回路シミュレータと自作実験装置を使って電気回路の基礎と英語を学習しよう!

電圧と電流を理解するためには電気回路を学ぶことが重要である。中学生らが電気回路で難しいと感じるところが分流・分圧であると考えられる。回路を理解するためには座学による勉強よりもシミュレーションや実験が実践的で理解しやすい。最近の中学生は1人1台パソコンが使える環境である。実験装置は複雑になる印象もあるが、最近はコンパクトな電圧計、電流計が安価で手に入れられるようになってきている。これらのことから、中学生の電気回路の理解を深めることができる電圧・電流・抵抗に特化した学習教材を作成することを目的とした。中学校学習内容との関連は「電流と電圧」（電流と電圧の関係を理解する）となる。

本教材により、電圧と電流の関係やシミュレーション、電気回路製作への関心が深まること、国際交流による学ぶ場所の増加などが学習効果として期待できる。また、LTspiceによるシミュレーションと電気回路製作による実験を行うことによりシミュレーションで確認したことを実際に実験することで理解の促進が期待できる。講義終了後に実施するアンケートで8割以上の中学生が理解できた、興味を持った、わかりやすかったなどと回答することを達成目標とする。
　全体で90分程度の講義を予定している。最初に全体の流れや電気回路についての説明を約10分行う。次に約40分でLTspiceを使い、各回路を設計する。また各回路の電圧、電流値を確認する。そして約40分でブレッドボードを使い、LTspiceで設計した各回路を作製する。また、各回路の電圧、電流値を確認し、シミュレーション通りになっているか確認する。最後にアンケートを実施する。

中学生でもSPICEを用いて学習できるようになる点が挙げられる。中学生向けに作られた簡易的なシミュレータはたくさんある。しかし、高専、大学で電子回路を学習・研究するときはSPICEを使うことになる。LTspiceの説明書はたくさんあるが、キャパシタ、トランジスタなど理解していないと読むことができないため中学生には難しい。電圧、電流、抵抗のみで説明書を作ることにより中学生に分かりやすい教材となっている。次にコンパクトな実験装置を実現している点が挙げられる。これまでの電気回路の実験は装置の規模が大きくなり、難しく感じさせていた。材料も安く電流計や電圧計は小型であるためスマートでコンパクトな実験装置を作ることができる。さらに説明書や実験書に英語版を作ることにより、中学生の英語学習もできるようになるとともに国際交流も深まる講義プログラムになる。

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