中学校理科および高等学校における魅力的な材料教育手法の開発と実践研究

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材料強度学を学ぶための一般的な実験機器は大型・高価であり、専門教育機関以外にはほとんど設置されてない。このため、中学校や工業高校以外の高校では材料強度学についての教育を行うのは難しい。このため、本年度も前年度に引き続き，安価なフォースゲージを利用した材料強度評価法の視点を取り入れた教材の開発とその実践的研究を実施した。荷重測定はイマダ・デジタルフォースゲージをハンドル型の手動計測スタンド（80,000円程度）に据え付けて実施した。3点曲げ試験については３点曲げ試験専用の治具（イマダ製；35,000円程度）を利用し，硬さ試験については押しつぶし試験用として提供されている球形圧縮試験治具（ステンレス製；2000円程度）を活用した。なお，児童・生徒を対象に、３点曲げ試験については杉の板材、硬さ試験についてはポプラとウォールナットの木材を試料とする材料強度試験法を取り入れた授業を実施した。また、学校現場での使用を目的とした材料強度試験法に関する動画を撮影、作成した。本研究により、杉の板材を活用した簡易的な３点曲げ試験であっても，木目の方向と強度の関係について明瞭な結果が得られた。なお，バルサ材に関しても杉の板材と同様に適切な結果が得られた。バルサ材は木目が明瞭とはいえないが，100円ショップ等で購入可能であるうえにハサミ等で容易に加工が可能であるため，簡便な実験向きの教材といえる。また、簡易的なブリネル硬さ試験においても、木材の強度とブリネル硬さについて明確な相関が得られた。児童・生徒を対象に実施した材料強度試験法を取り入れた授業実践では、3点曲げ試験、ブリネル硬さ試験ともに期待通りの数値・結果を得ることができた。ブリネル硬さ試験においては測定結果のばらつきが比較的大きいが，小・中学校の児童生徒が実施していることもあり，教育向けとしては十分な精度といえる。