多項式により一様近似可能であることが保障されている.そこで,近似精度を指定した場合に得られる多変数多項式をより少ない変数の多項式の重ね合わせで表現することが,1枚の高次元数値データ表を,複数枚の低次元数値データ表に分解する操作に対応する.この作業は,多変数多項式を構成するそれぞれのべき乗項の係数を決定するための連立方程式を解く問題に帰着されることを発見したため.2.多次元数値表を補間する関数族に対して多次元標本化関数のスペクトル分解を施すことにより与えられた多次元数値表が多次元帯域制限信号空間の中のある信号の測定結果として解釈できる可能性を見出したため.ビッグデータ処理が重要視されている今日、高次元数値データの取り扱いは、圧縮処理、高速演算処理、検索処理等のあらゆる点において、既存の方法が使用できないことが指摘されている。そこで本研究では、計算機科学における高次元データ処理と数学におけるヒルベルトの第13問題との関連性に着目し、ヒルベルトの第13問題、すなわち多変数関数重ね合わせ表現問題の解決に用いられた数学的手法を計算機科学におけるデータ圧縮技術に応用すること、まだ計算機科学における高次元数値データ処理の手法から得られる新しい概念を数学的に定式化することを目的とした。具体的に得られた成果は以下の通りである。数学関係1.ヒルベルトの第13問題無限回連続微分可能な多変数関数族版の解決。ヒルベルトの第13問題は、オリジナルの連続関数版に加えて、解析関数版、有限階微分可能関数版、無限階微分可能関数版等の派生問題が存在することが知られているが、本研究では、有限回の重ね合わせ表現で記述できない無限階連続微分可能な多変数実関数の例を構成した。数学関係2.多次元シンプソン公式の高精度化を目的としたデータ圧縮の開発。高次元シンプソン公式を行うために必要となる数値データは、さらに誤差評価に関する制度を落とさずに、通常の数値表データの約半分で十分計算可能であることを証明した。計算機科学関係1.ネットワーク孤立地域の特定化と発生確率の定量的評価に対する高次元数値解析の応用。ネットワーク構造を多次元数値表化する方法を提案し、誕生日重複問題との類似的関係を調査することで、ネットワークトラフィックの頑健性について定量的評価が可能であることを示した。計算機科学関係2.DHCPスプーフィング対策としてのDHCPスヌーピングとDHCPリレーエージェントとの非整合性問題。

本研究では計算機科学に属する高次元数値データ処理と数学に属するヒルベルトの第13問題、すなわち多変数関数の重ね合わせ表現問題との関連性に着目し、計算機科学におけるデータ圧縮技術において、シンプソン公式に有効な数値データ圧縮方法を見出し、また数学における多変数関数表現問題において、無限回連続微分可能実関数版の解決を与えた。非線形解析学に属する集合値解析と関数解析学に属する再生核Hilbert空間論という相異なる領域に属する2領域の間に、エントロピーを用いて記述される橋渡し的関連性が見いだせたため。具体的には、L2空間の部分空間としての再生核Hilbert空間は、正定値関数を用いて特徴づけられること、ならびに正定値関数を積分核作用素と見なした場合の固有値固有ベクトル展開定理を与えるMercerの定理が、再生核Hilbert空間で用いられる内積を厳密に表現出来る事を見出したため。1.今後の研究課題としては,連立方程式の近似解を求める「近似連立方程式理論」を適用することを検討している.これにより,高次元数値表を高精度で近似する多変数多項式を重ね合わせ表現形式で近似的に再生する複数個の多変数多項式を見つけ出すことが可能になると思われるからである.2.多次元標本化関数によるスペクトル分解を実行するシステムを構築する.通常計算機を用いた積分計算は,近似値を求めることになるが,再生核Hibert空間の場合は,その作業が不必要になるため,近似誤差の大幅な削減につながると思われる.エントロピー解析、情報理論、ネットワーク解析Mercerの定理により求められた内積は、対応する再生核Hilbert空間の閉単位球の構造を厳密に決定するが、この閉単位球を、母空間としてのHilbert空間から眺めた場合、コンパクト凸集合であることが知られている。