工学のDesignについてSTEM教室

デザインと聞くと、なにか美術みたいなこと?と疑問に思う人もいるかもしれません。いえいえ、デザインを日本語に直すなら「探究」とほとんど同じように考えてみてください。科学と同じようなものです。さて、そのことを確認するために、ちょっと科学と工学を比較してみましょう。一緒に、技術と数学も並べるので、流れを比べてみてください。
Science Engineering Technology Mathematics
Practice1 疑問をもつ 問題を明確にする 社会が依存する技術システムの広がりに気づく 問題に気づき、それを解くことに励む。
Practice2 モデルをつくり、用いる。 モデルをつくり、用いる。 数学とともにモデルを扱う。
Practice3 調査を計画し、実行する 調査を計画し、実行する。 新しい技術をどのように使うかについて利用可能になるたびに学んでいく 戦略的に必要なツールを利用する。
Practice4 データを分析し解釈する データを分析し、解釈する。 精度を求める。
Practice5 数学を用いて計算的思考をする 数学を用いて計算的思考をする。 科学や工学の発展に技術がどのような役割を果たしているのかについて認識する 抽象的にそして量的に論じる。
Practice6 説明を構築する 製品をデザインする 構造体を探し、利用する。
Practice7 証拠にもとづいた議論を展開する 証拠にもとづいた議論を展開する。 社会や環境との関係性をもたらす技術について情報にもとづいた決定を行う。 実現可能な理論をつくりあげ、他の推論の批判をする。
Practice8 情報を手に入れ、評価し、交流する 情報を手に入れ、評価し、交流する。 度重なる推論の上で規則性を探し、それを表明する。
Vasquez, Comer, & Sneider (2013)より翻訳・作成 ちょっと読んだら、すぐに分かるかと思いますが、デザインも「問題を解決する」過程なのですね。科学と工学がとっても良く似ていることに気づくと思います。

浜松竜ヶ岩洞・企業見学 受講者振り返りより

方法について ・何かを実験するときは、他の影響が入ると結果が大きく変わることがあるので、他の影響が入らないようにする。 ・鍾乳洞で、輝緑凝灰岩があったので、その地質を考えて安倍川と比べたいです。また、竜ヶ岩洞の付近には中央構造線によって翡翠がとれる事が分かりました。その周りの地質も考えたいです。 ・何でも「ダメ」や「いい」と決めつけないで、しっかり区別したりする。(添加物)他の人の視点からも考える(イスラム教やユダヤ教でもいいか)。醤油は6カ月ぐらいかかる。→しっかり長く研究する。材料の量だけ変えて新しいものを作る。 ・強酸性で砂糖を熱する。砂糖は、というか物質は酸性中では焦げやすい。→低い温度で加熱しても焦げるのだろうか。 自宅での味噌の作り方。 内容について ・酸味系の調味料では、麹菌や乳酸菌などが出す酸や分解して出す糖やアルコールが重要だと分かりました。また、鍾乳洞では、二酸化炭素を含む酸性水が隆起してきた石灰岩体を溶かして石柱や鍾乳洞を形成したことが分かりました。 ・雨に二酸化炭素がとけ、それが石灰石を溶かして、鍾乳洞ができていく。1cmつくられるのに100日かかる。酸が入ると同じ塩分でもしょっぱく感じる。酸素を入れないようにする。麹菌によって、もろみの色が濃くなる。(小麦の成分も分解される) 海の底にたまった生物の死がいやサンゴが石灰岩となり、それが雨に二酸化炭素が入り、酸性によりとけ、形がつくられる。この時、成長スピードが1cm/年だと書いてあった。醤油は赤だった。ずっと黒かと思っていた。このように、身の回りには思い込みもあるようだ。 ・醤油は菌を使って作る。鍾乳洞は、自然の長い間の年月をかけて作った芸術ということ。酸性の雨でとけて鍾乳洞ができること。 ・発酵するとガスが出る。   感動したことについて ・醤油には麹菌というカビの仲間を使って作っている。麹菌は緑色をしていた。 ・醤油の製造方法で、それをうまく作るには、機械を使ってではできなく、昔からの製造方法で人間がしっかりと管理をしないと、いいものができないことに感動しました。 ・添加物を使ってもいいもの、悪い物に分けたり、使わないようにしたりして、できるだけおいしく、安全なソースを作っていること。イスラム教やユダヤ教の人のことも考えて作っている。自然のもので作ろうとしていること。 ・添加物のカラメル、カラメルにも四種類あり、カラメル第一種~四種のうち、第一種は砂糖をこがしていて、他は一度砂糖を強酸性にし、火にかけ、低い温度で焦げたカラメルを強アルカリ性の液体で中和したものだと知った。まさか強酸性や強アルカリ性なら口に入れてもOKと思っているのか?気になる。 ・ちょっと気持ち悪かった諸味が美味しい醤油になったこと。あと、意外とおいしかったこと。 ・100年で1cmしか鍾乳石が伸びないこと。   その他 ・100mLの醤油には、20mLぐらいの大豆が含まれている。全国には5種類の醤油がある。 ・ウスター、イギリスの地名。酸のpHは3.0~3.5。糖度ウスター>中濃>濃厚。ソースは熟成すると、味が丸くなる。ソースは西の方が甘く、東の方がしょっぱい、すっぱい。カラメル→砂糖をこがす(一類)、強酸、強アルカリで作ると低温度で効率がいい。 ・ウスターというのはイギリスの地名。ここでソースのもとができた。ソースが黒く見える理由は、カラメルのせいだそうだ。カラメルを入れないと、だんだん黒くなっていく。

