教育用マイコンmicro:bitを用いた理科実験教材の開発

利用教育微机micro:bit开发科学实验教材

• 批准号: 22K02979
• 负责人: 林 英子
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Chiba University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K02979/
• 关键词: Micro:Bit; 理科実験; 温度測定; 高分解能温度計; ベックマン温度計代替; 理科実験教材; 教育用マイコン; 高感度温度計

小学校においてもプログラミング教育が導入され、イギリスBBCが主体となって作った教育用マイコンマイクロビット(micro:bit)が、プログラミング学習等に活用され始めている。また、高性能で高感度なセンサー素子を入手可能になったため、マイコンでより教育効果の高い実験教育を実現できるようになっている。このことから本研究では、micro:bitをプログラミング教育だけに用いるのではなく、小学校から大学までの理科実験や化学実験の装置としての活用を目指し、micro:bitを用いた測定・制御の高精度化や自動化を活かして理科実験に活用ことを目的としている。本研究で開発し使用するキーデバイスに「プローブ型温度計」がある。これは従来使われているガラス温度計に代わりビーカー中で使用できるもので、測温プローブは市販の小型(2 mm×2 mm×0.7 mm)の高感度温度センサー(TI社、TMP117)をフレキシブルなテフロンチューブの先端に封入して、耐熱、耐薬品性を持たせたものを作成した。このTMP117測温プローブをmicro:bitに接続し、動作温度範囲－55 ～ 150 ℃で、－20 ～50 ℃の温度範囲では精度±0.1 ℃の高精度実験用温度計を作成した。さらに、micro:bitのマイコンとしての統計的処理によって測温分解能をTMP117の製品規格値の0.0078℃から0.001℃まで向上させた。このような高分解能の温度計の市販品はほとんど存在しない。測定値は即時にパソコン画面にグラフ表示/データ保存できるようにした。このプローブ型温度計を大学の化学実験に用い効果を検証した。

小学也引入了编程教育，主要由英国BBC创建的教育微机micro:bit（micro:bit）已经开始用于编程学习。此外，高性能、高灵敏度传感器元件的出现使得使用微控制器实现具有更高教育效果的实验教育成为可能。因此，在本研究中，我们的目标是不仅将micro:bit用于编程教育，而且将其作为从小学到大学的科学和化学实验的设备，目的是利用自动化来利用它进行科学实验。 。本研究中开发和使用的关键设备是“探针式温度计”。这可以在烧杯中代替传统使用的玻璃温度计，温度探头是一种柔性的、市售的小型（2毫米×2毫米×0.7毫米）高灵敏度温度传感器（TI，TMP117）材料。密封在聚四氟乙烯管的尖端，使其具有耐热性和耐化学性。通过将此 TMP117 温度探头连接到 micro:bit，我们创建了高精度实验温度计，其工作温度范围为 -55 至 150 °C，在 -20 至 50 °C 温度范围内精度为 ±0.1 °C C.此外，通过micro:bit单片机的统计处理，温度测量分辨率从TMP117的产品标准值0.0078℃提高到0.001℃。几乎没有商用温度计具有如此高分辨率。测量值可以立即以图表形式显示并保存在计算机屏幕上。这种探针式温度计被用于大学化学实验，验证了其有效性。

项目成果

教育用マイコンmicro:bit を用いた高精度・高分解能データロガー温度計の開発とベックマン温度計の代替としての学生実験への活用

使用教育微机micro:bit开发高精度、高分辨率数据记录温度计并在学生实验中作为贝克曼温度计的替代品

• 发表时间: 2023
• 作者: 北本卓也;高遠節夫;濱口直樹;碓氷久;奥本 素子;林 英子, 東崎 健一
• 通讯作者: 林 英子, 東崎 健一

教育用マイコンmicro:bit を用いたデータロガー温度計の改良と学生実験への活用

利用教育微机micro:bit改进数据记录温度计及其在学生实验中的应用

• 发表时间: 2022
• 作者: 北本卓也;高遠節夫;濱口直樹;碓氷久;奥本 素子;林 英子, 東崎 健一;林 英子, 東崎 健一;林 英子, 東崎 健一
• 通讯作者: 林 英子, 東崎 健一

教育用マイコンmicro:bitを用いた液温測定可能な温度計の作成と活用

使用教育微机micro:bit测量液体温度的温度计的制作和使用

• 发表时间: 2022
• 作者: 北本卓也;高遠節夫;濱口直樹;碓氷久;奥本 素子;林 英子, 東崎 健一;林 英子, 東崎 健一
• 通讯作者: 林 英子, 東崎 健一