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流体力学の講義に対する学生の意識調査 (商船学科の場合)
77 流体 力学 の 講 義 に 対す る学 生の意識調査 (商 船学科 の 場合 ) 角 田哲也 * Consciousness research of a student for hydrodynamic lecture (in the case of shipping technology department) Tetsuya SUMIDA Abstract It is our one of a difficult subject, and, as for the hydrodynamics, the fact applies to a student of shipping technology department of a principal school for a student. This account is because I need information of high mathematics for a student in hydrodynamics. Therefore I carry out a questionnaire about lecture method and test every test and decide to reflect it in future lecture. As a result of questionnaire, Most students were satisfied about lecture general, and the student understood that I acquired a high mark than own expected it. Key words: Hydrodynamics, Consciousness research, Correlation coefficient 1.緒 言 大学お よび高専 における機械系 のカ リキ ュ ラムの 中で 流体力学 は重要な科 日の一つ を成す。 しか し , 流体力学 を理解す るには解析学 ,複 素関数 ,ベ ク ト ル解析 な どの数学的知識 を要す る。 さらに、最近で の 内容で理解度 が落ちるのかが把握 できるであろ う。 今回は時間 の制約 上 ,平 成 15年 度 の 商船学科 4 年 生の前期 中間テ ス トに対す るア ンケー ト結果 のみ につい て報告す る . は乱流測定技術 を理解す る うえで確率過程や信 号処 理 な どに関す る知識 も要求 され るよ うにな つて きた 。 2.ア ンケー ト調査 学生が これ らの知識 を完全 に備 えることは困難 で 流体力学 は学生に とつて苦手な科 目の象徴 といえよ 2.1 前期 中間テス ト問題 , う.何 の工夫 もない まま教科書 どお りに講義 を進 め る とす ぐに数学面で い きづ ま り,流 体力学 は学生に とつて苦手科 目にな って しま う。 この ことは本校 の 商船学科学 生 にもあてはま り,講 義 を担 当す る教官 の悩み である。著者 は今年度か ら流体力学 を初 めて 講義す るため学生 の講義 に対す る理解度 と教授方法 平成 15年 度前期 中間テ ス トの問題 を付録 に記す。 解答用紙 は採点お よび コ ピーの後,学 生 に返却 した。 使用テキ ス トは機械流体工学 (中 村育夫 。大坂英雄 著 ,共 立 出版 )で ,今 回 のテス ト範囲 は教科書の p l∼ 16と 2枚 のプ リン ト (演 習問題 )で ある。 2.2 ア ンケー ト項 目と結 果 が適切 か どうかは気 になる ところである。 そ こで テ ス トごとに講義方法やテ ス トに関す るア ンケー ト を実施 し,そ れ を今後 の講義 に反映す ることにす る。 