JP2016004179A - 授業支援システム - Google Patents

Abstract

【課題】教材の組立の工程や実験の過程を示す画像を用いて生徒の理解を高めることができる授業支援システムを提供する。
【解決手段】授業支援システムは、実験教材を用いた体験型学習において使用される授業支援用コンテンツが格納されたサーバと、このサーバから授業支援用コンテンツをダウンロードしてディスプレイに表示するクライアント端末と、前記サーバと前記クライアント端末とを相互通信が可能な状態で接続するネットワークとを備える。授業支援用コンテンツは、実験教材の組み立ての工程または実験教材を用いた実験の過程を示す複数の画像で構成されており、工程毎または過程毎に再生され、かつ要求に応じて、工程間または過程間で順送り、停止および逆送りされる。
【選択図】図２

Description

本発明は、実験教材を用いた体験型学習において、ＩＣＴ（Information and Communication Technology）を活用して先生方の指導と生徒達の学習を支援する授業支援システムに関する。

小学校等での理科の授業においては、実験教材を用いた体験型学習が広く行われている。例えば、電気の働きについて学習する授業においては、モーターによって駆動される車を組み立てると共に、電池を用いてモーターを回転させることにより、電気の働きを勉強する。

従来、上述の電気の働きについて勉強する体験型学習においては、説明書に基づいて車を組み立てると共に、モーターを駆動して電池の働きを勉強していた。

しかし、説明書だけでは生徒の理解に差が生じ、組み立てが苦手な子供と得意な子供との間で完成までの時間に差がつきがちであった。また実験の内容については、組み立ての場合以上に、生徒の理解に差が生じることが多かった。

この問題を解決するため、近年、ＩＣＴを活用し、インターネットを介してサーバから教材の組み立てや実験の様子を写したビデオ画像等のコンテンツを配信して、子供たちの理解を助ける方法が提案されている（例えば特許文献１参照）。

特開２０１３−５８０２９号公報

しかし、授業支援のための従来の方法は、単に、教材の組み立てや実験の様子を示すビデオ画像を液晶ディスプレイ等に表示するだけであり、個々の子供の理解の程度を考慮したコンテンツとはなっていないため、十分な効果をあげるには至っていない。

本発明は、このような従来の問題点に鑑みて成されたもので、教材の組立の工程や実験の過程を示す画像を用いて生徒の理解を高めることができる授業支援システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため本発明にかかる授業支援システムは、
実験教材を用いた体験型学習において使用される授業支援用コンテンツが格納されたサーバと、
当該サーバから前記授業支援用コンテンツをダウンロードしてディスプレイに表示するクライアント端末と、
前記サーバと前記クライアント端末とを相互通信が可能な状態で接続するネットワークとを備え、
前記授業支援用コンテンツは、
前記実験教材の組み立ての工程または前記実験教材を用いた実験の過程を示す複数の画像で構成され、
要求に応じて工程毎または過程毎に再生され、
かつ工程間または過程間での順送りおよび逆送りが可能であることを特徴とする。

ここで、前記授業支援用コンテンツの複数の画像は、実験教材の組み立ての工程または実験教材を用いた実験の過程を示す静止画または動画で構成されることが好ましい。

また前記動画として、前記実験教材の組み立ての各工程を描いたアニメーション、または前記実験教材を用いた実験の各過程のシミュレーション結果を描いたアニメーションを用いることが好ましい。

また前記授業支援用コンテンツを構成する複数の画像には、組み立ての工程間または実験の過程間での順送りを行う順送りボタンおよび逆送りを行う逆送りボタンが表示されることが好ましい。

同様に、前記授業支援用コンテンツを構成する複数の画像には、アニメーションを途中で停止させ、かつ停止させたアニメーションを再度再生させる停止／再生ボタンや、前前記実験教材の組み立ての各工程における注意点を解説するための画像に切り換えができる注意ボタンが表示されることが好ましい。

