課題研究における製作に関する実験結果

1 年間の課題研究の結果，生徒は本教材を参考に機械加工，電子回路製作，割付表を参 考に配線作業に積極的に取り組み図 5-1 のようなロボット教材 2 号機を完成させた．製作

（組立）の様子を図 5-2，課題研究の成果として，生徒が製作したロボット 2 号機に搭乗 して実験する様子を図 5-3 に示す．主な要素作業ごとに担当，作業内容，結果を示す．○

は良好，△は教師の支援あり．

① 機械加工関係 全員

・マシニングセンタ 段取り○，プログラミング○，工具補正○

・旋盤 外爪加工○，中ぐり加工○

・その他 タイヤ組立○，L アングル加工○

② 電子回路関係 電子回路担当 2 名（電子回路製作経験者）

・電子回路 入出力基板の配線○，センサ取付○，電源回路○，

リレー回路○

③ 制御プログラム A 君（マイコンカー製作経験者）を中心に全員が挑戦 ・開発環境 インストール○，ビルド操作○，バグ修正△

・プログラム PID 制御構築△

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その他として，制御プログラムは，作品で確認しながら調整する必要があり，ロボット を使ったマイコン制御の経験がない生徒では難しいことがわかった．マイコンカー製作を 経験した生徒であれば，制御プログラムを構築できることがわかった．

組立作業後は，生徒はそれぞれプログラム調整作業に粘り強く取り組み，制御の仕組み とプログラム構築について実習を進めることができた．生徒は搭乗のたびに制御パラメー タによる応答の違いを体感し，直感的・体感的にも制御の理解を深めることができたとい える．その結果，倒立振子制御に用いる PID 制御を構築できた．

課題研究ロボット製作班の実験結果から，話し合いにより生徒同士の協力やそれぞれの 特性に合わせた課題解決に着手できた．また，問題に解決策が見いだせない場合，調査や 質問を主体的に行っている様子を確認した．

電球温度の PID 制御を行った生徒に対してロボットに搭乗した感想を聞いた．生徒から は肯定的な感想を得ることができた．「電球温度の制御よりも PID 制御パラメータの違いが よくわかった」など肯定的な感想を得た．多様な興味関心を持ち，幅広い学力レベルの生 徒で構成されていたが，製作に対する反応は良好であり，高い割合で肯定的な感想を得る ことができた．

課題研究の考察，感想について 6 名の生徒に対して自由記述形式で調査し回答を得た．

本教材の制御プログラムを参考に比例制御パラメータ P，応答の速さに関わる微分制御パ ラメータ D，偏差を修正する積分制御パラメータ I の作用について調整作業を進めた結果，

「はっきりとわかった」，「理解できた」等の制御の理解について肯定的な考察，感想を得 ることができた．6 名の生徒について，ARCS モデルの「C」自信と「S」満足感を達成でき たといえる．

図 5-1 本教材（左奥）と 2 号機（右手前）

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図 5-2 課題研究ロボット製作の様子

図 5-3 課題研究におけるロボット実験の様子

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