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機能材料工学科
初動からの工学教育
機能材料工学科

工学リテラシー入門   補足
担当教員 原田修治 村上貴洋  
実施テーマ 物理量(運動量と角運動量)をモチーフとして  
ねらい 高校までに学んだ物理・数学の知識の活用  
やってみせること テーマの意味と意義を解説。また,教員が学生時代に疑問に思ったことやその解決方法などを語る。  
第1段階 課題と目標をまとめさせる。事例として,運動量と角運動量など,物理現象との関係をまとめる。  
第2段階 運動量と角運動量の向きの意味を4年生を含めて話し合う。物理量の大きさを測定する方法を考案する。 これを契機に,スカラーとベクトルの分類や次元,演算,さらにはベクトルの微分演算などの周辺に事項に気づき,学生にとって新しい発見を経験する。
第3段階 課題,目標,過程,発見したことや気付いたことについて考察し,他者に対して分かりやすいことを念頭としてまとめ,それらを発表する。  

工学リテラシー入門  
担当教員 武田直也 中野智仁
実施テーマ 電気信号を実感する。
ねらい 身近にある電気製品としてマイク、アンプ、スピーカーを取り上げ,高校までに学んだ知識を実感させる。
やってみせること テーマの意味と意義を解説。
第1段階 課題と目標をまとめさせる。回路図をしらべ,各部品の役割を理解する。実際の部品がどのような形をしているか,あるいはその内部構造はどうなっているかなどを調べ,設計図を作成する。
第2段階 企画・実施した実験での問題点の改善または発展的企画実験について,4年生を含めて話し合う。設計図をもとに,工作を行う。信号増幅回路を自作し発生する電圧などを実感させる。また性能向上の考察する。
第3段階 課題,目標,過程,発見したことや気付いたことについて考察し,他者に対して分かりやすいことを念頭としてまとめ,それらを発表する。

工学リテラシー入門   補足
担当教員 佐々木進  
実施テーマ Syncs with Rhythm & English with the Beatles  
ねらい 技術者,科学者に不可欠な「実用英語」に触れて関心を深めるともに,近年特に強い関心が寄せられている「同期現象」を通じて,問題設定と解決の過程を体感する。  
やってみせること 主にビートルズの動画を題材に,「実用英語」の受験英語や学校英語との違いを認識させる。次に,「メトロノームを用いた同期現象」を題材として,問題発見と解決する能力を習得するための助走をさせる。  
第1段階 課題と目標をまとめさせる。動画によるビートルズの歌を用いて,「実用英語」の表現と音声に触れ,必要性を痛感するとともに興味と関心を持ち,今後,各自で実用英語の自主研鑽を開始する。平行して,「同期現象」をメトロノームを用いて実験する。 指導教員がアメリカの研究者とやり取りした電子メール,指導教員による実用英語の音としてのreductionの指導。
第2段階 企画・実施した実験での問題点の改善または発展的企画実験について,4年生を含めて話し合う。身近な道具で最先端の研究に触れ,そこから問題を提起し,その解決を試みる。  
第3段階 課題,目標,過程,発見したことや気付いたことについて考察し,他者に対して分かりやすいことを念頭としてまとめ,それらを発表する。 自ら提起した問題とそれを解決してゆく過程,可能ならば結論を,プレゼンテーションとして纏める。