そこで、Mercerの定理による積分核関数の公有地子乳ベクトル展開定理で得られた固有値列の分類法を、再生核Hilbert空間の分類に適用することが可能となる。この適用可能性は、集合値解析を用いて実現されるので、今後はこの方向で研究を進めていきたい。現在は、本研究を実施するための数学的道具を準備している段階であるが、今後は、高次元データ圧縮への応用を展開していきたい。高次元数値表データ圧縮技術に関して,過去2年間で培ってきた理論を,プログラムによる実装を試みるため.昨年度の申請題目に関する研究継続のため。多変数非線形連立方程式の近似解法を求めるプログラムをKolmogorov-Arnold表現定理で存在の保証された分解関数族に適用することにより,1枚の3次元数値表が複数枚の2次元数値表に分解されることを示す.1.低次元数値表データの高次元埋め込み可能性2.高次元数値表データの低次元数値表分解と近似再生システム作成3.上記研究題目1と2の相互関係調査
大学教育への援用を通した国際的なネットワーク型学習の体系化と学習成果の把握

本年度は、昨年度の理論の整理および現地調査、大学教育における試行を踏まえ、実際に教育プログラム化および海外現地調査を行い、それらの学習成果を把握した。(理論研究の継続)ASPnetおよび変容的学習に関する文献調査を継続し、協働学習に関する研究蓄積を整理した。ESDや持続可能な開発に関する研究でも頻繁に扱われるシステム思考と個別学習の先行研究を整理した。特に、持続可能な開発と教育・学習に関連する研究は現在盛んな領域で、特に海外での研究資料の収集および整理に年度後半は特化した。(大学教育でのプログラム化)本年度では、代表者・分担者の学内における教育実践を相互作用的にし、オンラインによるネットワーク型学習を不定期に行い、8月には大阪において対面式の教育実践を合宿形式で行った。参加学生らには高い非認知技能の上昇が見られた。さらに、この延長として海外におけるプログラム展開を行った。特に、SlackおよびFacebookによる横のつながりを実行し、運営の一部は参加者みずから行う流れができあがり、ネットワーク型学習の特徴となった。(現地調査)国内でのプログラム化を検証した後、欧州9カ国が集まるUNESCOバルト海プロジェクトにおいて、代表者と研究協力者により教育実践をワークショップ形式で展開し、その前後において学習成果を質問紙を用いて測定した。特に「個人の持続可能性」について、SDGsとの関連で高い上昇が見られた。また、海外参加者だけでなく帰国後の日本人学生・参加者におけるふりかえりでも、変容的学習の成果が見られたことを論文にまとめることができた。仮説として設定していた、ネットワーク型学習の成果は、異なる空間における他者との協働によって大きくなることが知見として得られることができたため。また、それに至るまでに、想定していた予算や時間よりも効率的に研究が展開できたため。2019年度は、国内外の追加的調査も行うが、主に国内外における研究成果の発信を行う。既に、5月、6月、8月に国内外の関連学会での発表、7月、9月における現地調査を行うことが予定されている。年度後半は最終報告をまとめていく。オンラインあるいは電子版での研究報告書を関係者と共有する予定である。本年度は、理論の整理、現地調査、大学教育としての試行を行った。(理論研究)これまでの研究を継続する形でASPnetの実践に関する国内外の文献調査の他、学習理論として「変容的学習」に関する国際動向を概念整理する。その中でDeSeCo三側面「活用」「協働」「自律」と「省察」に留意し、学習成果の認知領域及び非認知領域の研究理論を整理し、包括的な学習成果の捉え方を抑える。(現地調査)代表者と分担者がこれまで行った調査で得られた知見を深化させ、現地では実践手法の体系化を前提に調査する。特に、国際協働学習ネットワークとしての特徴の本質を捉えるため、「道具的学習への期待が保護者や産業界から高まる場合、いかに扱うか」、「コミュニケーション的学習を運用する場合、いかなる工夫を必要とするか」、「省察的学習を個人で終わらせることはないのか」を重点的に観察及び聞き取り調査を行った。その結果は、学会発表および学内発表会で共有した。国内の調査対象は分担者が扱う大阪ASPnet実践校、海外では代表者が追いかける「バルト海プロジェクト」で実践が盛んなエストニアへ調査に赴いた。