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2013年10月29日 (火)

回路カードシステム

回路カードシステムについて

 授業時間不足、器具の不足などの結果、生徒実験実施回数が減少しており、特に電気分野は生徒実験が少ない。そこで、高性能で安価な実験器具を用いて、短時間に確実に実験できるようになれば、生徒や教員の時間負担が少なく、効果の高い実験を実施することができ、回数も増えると考えた。実験回数が増えれば生徒も教員も実験操作や準備に習熟し、回数を重ねるにつれ短時間で効率よく実験でき、得られた時間で実験結果を考察し理解を深めることができる。このような正のスパイラルに持ち込むことを目的とした実験器具システムを目指して研究と開発を行った。

 マイクロスケール実験としての回路カードシステム

    回路カードシステムは、基板となるはがき大の「回路カード」と、抵抗などの「部品セル」で構成される。(写真1)この回路カード上に構成された回路の電流や電圧を測定するために、デジタルテスターを使用する。回路カードで扱う電圧は、数mVから3V程度で、電流は数mAから数100mA程度の小電流である。このことにより、内部抵抗や発熱の影響が小さく、高精度の測定ができる。また、器具も小型で安価であり、個人実験や二人に1 セット準備することもできるし、かさばらず管理や保管も容易で、化学実験分野で進んでいるマイクロスケール実験の電気分野版として位置づけることができる。

電磁気分野の実験プラットホームとして

 電磁気分野実験の基本は回路である。小学校3年生理科で学ぶ豆電球の点灯回路、中学校の抵抗の並列・直列接続回路も、高校物理のホイートストンブリッジも基本は回路である。電気分野は形は複雑になっても、小中高で同じ形式・規格の回路教材を使えば、統一性があり、操作・接続に習熟し、理解しやすいと思われる。
 「回路カードシステム」は、はがき大のカード上に銅箔で回路を形成し、その上に電池や抵抗などの部品をクリップや磁石で圧着し接続する電気回路実験器具のシステムである。部品を回路図通り置くだけで短時間に回路を組み立てることができ、電流計や電圧計なども同様に接続できる。トランジスタなどの電子部品が簡単に接続できるほか、パソコンへの入出力にも対応しており、測定・制御にも活用できる発展性を備え、生徒の意欲に応じて、より高度な実験に活用できるシステムになっている。「回路図通り部品を置くだけ」で、誰もが簡単に自由に考えて実験を繰り返し、実験結果を考察する中で様々なことを学べるというものである。小学校、中学校理科・技術・家庭、高校物理まで、日本の他、世界中で使える電磁気分野の実験プラットホームとしての、「回路カードシステム」開発を目指した。

Photo_3

写真1 回路カードシステム

(マグネットタイプ)

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回路カード(クリップタイプ)

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回路カード基本パターン

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