大学教育現場におけるサーモグラフィカメラの活用例(気象観測・実験)について

 

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大学教育現場におけるサーモグラフィカメラの活用例(気象観測・実験)について

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東京都町田市にある桜美林大学は、「キリスト教精神に基づく国際人の育成」を建学の精神とし、世界を舞台に活躍できる人材を育成することを目指して教育活動を展開している。そのリベラルアーツ学群坪田幸政教授は、地学実験の授業で、フリアーシステムズの赤外線サーモグラフィカメラ「FLIR C3」を採用。気象観測や実験で学生に使ってもらうことで、目に見える形で事象を理解させるツールとして活用しており、社会人になってからもその経験や知識が活かせると期待を寄せています。


サーモグラフィの知識は、社会に出てから様々な分野で応用できる
桜美林大学のリベラルアーツ学群は、多様化・複雑化する現代社会への様々な問題に対処できる人材を育成するため、人文科学、社会科学、自然科学を横断する「知」を学び、多角的な視野と柔軟な思考力を養うことを目的にしています。リベラルアーツ学群の自然科学系メジャーとして、「地球科学専攻プログラム」があります。地球科学を構成する地質学・地球物理学・気象学・天文学などを基礎から体系的に学ぶもので、今回フリアーシステムズのサーモグラフィカメラを採用した学生実験は、「地学実験U」という科目です。
「私自身は気象学が専門ですが、道路環境や地球環境などの研究をしており、以前からサーモグラフィカメラを研究に使っていました。メリットを理解していましたので、以前から学生にもぜひ体験させたいと思っていました」と、坪田幸政教授は、サーモグラフィカメラの導入の理由をそう語ります。
リベラルアーツ学群も13年目を迎え、カリキュラムや指導方法の見直しが行われています。地学実験Uの到達目標のひとつに「測定機器を適切に使用できるようになる」があり、新たな実験機器の導入を考えました。気球観測の機器を導入するか、サーモグラフィカメラを導入するかで迷っていたと言います。
「周辺の気象系大学では、学生に気球を上げさせ、高層風を観測するという授業を行っているところもあります。しかし、気球観測の場合は機器が高価になりますし、社会に出ても気象系に進まなければ使うことはありません。その点、サーモグラフィカメラは一台10万円を切るまで価格が下がり、導入の壁が低くなりました。何よりも、サーモグラフィは、電気や建築など様々な分野で広く使われており、今から体験し、知識を得ておけば、学生が社会に出てからいろいろな分野で応用ができると考えました」。
  図1、水の入ったペットボトル、右側はドライヤーで加熱した後の様子
図1、水の入ったペットボトル、右側はドライヤーで加熱した後の様子


図2、ホットプレートの温度をサーモグラフィで見た様子図2、ホットプレートの温度をサーモグラフィで見た様子


学生2人で1台のカメラを使い観測や実験を行っています
今期「地学実験U」の授業は、坪田教授のゼミ生を含め、6名の学生が履修しています。今年度は「FLIR C3」を3台導入して、学生2人で1台を使用できるようにしました。履修者には生物学や化学、物理学など様々な分野の学生がいます。サーモグラフィカメラの導入に当たり、学生たちが自由な発想で、様々な対象を測定してもらいたいと考えました。ちなみに変温動物の体温変化を調べるという生物学メジャーの学生もいました。
まず学生向けにわかりやすく手作りしたサーモグラフィの利用の目的や操作方法を解説した資料を配布し、学生に丁寧に説明を行います。その後、実際にサーモグラフィカメラを使って、水の入ったペットボトルをヘアードライヤーで加熱し、その変化を測定する実験(図1)や、ビニールテープを貼ったステンレスカップの色と反射率を見たり、ホットプレートの温度分布(図2)を見たりといった様々な室内実験を行います。
学生は自分たちで実際に使い、体験し、観測や実験結果を目で見ることができます。この室内実験で原理や使い方を体験的に習得し、それらの理解が深まることで、測定器や現象へ興味や関心が高まり、様々なアイデアが出てくるのではないかと考えています。

図3、対流によっておこる温度の逆転現象を可視化する実験
図3、対流によっておこる温度の逆転現象を可視化する実験
サーモグラフィカメラを導入する前は氷を着色して再現
  図3の実験はC2により直感的に視覚で理解できるようになる
図3の実験はC2により直感的に視覚で理解できるようになる
  サーモグラフィを使用して実験を行っている様子
サーモグラフィを使用して実験を行っている様子



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