(大学教育での試行)現地調査を経て、代表者および分担者の所属先において実践プログラムを「変容的学習」モデルとして試行した。代表者は、エストニアへのスタディツアーという形態で、学習者(学生・教員)間の協働学習を促進させた。来年度に向けた課題としては、オンラインでの直接交流プログラムの開発が挙げられるが、およその目処は立っている。理論研究では、イベント的な先行事例が多いが、ようやく近年になって分析が国際的にも共有される時期となり、本研究の展開に示唆深いものが出版されるようになってきているためである。現地調査については、目下、特に問題なく進んでおり、2018年度の調査に向けた準備および協力体制が確保できている。大学教育への試行・援用については、大学間の交流プログラムとの連動させた形で展開できる予定であり、順調な展開が予想される。

また、海外参加者だけでなく帰国後の日本人学生・参加者におけるふりかえりでも、変容的学習の成果が見られたことを論文にまとめることができた。仮説として設定していた、ネットワーク型学習の成果は、異なる空間における他者との協働によって大きくなることが知見として得られることができたため。また、それに至るまでに、想定していた予算や時間よりも効率的に研究が展開できたため。2018年度は、試行から援用に向けた準備と検証が必要となる重要な研究ステージにある。現地パートナーとはWhatsAppやSNSで頻繁にコミュニケーションを取っており、また日本側では合同ゼミや合宿などの機会を準備しており、同時に参与観察および聞き取り調査に向けた調整を行う予定となっている。9月中旬からの現地調査・参画が、2018年度のピークとなる。2019年度は、国内外の追加的調査も行うが、主に国内外における研究成果の発信を行う。既に、5月、6月、8月に国内外の関連学会での発表、7月、9月における現地調査を行うことが予定されている。年度後半は最終報告をまとめていく。オンラインあるいは電子版での研究報告書を関係者と共有する予定である。当初の計画では、研究分担の所属先およびフィールドである関西方面での教育実践に関する調査を4回行う予定であったが、代表者が日本比較教育学会事務局長に該当年度6月に選出されてしまい、その業務に不慣れであったこともあり、国内(関西方面)調査に出向くことができなかったことが最大の理由である。ただし、分担者による来年度以降に向けた整理はできており、現地での謝金および代表者の国内訪問聞き取り調査で使用する計画となっている。現地調査を優先させ、翌年度の国際学会における研究成果の発信を行う。現在、2つの国際学会へエントリーしている。
精密合成した糖タンパク質プローブを用いるゴルジ装置内糖鎖構造管理機構の解明

糖ペプチドの合成法について昨年度から引き続き検討し完成させた。この方法では、芳香族性アルデヒド化合物にアルキルチオールを付加させたものを補助基として用い、糖鎖アスパラギンのN末端のアミノ基に還元的に導入し、糖鎖アスパラギンのN末端、およびC末端にペプチドを導入することができた。また、ペプチドチオアシッドと糖鎖アスパラギンチオアシッドを反応させる新規糖ペプチド合成法を確立した。この反応は、地球に生物が誕生する前にポリペプチドが、偶然、火山性ガスと鉄鋼石で作られた機構を示唆するものとなった。また、GlcNAcを末端に2つもつ複合型2分枝糖鎖をもつモデル糖タンパク質CCL-1をゴルジ破砕液に導入し、糖鎖の3分枝目の形成に必要なGlcNAcの転移およびガラクトース、フコースの転移を追跡した。その結果、これら3種類の糖の転移が競争的に起こり、かつ、タンパク質面の疎水性、親水性のバランスを認識して糖鎖伸長が起こっていることを示唆する結果を得た。また、糖鎖が水和し特異な水和殻、すなわち排除体積を形成していることは長く示唆されているが、本研究の実験を通してその存在、ならびにその体積を見積もる方法を見出した。コレラ毒素Bサブユニットは、無毒であるが、細胞内へ取り込まれ膜輸送経路を経て細胞質へ輸送される。昨年度までの成果では、導入する糖タンパク質を蛍光基で直接標識していたが、本来結合していない蛍光基がつくことで、追跡に支障がでることも考えられたので、新しい方法を検討した。