小中学生を対象とした「メカトロニクスと物造り体験実習」

長野工業高等専門学校 ･紀 要第31号(1997) 159

小中学生を対象とした「メカトロニクスと物造り体験実習」

坂 口 正 雄   芳 賀 武   岸 佐 年   森 山 実 服 部 忍   鈴 木 宏   中 島 隆 行   小 野 伸 幸 堀 内 富 雄   和 崎 克 己   加 藤 正 幸   中 澤 達 夫

"Practice of Mechatoronics and the Construction Experience"

intended for the Elementary and Junior High School Students

Masao SAKAGUCHI Takeshi HAGA Satoshi KISHI Minoru MORIYAMA Shinobu HATTORI Hiroshi SUZUKI Takayuki NAKAJIMA Nobuyuki ONO

Tomio HORIUCHI Katsumi WASAKI Masayuki KATO Tatsuo NAKAZAWA キーワード:公開講座,メカトロニクス,物造り,インターネット,教育工学,大学改革推進

1 は じめ に

我々は,平成8年度大学改革推進等経費 ｢理工系 推進経費｣の配分 を受け,"メカトロニクスを体験 し

よう"をキャッチフレーズに ｢ふれあいサ タデープ ラ ン'96｣を企画 した.このプ ランは,昨年の ｢インター ネット発進,発信｣に続 くもので,今回は,小中学生が 物造 りを通 して メカトロニクスを楽 しく体験 しなが ら理工系分野の魅力 を体得 して もらうことを 目的 と している.本プランは,電子制御工学科が主体 となっ て推進 し,学科 の特徴が出るような,動いた り,音が 出た りする具体的なものを工作 し,家へ持ち帰って楽 しめる題材 を選ぶことにした.さらに,特別公開とし て,昨年に引 き続 き ｢インターネット体験｣を電子情 報工学科の協力 を得て実施することにした.また,プ ランの名称 を ｢ふれあいサ タデ ープラン｣ としたの は,小 中学生が保護者 と一緒に物造 りを体験 し,親子 のふれあいの機会 を提供で きれば と考えたか らであ る.ここでは,体験実習の内容 と実施状況を紹介する.

2 事業の概要

我々は,事業の推進主体である電子制御工学科の特 徴を生か した企画 を立案 した. す なわち,遊 び感覚 でメカトロニクスが体験で きるように,(1)光 に反応

●1997年8月日本工学教育協会年次大会予稿に加筆

●●電子制御工学科

=◆電子情報工学科

1996年度 文部省大学理工系改革推進等経費による 原稿受付 1997年10月31日

する自動車を作る,(2)ロボットを自由自在 に操作す る,(3)電池のいらないラジオを作 る,か らなる3つの テーマを設け,これに電子情報工学科の協力を得てイ ンターネット体験 コーナを特別公開として企画 した.

実施期 日は学校が休み となる11月,12月の第2, 第4土曜 日の3日間 (午前中)とし,第1回 と第2回 の2日間を継続 させ機械加工の伴った ｢自動車の製 作｣ とし,第3回は ｢ロボット操作｣と ｢ラジオの製 作｣を組み合わせて実施す ることにした.｢インター ネット体験｣は第2,3回の午後に実施 した.表1に 実施課題 と期 日を示す.

参加資格は,小学生は5年生以上,中学生お よび参 加児童生徒の保護者 ･先生 とし,定員は40名,申 し込 み先着順 とした.実際 には小学3年生を含 む応募者 全員 (延べ151名)を受入れた.

参加者の募集はリーフレット (図 1)を長野市お よ び近隣市町村の小中学校 150枚 に配布す るとともに 本校所在地域の小中学校訪問 (6枚 )と新聞記事掲載 (2紙地方版)によった.

3 実施の状況

3‑1 テーマ1 ｢光に反応する自動車 を作ろう !｣

光センサによってモータのオン/オフを制御 して, ライトで照 らす と走 り出す 自動車模型を作 る (図2).

図3(a)(b)に2日間ゐ日程 を示す.

第 1日目は自動車の心臓 部であるギア とモータの 話を聞いた後,予め我々がアルミ板 を削 り出 して作製

160 _{坂 口正雄 ･方'L5' 武 ･岸 佐年 ･森山 共 他}

*光 Iこ反応 す

ち

I ‑ ヱ t j 岨j L ･ 比 山 E l ‑ J H

由

★q;廿のいう釦 ウシ才を作ってみよう/

+

イ ン ターネット体験コーナー

●■つくリモ54して.メカトOニクス州しくft

■で書暮T.

