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基礎科学実験２
| 令和２年度以降入学者 | 基礎科学実験２ | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| 令和元年度以前入学者 | 基礎科学実験２ | ||||
| 教員名 | 斎藤稔 | ||||
| 単位数 | 1 | 学年 | 1 | 開講区分 | 文理学部 |
| 科目群 | 生命科学科 | ||||
| 学期 | 後期 | 履修区分 | 必修 | ||
| 授業の形態 | 対面形式とオンデマンド授業（Blackboard）を併用して実施する。 Blackboard コースID：金曜４，５限→ 20213169 |
|---|---|
| 授業概要 | 生命科学にも必要な物理・化学の基礎的実験を行い、実験手法を身に付ける。 |
| 授業のねらい・到達目標 | ＜知識・技能＞ ・光・音・電気・熱現象などの基礎的実験を通して物理・化学現象の測定技術を習得できる。 ・各実験操作の基礎となっている様々な物理・化学現象の理解が深まる。 ・研究報告書・論文に必要な項目と内容を備えた実験レポートを作成できるようになる。 ・自らが主体となって実験装置のセットアップと調整、試料の作製を行えるようにする。 ＜能力＞ この科目は文理学部生命科学科（学士（理学））のディプロマポリシーDP1, 3, 4, 5, 6, 7, 8およびカリキュラムポリシーCP1, 3, 4, 5, 6, 7, 8に対応している。 ・学修から得られた豊かな知識と教養に基づいて，科学技術の役割を説明することができる（DP1-1）。 ・物事を論理的に説明することができる（DP3-1）。 ・日常生活における現象に潜む科学的問題を見出すことができる（DP4-1）。 ・与えられた問題に取り組む気持ちを持つことができる（DP5-1）。 ・周りの人々と相互に意思を伝達することができる（DP6-1）。 ・学修活動において積極的にリーダーシップを発揮することができる（DP7-1）。 ・継続的に自分の学修経験を振り返ることができる（DP8-1）。 各回の授業・事前学習・事後学習を通して，日本大学教育憲章にある以下の能力を身につけることを目標とする。 A-1（DP1・CP1)：豊かな知識・教養に基づく高い倫理観 A-3 (DP3・CP3): 論理的・批判的思考力 A-4 (DP4・CP4): 問題発見・解決力 A-5（DP5・CP5)：挑戦力 A-6（DP6・CP6)：コミュニケーション力 A-7（DP7・CP7)：リーダーシップ・協働力 A-8（DP8・CP8)：省察力 |
| 授業の方法 | 授業の形式：【実験】 対面形式とBlackboardの「2021基礎科学実験２(斎藤稔・後・金4)」にて実施する。 実験の内容・原理・方法を記した実験書を配布する。受講生が２～３人の小人数のグループを構成し，実験書を参照しながら班単位で能動的に実験を進行する。本科目は毎回，複数教員で担当する。 オンデマンド形式でガイダンスを行う。受講者は初回授業の開始前にガイダンス動画を視聴しておく。 初回、２回目の授業では（１）の長さの測定と誤差というテーマで、ばらついた実験データの取扱いを学ぶ。このテーマは大教室で一斉に行う。 そして、その次から下記のテーマ（２）から（７）のうち１つのテーマを１週（２コマ）２～３人の小人数のグループで行っていく。テーマ(２)からテーマ(７)は隔週毎に受講者を入れ替えて実施する。受講者は自身の登校する日程を把握しておくこと。 実験終了後に各自、実験レポートを作成し提出する。 テーマ（８）についてはオンデマンド授業として実施する。 実験テーマ：（１）長さの測定と誤差（２）太陽電池（３）単分子膜（４）低温の世界（５）音の観察（６）光の性質（７）電池の起電力（８）生体分子模型 対面授業に参加できない場合は事前にその理由を説明し承諾を得ること。遠隔指導による実施可能な課題の提案を行い、それらに対する取り組みを総合的に評価する。 |
| 授業計画 | |
|---|---|
| 1 |
