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「HTML5 ＋ Web Audio API によるオーディオデータプロセッシング」出版決定

大草芳江 — Fri, 18 Dec 2015 04:15:00 +0000

書籍画像

　本事業で実施した科学講座「音ってそもそもなんだろう？」（講師：竹中恭介、藤原脩）がきっかけとなった書籍が出版されましたのでご報告申し上げます。

【書名】HTML5 ＋ Web Audio API によるオーディオデータプロセッシング
　　　　「音」の理論から生成、分析、オリジナル電子楽器の開発まで
【著者】定非営利活動法人 natural science　遠藤理平／竹中恭介／藤原脩
【出版社】株式会社カットシステム
【判型】B5変型判、392頁
【本体価格】3,800円（税込 4,104円）
【ISBN】978-4-87783-375-6

　本書は、最新ウェブテクノロジーの一つであるHTML5を用いたキーボード型電子楽器アプリケーションの作成を通して、単にHTML5によるウェブアプリケーションの開発方法だけでなく、「そもそも音とは何か？」という疑問から始まり、楽器の音色の起源や音階・調性・和音といった音楽の基礎まで、物理学と音楽の両面からアプローチし、「音」を深く理解することを目的としています。そして、両アプローチで得られた知見を元に、最終章では、電子楽器アプリケーションの開発を通じて、任意の波形の音を生成できるHTML5のWeb Audio APIの利用方法について詳しく解説します。
　Web Audio APIとは、ウェブブラウザを介してデバイスの機能を利用する各種API（Application Programming Interface）の一つです。これを用いることでDAW（デジタル・オーディオ・ワークステーション）などのソフトウェアで実現可能なミキシング、編集、フィルタリング等の機能を、なんとウェブブラウザだけで実現することができます。同APIは、ネイティブアプリケーション並の機能をもつウェブアプリケーションを開発する上で重要な役割を果すことから、非営利団体World Wide Web Consortium（W3C）による作業草案（ワーキングドラフト、WC）段階でありながら、主要ウェブブラウザでの実装がすでに進んでいます。本書は同APIの基本的な利用方法を示すことも目的の一つとし、第４章にまとめました。
　本書は、物理学、音楽、情報科学をそれぞれ学んできた立場の異なる３名で執筆されました。「音」といえば、それは波動現象という物理現象であり、それらは振幅、周波数、波長、位相というパラメータで特徴づけられ、重ねあわせの原理で全て説明できる（1.2節、2章、付録B）と考える物理屋にとって、和音や音色の美しさの裏に存在する物理法則の実感は大変新鮮でした。また、音楽を学んできた者にとっては、これまで抽象的な言葉でしか表現できなかった楽器の音色（第3章）に、物理的な裏付けが得られたことで、音楽の楽しみ方や演奏に大きな刺激がありました。また、情報科学を勉強している者にとって、物理学、音楽といった異分野を、情報科学によって橋渡しできたという喜びがありました（第4章、第5章）。本書を通じて、日常生活に非常に身近な存在である「音」に対する認識と理解が著者ら同様、深まるきっかけとなれば大変嬉しいです。