● 白Uの■甘つくりから.tlのt加古ttてい くT

U b q N t わ ^

+JiJLFl

) 0 ポ ッ ト

一 ･ シ ■ ン E

●t■￠

い 〜 V い

み 上 け f T

●7tW

と し て イ

pIJtし

た . ■ M

LtT._krht

l t ▲ l ‑ J

* ^ 8 し 小 っ

･ : ‑ :

･ 喜

妻 : 蓋

‑ ‑

I

･

･

:

hIIナLL･r;t■.C‑5‑t:LL::りよ,:.I.･

〜 , 誓 . T ̲ . t A

ム ー

^色 1 1 ､ 1

. :. . : I

‑ ̲ : } : I ‑ ‑ i

･ 了 : 1 1 ･ : I : ' p J

. I , . I I 十･ ∴̲ 1 ̲ ′ ･ = ● ･ 二 ■ : ･

‑

^t

'l′

'hrAll'.JIり叫..;; T"‑ll,qu(‑)r･I,rこ叫 TLへ→LIり,′■I̲ ーr'bJ

'T'IJ,1叫 I叫 乙●●一･:t･‑,tIJhrl i:I,JVtrll.

長 = 3 8 野 1 A 工 y f 市 業 g n 高 J l T I 等 6 T e 専 r T O

門

今年の131れあいサ9デーフラ ンは

一一こんな企画7:1番を枇 いる!

事戊Nttカに○古土Ir8の午MOq一年はユq*でtH/M E)LJ

q=I112LIIで)AIfA+T暮しt't HfnElと23E3lJqtlTJ

か LTh.

1 2 A

の●h心OX llJt23E)12JI148ut4LJf●+)▼のtL牛

Lll1117I分q r<ンクーネット件■｣の正PdAり土T.

と き●11月9811月23E)･12月1LIE) ところ●長野=兼高等書門学校

t子制i4=事I斗t*aSJ:α TIq叔FIセンター

+f少^{ARLI羊15ttLJ上l中'Fl ■ll‑PrtlJのl}

亡/LtJl■)も●lJrJIt■l●tとfr

+I Jltll

●■仏力JL/lnrhPIJLt)VJITllJltdrBr ̲

州tPlL tl‑L34★dIPAAlll■IFMu●■Vr4tJ土tJ氏も 13rTqも･1LJt

●rl

▲

† J

●

.

川 ●JJ'^gBH JIP7JllAt書 学生P黙樗Tl朽43qlllT41026･20与･併?ClT

陳11 参加N‑幕tL川.)‑ フ レッ ト (∧11敵･[LIJiIfIi)

表 1 実施課題 と期 LJ

11月9日(土) チ‑マ1｢光に反応す る自動曲 を作ってみ よう!｣ その 1

★模型づ くr)なんて ニわ くない

★モータとギアの仕組み

11月23日は ) チ‑マ1｢光に反応す る自動車 を作ってみ よう!｣ 9:0し)‑12:00 その2

★｢光センサ｣てなんだ ?

★｢馬子スイ ッチ｣つてなんだ ?

★ さあ,みんなで走 らせ よう!

特別公開 ｢インタ‑ ネット体験｣

12月14日(土) テーマ 2｢ロボ ットを自由 自在に操作 してみよ う !｣

★お父 さんの会社で もこんな ロボットがあるの かな ?

テーマ 3｢電池 がい らないラ ジオを作 ってみよ う !｣

★お母 さん,喝池がないのに昔が聞 こえる よ !

した車 の土台 となるシャーシを析 曲げ たり､前輪取 り 付 け穴 の加 工 お よび車輪 を回転 させ るギヤ ボ ックス を組立 てた.第2日目は,自動車 の走行 をオ ン/ オ フ させ る光 セ ンサ ,ス イッチ の話 の後,スイッチやモー タの電気配線 と光セ ンサ基板 (自作 )の取 り付 け.タ イヤの装着,そ して好みのデ カールシールを貼ってオ

図2 テーマ1｢光 に反応す る自動車｣の実施概 要

リジナ ルカー を完成 させた 最後 に全 員が 懐中電灯 で光誘導 しなが ら自動車 の走行 を楽 しんだ.図4は,

自動車製作 の体戯風景 である. 本 テ ーマの実習担 当 は電子制御工学科構 成員全員 (11名 )があた り,参 加者 (小学生26名,中学生11名,保護者7名,合計

44名)が11班 に分か れて実習 した.