浜松竜ヶ岩洞・企業見学

2014年9月21日 この日は、浜松方面にツアーです。 行先は、竜ヶ岩洞と浜松科学館、そして科学館の近くにある醤油を作る蔵の見学でした。今回は、浜松周辺企業(トリイソースさん・加藤醤油さん)の講演会・見学会を、浜松理科教育研究会が計画されているところに、参加させていただく形で実施しました。 竜ヶ岩洞は、浜松市北区引佐町にある、石灰岩でできた洞窟です。石灰岩とは何か。なぜ、鍾乳洞は天井から岩が垂れているような形をしているのか。なぜ、海から離れたこの位置に石灰岩でできた洞窟があるのか? あらゆる疑問が湧いてきます。 こうしたツアーの目的は、科学に関する知識を得ることもありますが、それ以上に「科学者として」疑問を持ち、それを自分で解決していくためのきっかけを持つという事でもあります。 竜ヶ岩洞は、不思議の宝庫。まさに、科学にぴったりの場所でした。   午後からは、浜松科学館でトリイソースさん・加藤醤油さんのお話を聴きました。ソース・醤油とどちらも昔ながらの製造をされている企業さんですが、こちらはまさに工学の現場を見せていただくという場になりました。 ソースも醤油も完成したものしか普段は目にしませんが、なぜ醤油やソースなどの調味料を作るようになったのか、そしてそれがなぜ食品のもちを良くするなどの効果があるのか。豆から醤油がどうしてできるのか?やはり、工学は科学に支えられているということが分かりますね。 この日に参加した人たちは少数でしたが、ある意味で一番現場を見た回と言えるかもしれませんね。