第1章音楽と私！？
- 1.1 音楽コトハジメ
  - 1.1.1 音楽のあゆみ
  - 1.1.2 楽器の分類
  - 1.1.3 楽器の構造
  - 1.1.4 楽器と編成
  - 1.1.5 電子楽器の歴史
- 1.2 音と波
  - 1.2.1 音の正体
  - 1.2.2 波とは？
  - 1.2.3 音波の数式による表し方
  - 1.2.4 重ね合わせの原理
  - 1.2.5 周波数に対する聞こえ方の違い
  - 1.2.6 振幅に対する音の大きさ、音の聞こえ方の関係
  - 1.2.7 波の性質を踏まえた演奏
- 1.3 音の高さ・大きさ
  - 1.3.1 ピタゴラス音律の誕生
  - 1.3.2 平均律の誕生
  - 1.3.3 国際式音名と周波数
  - 1.3.4 音の大きさの表し方
- 1.4 調性
  - 1.4.1 調とは
  - 1.4.2 調性と音階
  - 1.4.3 移調楽器
- 1.5 倍音と音色
  - 1.5.1 2つの音の違い
  - 1.5.2 音色の由来
- 1.6 和音
  - 1.6.1 和音の種類
  - 1.6.2 純正律
  - 1.6.3 純正律の周波数の計算方法
- 1.7 拍とリズム
  - 1.7.1 拍と速さ
  - 1.7.2 拍子
- 1.8 音をつくる
  - 1.8.1 音形
  - 1.8.2 シンセサイザーの音作り
  - 1.8.3 音形モデルADSR
- 1.9 音楽のしくみ
  - 1.9.1 音楽のつくり
  - 1.9.2 音楽のジャンル
- 1.10　私と音楽
  - 1.10.1　子守唄はOpen Arms
  - 1.10.2　打楽器をクビになる
  - 1.10.3　クラシックは嫌いです
  - 1.10.4 「音楽が好き」ってなんだ
第２章音の波を操ろう！
- 2.1 音生成アプリ「Sound Generator」を開発しよう！
  - 2.1.1 WebAudioAPIの概要
  - 2.1.2 オーディオデータの形式（PCM形式）
  - 2.1.3 WebAudioAPIを使ってみよう！
  - 2.1.4 音生成アプリの概要
  - 2.1.5 音の生成と再生を実行：play関数
  - 2.1.6 時間グラフを描画する関数：plotFunction関数
  - 2.1.7 周波数グラフを描画する関数：plotPowerSpectrum関数
- 2.2 様々な音を表現しよう
  - 2.2.1 単音
  - 2.2.2 うなり
  - 2.2.3 矩形波を生成しよう！
  - 2.2.4 のこぎり波を生成しよう！
  - 2.2.5 三角波を生成しよう！
- 2.3 ドレミファソラシド！
  - 2.3.1 音階データの作成と音符データの定義
  - 2.3.2 音符データと楽譜データの定義
  - 2.3.3 音データの生成と再生：noteon関数
  - 2.3.4 楽譜データの再生：playScore関数
- 2.4 じゃじゃじゃじゃーん！
  - 2.4.1 「じゃじゃじゃじゃーん！」について
  - 2.4.2 音符データの拡張
  - 2.4.3 音データの生成と再生：noteon関数の拡張
- 2.5 音形（エンベロープ）を調整しよう
  - 2.5.1 音形（エンベロープ）とは？
  - 2.5.2 聴き比べてみよう！
  - 2.5.3 音符データの拡張
  - 2.5.4 playScore関数とnoteon関数の拡張
- 2.6 実際の曲を演奏しよう！
  - 2.6.1 かえるの歌
  - 2.6.2 オルゴールでねこ踏んじゃったを演奏だ！
  - 2.6.3 メヌエット
第３章楽器の音を解析してみよう！ 1
- 3.1 音解析アプリ「SoundAnalyzer」を開発しよう！
  - 3.1.1 音解析アプリの概要
  - 3.1.2 Audio要素による読み込みと再生
  - 3.1.3 XMLHttpRequestによるオーディオファイルの読み込みと再生
  - 3.1.4 Sound Analyzerのメイン処理
  - 3.1.5 パワースペクトルのピーク位置計算アルゴリズム
- 3.2 弦楽器の音解析
  - 3.2.1 ヴァイオリン
  - 3.2.2 ヴィオラ
  - 3.2.3 チェロ
  - 3.2.4 コントラバス
- 3.3 木管楽器の音解析
  - 3.3.1 フルート、ピッコロ
  - 3.3.2 クラリネット
  - 3.3.3 オーボエ
  - 3.3.4 ファゴット
  - 3.3.5 サックス
- 3.4 金管楽器の音解析
  - 3.4.1 トランペット
  - 3.4.2 ホルン
  - 3.4.3 トロンボーン
  - 3.4.4 ユーフォニウム
  - 3.4.5 チューバ
- 3.5 打楽器の音解析
  - 3.5.1 スネアドラム
  - 3.5.2 バスドラム
  - 3.5.3 シンバル
  - 3.5.4 ティンパニ
- 3.6 鍵盤楽器の音解析
  - 3.6.1 チェンバロ
  - 3.6.2 ピアノ
第４章 Web Audio APIを極めよう！
- 4.1 オーディオグラフ
  - 4.1.1 AudioContextクラス
  - 4.1.2 AudioNodeクラス
  - 4.1.3 AudioParamクラス
- 4.2 音源
  - 4.2.1 OscillatorNodeクラス
  - 4.2.2 PeriodicWaveクラス
  - 4.2.3 AudioBufferクラス
  - 4.2.4 AudioBufferSourceNodeクラス
  - 4.2.5 MediaElementAudioSourceNodeクラス
  - 4.2.6 MediaStreamAudioSourceNodeクラス
