中間報告 Ｅｘｃｅｌを用いた自動制御Web教材の試作

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1 中間報告 Ｅｘｃｅｌを用いた自動制御Web教材の試作
２００６年９月５日 ０４TA５７２C　鳥塚達夫

2 １．研究の概要 技術系社員教育のためのＷｅｂ教材を作成する 教材は自動制御を題材にしたものとする 解析やグラフ作成にはＥＸＣＥＬを活用する
可能であれば、社内で試験運用し効果を確認する

3 （１）第三種電気主任技術者試験受験者の感想などを参考にした
２．研究分野の絞り込み （１）第三種電気主任技術者試験受験者の感想などを参考にした 　　☆電気主任技術者試験は、理論、電力、機械、法規の４科目から構成される　　　 ☆レベルは工業高校卒業程度とされているが、実際はもう少し高い （２）最も難しい科目は「機械」という人が多かった。その理由は 　　　☆出題範囲が広い（電気機器学、自動制御、パワーエレクトロニクス、照明工学、電気化学・・・）　 　 ☆難易度も高い 　　 ☆個別機器の構造や特性を熟知しないと理解できない ☆自動制御などの科目は数学理論に近く、抽象的でなかなか理解できない （３）全国的な統計から、受験生が苦戦している様子が覗えた 　　 ☆平成１７年度の試験結果（合格率） 　　　 第三種：受験者42,390人に対し合格者4,831人・・・合格率１１％ 　　 第二種：８％、第一種：４％（電気主任技術者試験センターのデータより計算） 　　 ☆但し、科目別のデータは公表されていない

4 （５）機械の分野が難しいと言われている理由（推測） ☆学習には市販の教科書を使っているケースが多いが、教科書の文字と数式
　　☆学習には市販の教科書を使っているケースが多いが、教科書の文字と数式 　　　 と図面だけでは、学習者には現象が十分に理解できないのではないか 　　 ☆グラフ作成など計算量が多い演習問題は敬遠されてしまい、本当にわかった 　　　　という感じを掴めないまま、学習が終わってしまうのではないか ☆うまくイメージが掴めれば、実際にはそれほど難しくはないのではないか　　 （６）研究分野の絞り込み 　　☆上記の事項を問題意識として、 　　　　・本研究ではコンピュータの計算能力、グラフィック能力を活用することで 　　　　・教科書では十分に表現しきれないor学習できない部分を補完し 　　　　・学習者のイメージを広げて理解を促進する 　　　ことをねらって、自動制御の分野に的を絞りＷｅｂ教材を試作する　　　　　　　 　　　 ☆電気機器など、ＣＧを使って電磁気現象を分かりやすく表現することで、学習者 　　　　　の理解をより促進する教材ができると思われるが、この分野は今後の課題としたい

5 ３．教材の内容 （１）学習者のレベル ☆第三種電気主任技術者試験程度を想定 （２）内容 ☆古典的な自動制御理論を対象にする
　　☆第三種電気主任技術者試験程度を想定 （２）内容 　　☆古典的な自動制御理論を対象にする ☆ラプラス変換やブロック線図の作成 　　　　・市販の教科書で学習可能なのでとりあえずは対象とせず 　　 ☆今回の研究の主な範囲 　　　　・コンピュータによる学習が効果的と考えられる、周波数応答や系の 安定性の評価の分野を重点に、演習を中心にした教材を作成する 　　　ｏボード線図作成演習 　　　ｏナイキスト線図の作成演習 　　　ｏラウスの方法による安定性判別計算演習　　など

6 （１）MathematicaやSpice、Matlabなどの解析ツール ☆優れたツールであるが、想定した学習者のレベルにあわないのではないか
４．演習問題作成に用いるツール （１）MathematicaやSpice、Matlabなどの解析ツール 　　☆優れたツールであるが、想定した学習者のレベルにあわないのではないか 　　 ☆高価なので個人ではなかなか買えないのではないか （２）予備検討の結果 　　☆マイクロソフトのＥｘｃｅｌを使うことで比較的容易にボード線図や ナイキスト線図の作成が可能との見通しを得た 　　☆Ｅｘｃｅｌであれば、一般に使われており、適切なガイダンスがあれば 　　　学習者はあまり抵抗感なく演習が進められると考えられる 　Ｅｘｃｅｌを演習問題作成ツールに採用して研究を進める

7 ５．研究の重点 多数回の数値計算を伴い、なかなか学習が進まない部分 １．基本的な事を憶えた後は、数値計算の部分を極力省力化して、学習者が
ＥｘｃｅｌとＶＢによる簡単なプログラムを用いて １．基本的な事を憶えた後は、数値計算の部分を極力省力化して、学習者が 数値計算に割く労力を、数多くの特性曲線を描く経験に振り向ける ２．これを通じて、Ｂｏｄｅ線図、Ｎｙｑｕｉｓｔ線図などの作図を体感させ、 「大体こう 　　いう風にやればいい」という感覚を掴ませる ３．自動制御で用いる解析手段　 （Ｂｏｄｅ線図、Ｎｙｑｕｉｓｔ 線図、Ｒｏｕｔｈの方法など） 　　が個別バラバラにあるのではなく、 系の周波数応答や安定性を評価する 　　ための一連の方法であることを理解させる

8 ６．研究の概略スケジュール （１）教材の内容検討と原稿の作成 　　☆　１１月中完了を目途としたい （２）原稿のＷｅｂ教材化 　　☆できれば１８年度末までに完了したい （３）試験運用 　　☆できれば、１９年度から実施したい

9 （１）現在ボード線図作成演習の原稿を作成中 ｏ第一次原稿はほぼ完成
７．進捗状況 （１）現在ボード線図作成演習の原稿を作成中 　　ｏ第一次原稿はほぼ完成 　　 ｏＥｘｃｅｌを用いたボード線図作成事例ももほぼ完成 （２）教材のＣＧＩ化に関する基礎知識の習得 　　ｏ自宅のパソコンにＡｐａｃｈｅをインストールしサーバを立ち上げ 　　 ｏ市販のＣＧＩ本で練習プログラムの作成など実施中 ｏ引き続き勉強を進めるが、信州大学のサーバの使用などは今後の検討課題 ８．添付資料 　　ｏＥｘｃｅｌを用いたＢＯＤＥ線図の作成方法　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 ９．謝辞　ご指導いただいたカワモト先生に感謝いたします。 以　　上