その結果、HiBiTタグ付けしたコレラ毒素Bサブユニット(以下改変CTxB)を、HiBiTタグの特異的な結合により発光するタンパク質であるLgBiTが小胞体やゴルジ体に特異的に発現する細胞株(本研究で新たに作成)に取り込ませ、時間依存的に発光が増加することを確認した。これまでの検討で、ゴルジ破砕液の単離、必要な糖タンパク質の新規合成法の確立、合成した糖タンパク質のゴルジ装置への外部からの導入法を確立した。また、糖タンパク質上の糖鎖がどの程度のタンパク質表面の疎水面を水和させることができるか定量する方法を見出した。この発見は当初予想していなかったもので、最終年度への応用が期待できる。最終年度はこれら方法を用いてN型糖鎖伸長の機構を調べる研究を更に発展させる。また、糖タンパク質上の糖鎖がどの程度のタンパク質表面の疎水面を水和させているかその定量結果を用いて、糖タンパク質の糖鎖の機能、ゴルジ体での糖鎖伸長機構の解明に迫る。鶏卵から糖鎖-アスパラギンを調製し、このアスパラギンの両端にペプチドを水溶液中で連結する新規糖ペプチド合成法を検討した。この反応では、native chemical ligation (NCL)というペプチドを連結するための補助基としてSeitzらが報告したチオール基を持つN-ベンジル系化合物をヒト型糖鎖に導入した。そして、糖鎖アスパラギンのN末端側、C末端側にこの補助基を導入することで、ペプチドが実用的に連結できることができた。この方法を用いて、現在、糖鎖末端がdi-GlcANcになった2分枝複合型糖鎖をもつエリスロポエチン(EPO)等の合成をおこなっている。糖鎖末端が、di-GlcANcのN型糖鎖をもつ小型糖タンパク質CCL-1の合成をおこない、超遠心で単離したゴルジ装置の破砕溶液に加え、どのような糖鎖付加が進行するか考察した。その結果、疎水性の高い糖鎖アスパラギン誘導体や糖タンパク質CCL-1に、N型糖鎖を3分枝にするGlcNAcが導入されることが確認できた。また、同様にエリスロポエチンの126番目にOーGalNAcが導入される際、どのようなアミノ酸配列が認識されているかその周辺のペプチドを様々合成し、ゴルジ画分に入れLCMSを用いて追跡した。その結果、126, 127, 128, 129位周辺の配列、特にプロリンの存在が必要であることがわかった。ほ乳類の細胞にAlexa-Fluor標識されたコレラ毒素B(市販品)を加え、ゴルジ体、小胞体、そしてゴルジ体へ移動できるかその条件検討をおこなった。その結果、蛍光顕微鏡で追跡する限りAlexa-Fluorーコレラ毒素Bはゴルジ体、小胞体へ移動していることが確認できた。今後、di-GlcANc-N型糖鎖が結合したAlexa-Fluorーコレラ毒素Bをゴルジ体に導入し、その糖鎖構造変化がどのようになるか追跡する予定である。小型糖タンパク質を従来法で化学合成し、ゴルジ体画分に加えることで糖鎖の伸長をLCMSで追跡できたことから当初の予定通りのシステムが構築できたと考えている。また、新規な糖ペプチド合成法についても期待通り補助基を使うことで糖鎖アスパラギンとペプチドを連結できることが確認できた。また、生細胞をつかった糖タンパク質の導入法も確立できた。

また、ペプチドチオアシッドと糖鎖アスパラギンチオアシッドを反応させる新規糖ペプチド合成法を確立した。この反応は、地球に生物が誕生する前にポリペプチドが、偶然、火山性ガスと鉄鋼石で作られた機構を示唆するものとなった。また、GlcNAcを末端に2つもつ複合型2分枝糖鎖をもつモデル糖タンパク質CCL-1をゴルジ破砕液に導入し、糖鎖の3分枝目の形成に必要なGlcNAcの転移およびガラクトース、フコースの転移を追跡した。その結果、これら3種類の糖の転移が競争的に起こり、かつ、タンパク質面の疎水性、親水性のバランスを認識して糖鎖伸長が起こっていることを示唆する結果を得た。また、糖鎖が水和し特異な水和殻、すなわち排除体積を形成していることは長く示唆されているが、本研究の実験を通してその存在、ならびにその体積を見積もる方法を見出した。コレラ毒素Bサブユニットは、無毒であるが、細胞内へ取り込まれ膜輸送経路を経て細胞質へ輸送される。