- 4.3 フィルタ
  - 4.3.1 BiquadFilterNodeクラス
  - 4.3.2 ConvolverNodeクラス
  - 4.3.3 DelayNodeクラス
  - 4.3.4 DynamicsCompressorNodeクラス
  - 4.3.5 GainNodeクラス
  - 4.3.6 WaveShaperNodeクラス
- 4.4 出力先
  - 4.4.1 AudioDestinationNodeクラス
  - 4.4.2 MediaStreamAudioDestinationNodeクラス
- 4.5 解析と可視化
  - 4.5.1 AnalyserNodeクラス
- 4.6 チャンネルの分割と結合
  - 4.6.1 ChannelSplitterNodeクラス
  - 4.6.2 ChannelMergerNodeクラス
- 4.7 立体音響
  - 4.7.1 AudioListenerクラス
  - 4.7.2 PannerNodeクラス
- 4.8 JavaScriptによるオーディオデータ処理
  - 4.8.1 ScriptProcessorNodeクラス
  - 4.8.2 AudioProcessigEventクラス
- 4.9 オフライン／バックグラウンド処理
  - 4.9.1 OfflineAudioContextクラス
  - 4.9.2 OfflineAudioCompletionEventクラス
- 4.10 非同期処理（AudioWorker）（※Editor’s Draft）
第５章オリジナル電子楽器の開発！！
- 5.1 単純キーボードアプリの開発
  - 5.1.1 単純キーボードアプリの概要
  - 5.1.2 キーボードイベントの取得
  - 5.1.3 鍵盤インターフェースの作成
  - 5.1.4 オーディオ再生・停止機能の追加
- 5.2 自作オーディオクラス「MyWebAudioクラス」の開発
  - 5.2.1 MyWebAudioクラスの概要
  - 5.2.3 MyWebAudioクラスの実装（リビジョン１）
  - 5.2.4 MyWebAudioクラスを用いた単純キーボードアプリの改良
- 5.3 単純キーボードアプリの機能拡張
  - 5.3.1 機能拡張の概要
  - 5.3.2 ホールド、オクターブ、基準音の設定部分のインターフェース
  - 5.3.3 マウスイベントの追加
  - 5.3.4 ホールド機能の追加
  - 5.3.5 オクターブ選択機能の追加
  - 5.3.6 基準音設定機能の追加
- 5.4 音律切り替え機能の追加
  - 5.4.1 音律切り替え機能付きキーボードアプリの概要
  - 5.4.2 音律切り替え機能インターフェース
  - 5.4.3 純正律に対応した周波数の倍率を計算する関数：justIntonationRatio関数
  - 5.4.4 音律切り替え関数：changeTemperament関数
- 5.5 オリジナル音色指定機能開発のための準備
  - 5.5.1 自作オーディオクラス「MyWebAudioクラス」の拡張（リビジョン２）
  - 5.5.2 MyWebAudioクラス（リビジョン２）の基本的使い方
  - 5.5.3 倍音成分の操作
  - 5.5.4 倍音成分操作インターフェースの自動生成
  - 5.5.5 既存楽器の倍音成分強度データの準備
  - 5.5.6 既存楽器の倍音成分強度データのプリセット
- 5.6 オリジナル音色指定機能付きキーボードアプリ
  - 5.6.1 オリジナル音色指定機能付きキーボードアプリの概要
  - 5.6.2 メイン処理関数の拡張
  - 5.6.3 initVars関数の拡張
  - 5.6.4 keydown関数とkeyup関数の拡張
  - 5.6.5 volumeControl関数の拡張
  - 5.6.6 changeOctave関数の拡張
  - 5.6.7 changeRefTone関数
  - 5.6.8 changeTemperament関数の拡張
  - 5.6.9 changeTone関数の拡張
  - 5.6.10 initToneSamples関数の拡張
- 5.7 さらなる拡張へ：音形（エンベロープ）調整
  - 5.7.1 時間的な音量変更の実装
  - 5.7.2 ADSRモデルによる音量調整の実装
  - 5.7.3 ADSRモデルの拡張
  - 5.7.4 MyWebAudioクラスの拡張（リビジョン３）
  - 5.7.5 muteoffメソッドとmuteonメソッドの拡張
  - 5.7.6 ADSR_ADSメソッドとADSR_Rメソッドの定義
  - 5.7.7 キーボードアプリHTML文書の拡張
付録A HTML5でグラフ描画：jqPlotの使い方
- A.1 jqPlotとPlot2Dクラスの概要
  - A.1.1 jqPlotとは
  - A.1.2 ２次元グラフ描画HTML文書の解説
  - A.1.3 ２次元グラフ描画プログラムの解説
- A.2 ２次元グラフの描画例
  - A.2.1 対数グラフ、両対数グラフ
  - A.2.2 ２軸スケールグラフ
  - A.2.3 アニメーション
- A.3 Plot2DクラスにおけるjqPlotプロパティ
- A.4 Plot2Dクラスのメンバ
付録B 世界の全てを波で表現：フーリエ解析
- B.1 フーリエ解析の概略
  - B.1.1 フーリエ級数展開について
  - B.1.2 フーリエ級数展開の例
- B.2 離散フーリエ級数展開のアルゴリズム
  - B.2.1 展開係数の計算アルゴリズム
  - B.2.2 展開係数の計算プログラム
  - B.2.3 実行方法と計算結果に対する注意点