工学リテラシー入門   補足
担当教員 坪井望  
実施テーマ 波(音,電気信号,光信号)をモチーフとして  
ねらい 高校までに学んだ科学的知識を活用して,半導体光デバイスを用いた音などの光通信実験を行い,波の理解を深めると共に光通信技術に関する基礎的知識を習得する。 物理の基礎知識のひとつである波について考えさせると共に,社会基盤技術である光通信について意識させる。
やってみせること 高校で学ぶ波に関する知識をベースとして,音声信号の電気信号への変換,電気信号から光信号への変換,光信号から電気信号への変換,電気信号から音声信号への変換などの技術から成り立つ光通信技術について解説し,簡単な光通信のデモンストレーションを行う。  
第1段階 課題と目標をまとめさせる。音さ,マイクロホン,メロディーIC,関数発生器,発光ダイオード,フォトトランジスタ,スピーカ,オシロスコープなど準備可能な限られた機器や部品を選択的に組み合わせた光通信実験を,グループで企画・実施する。機器及び部品の基本的な使い方については,適宜,4年生が補助する。  
第2段階 企画・実施した光通信実験での問題点の改善または発展的企画実験について,4年生を含めて話し合う。問題点の改善が意図された実験を実施し,その改善の程度を明らかにする。また,発展的企画実験にも取組むなどして,波及び光通信の基礎について理解を深める。  
第3段階 課題,目標,過程,発見したことや気付いたことについて考察し,他者に対して分かりやすいことを念頭としてまとめ,それらを発表する  
備考 今年度は実施せず  

工学リテラシー入門  
担当教員 椎名亮輔
実施テーマ コンピュータでサイコロを振る
ねらい 高校までに学んだ数学や物理の知識を活用して、確率論とその物理現象への応用に関する理解を深めると同時に、乱数を用いた数値計算法を学ぶ。
やってみせること テーマの意味と意義の説明。プログラム指導。先端的な研究への発展についてのコメント。
第1段階 課題と目標をまとめさせる。多数の構成要素からなる自然現象における確率論の考え方について纏める。
第2段階 企画・実施した計算での問題点の改善または発展的課題について,4年生を含めて話し合う。プログラム実習を通じて数値計算の基礎を学び、乱数を用いた課題に取り組む。
第3段階 課題,目標,過程,発見したことや気付いたことについて考察し,他者に対して分かりやすいことを念頭としてまとめ,それらを発表する。

工学リテラシー入門   補足
担当教員 坪川紀夫  
実施テーマ イオン交換樹脂を作る、利用する  
ねらい 高校までに学んだ化学の知識を活用して,ポリスチレンを例に高分子の合成法と反応に関する理解を深めると共に、様々な重合方法に関する基礎的知識を習得する。 高分子を題材に様々な化学現象について考えさせると共に,機能材料の基礎を習得する。
やってみせること 高校で学ぶモルの概念、有機化合物、芳香族化合物に関する知識をベースとして,高分子の概念について解説し,身近な高分子材料についてその性質について紹介する。  
第1段階 課題と目標をまとめさせる。ポリスチレン粒子の合成法についてグループで企画・実施する。化学器具、測定機器の基本的な使い方を学生が自ら調査して、最適な器具を選択して実験を遂行する。  
第2段階 企画・実施した実験での問題点の改善または発展的企画実験について,4年生を含めて話し合う。問題点の改善が意図された実験を実施し,その改善の程度を明らかにする。また,発展的企画実験にも取組むなどして,高分子の特性を理解するとともに、実験操作に関する知識の基礎について理解を深める。  
第3段階 課題,目標,過程,発見したことや気付いたことについて考察し,他者に対して分かりやすいことを念頭としてまとめ,それらを発表する  

工学リテラシー入門   補足
担当教員 大木基史  
実施テーマ 材料の強さとは?  
ねらい 学生間のディスカッションにより材料の「強さ」を定義付けるとともに,その定義に基づく実証試験方法および必要な部材等の検討・試験実施の一連のプロセスを通じて,材料の強さに関する多角的観点を獲得させる.  
やってみせること 材料の「強さ」の定義について,様々な観点からの定義付けが可能であることを解説した後,一般的な材料強度試験である引張試験のデモンストレーションを行う.  
第1段階 課題と目標をまとめさせる。材料の「強さ」の定義付けに関して学生に提案させ,4年生も交えたディスカッションによりその中から1つの定義を選択する.選択された定義に基づく実証試験の試験方法・必要な部材等について検討し,実際に試験を行う. H23年度は具体的対象として「シャープペンシルの芯」および「消しゴム」における強度の指標を定義し,実証実験を行った.
第2段階 企画・実施した実験での問題点の改善または発展的企画実験について,4年生を含めて話し合う。実証試験結果の解析を行い,試験方法の妥当性や結果の信頼性等について検討する.また,実証試験結果からより普遍的取り扱いが可能とならないかどうかを調査させ,調査結果に基づきディスカッションを行う. H23年度はシャープペンシルの芯の材質や製法について調査し,実験結果と併せて検討した.
第3段階 課題,目標,過程,発見したことや気付いたことについて考察し,他者に対して分かりやすいことを念頭としてまとめ,それらを発表する。  

