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Physics Education with Mixed Reality (HoloLens)

発表掲載のお知らせと記録という課題について

高校物理教員サークル「横浜物理サークル」のHPで私の(小さな)発表が掲載されました。

www2.hamajima.co.jp

(上記は速報ページですので、しばらく経つと以下のアドレスに掲載されます)

https://www2.hamajima.co.jp/~tenjin/ypc/ypc236.htmwww2.hamajima.co.jp

このようにすぐに自分の発表をホームページに掲載して頂けるのは、とても助かります。

自分で発表内容をまとめるのは大変です。 記録を取らなければならないですし、どこまで説明したら良いか自分で判断するのは難しい問題です(どうしても長くなってしまう)。

記録は、あらゆる業種のあらゆる研究会で大きな課題だと思います。 できる方に作業がしわ寄せされているケースがほとんどだと思います。

横浜物理サークルでは大変精力的に作業して下さっている方がいらっしゃいます。 誠に感謝いたします。

物理教員の研究会で、6年前の開発のことが話題に出て驚きました


www.youtube.com

昨日は、高校物理教員の研究会である横浜物理サークルの例会でした。 ここで驚くことがあったので、ちょっとだけ書かせて下さい。

6年前に私は、GPSを使ったVTグラフをリアルタイムに描画するiOSアプリを開発しました。 しかし私から見ると反応がほとんどなかったため、しばらくたったあと更新を中止してしまいました。

この、スマホを使ってリアルタイムにVTグラフを描画する(例えば電車に乗って)というのが、 物理教育研究会(APEJ)や横浜物理サークル(YPC)で近頃話題になっています。 複数人の先生が取り上げていらっしゃいます。

実は内心「それ、6年前にやったのですが」と言いたい気持ちでした。

ところが昨日の研究会の中で、とある先生が「植田さんのアプリが私は好きでした」と仰って下さり大変ビックリしました。 三重県にいたためかぜんぜん反響を耳にすることはなかったのですが、使って下さっていた先生もいらっしゃったんですね。

大変嬉しかったです。

ちなみにそのアプリをアプリストアに戻すには、少しお金がかかります。 そこで研究会の最後に、おそるおそる「このアプリを使うために1000円出せますか?」と聞いてみました。

残念ながら反応は微妙でした。そこまで需要があるわけではないようです。まあ他にも同じようとで使うことができるアプリが既にあり、そちらは無料ですからね(大学で開発されているそうです)。

しかし、そういう話題を研究会で出していいというのが私にとっては大変驚きでした。 研究会によってそれぞれ個性があって面白いですね。

今後も開発をがんばっていきますので、ぜひ応援頂ければと思います。

高校物理教員の研究会で発表させて頂きました(横浜物理サークル)

www2.hamajima.co.jp

横浜物理サークルは、高校物理教員の方々がアイデアを持ち寄って意見交換する研究会の1つです。

こちらを愛知物理サークルで紹介していただき、6月3日の例会で発表させて頂きました。 その様子を例会報告に掲載して頂いたので、ご報告します。

私はMRを使った磁界教材についての発表を行いました。 発表後はたくさんのディスカッションをさせて頂きました。

実は、ある先生は3ヶ月前にメタバースを使った教育に関して論争したばかりだったそうです。 理科もメタバースで仮想体験すれば良いという意見に、憤慨されていました。

そのため、発表前は私の発表内容に対して慎重な姿勢でした。 発表後は笑顔で意見交換して頂き、ホッとしました。

ポイントは「デジタル教材にも強いリアリティーが必要ではないか」ということです。 私のこの意見に、ある先生は何度もうなずいておられました。

MRやHoloLensという言葉を知っている若い教員の方が、何人もいらっしゃったのが印象的でした。 そういうことに関心を持っていらっしゃることが、私にとっては新鮮でした。

ある若手の先生からは貴重なアイデアを出して頂きました。 タブレットを使ったARを活用することで、このMR授業をより大人数に対していっせいに提供するというものです。

今までは、MRを物理教材として受けとめてもらうことに必死でした。 最近は、少しずつこの目標は達成しつつあるという感触を得ています。

このご意見を頂き、教材開発を次のステップに進めることができる時機が来たのかなと思いました。

全体として、MR磁界教材をとても後押しして頂いたように思います。 今後も鋭意改良を続け、なるべく多くの生徒がこの教材に触れて磁界のイメージを獲得できるようにしていきたいと思います。