小 中学生 を対決 とした rメカ トロニ クス と物)丑T)終板リl珊｣

(b)第2日El 図3 テーマ 1の 日程表

3‑2 テーマ2 ｢ロボ ッ トを自由 自在 に操作 してみ よう !｣

本テーマは,産業用 ロボットを実際 に操作す ること によって ロボッ トの構成お よび構造 を知 り,ロボ ット が どの ように して様 々な作業 を行 うか を体願す るこ

とである.参加者63名が班毎 (4‑5名)に分かれて, 学科 に導入 されている制御教育実習 システ ムの垂 直 多関節型 ロボット (三菱電機ムーブマスタ)を,約20 分間テーマ3の合 間に実習 した.図5にテーマ2(第 3日日)の 日程 を示す .

実習内容 を列記す る と,(1)ロボ ッ トシステムの構 成要素の理鰍 ('2)ロボッ ト構造 の理解,(3)テ ィーチ

161

図4 自動車製作 を71･う堤;I.1‑ill:

図5 テ‑マ2,3の 日程表 (第3日目)

ングボ ックスによるロボ ッ ト操作 (4)テ ィーチ ング､

(5)デモ ンス トレーション (カラーパ レットの色判別) の5点である 図6はロボット操作 の体験風景である.

3‑3 テーマ3 ｢電池がい らないラジオ を作 ってみ よう !｣

本テーマはフェライ トア ンテナノ ＼リコン,ダ イオ ー ドお よびイヤ ホー ンか らなる電池 のい らない ラジ オをつ くることである.図5にテーマ3(3日目)の 日程 を示す.まず,ラジオが聞こえる原理 を学習 した 徳.図7に示す実体匝l路 に基づ き,我 々がそろえた電 子部品を半出付 け し,約1時間半かけて全員がラジオ を完成 させた.図8は完成 したラジオに聞 き入 る受

162 _{坂口正雄 ･}芳賀武 ･伊 佐年 ･熊 山 災 他

凶6 ロボッ ト拙作 を1rう･2･.神化

コイル

図7 ラジオの実体回路図

講生の姿 である.

本テーマの参加者 は,小学生36名,中学生 13名.

保護者14名,合計63名である,実習担当はテーマ12 を含めて学科構成員6名があたった.

4 事業 の まとめ

4‑1 テーマ1に関す るア ンケー ト結果 と参加者の 感想

表 2はテーマ】｢光 に反応す る自動車 を作 ってみ よう !｣のア ンケー ト結果である.テーマ 1参加者の ア ンケー トに記 された主 な感想 を以下 に記す .

･今 まで見たことも,作ったこともない機械 を使っ た り,見た りして とって もお もしろかった.

(小5女子)

凶 8 完成 させたラジオに聞 き入 る受部生

｡思 った よりむず か しかった.シールは りに熱 中 しす ぎてテス ト走行があまりで きなかったけ ど 楽 しか った. (小6男子 ) . はんだづけや車体 の穴あけがむずか しかったけ

ど走 らせた らとて も楽 しかった, (′ト5男子 )

･思った より難 しくて 苦労 した.また,今度 もやっ てみ たい.光セ ンサの仕組みがわかった.

(中2男子 ) .親ィ‑で工作 で きた ことは有意義で した.久 しぶ

りに童心にかえった様で した. (小5父 ) .生 まれて初めてこのような自動車 を作 りま した.

般初 は難 しそ うだな と思い ま したが作 っている うちに大変面 白 く楽 しくな りま した.参加 して 良か った. (′J､6母) 4 2 テーマ2,3に関す るア ンケ ー ト結果 と参加者

の感想

表3は.テーマ･2｢ロボッ トを自由 自在 に操作 し てみ よう !｣お よびテーマ3 ｢電池がい らないラジ オを作 ってみ よう !｣の7 ンケ‑ ト結果である.テー マ2,3参加者の主な感想 を次 に記す.

･ ロボッ トを白分で操作 してみて,人間 と同 じよ うな動 きをす るのにびっ くりした. (中2男子) . ロボッ トの動 きをどうやって教 えるのか疑問が

残 った.ラジオの電波な どについて もっ と知 り た くなった.機械 について興味が わいて きた.