工学リテラシー入門   補足
担当教員 田中孝明  
実施テーマ ブドウ糖の濃度を測ってみよう  
ねらい 高校までに学んだ化学の知識を活用して,ブドウ糖(グルコース)をはじめとする各種の糖の分子構造と性質を理解する。酵素の分子認識能力を利用したブドウ糖の測定の原理を学び,実際に測定を行う上で注意すべき点を習得する。 酵素は分子を認識して(見分けて),特定の化学反応のみを促進させる触媒の一種である。酵素は分子として見るとタンパク質であり,ナノメートルの大きさの生物機能材料である。
やってみせること ブドウ糖をはじめとする各種の糖の分子構造と性質を解説する。酵素を用いたブドウ糖の濃度の測定の原理に関する簡単なデモ実験を行う。  
第1段階 課題と目標をまとめる。与えられた糖の混合液および液状食品に含まれるブドウ糖の濃度を測定する方法についてグループで企画し,実施する。与えられた実験器具の基本的な使い方を学生が自ら調査し,最適な器具を選択して実験を遂行する。  
第2段階 企画・実施した実験での問題点の改善または発展的企画実験について,4年生を含めて話し合う。問題点を改善した実験を実施し,その改善の程度を明らかにする。また,発展的調査にも取り組み,糖および酵素の性質を理解するとともに,実験操作に関する基礎について理解を深める。  
第3段階 課題,目標,過程,発見したことや気付いたことについて考察し,他者に対して分かりやすいことを念頭としてまとめ,それらを発表する  

工学リテラシー入門   補足
担当教員 山内健  
実施テーマ 自然の形に学ぶものづくり  
ねらい 河川の分岐、アンモナイトのらせん構造など自然の中では美しい形が創り出されている。高校までに学んだ化学、物理、数学の知識を活用することで、この自然現象を理解する。さらには新しい材料の創製を試みる。 自然現象が創り出す様々な形を題材に様々な化学現象について考えさせると共に,機能材料の基礎を習得する。
やってみせること 高校で学ぶモルの概念、溶解度、有機化合物、化学反応に関する知識をベースとして,自然が創り出す高効率で高性能な仕組みについて学ぶ。  
第1段階 課題と目標をまとめさせる。自然の中で作り出される様々な形とその機能についてグループで調査する。自然に学ぶ材料開発についてグループで企画・実施する。化学器具、測定機器の基本的な使い方を学生が自ら調査して、最適な器具を選択して実験を遂行する。  
第2段階 企画・実施した実験での問題点の改善または発展的企画実験について,4年生を含めて話し合う。問題点の改善が意図された実験を実施し,その改善の程度を明らかにする。また,発展的企画実験にも取組むなどして材料科学を理解するとともに、実験操作に関する知識の基礎について理解を深める。  
第3段階 課題,目標,過程,発見したことや気付いたことについて考察し,他者に対して分かりやすいことを念頭としてまとめ,それらを発表する.  