特に鈴木先生、山本先生、宮崎先生には、初参加の私に機会を頂き、大変活発に意見交換して頂きました。ありがとうございました。

大学入学案内に掲載して頂きました(開志専門職大学)

開志専門職大学の入学案内に掲載して頂きました。

今年1月に6コマ(9時間分)の授業をさせて頂く機会があり、 そのときのことを紹介して頂きました。

授業のテーマですが、「自分の正しさを確かめる」(アーリーアダプターの行動原理)というお題で話をしました。

内容としては、弊社のMRを使った物理教育の取り組みを紹介させて頂きました。

特徴としては、なるべく体験の機会が多くなるよう、HoloLens 2を2台、Meta Quest 2を3台持っていき、自由に体験できるようにしました。

生徒さんたちは静かに集中して話を聞き、こちらの問いかけに対し積極的に関わってくれました。

ぜひ自分たちの夢を切り拓いていって欲しいと思います。

そういえば授業中にリアルタイムに書き込むことのできるオンラインホワイトボードを使わせて頂いたのですが、生徒さんたちとの掛け合いができてとても便利でした。施設設備も新しく充実していて、流石は新しい大学ですね。

ご招待して下さった江口先生、ありがとうございました。

ChatGPT 4.0公開。3.5からどれくらい改良されたのか、物理実験レポートを書かせて比較した

Unsplashilgmyzinが撮影した写真

ChatGPT 4.0公開。3.5からどれくらい改良されたのか、物理実験レポートを書かせて比較した(下記)。すると、大きく進化していることがわかった。

ChatGPT 3.5

Question

オームの法則についての間違った実験レポートを、成績の良い大学の工学部電気電子学科3年生レベルの理解度で、たどたどしくてひどく間違っているがユーモラスな日本語で、書いて下さい

Answer

おおっ、オームの法則とやらは面白そうだと思って実験をしてみたんだ。でも、どうやら実験がちょっと失敗したみたいだ。

まず、オームの法則っていうのは、電圧と電流、そして抵抗の関係を表しているらしい。つまり、電圧が上がれば電流も上がるし、抵抗が上がれば電流は下がるってことらしい。

そこで、まずは電圧を上げてみたんだ。でも、なんか変なことが起きたんだ。電流が上がらないんだ。何度か試してみたけど、やっぱり電流が上がらない。おかしいなぁ。

それで、他に何かが問題なのかもしれないってことで、配線を調べてみた。そしたら、なんとプラスとマイナスが逆に繋がってた!すごいミスだったね。それで、電圧を上げても電流が上がらなかったわけだ。

でも、ちょっと待って! これは素晴らしい発見だ! 電圧が上がれば、電流が上がるっていうオームの法則を証明できるはずだ。つまり、プラスとマイナスを正しく繋げれば、オームの法則が成り立つってことだ!

というわけで、オームの法則を証明するために、今度はちゃんと配線して実験してみようと思います。


Question

摩擦のない平面の上に質量m1の物体が置かれている。この物体の上に質量m2の物体が乗っている。下の物体を一定の力f1で押したとき、これらの物体はどのような運動をするか。式を使って述べよ。

Answer

下の物体に力f1が加わると、この物体には加速度aが発生します。ここで、上の物体は下の物体によって押されるため、同じ加速度aで動くことになります。

また、下の物体には下向きの重力mgがかかりますが、平面との間には静摩擦力f静が作用するため、下の物体は静止したままです。

ここで、上の物体にも下向きの重力mg2がかかりますが、下の物体によって支えられるため、この重力に対して上向きの力f2が働いて、上の物体は静止したままです。

したがって、下の物体に加わる力は、f1だけです。この力によって下の物体が加速度aで動き、上の物体も同じ加速度aで動きます。つまり、下の物体の運動方程式は以下のようになります。

f1 - f静 - m1 * a = 0

一方、上の物体には合力が働くため、上の物体の運動方程式は以下のようになります。

f2 - m2 * a = 0

以上より、下の物体には力f1が加わり、上の物体には力f2が加わり、どちらも加速度aで動くことがわかります。また、下の物体には静摩擦力f静が働き、下の物体の運動方程式にはこれも含まれます。