(中3男子 )

小 中 学 生 を対 象 と した ｢メ カ トロ ニ ク ス と物 造 り体 験 実 習｣

表2 テーマ1のア ンケー ト結果

保護者君の字年 小^中3/ 11/ 1 小中4/ 12/ 3 小中5/ 13/31(計小 6/ 132) 2 父/ 4 母/3(計 7)

企画を先l由【小中学生つた理】 学校 の先生/ 24 新聞/ 0 パ ンフ レッ ト 2 父母 5

【保護者 】 学校 の先生/ 6 子供/ 1

企凶の何日さ【小中学生】 面 白かつた/ 27 普通/ 5

【保護者】 面 白かつた/ 7 普通/ o

難易一【【保護者小 中学生文 】】 易 しい/ 5 普通/ 15 耗 しい/ ll その他/ 1

易 しい/4 普通/3

業 しか った

工作【lt小中学生%‑af )】 草体 析 曲げ/8 車体穴あけ/4 ギヤ ボックス組立/3 はんだ付 け/8 スイ ッチ等 の取付/8 全 部/ 20 車体折 掛ア/ 1 はんだ付け/ 1 全部/ 6

難 しか つ六=

工作【小中学生】 草体 析 曲げ/ 6 草体穴あけ/ 4 ギヤ ボックス組立/4 はんだ付け/ 9 スイ ッチ の ､ 10 6

【保護者 】 全部 難 しい車体析 曲げ/4/ 1 スイ タチ等の取付u /3

表 3 テーマ 2,3のア ンケー ト結果

君の学 年

保護者 小^中4/1/l1 小 5/ 1中2/ 5 中3/ 55 小 6/ 1一4計41) 父/ 12 母/4(計16)

企 也由【【保護者小 中学生を刃】つT】】=理 学校 の先生/ 27 新聞/4 パ ンフ レッ ト/4 父母等/6

学校 の先生/3 新聞/ 5パ ンフ レッ ト/3

ラジ オ 作 りの

面白 さレト中学生】 面 白かつた/28 普通/ 13

【保護者】 面 白かつた/ 12 普通/4

ラジ オ 作 り

難易度【小 中学生 の】 易 しい/ 5 普通/ 17 耗 しい/ 19

【保護者】' 易 しい/4 普通/9 難 しい/3

難 しか つT=

工作レト中学生L保津者】】 はんだ付け/ 17ビス .ナ ットでの固定/ 2 全部簡単/ 5全部難 しい/ 0

はんだ付け/ 10ビス .ナ ットでの固定/ 2 全部簡単/ 5全部難 しい/ 0

ロボット操作の

面白 さ【小中学生 】 面 白かつた/ 14普通/ 18つ まらない/ 6

【保護者 】 面 白かつた/ 7普通/ 7つ まらない/ 1

ロボット操作の

難易度【小中学生】 易 しい/3普通/ 25難 しい/ 6その他/ 1

163

● ロボットのそ うさが むずか しか った.ラジオが で きた とき ｢やったあ｣とお もった. (小5男子)

● もうちょっとむずか しいラジオをつ くりたい.父 さんにてつだって もらったか ら楽だった.

(小5男子 )

●電池がな くてラジオを聞けるかわか らなかった けど,作 っているとき,不安 になったけど開けて

よかった. (小6男子)

.付 き添いで参加で き,初めてのラジオ作 りがで きた こと,大変良かったです.何年か後,子供が こうした勉強 をして くれた らとも思い ます .

(小5父)

●久 しぶ りの工作 は楽 しかったです.はんだは使っ たことがなかったので難 しかったですが,物 を作 る楽 しさを本 日過 させ ていただけて本当 にあ り が とうございました. (小5母) 4‑3 担当者の感想

(1)｢光 に反応する自動車 を作 ってみよう !]

● ｢光に反応す る自動車｣ というものをテーマ と して選択 した背景には

,

ことが狙い としてあった.子供たちの反応 を見 ている と,プ ラモデ ル的感覚で作業 に取 り組 ん でいる感がある ものの,稔 じて様 々な作業 を楽 しんでやっている様子が伺 え,本企画 はおお む ね成功 であった といえよう. しか しなが ら,技 術 とは創意工夫 な くしては進歩 しない ものであ り,少 な くともプ ラモデ ル的な単純作業だけで は ｢技術の世界 を体験す る｣ とい う本企画 の趣 旨に幾分反 して しまう部分 もあ る.したが って, 今後共 このような企画 に際 しては十分な検討 と 準備が必要 となることはい うまで もない ことで ある.