東北大学－早稲田塾「スーパーナノメカニクス」プログラムと連携しました

大草芳江 — Wed, 19 Aug 2015 22:16:44 +0000

【写真１】「MEMSセンサ＆最新ウェブテクノロジーによるアプリ開発入門」実施の様子
【写真２】電子工作で世界標準のマイコンボード「Arduino」の使い方を学ぶ生徒たち
【写真３】アナログ信号をデジタル信号に変換するプログラミング体験の様子
【写真４】実習の成果発表会のようす
【写真５】修了式のようす

　早稲田塾（東京）が東北大学・江刺研究室と連携して、現代の最先端領域「ナノメカニクス」をテーマにしたプログラムを行う「スーパーナノメカニクス」が東京と仙台で実施され、特定非営利活動法人 natural scienceも東北大学からの依頼で連携し、講演や実習等を担当しました。７月１２日に入門講義にて講演（秋葉原校）を担当した後、８月１７日から１９日までの２泊３日、東北大学などで開催された仙台研修にて、東北大学大学院工学研究科機械系ナノメカニクス専攻でMEMS（微小電気機械システム）の研究教育に携わる教員や研究者とともに実習の一部を担当し、「MEMSセンサ＆最新ウェブテクノロジーによるアプリ開発入門」を実施しました。

　学都「仙台・宮城」サイエンスコミュニティでは、「科学・技術の地産地消」をコンセプトに、地域にある様々な資源を教育的価値として地域に還元する循環作りを、大学・研究機関や企業等と連携のもと実現することを目指しています。「科学・技術の地産地消のレストラン」では、MEMSに関する研究開発で世界的に有名な東北大学と連携しながら、MEMSを活用した科学講座を開発しています。

　これまでnatural science と東北大学・江刺研究室は、学生向けのMEMSを用いたアプリケーションの試作・提案コンテスト「国際ナノ・マイクロアプリケーションコンテスト（iCAN）」等で2012年から様々な連携関係を結んでいます。iCAN国内予選で講演会講師や審査委員を務めさせて頂いたり、学生たちはiCAN’12で世界3位に入賞しました。また2014年は、日本初開催となったiCAN世界大会とnatural science 主催の科学イベント『学都「仙台・宮城」サイエンス・デイ』で共催しました。さらに2015年は、natural science の学生チームがiCAN国内予選で優勝し、iCAN世界大会で世界１位に入賞する（プレスリリース）等の成果を挙げています。