また前記授業支援用コンテンツは、前記実験教材を提供する会社が使用するサーバまたは授業が行われる学校に設置されたサーバに格納され、前記クライアント端末は前記いずれかのサーバにアクセスして、前記授業支援用コンテンツをダウンロードすることが好ましい。

本発明にかかる授業支援システムでは、生徒の手元にある実験教材の画像（教材を撮影したもの、もしくは教材を描いたもの）を用いて組み立ての工程や実験の過程を説明しているため、画像に対する違和感がなく、生徒の理解を促進させることができる。

また生徒の理解に応じて画像の順送り、停止および逆送りを繰り返し、組み立ての工程や実験の過程を十分理解した上で、次の工程や過程に進むことができるため、授業を円滑に進めることができる。

本発明の実施の形態にかかる授業支援システムの基本的な構成を示すブロック図である。 モーターカーを組み立てる工程（前半）の画像を示す図である。 モーターカーを組み立てる工程（後半）の画像を示す図である。 第４の工程のアニメーションを示す図である。 画像に表示された注意ボタンをクリックしたときに表示される画像を示す図である。 電池のつなぎ方とモーターの回り方の実験の前半の過程を説明する図である。 電池のつなぎ方とモーターの回り方の実験の後半の過程を説明する図である。

以下、本発明の実施の形態にかかる授業支援システムについて、図面を参照しながら説明する。

＜授業支援システムの構成＞
図１に、本発明の実施の形態にかかる授業支援システムの基本的な構成を示す。授業支援システム１は、教材販売会社２に設置されたサーバ２１およびルータ２２、各学校３に設置されたクライアント端末（以降、「端末」と略す）３１、サーバ３２およびルータ３３、ならびに広域ネットワークの一種であり、教材販売会社２のサーバ２１と学校３の端末３１とを相互通信可能な状態で接続するインターネット４で構成されている。

教材提供会社２は、体験型学習に使用する実験教材を学校３に販売すると共に、その学習に用いる授業支援用コンテンツを作成し、データベース（以降、「ＤＢ」という）２３に蓄積しておく。サーバ２１にはＷｅｂサーバソフトウェアがインストールされており、学校３に設置された端末３１との間で、インターネット４を介した相互通信が可能である。またサーバ２１にはデータベースマネジメントシステムがインストールされており、ＤＢ２３へのコンテンツの書き込みや読み出しを行う。

サーバ２１は、各学校３に設置された端末３１からの要求に応じて、ＤＢ２３に蓄積された授業支援用コンテンツを読み出し、ルータ２２およびインターネット４を介して学校３の端末３１に配信する。

なお、本実施の形態では、サーバ２１は教材提供会社２が所有するものとしたが、必ずしも教材提供会社が所有している必要はなく、レンタルサーバのように教材提供会社が使用できるものであればよい。

一方、学校３内に設置された端末３１、サーバ３２およびルータ３３は、ＬＡＮ（Local Area Network）３４によって接続されており、相互に通信が可能である。

端末３１は教師が操作する端末であり、校内の教室や職員室に設置されている。端末３１は、通常、パーソナルコンピュータで構成され、Ｗｅｂブラウザソフトウェアがインストールされている。また端末３１は、ＬＡＮ３４およびルータ３３を介してインターネット４に接続されている。

サーバ２１と同様に、サーバ３２にはＷｅｂサーバソフトウェアがインストールされており、サーバ２２および端末３１との間で相互通信が可能である。サーバ３２は、主として授業に必要な各種データを蓄積・管理するために用いられる。

学校３の教師は、体験型学習の授業を行う前に、いずれかの端末３１を用いて教材提供会社２のサーバ２１にアクセスして授業支援用コンテンツをダウンロードし、内蔵のハードディスクに格納しておく。

教師は、授業を始める前に端末３１を起動させ、ハードディスクに格納された授業支援用コンテンツを読み出す。読み出されたコンテンツは、端末３１に接続された大型の液晶ディスプレイ３５に表示される。