遺伝研・ジオパーク-受講者の振り返りより

科学の方法について ・問題を見つける→実験→学会→論文発表というようにして論文を発表していること。 ・はじめてたまねぎとかの細胞を見た。学校とか家にある顕微鏡と違ってものすごい顕微鏡を初めてみて、すごくはっきりきれいに見えてよかった。 ・疑問を見つけ、それについて研究していくこと。研究をするには、分からないことや、不思議に思うことを見つけ解決するから。 ・どんな研究も思ったとおりに自由にやっていく。 ・テーマが大きいと大きい発見がある(かも)。 ・「役に立たなくても面白い研究を」ということです。 ・ショウジョウバエのように条件をそろえることは大切。 ・津波がどこまで来るのか、しっかり予測し、余裕を持たせて考えたらいい→先の先を見通す。 ・研究者は警察と似ている。学者・博士は自由である。大きな疑問を考えて調べる。 ・研究で大切なことは疑問を見つけることで、大きな疑問を見つければ、大きな結果となる。 科学の内容について ・遺伝学とは何か、火山の後はどうなっているか。遺伝学ではどの様な昆虫が(生き物が)使われているのか。 ・一つの細胞からたくさんの細胞が生まれること。核は骨で真ん中に動く。 ・細胞の中にも骨が2つずつある。細胞は動物にも植物にも絶対にある。線虫は一日で卵が成長して成虫になるのはびっくりでした。 ・細胞は生物にも植物にもカビにも細胞は絶対一つはあって、象とネズミは大きさは一緒というのとかがあった。 ・全ての生き物が細胞でできている。親に似ている(遺伝する)というのは、親から遺伝子が受け継がれているため。たった一つの細胞でできている細胞がある。 ・細胞は他にもたくさんのことがまだ知られていない。生き物には必ず細胞があり、必ず細胞よりも大きい。どんなに細胞が2,4,8,16と増えていっても、もとの卵の大きさは同じで細胞の大きさは変わらない。ネズミも、象も、細胞の大きさはほとんど同じ。 ・線虫は生まれてから一日で大人になるから使われている。体が透明で体の中が見えるから。一つの核があって、それがどんどん増えていく。細胞にも骨があり、核から二か所に出てくる。三か所以上になるとガンになってしまう。細胞の中に細胞はない。 ・人は約60兆個の細胞からできている。(本当は分からない) 細胞分裂をする時、リングができて、それが縮んで、二つに切れて分裂すること。核の二か所から骨(?)が出ていて、そのおかげで核が真ん中にあること。 ・細胞に骨格があること。 ・遺伝子は子に伝わる。(実際母の子の頃に似ていた)ショウジョウバエなど毎回使うが、それは話し合いの場で分かりやすくするためだ。 ・線虫と人間も似ている。線虫は人間よりも細胞の分裂が早い。細胞にもいろいろな形がある。性格もある程度遺伝する。 遺伝子は親でもにてくるということです。 ・進化=長年ずっと続いた生き物が変わること。人間一人の細胞の数は正確には分からない。細胞一つでも生きられる。細胞の中にある「核」が中心にないと細胞分裂ができない。「核」が中心にある理由は、「核」に骨があり、それが伸びるから。大人→子どもに遺伝するもの性格や血液型など細胞の中に組み込まれている。 ・伊豆とプレートの関係、火山による島の変化、細胞の仕組み ・伊豆半島の山はほとんど火山。遺伝子は体の設計図で、研究ではマウス、米、虫、大腸菌などを使っている。体に細胞がいくつあるかは分かっていない。全ての生物は細胞でできている。線虫は一日で大人になる。また、中が透明なので研究しやすい。 ・石のでき方や石に含まれている鉱物や成分が分かった。   感動したこと ・自由なところ。考えるよろこび、つくるよろこび、世界がライバルというのがすごいと思い。感動しました。 ・生まれてから8時間ぐらいで大人になること。核が真ん中に動くこと。 ・がんばって答えを見つけ出すのが研究者(博士)自分で解決することを見つける。