実験テーマ(１)長さの測定と誤差 対面形式で実施する 金属ブロックについて、基本物理量である「長さ」をノギスとマイクロメータを使用して測定し、測定に伴う誤差を見積もる。さらに、測定された長さを用いて金属ブロックの体積を計算で求め、誤差の伝播について学ぶ。 実際に実験に取り組むことで，新たな実験手法に挑戦して（A-5）技術を修得し，失敗があれば問題点を見出し解決し（A-4），実験結果から客観的に情報を読み取りる能力を養う。（A-3） 【事前学習】シラバスを事前に確認し，ガイダンス動画を視聴し、実験全体の内容と流れを把握しておく。オンデマンド教材「ノギスとマイクロメーターの使用法」を視聴しておく。 （１時間） 【事後学習】配布したデータシートを完成させ、長さの誤差を計算しておく （２時間） |
| 2 |
実験データ・誤差の取り扱いについて学習する。対面形式で実施する 何かを測定したときに、その値には必ず不確かな要素が存在する。よって、測定した値がどのくらい正確なのかを把握しないと測定結果から正しい結論を得ることができない。それを理解することが精密な測定の実現につながる。 【事前学習】テキストの「誤差論」の項を通読し、オンデマンド教材「誤差論」を視聴し，内容を理解しておく。必要に応じて，当該箇所に関してさらに自ら学んでおく。これにより「豊かな知識・教養に基づく高い倫理観（A-1）」を養う。 （１時間） 【事後学習】実験テーマ(１)のレポートを作成し提出する。 （２時間） |
| 3 |
実験テーマ（２）：太陽電池 対面形式で実施する 「クリーンで環境に優しい」発電素子として注目されている太陽電池を用いて実際に発電を経験するとともに、太陽電池の特性を測定し、解決すべき問題点を明らかにする。 2～3人からなる班で協働して実験に取り組む（A-7）ことで，新たな実験手法に挑戦して（A-5）技術を修得し，失敗があれば問題点を見出し解決し（A-4），実験結果から客観的に情報を読み取り（A-3），それについて班のメンバーと議論する能力（A-6）を養う。 【事前学習】テキストの実験テーマ（２）の項を通読し、実験の原理や手順を実験の原理や手順をを理解しておく。う。 （１時間） 【事後学習】実験データをまとめておく。また、実験結果ならびに当該実験で得られた内容を反芻する。これにより「省察力（A-8）」を養う。 （２時間） |
| 4 |
実験レポートの書き方（２）：実験テーマ（２）のレポート作成 オンデマンド型で実施する。 この授業はオンデマンド授業として実施する。 実験テーマ(１)の実験レポートを作成する。作成するにあたり、当該内容に関して改めて自主的に学び（A-1），本実験が解決しようとする問題を捉え（A-4），実験結果から客観的に情報を読み取り（A-3），科学的内容が読み手に正確に伝わる文章を構築する（A-6）。また，提出したレポートに対する教員からのコメントを参考にして，レポートを修正し（A-8），再提出する。 【事前学習】レポート作成に必要な準備をしておくこと （１時間） 【事後学習】実験テーマ（２）を振り返り、反省点をノートにまとめておくこと （２時間） |
| 5 |
実験テーマ（３）：単分子膜法 対面形式で実施する 単分子膜法により、生体分子１分子の大きさを知る。また、観察に用いる各測定法の原理および操作法について学ぶ。 2～3人からなる班で協働して実験に取り組む（A-7）ことで，新たな実験手法に挑戦して（A-5）技術を修得し，失敗があれば問題点を見出し解決し（A-4），実験結果から客観的に情報を読み取り（A-3），それについて班のメンバーと議論する能力（A-6）を養う。 【事前学習】テキストの実験テーマ（３）の項を通読し、実験の原理や手順を実験の原理や手順をを理解しておく。必要に応じて，当該箇所に関してさらに自ら学んでおく。これにより「豊かな知識・教養に基づく高い倫理観（A-1）」を養う。 （１時間） 【事後学習】実験データをまとめておく。また、実験結果ならびに当該実験で得られた内容を反芻する。これにより「省察力（A-8）」を養う。 （２時間） |
| 6 |