　今回のプログラムにおいてnatural scienceが担当した実習では、先のiCAN’15世界大会で世界１位に入賞した作品「どこでも茶道」を題材に、センサと最新WEBテクノロジーを用いてアプリケーションをつくるワークショップを行いました。本アプリケーションは、茶道における抹茶の点て方を、各種MEMSセンサを用いて定量的に評価するシステムです。茶筅に加速度センサ、ジャイロセンサ、温度センサを搭載し、点茶における手の動きの周期と方向、手首の振れ角、お茶の表面温度を実時間で測定し、測定結果を無線通信でwebにアップロードし、そのデータからお茶の美味しさを採点するシステムで、全世界”どこでも”茶道のお稽古が可能となります。

　今回のプログラムは限られた実習時間のため、本アプリケーションを構成する要素技術のうち、加速度センサから取得した電圧値情報を、電子工作で世界標準のマイコンボード「Arduino」を用いて、アナログ信号からデジタル信号へ変換するまでのプログラミングを生徒たちに学んでもらいました。こうして取得したデータは、最新WEBテクノロジー「HTML5」を用いてアプリケーション開発に使用することができます。プログラミングが初めての高校生も多く苦戦していたようでしたが、最終日には本実習で学んだ結果を発表し、「アイディア次第でセンサを用いた様々なアプリケーションがつくれるだろう。例えば、ボウリングの採点アプリができるのでは」と話していました。

　このほか、東北大学教員らによって、インクジェットヘッドやICカードなどの分解実習、微細加工実験などが行われました。最後に、挨拶にたった東北大学の戸津健太郎准教授は、「最先端の微小な技術が、世界でどのように役立っているか、この３日間で興味を持って体感してもらえたと思う」と話していました。

【実施報告】科学技術の地産・地消レストランの試食会(試行実施)「知的好奇心駆動型新感覚学習ゲーム『物理クエストI』第２節」

大草芳江 — Wed, 15 Apr 2015 23:30:05 +0000

【写真１】導入の様子
【写真２】門番からの全員参加クエスト
【写真３】アイテムショップの店主からの全員参加クエスト
【写真４】クエストを選んでいる様子
【写真５】電子工作をする小学生とプログラミングをする小学生
【写真６】物理学に取り組む中学生
【写真７】ゲームのなかでアイテムショップの手伝いをする参加者
【写真８】中学生が大人に上手なはんだ付けの仕方を教えている様子
【写真９】プログラミングの問題で奮闘している様子
【写真10】はじめてはんだ付けをした参加者もこんなに上手になりました
【写真11】クエストで作ったたくさんの回路
【写真12】表彰式の様子
【写真13】個人賞をもらった参加者

＜担当シェフ＞

「科学・技術の地産地消レストラン」シェフ　青木さくら（東北大学理学部物理学科２年）

＜はじめに＞

　学都「仙台・宮城」サイエンスコミュニティでは、「科学・技術の地産地消レストラン」と銘打ち、様々な地域リソースを活用した科学講座を開発・実施することで、地域の知的資源が次世代育成に還元される循環をつくることを目指しています。この「科学・技術の地産地消レストラン」のシェフとして今回私が開発・実施した講座について報告します。

　私は、現状の教育を受けてきて、「勉強は教えてもらって受け身でやるものだ」というように思っている学生や、「問題と答えが決まっていてそれを覚えることが勉強だ」と思っている学生が多いことが気になっていました。これは、義務教育までの授業が、学生が受動的に受けるスタイルになっているのが原因だと思いました。それに対し、楽しく学べる形式で、学びたい、もっと力をつけたいというモチベーションを高めることができれば、このような問題が解決すると考えました。そこで、「学びたい」「もっと力をつけたい」「楽しく学べる」の3点に注目し、ゲーム形式でゲームを進めながら自学自習スタイルで能動的に物理学を学ぶことのできる物理クエストという講座を開発しました。

＜物理クエストについて＞

　物理クエストは、単にテストの点が取れるだけでなく、自分に科学的思考力が身についていく実感が持てるようなゲーム形式の講座です。本来、物理学を理解するには、現象のモデル化、定式化、実験系の構築や解析が必須であるにも関わらず、高校の授業では、あらかじめ用意されている実験や教科書を覚えてテストを受けるという作業になってしまっています。物理クエストは、上記必須項目が必然的に身に付けられるようなクエストというお題を解きながら、物理ワールドを冒険するというゲーム形式の講座になっています。
　物理クエストは一回4時間で行い、月1回程度開催され、何度でも参加できるものとなっています。また、ゲームを進めるうえで毎回突破しないと進めない通過点が設けられて、自然に復習ができるスタイルとなっています。前回(2月14日)に引き続きの実施ということで、今回は物理クエストI第2節というタイトルで講座を行いました。