アンケー トは機関 コース 14名 (必 修科 日)お よび 航海 コース 1名 (選 択科 目)の 計 15名 に対 し記 名式 で実施 した .ア ンケー トは計 26項 目あ り,そ の 内訳 も しア ンケー ト調査 を 1年 間継続すれ ば,講 義 の ど は試験全般 に対す る質問 (12問 ),テ ス トの各問題 , *一 般 科 目 2003年 9月 10日 受付 78 第 36号 (2003) 大 島 商 船 高等 専 門学 校 紀 要 に関す る質問 (13問 )お よび 要望事項 (1問 )で あ る。以下にそのア ンケー ト項 目とそ の結果 を示す。 Q4 講義 中に解 く演習問題 の数は適切ですか ? (は い 。いいえ 。どちらでもない) 100 Ql Ｓ ︶エハギＩ Ｋ ︵ 講義はわか りますか ? い・いい え 。どちらでもない) (は 100 100 ︵ Ｓ ︶ユハギＩ Ｋ 80 1∞ 80 00 40 20 60 0 Iま 40 20 ヽ し しヽりL あ らてtttLヽ 図4 Q4に 対する … Q5 講義の進度は適切ですか? (は い 。いいえ 。どちらでもない) 0 い 図l ￨力 し ヽりL Qllミ 調ける … どちらでtぬ ↓ヽ ∞ ∞ “ 使用 している教科書は難 しいと思いますか ? (は い 。いいえ・ どちらでもない) ―――――― ―― ―――――― ――-13.3-― ― ∞ ︵ Ｓ ︶上ハギ Ｉ Ｋ ∞ ︵ Ｓ ︶ユハ ギ ー Ｋ Q2 100 “ 0 いいえ 節 はい どちら磁 ０ 図 5 Q5に 対するアンケー朧 ￨」 い し ヽヽ え あ らでttttヽ 図2Cに 対する … Q3 この講義に出て くる数学は難 しいですか ? (は い 。いいえ 。どちらでもない) Q6 板書 の書 く速 さは適切ですか ? 。いいえ 。どち らで もない) い (は 933 100 ∞ “ ∞ 46.7 “ ︵ Ｓ ︶ユハやＩ Ｋ ∞ ︵ Ｓ ︶ニハ 翠 Ｉ Ｋ 53.3 ａ 00 00 い ３ は 図 いいえ あ らでもない QOに 対するアンル+結 果 ￨カハ しヽ現 図 6 Q61導 "=る… どちらuヽ い 79 流体力学 の講義 に対す る学生 の意識調 査 (商 船 学科 の場合 )(角 田) 一 ¨ ＞ Q10 テス ト週間を除いて,こ の講義の復習をした ことはありますか ? (は い 。たまにする 。全く したことがない) 。 ︵ ぶ ︶ユハギ Ｉ Ｋ ０ ０ 。 ０ ０ ０ ０ ∞ ８ ６ ２ ０ ∞ ∞ “ ２ た ︲︵ 一 唯 ヽ ハ ︶ ギ ユ ー ・ ソ ︶ つ Ｒ ヽ ０ 卜に対す る試験勉 強 は どの く らいや (完 璧 。まあまあ 。ほ とん どしなか 2a7 80 60 40 20 を で △口 ど 具 ん ∞ ０ ０ “ ０ ０ 1∞ 腱 テ た の き ﹂で ， ′ヽ ・ ． ８ ６ ２ ｌは ︲ ｌ ︶ 六 ギＩＫ Ｑ ， ， カ た し と 問 ど 卜 の ん り ン ほ プ ぁ 馘緑 ま︶ 六 やＩＫ ８院 ︵ Ｑ 配布 璧 。ま 010に 対するアンケート結果 峡 ． 通 ¨ 普 。 図 10 53.3 OЮ ′ / プ に 帥釧 寿 響 _果 俊 0 ″ ::し 図 8 Q8に 対するアンケート結果 ９び晩 Ｑ Q12 除 い て ,こ の講義 の 予習 を した こ 全く (は い・たまにする 。 (よ 板書 の字 の大きさは適切だと思いますか ? く見える 。良い 。小さくて見えない) 1∞ Ｓ ︶ニハギ Ｉ Ｋ ︵ ∞ ∞ ∞ “ ” ０ ぷ 80 六 60 翠 40 ↓ 20 13.3 0.0 0 U∬ ヽ ざ 図 12 図 9 Q9に 肘 るアンケ ー H閣果 012に 対する … Q13こ のテス トの予想点 含 んで)は 何点ですか ? (ア ( ンケー ト点の 10点 を ) 点 80 大 島商船 高等 専 門学校 紀 要 第 36号 (2003) Q2.3 この問題の出来具合について答えてくださ 問題 1に つ い て Ql.1 で き ぐ あ い に つ い て 答 え て くだ さ い (完 璧にできた 。