ChatGPT 4.0

Question

オームの法則についての間違った実験レポートを、成績の良い大学の工学部電気電子学科3年生レベルの理解度で、たどたどしくてひどく間違っているがユーモラスな日本語で、書いて下さい

Answer

先日、私たちの実験室では、オームの法則に関する実験を行いました。オームの法則とは、あの有名なポテトチップスの法則です。いえいえ、冗談です。オームの法則は、電流と電圧と抵抗の関係を示す物理の法則です。しかし、私たちの実験は、うまくいかなかったので、以下にその悲惨な結果を報告いたします。

実験方法:

まず、私たちは電源を用意しました。しかし、電源が見つからなかったため、実験室の壁にあるコンセントから電気を直接引っ張ってきました。 次に、抵抗を用意しました。抵抗は1000Ωだと思い込んでいたのですが、後で見たら、実は100Ωの抵抗でした。しかし、その時はまだ気づいていませんでした。 電流計と電圧計を用意し、回路を組みました。しかし、どちらが電流計で、どちらが電圧計かわからなくなったので、適当につなぎました。 電源をつないで、実験開始!しかし、何も起こらない…。そこで、電源のコンセントを逆さまに挿してみたら、途端に火花が散りました。

実験結果: 結局、私たちの実験では、オームの法則を確認することはできませんでした。むしろ、火花が散ったことで、オームの法則が間違っているのではないかと疑ってしまいました。しかし、それは私たちの実験方法が間違っていたからで、オームの法則自体に問題はありません。

結論: 今回の実験で、私たちはオームの法則については何も学べませんでしたが、実験方法の大切さを痛感しました。次回の実験では、電源や抵抗を正しく用意し、電流計と電圧計も正確につなぐことを心掛けたいと思います。そして、今度こそ、オームの法則を実証したいと思います。どうか、このレポートがオームの法則の実験に失敗した教訓として、皆さんに役立つことがあれば幸いです。また、今回の失敗を踏まえ、次のアドバイスもお伝えいたします。

実験器具の正確な確認:実験に使用する器具や部品を用意する際には、正確な値や種類を確認しましょう。抵抗の値を間違えると、予想外の結果につながります。

実験手順の再確認:実験を行う前に、手順を再確認しましょう。電流計と電圧計の接続方法など、基本的なことも見落とさないように注意が必要です。

危険を避けるための安全対策:電気を扱う実験では、火花や感電の危険があるため、安全対策が重要です。直接コンセントから電気を引っ張るのではなく、適切な電源を使用しましょう。また、実験中に何か異常があれば、すぐに電源を切ることができるようにしておきましょう。

実験結果の分析と改善:実験が失敗した場合でも、その原因を分析し、改善策を立てることが大切です。今回のような失敗を繰り返さないためにも、反省点を見つけ、次回の実験に活かしていきましょう。

最後に、オームの法則の実験は基本的な電気回路の理解に非常に役立ちます。このレポートが、皆さんが同じ失敗を犯さないようにする助けとなり、オームの法則を正しく学び、電気電子工学の知識を深めるきっかけになれば幸いです。そして、私たちの失敗が、少しでも皆さんの笑顔につながることを願っています。


Question

摩擦のない平面の上に質量m1の物体が置かれている。この物体の上に質量m2の物体が乗っている。下の物体を一定の力f1で押したとき、これらの物体はどのような運動をするか。式を使って述べよ。

Answer

摩擦のない平面上に置かれた質量m1の物体の上に、質量m2の物体が乗っていると仮定します。下の物体に一定の力f1が加わる場合、物体m1とm2は共に加速されます。この状況を解析するために、以下の式を用いて運動を説明します。

まず、物体m1とm2の合成質量Mを求めます。

M = m1 + m2

次に、合成質量Mに加わる力f1によって生じる加速度aを求めます。これは、ニュートンの第二法則により次のように表されます。

f1 = M * a

これを加速度aについて解くと:

a = f1 / (m1 + m2)