＜実施時の様子＞

実施日時：3/30(月) 13:00-17:00
参加者：小学生2人、中学生5人、大人1人

　物理ワールドには、参加者の誰もが突破する必要のある入場クエストという門があり、前回の参加者も今回はじめての参加者も、それに挑んでいました。入場クエストは電子工作の門、プログラミングの門、物理学の門の3つがあり、1時間に1回、全部で4回行いました。
入場クエストが突破できなかった受講生は、物理ワールドで物理学を学んでいくための基礎的な知識や技術を身に付ける浪人クエストというものに取り組んでいました。浪人クエストには、入場クエストの3つの門に対応したクエストがたくさんあり、受講生は自分のレベルや目的に応じて選んで解くことができます。今回は、電子工作に取り組んでいたのが6人（小学生1人、中学生4人、大人1人）、プログラミングが1人（小学生）、物理学が1人（中学生）でした。
参加者はそれぞれ自分でやりたい課題を選び、失敗するたび練習したり講師や他の参加者に教えてもらったりしながらめげずに同じクエストに何度も挑戦する小中学生や、失敗したから無難に少し難易度を下げたクエストをやる中学生、学校ではまだ習っていない高校物理にあえて挑む中学生など、それぞれの目的や性格に応じたスタイルで参加していました。前回の物理クエストのときにはじめてはんだ付けをした中学生は、今回は複数の素子を使った回路図が必要なLED点灯回路を作成するまでに至っていました。
また、2回目の参加者である中学生が、電子工作が初めての大人に対して、きれいなはんだ付けの仕方を教えている様子が見受けられ、自分ができるようになったことを他のひとに教えてあげたいという中学生の姿勢や、年下からでも学びたいという大人の方の意欲が感じられ、学びが連鎖していく様子を見て、とても嬉しく思いました。

今回の受講生で入場クエストを突破できたのは一人だけでした。入場クエストを突破したのは今回初参加で最年少の小学4年生で、1回目の入場クエストで失敗したもののリベンジし、2回目の入場クエストで電子工作の門を突破しました。

＜前回との比較や改善点＞

　前回の講座を受けて、私たちは今回システム面、演出面、実施方法の3点についてそれぞれ改良を行いました。
まずシステム面についてですが、クエストの難易度の多様化、クエストに煮詰まったときに自分から進んで調べやすい工夫、参加者同士で教えあうのを促進する制度の導入を行いました。概ね改善が見られましたが、参加者同士の交流に関しては課題が残りました。より参加者がお互いに自分の得意なものや好きなものを教えあったりしながらゲームを進めていけるような工夫を新たに考えたいと思います。
次に、演出面についてですが、テーマソングに加えて、今回は衣装を用い視覚的にも演出を加えました。この点はまだまだ改良できると思うので、次回以降はさらなる工夫を加えていきます。
最後に実施方法についてですが、クエストの掲示を見やすくする工夫、クエストの管理方法の工夫を行いました。これらについては改善が見られましたが、円滑な進行の方法には課題が残りました。各コースに担当講師を割り振るなど、より参加者がゲームを進めやすくする工夫をしようと思います。

また、今回新たな問題点として、初めての参加者と2回目の参加者とで雰囲気が割れているように感じたので、2回目以降の参加者が自学自習スタイルの見本となるようなシステムを作りたいと思いました。他にも、より安全面に配慮した制度の導入等、もっと改善できる点が多数あるので、次回までに改善し、より参加者が学びやすい環境・システム作りをしていくつもりです。