｡光 に反応する自動車 は,実際の動 きが伴 うので 興味 を引き,題材 として適当 と思われた.

｡2週連続 して参加で きない受講生 は,その友達 に持っていった もらった りして,対応で き良かっ たが,で きれば 1週毎で終 る ものが受講 しやす かったのではないか.

164 坂口正雄 ･芳賀 武･岸 佐年 ･森山 実 他

(2)｢ロボ ットを自由 自在 に操作 してみよう !｣

.説明が多 く,他人の操作 をみている時間が長かっ たためか飽 きて しまった ようだ.受講者 自身が 自由に操作で きる内容 を考える必要がある.

● ア ンケー トの結果か ら本講座の 目的はある程度 達せ られた と考 え られる.

(3)｢電池ヴい らないラジオを作 ってみよう !｣

. ほ とん どの人が 自分のラジオを鳴 らす ことがで き,本人 も驚 くな ど,良かった と思 う.

｡手順書通 りに作 っているだけで,なぜ鳴 るのか まで考 え られなかったのは少 し残念である.小 学生か らなので難 しい面 もあるが,説明の時間 が もう少 しあった方が良かった気がす る.

(4)全体 をとお しての感想

●親子が一緒 に工作 している姿は微笑 ましかった.

･全体 的に大盛況で概 ね参加者 に も好評で,開催 の意義は十分あった.

●今回の ように手作 りの要素が少 しある ものの他 に,準備 は大変であるが大部分が手作 りのコー ス も是非行いたい.

4‑4 ｢特別公開 ･インターネット体験｣ について インターネットに関する講座 は,本枚で別の企画 と して開催 している公 開講座で も参加者の関心が非常 に高 く好評であるため

,

｣で も講座 の第2日お よび第3日の午後 に,午前の講 座 の参加者中の希望者のみを対象 に実施 した.午前 の講座終了後 に昼休み を挟んで午後 1時か らという

日程であったが,延べ50‑60人が参加 して,熱心 に 取 り組 んでいた.

参加者の感想 は概ね

,

5 おわりに

学校が主催す る講座的な催物 は勢い学習的,勉地の 色彩が出やすいが,本事業は文部省理工系教育推進経

費により,理工系離れ改善のため,遊び感覚で,楽 し く,かつ親子のふれあい もある ｢物造 り｣体験 を提供 した ものである.3日間で延べ151名の小 中学生,煤 護者の皆 さんに参加いただいた.参加者は,物造 りの 楽 しさや完成 の喜びを体験で きた もの と推察 してい る. ｢むず しかったけど,たの しかった,お もしろかっ た,またやってみたい｣ といった感想が多 く,我々の 所期 の 目的が十分果たされた と考 えている.

本事業 を実施 してみて,時間的制約の中で,参加者 の創 意が十分 に発揮で きる企画立案の難 しさを感 じ た.また,参加人数が多 く,少々受入れのキャパシテ ィ を越 えて しまったことな ど,反省点 も多 く,今後 はこ れらを踏 まえて ｢物造 り｣体験プランを企画 したい と 考えている.

謝 辞 本講座 は,平成8年度大学改革推進等経費

｢理工系教育推進経費｣の配分 を受け,電子制御工学 科教 職員全員 な らびに電子情報工学科中滞達夫教官 の支援 により実施 された.格別の配慮 を賜った,森 粛 前校 長は じめ関係事務部職員ほか,関係各位 に対 し探 誘け る.

参考文献

(1)長野工業高等専門学校 :ふれあいサ タデ ープラ ン'96"メカトロニクスを体験 しよう!"実施報告 書(1997.2)

(2)坂口正雄,服部 私 中島隆行,小野伸幸,和 崎克 己,加藤正幸 :小 中学生 を対象 とした ｢メカ ト ロニクス と物造 り体験実習上 日本工学教 育協 会 工学 ･工業教育研究講演会講演論文集,教育 研究指導‑ⅤⅠ,no.34,pp.113‑116(1997.8) (3)川端,他 :中学生科学技術体験授業について (哩

工系教育推進事業),工学教育,45,2(1997.3)