低学年における体験学習に適した多面的実験教材の開発

本研究は、工業高専の1学年で行っている実験において、各種の電気現象の観測を通じて現象の不思議さや楽しさを体験的に学習できる実験テーマを検討し開発することを目的とする。他の専門分野も交えて多面的に類似の現象を捉える方法により、学生の興味と関心をより高めることができ、工学教育に対する動機付けにもなると考える。検討した実験テーマは伝送線路に生じる定在波と音響分野の共振現象、および等電位測定と磁力線である。伝送線路の定在波については、類似の現象として音響分野での共鳴管による共振現象があり、両者の実験装置を並べて観測できる実験形態とした。それには同軸ケーブル(100m)をコイル状に巻き、送信端から受信端までの距離を75cmに圧縮し、コイル1回(99cm間隔)に心線に達する測定用の穴を空け計測点とした。線路上の電圧分布測定は、LED電圧レベルメータにより計測点に接触するだけで素早くできる。線路上には一連の共振周波数が存在するが、受信端が短絡の場合、2.1MHzにおいて3/4λの定在波形が確認できる。音響の共鳴管(90cm)については、管中をスライドするマイクで音圧を連続的に計測し、自由端反射の場合、292Hzにおいて3/4λの定在波形が確認できる。両実験装置に生じる定在波の波形を比較し対比できる。両実験装置の終端条件を変えることにより更に類似性を確認できる。等電位測定(電気力線)については、類似の現象として磁力線がある。一般に等電位測定には水槽を用いるが、導電性フィルムを用いることにより電気力線の作製が早く正確にできるようになった。材料がフィルムシートのため電極をそのまま磁極に置き換えることができ、鉄粉により磁力線を可視化することで、電気力線と磁力線とを同一面上で比較でき、相互の一致を示した。

本研究は、工業高専の1学年で行っている実験において、各種の電気現象の観測を通じて現象の不思議さや楽しさを体験的に学習できる実験テーマを検討し開発することを目的とする。他の専門分野も交えて多面的に類似の現象を捉える方法により、学生の興味と関心をより高めることができ、工学教育に対する動機付けにもなると考える。検討した実験テーマは伝送線路に生じる定在波と音響分野の共振現象、および等電位測定と磁力線である。伝送線路の定在波については、類似の現象として音響分野での共鳴管による共振現象があり、両者の実験装置を並べて観測できる実験形態とした。それには同軸ケーブル(100m)をコイル状に巻き、送信端から受信端までの距離を75cmに圧縮し、コイル1回(99cm間隔)に心線に達する測定用の穴を空け計測点とした。線路上の電圧分布測定は、LED電圧レベルメータにより計測点に接触するだけで素早くできる。線路上には一連の共振周波数が存在するが、受信端が短絡の場合、2.1MHzにおいて3/4λの定在波形が確認できる。音響の共鳴管(90cm)については、管中をスライドするマイクで音圧を連続的に計測し、自由端反射の場合、292Hzにおいて3/4λの定在波形が確認できる。両実験装置に生じる定在波の波形を比較し対比できる。両実験装置の終端条件を変えることにより更に類似性を確認できる。等電位測定(電気力線)については、類似の現象として磁力線がある。一般に等電位測定には水槽を用いるが、導電性フィルムを用いることにより電気力線の作製が早く正確にできるようになった。材料がフィルムシートのため電極をそのまま磁極に置き換えることができ、鉄粉により磁力線を可視化することで、電気力線と磁力線とを同一面上で比較でき、相互の一致を示した。