こちらから - 大阪大学SEEDSプログラム

能動的学びの世界へようこそ
〜新しい概念の創造をめざそう〜
大阪大学 グローバル・サイエンス・キャンパス
SEEDS（Sekai‐Tekijyuku Enhanced Education for Distinguished Students）
世界適塾
大阪大学全学教育推進機構長
下田
正
SEEDS開講記念講義（2015年8月29日）
大阪大学の原点：適塾
established in 1838
適塾には、日本全国から意欲溢れる
多くの若者が集い、互いに切磋琢磨し学び
蘭学
緒方洪庵
福沢諭吉
大村益次郎
佐野常民
大鳥圭介
長與專齋
橋本左内
適塾
日本の新時代を切り開いた
優れた人材が巣立っていった
「適塾」から「世界適塾」へ
学問による「調和ある多様性の創造」
世界中から優れた学生、研究者が集い
互いに切磋琢磨する
大阪大学で学び、世界へ羽ばたく
「調和ある多様性」を創造する
Global University「世界適塾」へ
新たなタイプの人材が
１
求められている
時代は大きく変わりつつある
4
これまでの数十年を振り返ると、予想もして
いなかったような技術や概念が急速に拡大
生活や働き方に大きな影響
受動的に知識・技能を蓄積する態度から脱却し、
主体的に物事の本質をつかむような学びによって
新たな価値を創造できる人材が求められる
5
知的活動の作法が大きく変わりつつある
膨大な情報が空間的・時間的制約を越えて、
瞬時に入手可能
情報基盤の整備
知識を蓄えるという勉強
個々の知識の意味を理解し、
単に結果を覚えるのではなく
膨大な知識を体系化し、
なぜそう考えるのか
様々な分野に関する知識を有機的に結びつけ、 なぜそうなるのか
本質を見抜くという勉強
Imagination is more important than knowledge.
A. Einstein
6
情報爆発の時代
65%の仕事が人工知能（AI）にとって代わられるだろう
人間は不要に？“人工知能社会”の行方：NHKクローズアップ現代（2015年3月3日放送）
2分52秒
7
しかし、AIを設計し、プログラミングするのは人間
適格な判断力が求められる
広い視野に立った汎用力が必要
8
金融取引における危うい状況
瞬間的株価大暴落：FLASH CRASH
人間ならこんな異常に気づくはずなのに
今後も様々な分野で起こりえる
想定していなかった要因
コンピューター革命：NHKスペシャル（2012年6月4日放送）
3分51秒
9
情報基盤の整備、
情報の拡大、
異分野協働、
などによって、新しい概念や手法の
創出が飛躍的に進む可能性がある
10
人間の遺伝子の完全解読がなされた
ヒトゲノム計画
（1990‐2003）
30億の塩基配列を解明
32000個の遺伝子
http://www.lif.kyoto‐u.ac.jp/genomemap/
ヒト遺伝子配列の完全解明は、遺伝子の異常が
原因のガンの治療を可能にした
あなたは未来をどこまで知りたいですか～運命の遺伝子～
NHKスペシャル（2013年7月7日放送）
4分26秒
全く新しい発想に基づいて
新たな価値を創造するのが
皆さん、次世代の役目
13
「研究」を通じて
何が本質かを理解する
学び方を身につけよう
正しい「学び方」によって、
しっかりと脳を発達させてください
14
２ 身の回りの不思議な現象を
考えよう
感動しながら本質をつかもう
15
朝永振一郎
1906-1979
1965年ノーベル物理学賞
量子電磁力学における困難をくりこみ理論によって解決。
水素原子のラムシフトを理論的に計算。実測値と一致する結果。
ふしぎだと思うこと
これが科学の芽です。
よく観察してたしかめ そして考えること
これが科学の茎です。
そうして最後になぞがとける
これが科学の花です。
16
今日は
不思議だと思うこと、感動すること
を体験してください
17
ボールを弾ませると、こんなカーブを描く
ストロボ写真：短い時間で何回も光を当てて写真を撮る
放物線（パラボラ、parabola)
18
放物面を鏡にしたら？
19
マジック・ミラーの不思議
ここでは実験できないので、ビデオで見て下さい
放物面鏡
44秒
20
マジック・ミラーの不思議
ここでは実験できないので、ビデオで見て下さい
放物面鏡
49秒
21
なぜそうなるのかはこれを見て考えよう
NHK大科学実験スペシャル（2011年7月18日放送） 2分1秒
22
基本がわかっていれば様々な応用が可能
放物線には焦点がある
対称軸に平行に入った光は
一点に集まる
23
マジックミラー
虚像
24
今日の宿題
選択問題１
マジックミラーの原理をわかりやすく
説明してください。
図や数式を使ってもよい。
25
ガリレオが発見した振り子の等時性
振幅にかかわらず周期は一定
時刻：t
角度：θ
水平方向の位置：x
θ
x
θ(t) ≒ θ0cos(ωt+α)