実験して答えを見つけ出す。調べて発表しあって、議論(話し合い)をして相談する。論文発表…論文、新聞みたいなもの審査をする。→警察の仕事に近い。自分の思ったことができる。生き物の細胞がどんどん増えていく。 ・大きな質問を考えるのはすごい。「常に世界が代表」と思えるのがすごいと思います。細胞は丸だけだと思っていたけど、いろいろな形があってびっくりした。 ・ゾウとネズミの細胞の大きさが同じ事。 ・細胞も奥が深くて少し衝撃を与えるだけで、何百個も消えてしまうこと。学校と研究の先生の違いがびっくりした。小さい虫などは一日で卵から出て、大人になる!細胞からも骨が出ている。でも、一つの細胞から二個の場所から骨がでてる! ・線虫の動いている姿が見られた。頭がちょっと動いていた。タマネギの細胞が見れた。 ・細胞が増えたら骨も増える。小さい細胞は、大きい細胞に食べられるから、細胞が大きくなる。 ・一つ100万円くらいする顕微鏡を見ることができたこと。英語の論文を書いているところを見れたこと。線虫を見れたこと。 ・研究者になるためにすること、なって楽しいこと。線虫が動いているのが見れたこと。 ・もともと海だった所が今は陸になっているということ。 ・細胞が動いていること。 ・色々な細胞を見ることができたこと。 ・研究者は質問され、答える側ではなく、質問する側である。分からないことがあったら、自分で考えてみることも大切。センチュウのもとが、一つの細胞ということに驚いた。 ・「研究者は質問する側」としてそれをとことん調べているのがすごい。すぐには役に立たなくても、「面白い研究」をやっていこうという姿勢が、とてもすごくかっこいいと思った。 ・研究者は質問されることだけではなく、質問する側でもあるということが大切。 ・研究者全員が日本代表だということ。また、自分が書いた論文が認められると一生その論文が残ること。細胞は最初は1つで、2つ、4つ、8つ、16…のように分かれて増えていく。 ・伊豆が火山とプレートによってくっついたということ。細胞や遺伝の仕組み、細胞の分裂のときの起こっていること。 ・論文を書いて認められると、その論文は人類が滅びるまで残る。細胞は分裂してどんどん増えていく。 ・細胞が増える様子がすごかった。   その他 ・伊豆半島の山は低い山でも急な山が多い。 ・35グループでそれぞれ研究をしている。60兆個細胞の数は適当。誰も数えたことがない。血液型、性格、肌の色が遺伝する。細胞の中に細胞がある?ゾウの細胞と、マウスの細胞はほとんど変わらない。スマホ顕微鏡? ・スマホ顕微鏡を作っている人がいる。 ・石にも多くの種類がある!岩から木が生えていた「びっくりした」 ・研究所の中が見れて嬉しかった。海でいろいろな石を拾えて、その石がどのような種か分かった。 ・知りたいこと(研究者の仕事やなるためにすること、なると楽しいこと)が知れてよかった。 ・研究者はおもしろく、自由がある。だから研究者になってみたいと改めて思いました。 ・コミュニケーションが大事だ。 ・研究者は質問する側。ゾウでもマウスでも細胞の大きさが変化しない。 ・なぜ水門などは津波に耐えられるかわからないもののままになっているのか。周りの環境によって変わっていく。遺伝は「幅を決めている」細胞の大きさはあまり変わらない。細胞は普段は細胞の中に入らない。 ・分からないことがあるときは、すぐに質問するということ。学者の仕事の一つは質問。 ・遺伝研とは命の調べること。学者や博士は警察みたい。その理由は最初に事件などの問題があり、それを調べたりして、答えを発見するところが似ているから。また、最後の裁判にあたるものが論文発表で「審査」をするところが同じだから。研究者になるには…高校→大学→大学院→博士号研究者になる。 ・研究者になるには、大学を卒業して、大学院にいって、卒業しなければならない。DNAは遺伝子を作る元。 ・研究室に行けてよかった。

