令和2年度　ＰＢＬ教育支援プログラム 成果報告「センサ工学」

Ｑ１　ＰＢＬを導入した意図・目的

講義では、IoTに利用されるセンサー素子、アクチュエータ素子の構造、動作原理から、信号処理回路（アナログ・デジタル）およびマイコンによる制御を扱っている。半導体の原理から機械動力および電子回路までの広い範囲の講義では、実際に体験することが重要であると感じてきた。

平成29年度、平成30年度に学生1人1台ずつのマイコンを配布し、授業と関連する内容の実際の製作を自宅で行わせてみたところ、授業内容の理解と興味が増すことがわかった。本来は、実験科目との連動が望ましいとされるかもしれないが、マイコンや電子素子の価格が下がった現在では、実験をものづくりと連動して反転授業を検討している。平成30年度はPBL（問題解決型）科目として、比較的複合的な課題を与え、自宅（又は学生グループ）で検討させた。

令和元年度は、教育改善推進室の支援を受けて、学生に十分な部品を提供でき、多様な解決案に対応できることを目的として授業の改善を行った。具体的には、導入部分にProblem Based Learningとして解決可能な課題を独自で解決させるようにし、自宅実習の部分を動画撮影したものをWebClassで報告させた。後半は、Project Based Learningの意味合いを強くし、解決にいくつかの方法が考えられるが実施に困難を伴うものをグループで解決するものとした。授業はアクティブラーニングの手法を用いた。

令和元年度の問題点として、約3分の1程度の学生がついて来られなかったことがある。結果的に大学で自宅実験の教示をすることになった。実験に興味を示すまでの期間は、完全な反転授業よりもインストラクションを併用した講義形式が良いのではないかと考えられた。また、最後のアクティブラーニング型の課題について、十分な材料を供給できず、さらに途中にプレゼンを入れるなどの改善が必要と思われた。

Ｑ２　授業におけるＰＢＬの実践方法

（1）グループ分けの方法
3〜4人のグループを自由に構成させる予定であったが、学生相互の教え合いを期待していたため、ZOOMを中心とした授業ではグループを適切に分けられないと考えた。授業後半の相談時間が、ある学生の不具合を私が聴きながら考えさせながら指導するので、それを見ながらさらに質問する学生があり、グループ分けの代替として多少は機能したかと考えている。

（2）Problem Based Learning とProject Based Learningの試み
講義による知識の取得、授業中実習による不明な点の質疑による知識と実践の連携、自宅実験による自分だけの工夫、失敗体験などをベースとして授業を構成している。

前半はProblem解決型の課題を与え、情報収集を含む基礎的な知識とスキルの蓄積をねらった。
後半では、大きなテーマでProject Baseとし、解決方法の相談、設計、試作などを課した。本年は、PID制御を実現させる課題とした。また、成果物は個別でも製作することを求めた。成果はプレゼンテーション形式の発表会で可視化した。

Ｑ３　授業における成績評価方法

・WebClassに自宅実験成果を動画で提出またはレポート提出（8回）個人評価
・プレゼンテーション（1回）個人評価

以上の成績を総合して成績評価を行なった。

Ｑ４　学習成果の可視化の取組み

・プレゼンテーションを行なった。
・成果を動画で撮影させ、提出させることで可視的な評価および進度、問題点の把握が可能となった。

Ｑ５　ＰＢＬを発展させるための課題

2年に亘って本プログラムの支援を受けて、実験科目のPBLを反転授業型にするための検討を行なってきた。初年度に得られた課題が重要なものであることを再確認し、特に学生に関心を持たせ自主性へつなげる工夫がさらに必要であると感じた。これは、どの科目でも同じであろうが、PBL、特に実験を伴うものには必要不可欠な工夫項目になると思う。この点に関しては、さらに改善していきたいと思う。

昨年度に得られた課題を中心に授業の改善を行なった内容は以下の通りである。新型コロナ対策でのZoom講義、通学不可の状態が続いたため、適宜対応しなければならず、「継続的な改善」として知見を深めることが難しかった。

•基礎知識、基礎スキルを自宅実験を通して如何に発達させていくか。
授業の内容と自宅演習の内容の同期に工夫した。かなりやりやすかったようであるが、欠席したものが授業動画と資料だけでは情報不足のようであった。