＜参加者の声＞

参加した受講生から取ったアンケートでは、次回も来てやりたいかという質問に対し、全員から「はい」という回答をもらうことができました。また、今日来て成長したと思うかという質問に対し、8人中6人から「はい」という回答があり、「いいえ」と回答した2人も、今回は初めてであまり進められなかったが次回も来てもっと進めたいという積極的な感想がもらえました。
「前回はじめてやったときよりもはんだ付けが上手くなっていて、自分の成長を感じられてよかった」「経験値が上がっていくのが嬉しかった」「自分の問題解決能力があがっていいと思った」「自分が好きなものを自由に学ぶことができて良かった」などの声があり、今回の講座を受講生に満足してもらうことができました。
　科学・技術の地産地消レストランの試食会という位置づけで実施した今回の講座では、講座後に参加者からより良い講座にするためにたくさんの意見をもらいました。次回以降の講座で積極的に取り入れていこうと思っております。

＜最後に＞

　私は物理クエストの参加者に毎回、学校の授業と比べてどうだったか？ということを聞いています。前回の参加者の意見も今回の参加者の意見も「自分で学びたいものを選べるのがいい」「達成感があるのがいい」「楽しく参加できるのがいい」の3つに集約することができました。つまり、選べること、達成感があること、楽しいことの3つが参加者のモチベーションを上げていると考えられます。
　冒頭で、楽しく学べる形式で、学びたい、もっと力をつけたいというモチベーションを高めることができれば、現在の学生の多くが陥っている受け身の学習ではなくなるのではないかと述べましたが、上の3つはそれぞれ「学びたい」「もっと力をつけたい」「楽しく学べる」に対応しています。これら3点について最大限に活かした講座ができれば、物理クエストは能動的な学習を促進する新たな教育モデルになると思います。今後はこれら3点に特に注目していこうと思います。

さらに、物理クエストは、講座を受ける受講生だけでなく、開発・実施を通して講師をする大学生自信も成長できると感じました。自分の開発・実施した講座をより良いものにして再実施するという取り組みは問題発見・解決能力、内容を要素ごとに分類し順序づけする能力など普段大学で勉強していても身に付けることのできない能力を高められます。また、得意な方面（実験、数値計算、理論）が異なる3人の講師が組むことで、それぞれ自分の得意分野を活かしながら協力して開発することができます。
この取り組みを続けていき、自分自身成長するとともに、参加者にもっと夢中になってもらえるような物理クエストにしていきたいです。次回もまた来月に実施するつもりなので、まずはそれまでにできる限りの改良をしたいと思います。

【実施報告】科学技術の地産・地消レストランの試食会(試行実施)「知的好奇心駆動型新感覚学習ゲーム物理クエストI」

大草芳江 — Fri, 27 Feb 2015 01:29:47 +0000

【写真１】個々に自分の課題を設定して学ぶ物理クエストのスタイル
【写真２】物理クエストの導入でルール説明をしている様子
【写真３】クエストを選んでいる受講生
【写真４】電子工作に取り組む受講生
【写真５】プログラミングに取り組む受講生
【写真６】物理学（座学）に取り組む受講生
【写真７】中学生が小学生に教えてもらっている様子
【写真８】一番経験値を上げることのできた受講生に個人賞の授与式
【写真９】講座後の達成感にあふれる受講生たち

「科学・技術の地産地消レストラン」シェフ　青木さくら（東北大学理学部物理学科２年）

　私は、現状の教育を受けてきて、勉強は教えてもらって受け身でやるものだというように思っている学生や、問題と答えが決まっていてそれを覚えることが勉強だと思っている学生が多いことが気になっていました。そこで、楽しく学べる形式で、学びたい、もっと力をつけたいというモチベーションを高めることができれば、このような問題が解決すると思い、ゲーム形式の講座でゲームを進めながら自学自習スタイルで能動的に物理学を学ぶことのできる物理クエストという講座を開発しました。

　物理クエストは、単にテストの点が取れるだけでなく、自分に科学的思考力が身についていく実感が持てるようなゲーム形式の講座です。本来、物理学を理解するには、現象のモデル化、定式化、実験系の構築や解析が必須ですが、高校の授業では、あらかじめ用意されている実験や教科書を覚えてテストを受けるだけになっています。物理クエストでは、クエストというお題を解きながら物理ワールドを冒険するというスタイルで、上記必須項目をゲーム感覚で身につけられるようになっています。