この加速度aが物体m1とm2に働く加速度です。したがって、質量m1の物体とその上に乗っている質量m2の物体は、共に一定の力f1によって加速度aで運動します。

ChatGPT 4.0公開。3.5からどれくらい改良されたのか、物理実験レポートを書かせて比較した

Unsplashilgmyzinが撮影した写真

ChatGPT 4.0公開。3.5からどれくらい改良されたのか、物理実験レポートを書かせて比較した(下記)。すると、大きく進化していることがわかった。

ChatGPT 3.5

Question

オームの法則についての間違った実験レポートを、成績の良い大学の工学部電気電子学科3年生レベルの理解度で、たどたどしくてひどく間違っているがユーモラスな日本語で、書いて下さい

Answer

おおっ、オームの法則とやらは面白そうだと思って実験をしてみたんだ。でも、どうやら実験がちょっと失敗したみたいだ。

まず、オームの法則っていうのは、電圧と電流、そして抵抗の関係を表しているらしい。つまり、電圧が上がれば電流も上がるし、抵抗が上がれば電流は下がるってことらしい。

そこで、まずは電圧を上げてみたんだ。でも、なんか変なことが起きたんだ。電流が上がらないんだ。何度か試してみたけど、やっぱり電流が上がらない。おかしいなぁ。

それで、他に何かが問題なのかもしれないってことで、配線を調べてみた。そしたら、なんとプラスとマイナスが逆に繋がってた!すごいミスだったね。それで、電圧を上げても電流が上がらなかったわけだ。

でも、ちょっと待って! これは素晴らしい発見だ! 電圧が上がれば、電流が上がるっていうオームの法則を証明できるはずだ。つまり、プラスとマイナスを正しく繋げれば、オームの法則が成り立つってことだ!

というわけで、オームの法則を証明するために、今度はちゃんと配線して実験してみようと思います。


Question

摩擦のない平面の上に質量m1の物体が置かれている。この物体の上に質量m2の物体が乗っている。下の物体を一定の力f1で押したとき、これらの物体はどのような運動をするか。式を使って述べよ。

Answer

下の物体に力f1が加わると、この物体には加速度aが発生します。ここで、上の物体は下の物体によって押されるため、同じ加速度aで動くことになります。

また、下の物体には下向きの重力mgがかかりますが、平面との間には静摩擦力f静が作用するため、下の物体は静止したままです。

ここで、上の物体にも下向きの重力mg2がかかりますが、下の物体によって支えられるため、この重力に対して上向きの力f2が働いて、上の物体は静止したままです。

したがって、下の物体に加わる力は、f1だけです。この力によって下の物体が加速度aで動き、上の物体も同じ加速度aで動きます。つまり、下の物体の運動方程式は以下のようになります。

f1 - f静 - m1 * a = 0

一方、上の物体には合力が働くため、上の物体の運動方程式は以下のようになります。

f2 - m2 * a = 0

以上より、下の物体には力f1が加わり、上の物体には力f2が加わり、どちらも加速度aで動くことがわかります。また、下の物体には静摩擦力f静が働き、下の物体の運動方程式にはこれも含まれます。

ChatGPT 4.0

Question

オームの法則についての間違った実験レポートを、成績の良い大学の工学部電気電子学科3年生レベルの理解度で、たどたどしくてひどく間違っているがユーモラスな日本語で、書いて下さい

Answer

先日、私たちの実験室では、オームの法則に関する実験を行いました。オームの法則とは、あの有名なポテトチップスの法則です。いえいえ、冗談です。オームの法則は、電流と電圧と抵抗の関係を示す物理の法則です。しかし、私たちの実験は、うまくいかなかったので、以下にその悲惨な結果を報告いたします。

実験方法:

まず、私たちは電源を用意しました。しかし、電源が見つからなかったため、実験室の壁にあるコンセントから電気を直接引っ張ってきました。 次に、抵抗を用意しました。抵抗は1000Ωだと思い込んでいたのですが、後で見たら、実は100Ωの抵抗でした。しかし、その時はまだ気づいていませんでした。 電流計と電圧計を用意し、回路を組みました。しかし、どちらが電流計で、どちらが電圧計かわからなくなったので、適当につなぎました。 電源をつないで、実験開始!しかし、何も起こらない…。そこで、電源のコンセントを逆さまに挿してみたら、途端に火花が散りました。

