中間報告 Ｅｘｃｅｌを用いた自動制御 Web 教材の試作

中間報告Ｅｘｃｅｌを用いた自動制御 Web 教材の試作

２００６年９月５日０４ TA ５７２ C 　鳥塚達夫

１．研究の概要１．研究の概要

• 技術系社員教育のためのＷｅｂ教材を作成する

• 教材は自動制御を題材にしたものとする• 解析やグラフ作成にはＥＸＣＥＬを活用

する• 可能であれば、社内で試験運用し効果を

確認する

２．研究分野の絞り込み２．研究分野の絞り込み

（１）第三種電気主任技術者試験受験者の感想などを参考にした

　　☆電気主任技術者試験は、理論、電力、機械、法規の４科目から構成される　　　 ☆レベルは工業高校卒業程度とされているが、実際はもう少し高い

（２）最も難しい科目は「機械」という人が多かった。その理由は

　　　☆出題範囲が広い（電気機器学、自動制御、パワーエレクトロニクス、照明工学、電気化

学・・・）　

　 ☆難易度も高い

　　 ☆個別機器の構造や特性を熟知しないと理解できない

☆自動制御などの科目は数学理論に近く、抽象的でなかなか理解できない

（３）全国的な統計から、受験生が苦戦している様子が覗えた　　 ☆平成１７年度の試験結果（合格率）

　　　 第三種：受験者 42,390 人に対し合格者 4,831 人・・・合格率１１％

　　 第二種：８％、第一種：４％（電気主任技術者試験センターのデータより計算）

　　 ☆但し、科目別のデータは公表されていない

（５）機械の分野が難しいと言われている理由（推測）

　　☆学習には市販の教科書を使っているケースが多いが、教科書の文字と数式

　　　 と図面だけでは、学習者には現象が十分に理解できないのではないか

　　 ☆グラフ作成など計算量が多い演習問題は敬遠されてしまい、本当にわかった

　　　　という感じを掴めないまま、学習が終わってしまうのではないか

☆ うまくイメージが掴めれば、実際にはそれほど難しくはないのではないか　　

（６）研究分野の絞り込み

　　☆上記の事項を問題意識として、

　　　　・本研究ではコンピュータの計算能力、グラフィック能力を活用することで

　　　　・教科書では十分に表現しきれない or 学習できない部分を補完し

　　　　・学習者のイメージを広げて理解を促進する

　　　ことをねらって、自動制御の分野に的を絞りＷｅｂ教材を試作する　　　　　　　

　　　 ☆電気機器など、ＣＧを使って電磁気現象を分かりやすく表現することで、学習者

　　　　　の理解をより促進する教材ができると思われるが、この分野は今後の課題としたい

３．教材の内容３．教材の内容

（１）学習者のレベル

　　☆第三種電気主任技術者試験程度を想定

（２）内容

　　☆古典的な自動制御理論を対象にする

☆ラプラス変換やブロック線図の作成

　　　　・市販の教科書で学習可能なのでとりあえずは対象とせず

　　 ☆今回の研究の主な範囲

　　　　・コンピュータによる学習が効果的と考えられる、周波数応答や系の

安定性の評価の分野を重点に、演習を中心にした教材を作成する

　　　ｏボード線図作成演習

　　　ｏナイキスト線図の作成演習

　　　ｏラウスの方法による安定性判別計算演習　　など

４．演習問題作成に用いるツール４．演習問題作成に用いるツール

（１） Mathematica や Spice 、 Matlab などの解析ツール

　　☆優れたツールであるが、想定した学習者のレベルにあわないのではないか

　　 ☆高価なので個人ではなかなか買えないのではないか

（２）予備検討の結果

　　☆マイクロソフトのＥｘｃｅｌを使うことで比較的容易にボード線図や

ナイキスト線図の作成が可能との見通しを得た

　　☆Ｅｘｃｅｌであれば、一般に使われており、適切なガイダンスがあれば

　　　学習者はあまり抵抗感なく演習が進められると考えられる

　Ｅｘｃｅｌを演習問題作成ツールに採用して研究を進める

５．研究の重点

多数回の数値計算を伴い、なかなか学習が進まない部分

１．基本的な事を憶えた後は、数値計算の部分を極力省力化して、学習者が

　　数値計算に割く労力を、数多くの特性曲線を描く経験に振り向ける

２．これを通じて、Ｂｏｄｅ線図、Ｎｙｑｕｉｓｔ線図などの作図を体感させ、「大体こう

　　いう風にやればいい」という感覚を掴ませる

３．自動制御で用いる解析手段　（Ｂｏｄｅ線図、Ｎｙｑｕｉｓｔ 線図、Ｒｏｕｔｈの方法など）

　　が個別バラバラにあるのではなく、系の周波数応答や安定性を評価する

　　ための一連の方法であることを理解させる

ＥｘｃｅｌとＶＢによる簡単なプログラムを用いて

６．研究の概略スケジュール６．研究の概略スケジュール

（１）教材の内容検討と原稿の作成

　　☆　１１月中完了を目途としたい

（２）原稿のＷｅｂ教材化

　　☆できれば１８年度末までに完了したい

（３）試験運用

　　☆できれば、１９年度から実施したい

７．進捗状況７．進捗状況

（１）現在ボード線図作成演習の原稿を作成中

　　ｏ第一次原稿はほぼ完成

　　 ｏＥｘｃｅｌを用いたボード線図作成事例ももほぼ完成

（２）教材のＣＧＩ化に関する基礎知識の習得

　　ｏ自宅のパソコンにＡｐａｃｈｅをインストールしサーバを立ち上げ

　　 ｏ市販のＣＧＩ本で練習プログラムの作成など実施中

ｏ引き続き勉強を進めるが、信州大学のサーバの使用などは今後の検討課題

８．添付資料８．添付資料

　　ｏＥｘｃｅｌを用いたＢＯＤＥ線図の作成方法　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

以　　上

９．謝辞９．謝辞　ご指導いただいたカワモト先生に感謝いたします。