共同歯車機構の理解を促進させる教材開発

中学技術科と高校工業科の授業で用いることができる教材を開発したいと考えた。そこで技術科、工業科教育の根底にはものづくり、工業技術の育成が重要であり機械内部の構造理解が工業技術の基礎となる。また、機械において重要な部品、要素となる歯車は現代の技術では多くの機械装置がブラックボックス化され機械内部の動作原理、構造が理解できないなど実際に歯車を見る機会が減少している。そのため、歯車に関する教材開発をした。
文部科学省が指す、技術科、工業科教育の学習指導要領ではICTを活用した授業を推奨している。ICTを利用すると実物がなくとも可視化ができるのではと考え、また、3Dプリンタを使用して実物に寄せた模型も製作できる。そこで、ICTを活用して中学技術科での活用を想定したものと、高校工業科での活用を想定した２種類の歯車に関する教材を開発した。

教材開発をするうえで、技術科・工業科教育に関する歯車機構に必要な知識、原理を記した。

オートデスク社では教育向けの無償ソフトウェアがある。ライセンス認証に認められている教育機関としては中学校および高校、短期大学、専門学校、政府などがあり、ソフトウェアメーカーからの確認を得られれば、学生や教員はライセンス認証が受けられる。そのため、中学校や高等学校の教員はこれらのツールを使用して自分の授業で使用する教材を開発することができる。そこで本研究では、これらのツール（Autodesk社製のFusion360やMaya）を使って歯車に関するいくつかの教材を開発した。

Fusion360を使用し歯車の設計をした。そこから教具として使用するため、レーザー加工、3Dプリンタを用いて、樹脂製の歯車を製作した。また、3Dプリンターでは製作できない大きさを対象とするものについては、3DCG作成アプリケーションのAutodesk製Mayaを用いて3DCGアニメーションの教材を開発した。

歯車機構の理解を促進させるための模擬授業を指導計画書、ワークシート、板書計画をした。

本研究を通して、歯車機構の理解を促進させる教材開発から、中・高校で扱える教材の検討ができた。