　物理クエストは一回4時間で行い、月1回程度開催され、何度でも参加できるものとなっています。また、ゲームを進めるうえで毎回突破しないと進めない通過点を設け、復習を助長するスタイルとなっています。物理クエストの第一弾として今回は物理クエストIというタイトルで行いました。

実施日時：2/14(土) 13:00-17:00
参加者：小学生3人、中学生4人
※募集概要はこちら

　入場クエストという物理ワールドへの入り口の門があり、今回の受講生はまずそれを突破するのに挑んでいました。入場クエストは電子工作の門、プログラミングの門、物理学の門の3つがあり、1時間に1回、全部で4回ほど行いました。
　受講生は主に、入場クエストが解けるように知識や技術をつける浪人クエストというものに取り組んでいました。電子工作に取り組んでいたのが4人（小学生2人、中学生2人）、プログラミングが1人（小学生）、物理学が2人（中学生2人）でした。

　今回の受講生で入場クエストを突破できたのは二人。まずはじめに入場クエストを突破したのは最年少の小学3年生で、3回目の入場クエスト電子工作の門を突破しました。次に突破したのはまだ学校では習っていない物理学にずっと取り組んでいた中学生で、4回目の入場クエストで物理学の門をやっと通過し、嬉しそうでした。

　電子工作が得意な中学生が「自分は電子工作だったらゲームをどんどん進められると思うが、せっかくだから今日は物理学にチャレンジしたい」と言って果敢に取り組んでいる様子や、電子工作が初めての中学生が「自分は電子工作をやったことがないから、基本的なところを繰り返しやる」と言ってはじめひたすらはんだ付けをしていた様子などから、自分で課題を設定し、それを自分で進んで学んで行けるシステムになっていて、またそれがきちんとサイクルとしてうまく機能していたので良かったと思いました。電子工作が初めての受講生も、講座が終わる頃にははんだ付けがとても上手になっていました。
　また、電子工作が初めての中学生が、電子工作が得意な小学生に、教えてくれと頼んでいる様子からは、例え年下からであっても学びたいという意欲が感じられ感動しました。いつの間にか受講生同士で互いの能力を認め合って、自然に教え合うようになっていました。学びたいというモチベーションがゲーム形式により能動的に機能していると思われました。

　一方で、今回の実施により物理クエストはまだまだ改善できる点がたくさんあると感じました。まず一番大きいのは、分からないことがあったとき、教えあう以外の方法でどう勉強したら理解できるようになるかが明示的に示せていませんでした。実際、受講生同士で教えあっても分からない事柄について、テキストのどこを調べればいいのかが分からないという状態が発生していました。今回は講師がヒントを与えるという形をとりましたが、これについてはクエストごとに、そのクエストの内容を理解するためのキーワードを明示するという形にすることで、分からないことを積極的に調べるのを促すことができるのではないかと考えています。
他にも、ゲームのシステムや演出でもっと改善できると思うところが多数あったので、次回の実施までにより受講生がのめり込めるようなゲーム形式にしようと思います。

　参加した受講生から取ったアンケートでは、今日来て成長したと思うか、次回も来てやりたいかという質問に対し、全員から「はい」という回答をもらうことができました。また、「RPGっぽい進め方で楽しくできた。」「ゲーム感覚でできたので、授業でやるよりも楽しくできた。」「学べることがたくさんあって充実した時間が過ごせた。」「教えてもらうだけじゃ覚えられないと思っていた。自分で考えることで脳が活性化するのでこのゲーム形式は良かった。」などの声があり、今回の講座を受講生に満足してもらうことができました。

　最後に、科学・技術の地産地消レストランのシェフとして、自分が受けられなかった教育、受けたかった教育を開発・実施するという経験は、自分にとっても大きいものでした。現状の教育は何が問題なのか、いかにしてその問題を克服するか、といったことを考えることで自分自身も力がついたと思います。
また、実験的な面と数値的な面と解析的な面という多方面から物理を学ぶ講座を大学生の自分が作れたのは、一緒に開発した他の講師とのチームワークがなければ実現できませんでした。
自分の意図通り、受講生に能動的に学ぶのを身に付けてもらうこと、またそれを楽しいと思ってもらうことができて、非常に嬉しく思います。次回実施までに今回得られた改善点を改善し、より良い講座にしてまた提供したいと思います。