遺伝研・ジオパーク

2014年8月20日 この日は、三島市にある国立遺伝学研究所に向かいました。今回は、遺伝学研究所のご厚意により、受講者の見学を受け入れていただく運びとなりました。 見学は、午後からでしたので、午前中は近隣のジオパークを見学しました。伊豆半島は日本ジオパークへも登録され、世界ジオパークへの登録に向けて準備を進めている段階です。伊豆半島の各地には、見学に良さそうな地域もいっぱいありますが、今回は三島から近い範囲ということで、「牛臥山」を選択しました。伊豆半島は南の海から来た火山であること、海岸から達磨山方向を見ると、近くの山との傾斜の差が良く分かり、右手(西)側の駿河湾が、達磨山を削ったこと、牛臥山は流紋岩でできていて、これも海に洗い出されていること、岩石は雲仙普賢岳、有珠山など溶岩ドームを作った火山と同じように粘り気の強いマグマからできていること、タフォニーと呼ばれる塩の結晶が大きくなることでできた穴が岩にあいていることなどを観察しながら学ぶことができました。 ジオパークの紹介ホームページはこちら 実は、ちょっと時間が余ってしまったので、近隣の凝灰岩の採掘が遠目に見られる地域、狩野川が洗い出した山々と平野、柿田川の富士山の湧水なども、少しだけ見学しました。 午後からは遺伝研です! はじめて訪れる施設にわくわくしながらも、ちょっと緊張気味に講義を受ける部屋へお邪魔します。 広報室の鈴木室長、細胞建築学の木村准教授が遺伝に関するお話をしてくださいます。細胞はどんな形をしているのか、細胞の中には、どんなものがあるのか、核の中に入っている染色体が遺伝子を伝える働きをしていること、遺伝子の働きでどんな形質が決まっているのかなどを教えていただいたところで、実際に顕微鏡をのぞいて、細胞の様子を見せていただきました。さらに、木村先生は、細胞の中の紡錘糸が染色体を引っ張って、細胞分裂させる役目をしているなど、細胞骨格の役割を小・中学生に分かりやすくお話ししてくださいました。 研究室も紹介していただいて、普段見ることのない機器や、学校のものより何倍か大きな顕微鏡、そして何より本物の科学者と出会えたことで、受講生も興奮気味の帰路につきました。

STEMキャンプ井川-テーマ

今年度最初のキャンプの開催地は、最近ユネスコエコパークにも登録された、南アルプスの玄関口ともいうべき井川です。そこで、今回のサマーキャンプのテーマは「人と自然とがどのようにつながりあっていけば、自然環境を守りながら共存していけるのか」というものにしました。以下、簡単な概要を紹介します。 1.日程 2014年7月30日(水)~ 8月1日(火) 2.場所 井川少年自然の家 3.参加者 ふじのくに科学の学校、浜松科学館での科学教室、藤枝わくわく科学教室、STEM科学教室in三島に参加している小中学生 4.スタッフ 静岡サイエンスミュージアム研究会メンバーおよび静岡大学熊野研究室学生 3日間の活動の詳細
7:30 静岡駅出発(バス内でテーマについて説明)
8:30 (京塚橋で下車)
川の水質・生物調査(40分)
10:00 移動再開(バス)
11:00 井川ダム見学・昼食
13:00 移動再開
13:30 吊り橋到着→徒歩で移動
川原で砂金さがし
15:00 移動再開→バスへ
自然の家 到着 あいさつ、部屋に荷物を置く。
16:00 入所式
自由行動(ここでポスターセッションのある人は準備完了)
17:15
自由研究ポスターセッションは この時間帯で
夕飯準備(食事係)
17:30 夕飯(食事:5分前にホールに整列。食事係は15分前)
18:30 本物の科学者との出会い① 食堂ホールにて
20:00 自由研究ポスターセッション① 食堂ホールにて
21:00 入浴はこの時間までの間で指示が出ます。
今日のまとめ、明日の確認
21:30 消灯
7月31日 日程
6:00 起床
7:15 朝食準備(食事係)
7:30 朝食
8:30 あまごの解剖・串焼き(串焼きの所要時間は2時間)@自然の家
10:45 これまでの活動の振り返り、個人・グループのテーマ決定
11:45 昼飯準備(食事係)
12:00 昼食
13:00 ブースに分かれてSTEM活動(クラフト室または体育館)
・森林 ・地熱、河原の石 ・ダム、川、水、魚 ・生き物のすみか
17:15 夕飯準備(食事係)
17:30 夕飯
18:30 本物の科学者との出会い②
自由研究ポスターセッション②(星座観察) 天候によってどちらを優先するか決定
20:30 入浴
21:00 今日のまとめ
21:30 消灯
8月1日日程
6:00 起床
7:15 朝食準備(食事係)
7:30 朝食
荷造り
8:30 班ごとにsolution作りと発表準備
12:00 昼食
13:00 発表会(班単位で発表する)
14:00 掃除・帰宅準備
14:30 退所式
15:00 自然の家出発
17:00 静岡駅着