x(t) ≒ x0cos(ωt+β)
角速度：ω（一定）
θ0、x0、α、β：定数
周期：T = 2π／ω （一定）
高校で学ぶ振り子は、振動面が一つの平面に
限られる場合
θ
横向けにおもりを放すとどうなる？
27
振り子の不思議
ここでは実験できないので、ビデオで見て下さい
楕円振り子
1分11秒
28
ひもをＹ字形にしたら？
θ
29
振り子の不思議
ブラックバーンの振り子
リサジュー図形
ここでは実験できないので、ビデオで見て下さい
1分00秒
30
振り子の不思議
リサジュー（Lissajous） の図形
x方向とy方向の独立の単振動の重ね合わせ
x = A sin( t + )
y = B sin( t +  )
コンピューターを使って軌跡を描かせてみよう
Lissajous diagram
Lissajous diagram
1
Lissajous diagram
1
1
0.75
0.75
0.75
0.5
0.5
0.25
0.25
0.25
0
0
0
-0.25
-0.25
-0.25
-0.5
-0.5
-0.75
-0.75
-1
-1
0.5
-0.5
-0.75
-1
-1
-0.75
-0.5
-0.25
0
0.25
0.5
0.75
1
-1
-0.75
-0.5
-0.25
0
0.25
0.5
0.75
1
-1
-0.75
-0.5
-0.25
0
0.25
0.5
0.75
1
今日の宿題
選択問題２
エクセルやＣなどのプログラム言語を
使って、二次元平面での２つの振動の
重ね合わせを行い、リサジュー図形を
描いてください。
32
磁石の常識
磁石にくっつくものとくっつかないものがある
33
磁石の不思議１
学校で習った通りにはならない！
ここでは実験できないので、ビデオで見て下さい
1分29秒
34
ネオジム磁石を落下させてみると
35
磁石の不思議２
ここでは実験できないので、ビデオで見て下さい
1分27秒
36
「時間的な変化」が本質
時間とともに変化する磁場
は電場を生じる
マイケル・ファラデー
Michael Faraday
(英 1791 – 1867)
電磁場の方程式で書くと
マイナス符号！！
37
基本原理を理解していれば、応用を思いつく
IH: induction heating
38
今日の宿題
選択問題３
銅パイプ中で磁石を落下させた時の
磁石の不思議な運動をわかりやすく
説明してください。
ファラデーが発見した自然の法則を
前提としてよい。
39
３
科学的な考え方とは？
基本から理解しようとする気持ちが大切
40
近代科学の芽生えを振り返る
それでも地球は動いている・・・
科学の扉を開いた人
科学的世界観のはじまり
人類の叡智は
かくも優れたものなのか！
ガリレオ・ガリレイ
1564 - 1642
イタリア
当時の常識：重い物体ほど速く落ちる
アリストテレス
B.C. 384 - 322
ギリシア
42
思考実験
重いものと軽いものをつなぐと・・・・
二つの異なる結論
「重いものほど速く落ちる」
という仮定がおかしい
43
実証実験：実際に実験をしてみよう
大気による抵抗などの影響が
小さくなるような状況で実験を
すれば
重いものも軽いものも
同じ速さで落ちる
ピサの斜塔
44
月の上で物を落としてみよう！
科学の扉を開いた男 ガリレオ～見た！考えた！やってみた！
（NHK 2011年1月11日放送） 55秒
1971年8月
アポロ15号
45
空気抵抗がなければリンゴも羽毛も同じ速さで落ちる
時刻 位置 速度 加速度
真空容器の中
46
慣性（inertia）の法則
どのような物体も慣性（いつまでも同じ状態をとり続けようと
する性質）を持っている。
静止している物体はいつまでも静止していようとするし、動いてい
る物体は同じ動きをとり続けようとする。
状態を変えるには力が必要。
走っている船のマストの上
から物体を落としてみる
47
水平方向に投げると
水平方向にはそのままの速度
inertia
垂直方向は等加速度運動
放物線軌道を描く
48
モンキーハンティング
ビデオ教材
大阪大学大学院理学研究科制作（２００７）
20秒
49
モンキーハンティングの実験をやってみよう
サル
弾丸
50
モンキーハンティングの実験をやってみよう
スローモーションビデオで確認しよう
20秒
51
モンキー・ハンティング
弾丸の初速度に関係なく命中する
52
水平方向：等速運動を続ける
鉛直方向：自由落下
53
今日の宿題
選択問題４
モンキーハンティングの実験で、なぜ
弾丸が必ずサルに命中するのかを、
わかりやすく説明してください。
図や数式を使ってもよい。
54
４ SEEDS生に期待すること
本質をつかむ学びが楽しいと感じ
研究を通じて身につけて欲しい
情報収集力
批判的分析力
科学的根拠に基づく判断力
社会の構成員としての課題意識
生涯学び続けるための学習習慣
55