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中学校・高等学校における新しいキログラムの定義の普及に向けた教材開発

开发教材以在初中和高中传播公斤的新定义

基本信息

批准号：
18H00087
负责人：
島野誠大
金额：
$ 0.26万
依托单位：
立教新座中学校・高等学校
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Scientists
财政年份：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018 至无数据
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-18H00087/
关键词：
理科教育キログラムの定義キッブル・バランス

项目摘要

2019年5月20日から新しい国際単位系の定義が施行された。国際単位系の中でも、キログラムについては長い間キログラム原器が用いられていたが、新しい定義によりプランク定数でキログラムを決定することになった。この新しいキログラムの定義について中学校・高等学校の理科教育分野での普及を目指し、本研究では、そのための実験教材を開発した。新しいキログラムを定義するためには、プランク定数の精密測定が必須であり、その方法の一つとしてキッブル・バランス法が知られている。この方法は、量子電磁気的に質量とプランク定数を関係付ける方法であり、今後は質量を精密に決定するための手段として期待されている。このキッブル・バランス法の教育的な普及については、国外ではすでにアメリカ国立標準技術研究所によってLEGOを利用した実験教材が開発されている。そこで、本研究では、このLEGOの教材を再現および改良することにした。その結果、LEGOの教材では、(1)測定時に量子効果まで扱うことができないが電磁気的に質量を決定できることがわかる、(2)LEGOや測定機器の費用が高額になる、(3)デジタル機器を駆使しているため何の測定をしているのか不明瞭になることがわかった。量子効果まで扱う実験教材の開発は極めて困難であることから、特に(2)と(3)のことを改良するために、本研究ではLEGOと比べて安価な天秤である株式会社ナリカの「てんびんI-A型」を利用し、測定がブラックボックスにならないように配慮して電流計やデジタルマルチメーター、そしてオシロスコープを利用する教材を開発した。開発した教材は、1円玉の質量を約1gと決定することができ、キッブル・バランス法を理解するという目的ならば十分な精度であると考えられる。また、高校物理で学習する、電流が磁場から受ける力、誘導起電力、単振動といった内容を網羅しており、高校物理における総合的な課題としても適切であると考えられる。

On May 20, 2019, the definition of the new international unit system came into effect. International unit system in the middle, middle. This study aims to develop a new definition of science education in middle schools and colleges. The new definition of the term is necessary for precise determination of the term, and the new method is known. The method of determining the mass of quantum electromagnetism The popularization of the teaching method of this kind of teaching method has been developed by the National Institute of Standards and Technology abroad. This study is aimed at improving LEGO teaching materials. The results of LEGO teaching materials are as follows: (1) Determination of quantum effect,(2) Determination of mass of electromagnetic radiation,(3) Determination of high cost of LEGO measurement equipment,(4) Determination of unknown quantum effect of electromagnetic radiation. This study aims to explore the development of LEGO teaching materials by using and measuring the "I-A" model of LEGO teaching materials. The quality of the teaching material is about 1g. The quality of the teaching material is about 1g. In addition, in the field of physics, electric current, magnetic field, magnetic