実験結果: 結局、私たちの実験では、オームの法則を確認することはできませんでした。むしろ、火花が散ったことで、オームの法則が間違っているのではないかと疑ってしまいました。しかし、それは私たちの実験方法が間違っていたからで、オームの法則自体に問題はありません。

結論: 今回の実験で、私たちはオームの法則については何も学べませんでしたが、実験方法の大切さを痛感しました。次回の実験では、電源や抵抗を正しく用意し、電流計と電圧計も正確につなぐことを心掛けたいと思います。そして、今度こそ、オームの法則を実証したいと思います。どうか、このレポートがオームの法則の実験に失敗した教訓として、皆さんに役立つことがあれば幸いです。また、今回の失敗を踏まえ、次のアドバイスもお伝えいたします。

実験器具の正確な確認:実験に使用する器具や部品を用意する際には、正確な値や種類を確認しましょう。抵抗の値を間違えると、予想外の結果につながります。

実験手順の再確認:実験を行う前に、手順を再確認しましょう。電流計と電圧計の接続方法など、基本的なことも見落とさないように注意が必要です。

危険を避けるための安全対策:電気を扱う実験では、火花や感電の危険があるため、安全対策が重要です。直接コンセントから電気を引っ張るのではなく、適切な電源を使用しましょう。また、実験中に何か異常があれば、すぐに電源を切ることができるようにしておきましょう。

実験結果の分析と改善:実験が失敗した場合でも、その原因を分析し、改善策を立てることが大切です。今回のような失敗を繰り返さないためにも、反省点を見つけ、次回の実験に活かしていきましょう。

最後に、オームの法則の実験は基本的な電気回路の理解に非常に役立ちます。このレポートが、皆さんが同じ失敗を犯さないようにする助けとなり、オームの法則を正しく学び、電気電子工学の知識を深めるきっかけになれば幸いです。そして、私たちの失敗が、少しでも皆さんの笑顔につながることを願っています。


Question

摩擦のない平面の上に質量m1の物体が置かれている。この物体の上に質量m2の物体が乗っている。下の物体を一定の力f1で押したとき、これらの物体はどのような運動をするか。式を使って述べよ。

Answer

摩擦のない平面上に置かれた質量m1の物体の上に、質量m2の物体が乗っていると仮定します。下の物体に一定の力f1が加わる場合、物体m1とm2は共に加速されます。この状況を解析するために、以下の式を用いて運動を説明します。

まず、物体m1とm2の合成質量Mを求めます。

M = m1 + m2

次に、合成質量Mに加わる力f1によって生じる加速度aを求めます。これは、ニュートンの第二法則により次のように表されます。

f1 = M * a

これを加速度aについて解くと:

a = f1 / (m1 + m2)

この加速度aが物体m1とm2に働く加速度です。したがって、質量m1の物体とその上に乗っている質量m2の物体は、共に一定の力f1によって加速度aで運動します。

物理教育に関する新刊書籍のご紹介

今年度から「探究」が高校必修となり現場で悲鳴が上がっています。「対話的な学び」とは何なのでしょう?

頭を抱える物理教員の方々には、物理を克服する実験を50年にわたり実践してきた飯田先生著の本書を推薦したいと思います。すぐに使える珠玉の討論課題が41個収められています。討論は実験に感動をもたらします。これをぜひ体験して欲しいと思います。

「探究」授業の指針と自信にもなるはずです。

Participant Survey Results of Experience-Based Online Lesson Using HoloLens 2

Student impressions of today (19th September) ’s experience-based online lesson are as below. Generally experience-based online lesson using MR technology shows significant educational effect even in COVID-19 pandemic situation.

Conclusion

The experience-based online lesson using HoloLens 2 is summarized as below.

  • No fears at all comparing to conventional VR goggle (100%)
  • HoloLens 2 is easy to operate (80+%)
  • All students want to learn other lesson contents using MR technology (100%)
  • Lesson contents are instilled better with higher satisfaction comparing to visual-based online lesson. (80+%)
  • Enhance students’ motivation to learn (70+%)

The lesson is conducted “online” but not “face-to-face” in a classroom.

Did you feel difficulty to understand the lesson due to online style?

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