なお、本実施の形態では、教材提供会社２のＤＢ２３に格納された授業支援用コンテンツを、直接、学校の端末３１にダウンロードしているが、教材提供会社２のサーバ２１へのアクセスが集中して、コンテンツのダウンロードに支障が生じる恐れがある場合は、一旦、学校３内のサーバ３２にダウンロードするようにしてもよい。この場合、授業を始める前に、教室に設置された端末３１からサーバ３２にアクセスして、授業支援用コンテンツを端末３１にダウンロードする。

また、本実施の形態では、端末３１に大型の液晶ディスプレイ３５を接続し、このディスプレイにコンテンツの画像を表示するようにしているが、大型のＰＤＰディスプレイに表示したり、プロジェクタを用いてスクリーンに画像を投影するようにしてもよい。

＜授業支援用コンテンツの内容と使用方法＞
上述のシステムを用いた授業支援方法について説明する前に、授業支援用コンテンツについて説明する。前述したように、本発明は、実験教材を用いた体験型学習において、実験教材の組み立ての工程や実験教材を用いた実験の過程を示す画像を用いて、先生方の指導と生徒達の学習を支援するものである。

授業支援用コンテンツは、実験教材の組み立ての工程や実験の過程を示す複数の画像で構成されている。この画像は、生徒の手元にある実験教材の画像を用いて、組み立ての各工程または実験の各過程が静止画または動画で表現されたものである。

静止画として、実験教材を撮影したものまたは実験教材を描いたもののいずれを用いてもよい。組み立ての工程を示す動画として、実験教材の組み立ての工程を撮影したもの、または組み立ての工程を描いたアニメーションのいずれを用いてもよい。また実験教材を用いた実験の過程を示す動画として、実験のシミュレーション結果を描いたアニメーションを用いてもよい。

授業支援用コンテンツを構成する複数の画像は、工程間または過程間での順送りおよび逆送りが可能であり、ハードディスクから読み出されたコンテンツは、要求に応じて順送り、停止および逆送りができる。

授業は、液晶ディスプレイ３５に表示された画像を順送りする形で進められ、生徒は、その画像を見ながら組み立てを行い、もしくは実験の各過程での意味を理解する。生徒が理解できない工程や過程については、画像の順送り、停止および逆送りを繰り返して、理解できない箇所および内容を確認する。

＜モーターカーの組み立て＞
次に、図２〜図５を用いて、実験教材であるモーターカーの組み立てを、専用のコンテンツを用いて支援する方法について説明する。図２（ａ）〜（ｄ）は、モーターカーの組み立てにおける前半の４つの工程を示す画像、図３（ａ）〜（ｄ）は、同じく後半の４つの工程を示す画像である。また図４は、第４の工程を示すアニメーションの４つの画像、図５は、図４の画像に表示された注意ボタンをクリックしたときに表示される画像である。

図２（ａ）に示すように、画像は、モーターカー５の組み立ての画像が表示されたエリア１０１と、解説文が表示されたエリア１０２とで構成され、画像の左上には、組み立ての何番目の工程であるかを示す符号（図では「１／８」と記す）１０３と、順送りのボタン１０４が表示される。また図２（ｂ）に示すように工程符号１０３の左側には逆送りのボタン１０５が表示される。先生がマウス等を用いてポインタで順送りボタン１０４をクリックすると、画面が次の画面に切り換わる。

図２および図３に示す画像は、組み立ての各工程を描いたアニメーションの画像である。また図４（ａ）〜（ｄ）に、図２（ｄ）に示す第４の工程（４／８）のアニメーションのうち代表的な４枚の画像を示す。

