Development and utilization of digital / analog teaching materials using 3D image processing and 3D printers for biological education

高校『生物』で扱う「動物の発生」は、卵から親への体づくりの仕組みを学ぶとともに、再生医療の技術や課題を理解する上でも重要な単元である。しかしながら、受精卵や初期胚の調達は容易ではなく、観察する時間の制約も受けるため、実際の学校現場で観察や実験を行うことが難しい単元でもある。従来は写真や映像、粘土や木製の模型などが教材として用いられてきたが、生徒の興味・関心を引き付けて探求的に学ばせるには限界があった。本研究課題では3D画像処理技術と3Dプリンタ出力を用い、「動物の発生」に関するデジタル・アナログ補完型教材を開発する。さらに、ICTを通じてこれらの教材を実践的に活用することを目的としている。3年間の研究期間内に、①デジタル教材の作成、②アナログ教材の作製、③デジタル教材とアナログ教材の補完活用による生徒の探究的学習の支援、④膨大な数のデジタル画像のデータベース化によるICT活用教育の加速、の4つの課題に取り組む。令和4年度は上記①デジタル教材の作成と②アナログ教材の作製に必要な画像データの収集に取り組んだ。初めに両生類（ヒキガエル・アカハライモリ）のさまざまな発生段階にある胚を調達し、各種の胚の連続切片を作製した。続いて連続切片を撮影して得られた数千枚以上のデジタル写真をデータベース化した。最後にCTやMRIに用いる医用画像処理ソフトを用いてデジタル画像の処理と編集を行い、3Dモデル作成と3Dプリンタ出力に必要な画像データを収集した。本年度に得られた連続切片の画像データは、次年度に取り組む高精細3Dモデル〔デジタル教材〕と光造形立体模型〔アナログ教材〕を完成させるために利用する。

高校『生物』で扱う「動物の発生」は、卵から親への体づくりの仕組みを学ぶとともに、再生医療の技術や課題を理解する上でも重要な単元である。しかしながら、受精卵や初期胚の調達は容易ではなく、観察する時間の制約も受けるため、実際の学校現場で観察や実験を行うことが難しい単元でもある。従来は写真や映像、粘土や木製の模型などが教材として用いられてきたが、生徒の興味・関心を引き付けて探求的に学ばせるには限界があった。本研究課題では3D画像処理技術と3Dプリンタ出力を用い、「動物の発生」に関するデジタル・アナログ補完型教材を開発する。さらに、ICTを通じてこれらの教材を実践的に活用することを目的としている。3年間の研究期間内に、①デジタル教材の作成、②アナログ教材の作製、③デジタル教材とアナログ教材の補完活用による生徒の探究的学習の支援、④膨大な数のデジタル画像のデータベース化によるICT活用教育の加速、の4つの課題に取り組む。令和4年度は上記①デジタル教材の作成と②アナログ教材の作製に必要な画像データの収集に取り組んだ。初めに両生類（ヒキガエル・アカハライモリ）のさまざまな発生段階にある胚を調達し、各種の胚の連続切片を作製した。続いて連続切片を撮影して得られた数千枚以上のデジタル写真をデータベース化した。最後にCTやMRIに用いる医用画像処理ソフトを用いてデジタル画像の処理と編集を行い、3Dモデル作成と3Dプリンタ出力に必要な画像データを収集した。本年度に得られた連続切片の画像データは、次年度に取り組む高精細3Dモデル〔デジタル教材〕と光造形立体模型〔アナログ教材〕を完成させるために利用する。