まあまあできた 。全 く解 けなかっ た) (完 壁 にで きた 。まあま あで きた 。 い 全 く解 けなか った) ロパ ー セ ン ト (%)― ・ ・‐ パ ーセント (%) 100 一 平 均 点 (10点 満 点) 100 10 40 4 20 2 0 0 簑Ｆ眸 6 ６ ４ 60 ︵ ぶ ︶ムハツＩ Ｋ 8 簑 雲眸 ま ︶エハ早Ｉ Ｋ ︵ 80 果 ト 結 ケ 節 回礫 一 ン ァ る か 16 す 図 ０ 2に つ い て Q2.1 密 度 の 定 義 は わ か り ま す (は い 。いいえ) 問題 型０長 ●む駐 ﹀畑 図 1301.1に 対するアンケート結果 製和Ｐ掟 部掟 悩 綺 型和ツ世翻 駅 /〆 〆 平 均 点 19 8 ? ∞ ∞ ∞ “ ｏ 133 ａ ｏ ∝ ∞ ａ 図 14 ∞ “ しヽヽ え は しヽ ︵ Ｓ ︶ユハギー て ∞ ︵ ぶ ︶ユハ ギ Ｉ Ｋ 問題 3に ついて Q3.1 問題を解 くための公式が頭に浮かびました か ? (は い 。いい え) 11紺 るアンケ +結 果 はい Q2.2 比 重 の 定 義 は わ か り ま す か ヽ。いいえ) (は レ 図 17 しヽりt ∝ 1に 対夕なん乃卜+結 果 1(1) Sm で き ぐ あ い に つ い て 答 え て くだ さ い (完 壁にできた 。まあまあできた 。全 く解 けなか つ た) Q3.2 六∞ ギ 40 ↓ ヽ "0 ￨ム ヽ しtえ 図 15Q22こ 対姥アカ引陥界 81 流 体 力 学 の 講 義 に対 す る学 生 の 意 識 調 査 (商 船 学 科 の 場 合 )(角 田) 100 10 8 60 46.7 6 46.7 40 4 ０ ０ ０ 10 6簑 ご 4眸 0.0 1■ 12σ .0 ０ (は い 。いいえ) ∞ ０ ８ ケ る 対 21 ４ 図 Ｑ ０ ６ 0 卜結 果 46.7 ０ ４ 5に つ い て Q5.1 この問題を解 くための原理名はわかります か ? (は い 。いい え) 問題 ０ ２ ︵ ま ︶上ハギー て 53.3 細 回巌 一 kgの 違いはわか りますか ? 製和ｐｅ悩紀椰 す Q4.l kgfと 製和ｐュ釧 駅 ︲ ３ 問題 4に つい て 2 製０ 条轟む職﹀ 畑″ 18 Q3.2に 対するアンケー ト結 果 ０ 図 ― パ ーセン ト(%) 平均点 ２ ″ 〆 ― ４ J 一 8 ６ ″〆ノ ０ 0 ８ 0 平 均 点 ０ 2 ‐― パ ー セ ン ト (%) １ ︵ Ｓ ︶ニハギＩ Ｋ 20 なか った) 簑コ 庁 ︵ ま ︶ユハギー Ｋ 80 Q4.3 この問題 の出来具合 について答 えて くだ さ い (完 壁にできた 。まあまあできた 。全 く解け ０ しtえ ￨れ ヽ ∞ (は い 。いいえ ) 60 ０ ６ ∞ 40 “ Ｆ ︶ムハや Ｉ Ｋ ︵ Q4.2 単位換算は苦手である ∞ 図 19 04.11ミ 到けるアンフ ト+結 果 ０ ２ ｍ ０ ∞ “ 節 求 ︶エハやＩ Ｋ ︵ はい 13.3 図 22 いいえ Q5.1に 対するアンケー際 ｏ ￨れ ヽ 図 20 0曖 lこ しヽヽ え 力け るア カ 引 暉 操 Q5.2 い この 問題 の出来具合 につい て答 えて くだ さ (完 璧にできた 。まあまあできた 。全 く 解 けなか った) 82 第 36号 (2003) 大 島商船 高等 専門学校紀 要 ・ ― ― パ ー セ ン ト(%)― ― ‐― パ ー セ ン ト (%) 平均点 平 均 点 ― 100 20 100 ０ 釈轟む 駐 ﹀畑 ァ る 卸 回豪 製 す 062に ， 25 製和ツ 紀 悩￡ 悩 対 製和ツ里 割 駅 図 簑 コ眸 １ ５ 簑曇庁 ０ ０ ０ ６ ４ ２ ︵ Ｓ ︶ニハギＩ Ｋ ０ ０ ０ 80 ６ ４ ２ Ｓ︶ ニハギＩＫ ︵ 80 ン ケ ー ト結 果 Q その他 ,講 義 に対す る要望があれば書いて くだ さい ・ ガヽ テス トを増や してほ しい。 ・ 実験 を したい。 ・ 実験的なものを もつ と取 り入れ るとわか りやす く . 図 23 05.2に 対 す るア ンケ ー ト結 果 問題 6に ついて Q6.1 単 位 の 誘 導 は 苦 手 で あ る (は い 。いい え) . い 2時 間 は眠 ). これ らの意見か ら,教 室での講義 (2時 間)は 大体理 解 できるよ うだが,講 義 の 中に簡単な実験などをも つ と取 り入れ る工夫が必要である。 1∞ 田 ∞ “ ︵ ぶ ︶ムハギＩ Ｋ 3.ア ンケー トの分析 節 ０ ￨れ ヽ しヽ現 図24 0 al:3顎 隷 鵬 ″L+結 果 "弓 この問題 の 出来具合 につい て答 えて くだ さ い (完 璧 にで きた 。まあまあできた 。全 く 解 けなか つた) Q6.2 て よい 。い ろん な実験 が してみた い (教 室 での Ql∼ 3は 学生が流体力学 とい う科 目に対 して ど のよ うな印象 を持 っているかを探 る設間である.結 果は現在 のテス ト範囲では特に難解な数学を利用 し ないため流体力学 とい う科 目に苦手意識は持 ってい ない。 Q4∼ 6お よび Q12は 講義を実践す る教官側 の技 術的な問題を調査す る設間である。講義 の進行状況 および板書に関す る技術について,学 生はほぼ満足 しているよ うだ。 受講す る学生の勉強の姿勢 に関す る設間は Q9∼ 10で ある。講義 のための予習を実施す る学生は全 く い ない。た まに予習お よび復習をす る学生が約 1/4 である.予 習お よび復習を行わない学 生が約 7割 で あるとい う事実は驚きに値す る テ ス ト勉強 に対す る学生 の姿勢 を調査す るための 設間は Q7∼ 8で ある。テス ト勉強を約 85%の 学生 . 83 流 体 力 学 の 講 義 に対 す る学 生 の 意 識 調 査 (商 船 学 科 の 場 合 )(角 田) が 遂行 して い る。また ,配 布 されたプ リン トを 87% の学生 が解 いてい る.こ れ らの数字か ら配布 された プ リン トを解 くことによつてテ ス ト勉強 を した とい う実感 が得 られ るもの と推察 され る。 Qllと 13は テ ス トの成果 に関す る設間で ,テ ス トが よくできた と実感す る学生は全 く存在 しない 普通 の 出来 と思 う学生 とほ とん どできなか った と思 . う学 生がほぼ同程度 であった。 次 に学生が思 うテ ス トの 出来 と実際 の 出来 との相 違 が どの くらい あるのか を探 るた め Q13の 設間を 用意 した。テ ス トの各問題 には点数 を明記 し,学 生 面積比は直径比 の 2乗 に等 しい ことを理解 していな い こ とに起因 していた。 問題 6は 単位 の誘導 に関す る問題 で ,計 算問題 を 解 く際 ,単 位 チ ェ ックをす ることによつて 計算 ミス を防 ぐこ とと物理 量 の意味 を考 える うえで重要 と考 えて出題 した。学生は単位 の誘導 が 苦手 の よ うで結 果 は芳 しくなかった .ど の よ うな単位 まで誘 導すれ ば よいのか戸惑 いが あ ったのか も しれ ない。結果 を 示 して,そ の 単位 まで誘導 させ る問題 の方が良か っ たのか も しれ な い。 にテ ス トの点数 を予想 させ た。予想点 と実 際 に取得 した点数の度数分布 を図 26に ,両 者 の相関を示す図 を図 27に 示す 。なお ,階 級数お よび階級 の幅は ス タ ー ジェスの公式で決 定 した .図 26か ら度数分布 の ピ ー クは 50点 ∼60点 の ところに存在す る。分布 の他 の 特徴 は予想 点 の方 が 分散 の値 が大 き く,分 布 の 尖 度 (3次 のモー メン ト)の 値 も予想点 の方が大 き く , 尖 った分布 である。