図４（ａ）〜（ｄ）の画像は導線で接続されたモーターやスイッチを本体５１に固定する工程を示したもので、第３の工程を示す図２（ｃ）の画像の順送りボタン１０４をクリックすると、図２（ｄ）に示す画像に切り換わるとともに、図４（ａ）〜（ｄ）に示すアニメーションが表示される。このようにアニメーションにより、組み立ての各工程が分かり易く表示される。

授業は、図２および図３に示すアニメーションを液晶ディスプレイ３５に表示する形で進められる。生徒の手元には、ソーラーカー５の組み立てに必要な部品（本体、タイヤ、電池等）が用意されている。

最初に、先生はマウス等を用いて、液晶ディスプレイに第１の工程である図２（ａ）の画像を表示し、ソーラーカー５の組み立てを開始するように生徒に指示する。指示された生徒は、液晶ディスプレイ３５の画像を見ながら、手元にある部品から本体５１、車軸５２およびタイヤ５３を選び出す。

図２（ａ）に示す第１の工程では、本体５１にタイヤ５３を取り付ける動作を示すアニメーションが液晶ディスプレイ３５に表示される。液晶ディスプレイ３５には、生徒の手元にある部品を描いた画像が表示されるため、生徒は、各工程に必要な部品を間違いなく選択することができる。

また画面の中央に組み立ての手順を示すアニメーションが表示されると共に、下段に組み立ての概要を説明する文が表示されるため、生徒は組み立ての作業を間違えることなく行うことができる。なお、説明文の表示に合わせて、説明文を音声で読み上げるようにしてもよい。

第１の工程について、教室にいる全ての生徒の作業が終了したと判断した先生は、マウスを用いて図２（ａ）の画面に表示された順送りボタン１０４をクリックすると、第２の工程を示す図２（ｂ）の画像が液晶ディスプレイ３５に表示される。生徒は第１の工程と同様、アニメーションと説明文を参照して、手元の部品から電池ボックス５４を選び出して本体５１に差し込む。

第３の工程を示す図２（ｃ）から第８の工程を示す図３（ｄ）までのアニメーションを液晶ディスプレイ３５に表示しながら、モーターカーの組み立てを進める。生徒がアニメーションの動作を追うことによって、モーターカーの組み立て作業を間違いなく行うことができる。

組み立ての作業が遅れ気味のとき、例えば、第５の工程を示す図３（ａ）の画像が表示された段階で、一部の生徒が第４の工程（図４参照）であるモーターホルダー５７によるモーター５４の固定を終えていないことが分かった場合、先生はマウスを用いて画面の逆送りボタン１０５をクリックして画面を逆送りして、図２（ｄ）の画像に戻す。先生は、逆送りした図２（ｄ）のアニメーションを見ながら、第４の工程で生徒が分からなかった点を確認し、組み立て方について生徒を指導する。

図２および図３の画像の右上には、停止／再生ボタン１０６が表示され、アニメーションを途中で停止させたい場合、マウス等でこのボタン１０６をクリックする。この機能は、生徒がアニメーションの途中で画像の内容を確認したい場合等に有効である。その後、停止／再生ボタン１０６を再度クリックすると、引き続いてアニメーションが再生される。

上述したように画像の順送りと逆送りを繰り返し、途中の工程が理解できなかった生徒がいる場合には、１つ前の工程のアニメーションに戻ってその内容を確認することで、一部の生徒が理解できないままに次の工程に進むことを回避できる。

更に、組み立ての際に注意が必要と思われる工程については、例えば図２（ｄ）に示すように、画像に生徒の注意を促す注意ボタン１０７が表示される。マウスを用いて注意ボタン１０７をクリックすると、注意内容を表示した画像に切り換わる。

図５に、図２（ｄ）に示す画像に表示された注意ボタン１０７をクリックしたときに表示される画像を示す。図５の画像では、モーター５５のギア５８とタイヤ５３のギア５９のかみ合い状態を確認することを生徒に促す。