昨年度までの成果では、導入する糖タンパク質を蛍光基で直接標識していたが、本来結合していない蛍光基がつくことで、追跡に支障がでることも考えられたので、新しい方法を検討した。その結果、HiBiTタグ付けしたコレラ毒素Bサブユニット(以下改変CTxB)を、HiBiTタグの特異的な結合により発光するタンパク質であるLgBiTが小胞体やゴルジ体に特異的に発現する細胞株(本研究で新たに作成)に取り込ませ、時間依存的に発光が増加することを確認した。これまでの検討で、ゴルジ破砕液の単離、必要な糖タンパク質の新規合成法の確立、合成した糖タンパク質のゴルジ装置への外部からの導入法を確立した。また、糖タンパク質上の糖鎖がどの程度のタンパク質表面の疎水面を水和させることができるか定量する方法を見出した。この発見は当初予想していなかったもので、最終年度への応用が期待できる。今後は、より中型の糖鎖タンパク質を合成し、本年度と同様ゴルジ画分と反応させ、タンパク質の物理化学的性質に依存して糖鎖分枝様式がかわるかを追跡する。また、糖タンパク質を利用するアフィニティーカラム等も検討し、ゴルジ体内の糖鎖分枝様式を制御している因子がなにか探索する。最終年度はこれら方法を用いてN型糖鎖伸長の機構を調べる研究を更に発展させる。また、糖タンパク質上の糖鎖がどの程度のタンパク質表面の疎水面を水和させているかその定量結果を用いて、糖タンパク質の糖鎖の機能、ゴルジ体での糖鎖伸長機構の解明に迫る。
制限された空間における構造と相転移:X線、中性子線、NMR、計算機実験による研究

単層カーボンナノチューブ(CNT)の、分子数個分程度の小さな直径をもった空洞内部に、水や炭素のかご状フラーレン分子などを挿入して、その性質を調べた。水分子ではアイスナノチューブと呼ばれる特異な氷が形成され、その形成温度がCNT直径に対してどのように変化するかが明らかになった。また、CNT内部の水分子が雰囲気ガス分子と交換する交換転移が発見された。さらに、CNT内部におけるフラーレン分子の大振幅回転運動の存在や特異な水の誘電特性が明らかになった。本研究は、直径制御された単層カーボンナノチューブ(SWCNT)を用いて、そのサブナノメートルの直径を持った円筒1次元空洞内部の物質-水とファンデルワールス気体-がどのような構造や相転移挙動を示すかを明らかにすることが目的である。これまでの研究では、室温近傍の通常環境下(水の飽和蒸気圧)においてSWCNT内部に水が吸着すること、吸着された水は320K近傍で液体-気体様の相転移挙動を、温度を下げると液体-固体様の相転移挙動を示すことが明らかになっている。さらに、低温固体相は水のリング状クラスターが1次元的に繋がったアイスナノチューブであると考えられている。本年度は、ガス雰囲気のもとでの水の吸着と相転移挙動を、放射光を用いたX線回折実験、NMR、電気抵抗、計算機実験の方法を使って詳細に調べ、雰囲気ガスとSWCNT内部の水が、ある特定の温度、或いは圧力において交i換する「交換転移」を発見した。この「交換転移」はガス選択性が強く、さらに交換転移に伴って、SWCNTフィルムの電気抵抗が急激に変化することから、ガスセンサーとしての応用を提案した。また、ガス選択的ナノバルブとしての応用も提案した。SWCNT内部へのメタン、アルゴンなどの吸着では、100K以上の比較的高い圧力(0.0011atm)領域において、バルクの液体-気体転移温度に対応する相転移挙動は観察されなかった。また、X線回折実験の解析から直径1.35nm程度のSWCNTへの吸着は、吸着分子が受けるポテンシャルの極小曲面上の2次元吸着であることが示唆された。さらに、低温、希薄領域の相転移挙動を明らかにするために、計算機実験(分子動力学)を行った結果、SWCNTの直径に依存した固体-液体(気体)様相転移挙動が観察された。低温固体相は、ポテンシャル極小曲面上の2次元3角格子(周期的境界条件を満たす)で近似できる。今後、圧力依存性やサイズ依存性などを調べる予定である。対応した実験として、吸着ガスのNMRを始めている。原子スケールの微細な空間内に閉じ込められた物質系は、バルク領域から連続的に推測された性質を示すとは限らない。またその性質は空間の形状や大きさの僅かな変化に対して極めて敏感に変化すると予想される。本研究はこのような制限空間内の物質系の振る舞いを明らかにすることが目的である。