Development of teaching materials and educational programs for numerical simulations to understand climate change

开发数值模拟教材和教育计划，以了解气候变化

• 批准号: 21K02886
• 负责人: 福原 朗子
• 金额: $ 2.58万
• 依托单位: Hokkaido University of Science
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K02886/
• 关键词: 数値シミュレーション; 時間発展方程式; 気候変動; 将来予測; 表計算ソフト; 教育プログラム; シミュレーション; 動画

高校で学習する知識に基づいて、気候変動の将来予測等の数値シミュレーションの基礎を学ぶ教材および教育プログラムの開発をしている。数値シミュレーションの基礎として、「基礎物理」で扱う等速加速運動、空気抵抗がある質点や復元力が働く質点の運動について、時間発展方程式を解く。８階建ての建物から自由落下させた２種類の素材のボールに関して、表計算ソフトを使って、列が物理量、行が時刻のように表示し、時間、加速度、速度、距離を理解しながら求め、空気抵抗係数を求めるようなプログラムを大学生対象に実施した。本来対象の高校生はコロナ禍のため、実施ができず、研究はやや遅れている。次に、同じく大学生を対象に、観測と数値シミュレーションを対応させたプログラムとして、より高いところから落下させれば予測の精度が上がる一方、実施困難になるという現実に起こりうる課題についてグループ討議する。今後、観測事実を利用して、気候モデルを開発し、将来予を予測するという理解に結び付けるための準備を行う。2020年に高校生が計算した日本の将来人口予測に加えて、少子高齢化が進んでいない諸外国での人口予測や、過去一定期間の気温を用いた将来の気温上昇の予測など、環境問題・社会問題の本質的な振る舞いが理解できるようなプログラムを開発する。

基于在高中学到的知识，我们正在开发教材和教育计划，以学习数值模拟的基础知识，例如预测气候变化的未来。作为数值模拟的基础，时间演化方程可以求解“基础物理”中介绍的匀加速运动，以及具有空气阻力和恢复力的质点运动。使用电子表格软件以列显示物理量，以行显示时间，并计算由两种材料制成的球从 8 层楼自由落下的时间、加速度、速度和距离，为大学生进行了一个项目。以确定空气阻力系数。由于新冠病毒大流行，这项研究无法以原本针对的高中生为对象进行，研究工作有所延迟。接下来，将针对现实中可能出现的问题，与大学生进行小组讨论，例如采用观测与数值模拟相结合的程序，通过从更高的高度落下来提高预测的准确性，但实施起来比较困难。 。未来，我们将准备利用观测到的事实来开发气候模型，并将其与对未来预测的理解联系起来。除了由高中生计算的2020年日本未来人口预测外，我们还提供有关环境问题的信息，例如少子下降和人口老龄化没有进展的其他国家的人口预测，以及使用制定有助于了解社会问题的基本行为的计划。

项目成果

温室効果のしくみを学ぶ実験教材の開発

开发温室效应机理实验教材

• 发表时间: 2022
• 作者: A. Kono;S. Munejiri;伊藤美加;宗尻修治，加賀栄子;伊藤美加;河野杏樹，宗尻修治;河野杏樹，宗尻修治;向平和;加藤晶 林秀則 向平和 高橋亮治;福原 朗子・山中 康裕
• 通讯作者: 福原 朗子・山中 康裕

光音響効果に基づく実験教材の開発～縦列配置によるエネルギー収支の考察～

基于光声效应的实验教材开发-垂直排列考虑能量平衡-

• 发表时间: 2022
• 作者: 三島秀晃;久保田健夫;真木大輔 白石匠 向平和 日野克博 大西義浩 玉井輝之;福原 朗子・山中 康裕
• 通讯作者: 福原 朗子・山中 康裕