工学リテラシー入門   補足
担当教員 落合秋人,谷口正之  
実施テーマ バイオマスからエタノールをつくる  
ねらい 高校までに学んだ科学的知識を活用して,酵素を用いた物質の変換を行い,生体触媒の理解を深めると共に微生物を用いた物質生産に関する基礎的知識を習得する。 化学の基礎知識のひとつである酵素触媒について考えさせると共に,社会基盤技術であるエネルギー生産について意識させる。
やってみせること 高校で学ぶ酵素に関する知識をベースとして,酵素による物質変換,糖の代謝,微生物の代謝経路,微生物による発酵生産などの要素から成り立つ微生物を用いた物質生産技術について解説し,簡単な乳酸生産などのデモンストレーション実験を行う。  
第1段階 課題と目標をまとめさせる。バイオマスの糖化,酵母の前培養,エタノール生産などに必要な機器や装置を用いた実験を,グループで企画・実施する。機器および装置の基本的な使い方については,適宜,4年生が指導補助する。 原料となるバイオマスの種類について調査し,資源について意識させる。
第2段階 企画・実施した微生物を利用したエタノール生産実験における問題点の改善または発展的企画実験について,4年生を含めて話し合う。問題点の改善が意図された実験を実施し,その改善の程度を明らかにする。また,発展的な企画実験にも取組むなどして,微生物を利用した物質生産の基礎について理解を深める。 微生物の存在とそのはたらきについて調査し,人類との関わりについて意識させる。
第3段階 課題,目標,実験過程で発見した点や気付いた点について考察し,他者に理解してもらうことを念頭において,実験内容を発表する。 実験結果や考察について他者にわかりやすくプレゼンテーションする能力の重要性を意識させる。

工学リテラシー入門   補足
担当教員 八木政行  
実施テーマ 酸素センサーを作ろう  
ねらい 酸素分子の化学的性質を理解して酸素濃度の測定原理を説明できるとともに、簡易型酸素センサーを作成する。  
やってみせること 酸素分子の化学的性質を解説するとともに、酸素分子の性質を理解するために基礎的なデモ実験を実施する。  
第1段階 課題と目標をまとめさせる。酸素の性質に基づいて、水中の酸素濃度を測定する方法を考案する。実験器具および実験装置の基本的な使い方や操作を学生が自ら調査して実験を実施する。 酸素濃度を測定する方法をいくつか考案して、それぞれの方法で適切な実験を実施する。
第2段階 企画・実施した実験での問題点の改善または発展的企画実験について,4年生を含めて話し合う。実験結果をまとめて考察し、問題点を改善するとともに、発展的な実験にも取り組む。簡易型酸素センサーを作成し、未知試料の酸素濃度を測定する。市販の酸素センサーと性能を比較して、課題をまとめる。問題点を改善した実験を実施し,その改善の程度を明らかにする。また,発展的調査にも取り組み,糖および酵素の性質を理解するとともに,実験操作に関する基礎について理解を深める。 異なる原理で測定する酸素センサーを学生し、性能を比較する。
第3段階 課題,目標,過程,発見したことや気付いたことについて考察し,他者に対して分かりやすいことを念頭としてまとめ,それらを発表する  

工学リテラシー入門  
担当教員 由井樹人
実施テーマ クロロフィルの分離と抽出
ねらい 地球上で最も大規模に行われている化学反応である「光合成」について学ぶ。光合成反応を担っているクロロフィルを生の葉から分離することで、化学実験の基礎を習得する。
やってみせること 光合成の重要な素過程について講義し、その神秘を理解する。TLCによる分離の実演を行い、化学合成で重要な分離技術の基礎を体感してももらう。その応用として、生の葉からクロロフィルの抽出と分離を試みる。分離された色素の吸収スペクトルを測定し、視覚上の色と吸収スペクトルとの関連を実感させる。抽出したクロロフィルを太陽光に暴露し、その劣化から光エネルギーの存在を体感させる。
第1段階 課題と目標をまとめさせる。光合成反応の基礎についてまとめる。さらに身近な光反応の例を考えることで、光がエネルギーであることを考えさせる。加えて、化学物質の分離・抽出方法について調査を行い、長所短所などをまとめさせる。
第2段階 企画・実施した実験での問題点の改善または発展的企画実験について,4年生を含めて話し合う。調査した分離法の一種である、抽出、TLC、カラムクロマトグラフィーを実験で体感してもらう。また、吸収スペクトルと視覚との関係を体感する。一連の操作を体験することで、化学実験に親しんでもらうと共に、実験にあたり必要な調査と思考の基礎を身につける。
第3段階 課題,目標,過程,発見したことや気付いたことについて考察し,他者に対して分かりやすいことを念頭としてまとめ,それらを発表する
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