図５の内容を確認した後、マウス等を用いて右上に表示された閉じるボタン１０８をクリックすると、図２（ｄ）に示す画像に切り換わる。

＜電池のつなぎ方とモーターの回り方の実験＞
次に、電池のつなぎ方によってモーターの回り方がどのように変わるかを、図６および図７に示したアニメーションを用いて模擬実験を行う方法について説明する。実験には、前述の工程で組み立てたモーターカーを用いる。図６は、実験の前半の過程を示す画像、図６は、同じく後半の過程を示す画像である。

この実験では、２本の電池のつなぎ方によって、モーターに流れる電流がどのように変わるのかを、生徒に理解させる点がポイントになる。アニメーションでは、その点を理解してもらうために、電池のつなぎ方によってモーターカーのスピードがどのように変わるかを、自動車レースによって確認できるようにしている。

図６（ａ）に示すように、電池のつなぎ方について生徒の理解を助けるために、画像の上部エリア２０１には、電池につなぎ方が異なる５つの小画像が表示されている。１番目は比較のため、１つの電池がモーターに接続された画像、２番目は、２つの電池が並列接続された画像、３番目は、２つの電池が同じ方向に直列接続された画像、４番目と５番目は、２つの電池が互いに逆方向に直列接続された画像である。

一方、画像の下部エリア２０２には、つなぎ方の異なる電池を搭載したソーラーカーが走る３つのコースが表示されている。それぞれのコースを電池のつなぎ方が異なる３台のモーターカーが走行する。

また画像の右上には各種ボタンが表示されている。スタートボタン２０３はモーターカーのレースを開始するときに用いるボタン、戻るボタン２０４は画像を逆送りするときに用いるボタン、リセットボタン２０５は、コースにモーターカーが表示されていない初期状態の画像に戻すためのボタンである。

図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、マウス等を用いてエリア２０１に表示された１番目から３番目の小画像をクリックすると、そのつなぎ方をした電池が搭載されたモーターカーがエリア２０２の各コースのスタート地点に表示される。

生徒は、画像を見ながら、それぞれのソーラーカーに搭載された電池の接続方法の違いを確認する。なお、４番目と５番目の小画像の接続方法ではモーターに電流が流れずモーターカーが動かないため、レースには参加できない。生徒は、エリア２０１に表示された小画像に基づいて、その理由を考える。

上述したように、図６（ａ）〜（ｃ）に示した画像の右上には戻るボタン２０４が表示され、マウス等を用いてこのボタンをクリックすると、画像を逆送りすることができる。従って、生徒が理解につまずいたときには、前の画像に戻って実験の各過程の内容を再確認する。

図７（ａ）〜（ｃ）は、スタート地点に並んだ３台のモーターカーを、スタートボタン２０３をクリックしてスタートさせたときのモーターカーの走行スピードのシミュレーション結果を、アニメーションで表現したものである。図７（ａ）〜（ｃ）に矢印で示したように、２個の電池が直列接続された第３コースのモーターカーが、１個の電池が接続された第１コースおよび２個の電池が並列接続された第２コースのモーターカーの２倍のスピードで走る様子が表示される。

生徒は、図７（ａ）〜（ｃ）のアニメーションにより、電池の接続方法の違いによってモーターにどの程度の電流が流れ、それによってモーターカーの走行スピードがどの程度変わるかを、感覚的に理解することができる。レースの終了後、順位を示す図７（ｄ）の画像が表示され、生徒は、その画像により実験の結果を確認する。

図７に示したアニメーションを用いず、生徒が組み立てたモーターカーを用いて上述の実験を行うことも可能であり、その実験を通して、電池のつなぎ方とモーターに流れる電流の強さとの関係を理解することもできる。

しかし、実験を行うためには、十分な広さの場所と準備のための時間が必要となる。このような場所的および時間的な制約があるなかで、全ての生徒が実験に参加し、電池のつなぎ方とモーターに流れる電流の強さとの関係について理解することは、現実的には難しい。図６および図７に示す画像を用いれば、このような場所的および時間的な制約を取り除いて、実験で意図する内容を、授業時間内に全ての生徒に理解させることができる。