本年度は、単層カーボンナノチューブ(SWCNT)内部の水、メタン、酸素などの相転移挙動を分子動力学計算、NMR、中性子線回折実験などにより研究し、以下の成果が得られた。1.平均直径が11.714.4AのSWCNT試料について、その内部の水は低温で液体-固体相転移を示し、低温ではアイスナノチューブと呼ばれるチューブ状の氷が形成され、その融点はSWCNTの直径が小さくなるほど上昇することが知られている。本年度はこの融点の異常な振る舞いを明らかにするために、直径の異なる多数のSWCNT内の水について古典分子動力学計算を用いて調べ、実験を再現することに成功した。2.平均直径が14.4A以上のSWCNT試料への水の吸着現象はこれまで殆ど明らかになっていなかった。本年度e-DIPS法により作製された平均直径20Aの良質試料を用いて水吸着実験にはじめて成功した。また、室温において、吸着等温線のSWCNT直径依存性の系統的測定をX線回折実験の手法を用いて成功した。これらの結果の詳細な解析によって、今後、疎水性SWCNT空洞への水の吸着機構を明らかに出来るものと期待される。3.平均直径が13.5AのSWCNT試料の希薄メタンについて、重水素核のメタンのNMRの測定と古典分子動力学計算を行い、相転移挙動の観察に始めて成功した。メタン分子は、気体液体様相転移および回転に関する相転移挙動を示すことが明らかになった。原子スケールの微細な空間内に閉じ込められた物質は、バルクにない特異な性質を示し、興味深い。本研究では、カーボンナノチューブ、及びその関連物質のナノ空洞内部に閉じ込められた物質系の構造と相挙動を理論と実験の両面から明らかにすることを目的としているが、本年度は単層カーボンナノチューブ(SWCNT)内の水の誘電特性の研究において、以下の通り、顕著な進展があった。直径が1.11.5nmのSWCNT内の水は低温でアイスナノチューブと呼ばれるバルクにない水の結晶(氷)を形成する。

アイスナノチューブは、58個の水分子が水素結合を介してリングを作り、このリングがSWCNTのチューブ軸にそって配列した水の結晶である。本研究では、このアイスナノチューブの誘電特性を電界(電場)中、温度領域100350Kにおいて分子動力学計算を行い、アイスナノチューブが特異な性質を示す世界最小の強誘電体であることを明らかにした。この誘電体では、外部から電圧(電界)を加えることにより水分子を構成している水素原子の配列が反転して、電気分極が異なる複数状態を実現できる。そのため、多値メモリや微小化が進む電子素子の誘電材料としての応用の可能性が期待できる。また本誘電体は、微細な空洞へ分子を閉じ込めて、通常では存在しない新たな分子配列を作ることにより初めて実現したものであり、今後、同種の方法による、新たな機能的ナノ誘電体の創製が期待できる。
領域横断的な思考を促す小・中学校理科カリキュラムの開発

本研究では、小・中学校理科における理科授業において、「領域横断的な思考」を促すための授業モデルを開発することを目的としている。そのために、理論面と実践面の2つの方向から研究をおこなった。理論面の研究では、現行の学習指導要領で示されている内容を、米国のSTEM教育のフレームで示されている「7つの共通する重要な概念」を参考に、系統性を保ちつつ再構成することを試み、いくつかの内容について実践例を提示することができた。特に、7つの概念のうち「スケール、比、量」と「安定性と変化(平衡)」の概念については、小学校・中学校の学習内容との親和性が高く、いくつかの事例を論文として発表することができた。教科書を対象とする文献調査では、STEM教育の動向が日本のカリキュラムに与える示唆についての考察をおこなった。その結果、令和2年度より順次実施される学習指導要領で謳われている「深い学び」を具体化するための視点を得ることができた。本研究課題に関する学会発表については、国内学会(地方大会)での発表が12件、国際会議での発表を2件おこなうことができた。実践面の研究においては、アクションリサーチ(PDCAサイクル)の考え方を基本に、質的な方法と量的な方法を併用して、子供の「科学的な知識や概念」の変容過程をイメージマップテストやテキストマイニングなどの手法を用いて分析をおこなった。