図 27に お いて ,デ ー タが 45° の傾 きの直線 (図 中の点線 )上 に分布す る こ とは予 想 点 と実際 の点数 が一 致す ることを意味す る。デ ー L_纂 極 タ点 の多 くはそ の 直線 の上 方 に分布 してい るため学 生が予想 した以上の高 い点数 を実際には取得 してい ヽ 節 ることになる。予想 と実際 の点数 の相 関係数 は 0.19 で あ り,両 者 の間 にはほ とん ど相 関 がない。なお 回帰直線 の勾配 は 45° よ り大 きな勾配 で あ つた。 40 60 噺 , 図 26度 数分布 問題 1は 専門用語 を英語 で覚 えて もら うた めに 出 題 した。予め出題す ることを宣言 して い たにもかか わ らず ,結 果 は芳 しくなか つた。 問題 3は 静水圧 に関す る問題 で静水圧 の公 式が確 実 に利用 できるかを調査 した。結 果 は 86.7%の 学生 が問題 を解 くための公 式が頭 に浮かんだ。公式が頭 ０ ００ た。 ０ い る。 これ らの範疇 に属す る学生 の平均点 も高か つ ０ が完壁 にできた ,お よびまあまあできた と実感 して 覇 簑 ｅ壼 Ⅸ 問題 2は密度 と比重 の 定義 を正確 に理解 して もら うた め に出題 した。問題 に出て くる用語 の 定義 は 86.7%の 学生 が理 解 してお り,同 程度 の割合 の学生 80 f89ρ 0 ′ ′ ′ 。 に浮 かばす全 く解 けなか った と思 つた学生で も この 問題 が解 けた とは不思議 である。 問題 4は 工学単位 系を SIに 変換す る問題 であ る . 重量 の 単位 を示す kgfと 質量を示す kgの 相違 を講義 で何度 とな く話 したのにかかわ らず約 半分 の学生 し か 覚 えて い なか った。 問題 5は パ ス カル の原理 に関す る問題 で ,油 圧 ジ ャ ッキの原理 で もあるため出題 した。原理名 は 4割 の 学生 が知 らない。 間違 いが 多 か ったのは 円柱 の断 図 27 4.結 言 予想点と実際の点との相関 1(X) 84 大 島 商 船 高 等 専 門学 校 紀 要 商船学科 4年 生 に対 し流 体力学 の講義お よびテ ス トに対す るア ンケ ー トを実施 して学 生の意識調査 し た。その結 果 ,以 下 の傾 向 が得 られ た。 (1)講 義全般 につい てはほ とん どの学生 は満 足 し 第 36号 (2003) 100mに おけ る水 の圧 力は い くらか。ただ 3.水 面下 し,大 気圧 は考 えない もの とす る。 4.圧 力 100k」 h てい る . m2は 何 MPaか 。 (2)学 生は 自身 が予想 してい るよ りも高 めの点数 図のよ うな油圧 ジャッキがある。 ピス トン Blに おいて 10Nの 力で 1000Nの 物体を持ち 上 げるには B2と Blの 直径比はい くらか。 を取得 してい る。 5。 参考文献 [1]石 村貞夫 :統 計解析 のは な し,東京図書,1991. [2]岡 本雅典 ほか :基 本統計学 ,実 教 出版 ,1977. [3]中 村育雄 ほか :機 械流体 工学,共 立 出版 ,1989. (付 録 ) S4 流体力学 前期 中間 テ ス ト H15 1.次 の語句を英語で書け . ①流体 ( ②比重 ( ③固体 ( ④気体 ( ⑤液体 ( ⑥密度 ( ⑦粘性係数 ( ③音速 ( ⑨圧力 ( ⑩動粘性係数 ￨ ￨ ￨ ￨ ￨ 6.次 の 単位 を導 け . (1)静 水圧 の単位 (P=ρ gh) (2)粘 性係数 (τ =μ dvノ dy) (3)動 粘性係数 (ν =μ /ρ ) (4)体 ( (参 考 27k gで 体積 が 0.03m3で ぁ った。 この 油 の密度 と比重 を求 め よ 2.あ る油 の質量 が . 弾 性 積 係 数 β 夕 #) (β =― lN=lkgゴ s2,lNm=1」 ,lJノ s=1 W, l kgf=9.8N *注 電卓使用可)