以上説明したように、本発明にかかる授業支援システムでは、生徒の手元にある実験教材の画像を用いて組み立ての工程や実験の過程を説明しているため、画像に対する違和感がなく、生徒の理解を促進させることができる。

また生徒の理解に応じて画像の順送り、停止および逆送りを繰り返し、組み立ての工程や実験の過程を十分理解した上で、次の工程や過程に進むことができるため、授業を円滑に進めることができる。

なお、本実施の形態では、本発明にかかる授業支援システムをモーターカーの組み立ておよび電池のつなぎ方とモーターの回り方の実験に適用した場合について説明したが、本発明にかかる授業支援システムは、これらの組み立てや実験に限定されるものではない。本発明にかかる授業支援システムは、実験教材を用いた種々の体験型学習に適用できるものであり、体験型学習に対する生徒の理解を深める上で多大の効果を発揮し、更には、先生方を支援して授業を円滑に進めることに寄与するものである。

１ 授業支援システム
２ 教材提供会社
３ 学校
４ インターネット
５ モーターカー
２１、３２ サーバ
２２、３３ ルータ
２３ ＤＢ
３１ 端末
３４ ＬＡＮ
３５ 液晶ディスプレイ
５１ 本体
５２ 車軸
５３ タイヤ
５４ 電池ボックス
５５ 電池
５６ モーター
５７ モーターホルダー
５８、５９ ギア
１０４ 順送りボタン
１０５ 逆送りボタン
１０６ 停止／再生ボタン
１０６ 停止／再生ボタン
１０７ 注意ボタン
２０３ スタートボタン
２０４ 戻るボタン
２０５ リセットボタン

Claims (7)

1. 実験教材を用いた体験型学習において使用される授業支援用コンテンツが格納されたサーバと、
   当該サーバから前記授業支援用コンテンツをダウンロードしてディスプレイに表示するクライアント端末と、
   前記サーバと前記クライアント端末とを相互通信が可能な状態で接続するネットワークとを備え、
   前記授業支援用コンテンツは、
   前記実験教材の組み立ての工程または前記実験教材を用いた実験の過程を示す複数の画像で構成され、
   要求に応じて工程毎または過程毎に再生され、
   かつ工程間または過程間での順送りおよび逆送りが可能であることを特徴とする授業支援システム。
2. 前記授業支援用コンテンツの複数の画像は、実験教材の組み立ての工程または実験教材を用いた実験の過程を示す静止画または動画で構成される、請求項１に記載の授業支援システム。
3. 前記動画として、前記実験教材の組み立ての各工程を描いたアニメーション、または前記実験教材を用いた実験の各過程のシミュレーション結果を描いたアニメーションを用いる、請求項２に記載の授業支援システム。
4. 前記授業支援用コンテンツを構成する複数の画像には、組み立ての工程間または実験の過程間で順送りを行う順送りボタンおよび逆送りを行う逆送りボタンが表示される、請求項１ないし３のいずれかに記載の授業支援システム。
5. 前記授業支援用コンテンツを構成する複数の画像には、アニメーションを途中で停止させ、かつ停止させたアニメーションを再度再生させる停止／再生ボタンが表示される、請求項１ないし４のいずれかに記載の授業支援システム。
6. 前記授業支援用コンテンツを構成する複数の画像には、前記実験教材の組み立ての各工程における注意点を解説するための画像に切り換えができる注意ボタンが表示される、請求項１ないし５のいずれかに記載の授業支援システム。
7. 前記授業支援用コンテンツは、前記実験教材を提供する会社が使用するサーバまたは授業が行われる学校に設置されたサーバに格納され、
   前記クライアント端末は前記いずれかのサーバにアクセスして、前記授業支援用コンテンツをダウンロードする、請求項１ないし６のいずれかに記載の授業支援システム。

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