•授業開始直後の課題においては、どう対応していいのかわからない学生もいるので、授業中に導入の部分を一緒に行うことも必要ではないか。
講義時間を短くして、その後に相談の時間を設けた。ZOOM経由では回線の関係かもしれないがやりとりが難しく、授業中の質問、相談は経過とともに減る傾向にあった。

•課題解決までのフレームワークを書かせ、それをチェックしていくことで課題解決の進度管理及び障害の分析を自分でさせた方が良いのではないか。
実際には、フレームワークを書くまでのスキルと問題分析力が足りず（この科目はその力をつける意味もあるので）、相談、質問に答える中で指導を試みた。

•Webだけでなく、手掛かりになる資料、解説などを配布した方が良いのではないか。
資料に、プログラム例、回路の写真などを加えてわかりやすくした。

Ｑ６　授業の概要と進め方

【目的概要】
回路設計、素子（デバイス）の選択および利用方法について理解し使えるようにする。センサ入力、ソフトウェアによるコンピュータ制御、アクチュエータによる駆動に至る流れの各段階について理解する。

この講義は、新しいPBL実験科目として、反転授業（自宅での学びを中心とする学び）を取り入れる。具体的には、各人にマイコンおよび部品を配布し、自宅での回路組み立て、実験を行ってもらう。半田付けなど自宅でできない工作は、授業中に実験室などで行うこともある。

授業では、センサやアクチュエータの働き、制御の基礎を講義し、それを自宅で製作実習してもらう。その成果を用いて、新たな課題（問題）に取り組んでもらう。

【達成目標】
（1） 電子回路の基本を理解し、回路を設計できる。
（2） センサを中心に半導体素子の働きを理解し回路設計に応用できる
（3） 回路を実際に組み立てることができる
（4） マイコンを用いた制御ができる

【評価方法】

プレゼンテーション（20%）、課題・レポート（80%)

ルーブリック

（1） 電子回路の基本を理解し、回路を設計できる。
　　Ｓ・Ａ：回路の基本を理解し、トランジスタ、OPアンプ、センサを用いた動作する回路を設計でき応用できる
　　　　Ｂ：回路の基本を理解し、トランジスタ、OPアンプ、センサを用いた回路を設計できる
　　　　Ｃ：回路の基本を理解し、抵抗、コンデンサ、コイルを用いた回路を設計できる
　　　　Ｄ：回路の基本を理解していない

(2) センサを中心に半導体素子の働きを理解し回路設計に応用できる
　　Ｓ・Ａ：半導体素子の働きを理解し、データーシートを読んで回路を設計に応用できる
　　　　Ｂ：半導体素子の働きを理解している。サンプル回路を参考に回路を設計できる
　　　　Ｃ：半導体素子の働きを理解している
　　　　Ｄ：半導体素子の働きを理解していない

(3) 回路を実際に組み立てることができる
　　Ｓ・Ａ：動作する回路を自在に組み立てることができ工夫ができる
　　　　Ｂ：ブレッドボードで自在に回路を組み立てることができる
　　　　Ｃ：配線図を参考に回路を構成することができる
　　　　Ｄ：回路を組み立てることができない

(４) マイコンを用いた制御ができる
　　Ｓ・Ａ：マイコンを用いて、センサ、アクチュエータ等の制御ができる、または工夫できる
　　　　Ｂ：マイコンを用いてセンサを読み取り、データを表示することができる
　　　　Ｃ：マイコンの基本的なプログラミングができる
　　　　Ｄ：マイコンを使えない

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〇PBLを主体とした教育への取組みに対する支援（PBL教育支援プログラム学内公募）

東京電機大学教育改善推進室では、平成23年度から「学生が主体となって学ぶ」形式を取り入れた、いわゆる「PBL（Problem-Based Learning又はProject-Based Learning）」による教育の開発・運営を「PBL教育支援プログラム」として支援し推進しています。
PBL教育支援プログラムは、これからPBLを取り入れていこうと考えている教員やすでに実践しているPBLをさらに工夫しようと考えている科目を対象に支援を行い、その実践と成果を学内の関係者と共有し、学生の学びを主体とした教育の推進を図ることを目的としています。

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