前半2年間の研究成果をもとに、後半の2年間でこれらの分析手法をさらに発展させることができた。この手法(テキストマイニングのコーディング)については国内学会でも発表をおこなっている。これらの理論研究と実践研究の成果は、釧路中学校理科教育研究会の研究理論として活用され、第64回全中理北海道大会・第56回道中理札幌大会で研究協力者によって発表されており、学校現場の実践にも貢献することができた。本研究では,初等中等教育における理科学習の目標の一つである「科学的な見方や考え方を養う」(文部科学省,2008)ことを達成するための理科カリキュラムを開発し,学校現場における実践に資することである。学習指導要領においては,「科学的な見方や考え方を養う」ために必要なこととして「科学的な知識や概念」を用いることが示されている。本研究では,米国のSTEM教育のフレームワークに示されている「7 Crosscutting Concepts」を参考に,学習指導要領に示されている「科学的な知識や概念」に新たな視点を付加し,小学校および中学校理科の学習内容を構造化する。これに基づいて「領域横断的な思考」を促す授業を開発し,開発した授業は実践を通した改善を経て,学校現場の通常の実践に耐えうるものを指向している。研究の初年度であった平成27年度は,理論研究と小学校での授業実践をおこなうことが主な活動内容であった。そのための理論研究として、小学校教科書の検討,STEM教育についての文献調査,それらの結果を踏まえた学会発表および論文作成をおこなった。特にSTEM教育の文献については、一次情報に当たるために、海外の文献を複数購入した。また,この年は小学校教科書の部分改訂があったため,学習内容の検討については,新しい教科書の学習内容にもとづいて実施した。これらの研究をベースに授業プランを開発し、学校現場で実践をおこなった。この過程でICT機器活用の必要が生じ、実物投影機やスクリーンを購入し、学校現場で継続的に活用している。開発した授業プランは、次年度以降の通常の実践としての活用を目指している。計画していた文献研究および授業実践は、計画通り実施されている。これらの研究に基づく成果は、論文が1編、学会発表が3件(うち1件は招待講演、うち1件は国際会議)として発表している。論文は、中学校理科と小学校理科の授業実践に関わる内容であり、学会発表もこれらの内容を踏まえたものである。なお、研究協力者である現場教員の人事異動があったが、今後も計画通り推進できる見込みである。本研究では,小・中学校理科における理科授業において,「領域横断的な思考」を促すための授業モデルを開発することを目的としている。そのために,理論面と実践面の2つの方向から研究を推進している。理論面の研究では,現行の学習指導要領で示されている内容を,米国のSTEM教育のフレームで示されている「7 Crosscutting Concepts」を参考に,系統性を保ちつつ再構成することを試みている。教科書を対象とする文献調査では,STEM教育の動向が日本のカリキュラムに与える示唆について考察をおこなった。そして,小学校や中学校での授業実践で得られた知見とともに,学会発表,論文作成をおこなった。学会発表については,理科教育学会第66回全国大会(於信州大学)のシンポジウムにおいて,シンポジストの立場から発表することができた。さらに,国際会議(EASE 2016 Tokyo Conference於東京理科大学)が東京で開催されたこともあり,予定より1年早くなったが,国際会議での成果発表もおこなうことができた。実践面の研究においては,アクションリサーチ(PDCAサイクル)の考え方を基本に,質的な方法と量的な方法を併用して,子供の「科学的な知識や概念」の変容過程をイメージマップテストなどの手法を用いて客観的に捉えることを重視した。これら実践面の成果は,釧路中学校理科教育研究会主催の第55回北海道中学校理科教育研究大会(於北海道釧路市)の研究理論として活用された。理論面と実践面の2つの方向から研究を推進している。理論面については,国内学会と国際会議で研究成果を発表することができた。また,計画にそったスケジュールで論文を作成することもできた。実践面については,小学校と中学校の双方において授業実践をおこなうことができた。