受賞年度 2019年度
受賞種別 優秀賞
所属・氏名 津山工業高等専門学校
電気電子システム系
西尾研究室

小川 早紀子(代表者)
西尾 公裕

対象学年 中学校2年生程度
教材の種類 講義プログラム
教材の目的

ディジタルオシロスコープを用いて、電気信号の見える化実験を行うことを目的とする。ロボットなどに用いられるセンサの信号を見える化することで、電気電子素子に興味をもってもらう。近年、多くの半導体素子はコンピュータと同時に利用されるため、アナログ信号のみでなく、パルス信号(ディジタル信号)が用いられる。よって、ディジタル電気信号の見える化も同時に行う。また、電気信号の見える化を可能にするために電流計や電圧計などの電気機器が開発されており、多くの中学生はこれらを用いることが可能である。しかしながら、ディジタルオシロスコープなど、時間変化に対して電気信号を見る経験がほとんどない。よって、センサの電気信号を波形として見える化することで、科学・工学(電気)に興味を持つようになると考えられる。

教材の概要

1. 電気の見える化を実施する電気機器の説明(約5分)
2. ロボットにも用いられるセンサの説明(約5分)
3. センサを用いた実験(約30分)
マイクアンプキッドとフォトトランジスタを用いてそれらの情報を電気信号にして見える化実験を行う。
4. ディジタル信号について(約5分)
今回用いるパルス波形について説明する。
5. フォトトランジスタを用いたPWM信号発生回路の作製と実験(約30分)
ブレッドボード展開図の紙を配り、回路を作製する。回路を作製し終わったら、回路とオシロスコープを繋ぎ、光を当ててないときと、当てたときの波形を確認する。
6. フォトトランジスタを用いたLED点滅回路の作製(約30分)
ブレッドボード展開図の紙を配り、フォトトランジスタに光を当てると点滅速度が速くなる回路を作製する。

オリジナリティ・アピールポイント

日常のある情報を電気信号に変換し、波形にして見える化することで、わかりやすく扱いやすい内容にしている。実験と工作を組み合わせた講義プログラムであり、電気信号をただ見えるようにするだけでなく、アナログ・ディジタルの2つの信号を考えさせることを可能にした。中学生では扱うことがほとんどないようなオシロスコープやセンサなどを用いて、興味・関心をひくように工夫した。LED点滅回路は持って帰ってもらってよいこととし、家でも学習できるようにした。今回はLED点滅回路にフォトトランジスタを用いたが、応用としてサウンドセンサを用いて行うことも可能である。

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