実験レポートの書き方（３）：実験テーマ（３）のレポート作成 オンデマンド型で実施する。 作成するにあたり、当該内容に関して改めて自主的に学び（A-1），本実験が解決しようとする問題を捉え（A-4），実験結果から客観的に情報を読み取り（A-3），科学的内容が読み手に正確に伝わる文章を構築する（A-6）。また，提出したレポートに対する教員からのコメントを参考にして，レポートを修正し（A-8），再提出する。 【事前学習】レポート作成に必要な準備をしておくこと （１時間） 【事後学習】実験テーマ（３）を振り返り、反省点をノートにまとめておくこと （２時間） |
| 7 |
実験テーマ（４）：低温の世界 対面形式で実施する 77.4 K （－195.8 ℃)の液体窒素を使用して、超伝導体、電池、発光ダイオードなどが低温でどのような性質を示すのかを観察する。また、低温での物質の液相－固相転移、ガラス化などの物理現象を観察する。 2～3人からなる班で協働して実験に取り組む（A-7）ことで，新たな実験手法に挑戦して（A-5）技術を修得し，失敗があれば問題点を見出し解決し（A-4），実験結果から客観的に情報を読み取り（A-3），それについて班のメンバーと議論する能力（A-6）を養う。 【事前学習】テキストの実験テーマ（４）の項を通読し、実験の原理や手順を実験の原理や手順をを理解しておく。必要に応じて，当該箇所に関してさらに自ら学んでおく。これにより「豊かな知識・教養に基づく高い倫理観（A-1）」を養う。 （１時間） 【事後学習】実験データをまとめておく。また、実験結果ならびに当該実験で得られた内容を反芻する。これにより「省察力（A-8）」を養う。 （２時間） |
| 8 |
実験レポートの書き方（４）：実験テーマ（４）のレポート作成 オンデマンド型で実施する。 作成するにあたり、当該内容に関して改めて自主的に学び（A-1），本実験が解決しようとする問題を捉え（A-4），実験結果から客観的に情報を読み取り（A-3），科学的内容が読み手に正確に伝わる文章を構築する（A-6）。また，提出したレポートに対する教員からのコメントを参考にして，レポートを修正し（A-8），再提出する。 【事前学習】レポート作成に必要な準備をしておくこと （１時間） 【事後学習】実験テーマ（４）を振り返り、反省点をノートにまとめておくこと （２時間） |
| 9 |
実験テーマ（５）：音の観察 対面形式で実施する 音が空気を媒質とした波動であることをオシロスコープで観察し、音を基本的な成分に分解して解析ができることを確かめる。 2～3人からなる班で協働して実験に取り組む（A-7）ことで，新たな実験手法に挑戦して（A-5）技術を修得し，失敗があれば問題点を見出し解決し（A-4），実験結果から客観的に情報を読み取り（A-3），それについて班のメンバーと議論する能力（A-6）を養う。 【事前学習】テキストの実験テーマ（５）の項を通読し、実験の原理や手順を実験の原理や手順をを理解しておく。必要に応じて，当該箇所に関してさらに自ら学んでおく。これにより「豊かな知識・教養に基づく高い倫理観（A-1）」を養う。 （１時間） 【事後学習】実験データをまとめておく。また、実験結果ならびに当該実験で得られた内容を反芻する。これにより「省察力（A-8）」を養う。 （２時間） |
| 10 |
実験レポートの書き方（５）：実験テーマ（５）のレポート作成 オンデマンド型で実施する。 作成するにあたり、当該内容に関して改めて自主的に学び（A-1），本実験が解決しようとする問題を捉え（A-4），実験結果から客観的に情報を読み取り（A-3），科学的内容が読み手に正確に伝わる文章を構築する（A-6）。また，提出したレポートに対する教員からのコメントを参考にして，レポートを修正し（A-8），再提出する。 【事前学習】レポート作成に必要な準備をしておくこと （１時間） 【事後学習】実験テーマ（５）を振り返り、反省点をノートにまとめておくこと （２時間） |
| 11 |
実験テーマ（６）：光の性質 対面形式で実施する 光が示す干渉現象と回折現象を観察して、光の波動性を確かめる。 また、凸レンズで得られるニュートンリングを観測・測定し、その曲率半径を求める。 実際に実験に取り組むことで，新たな実験手法に挑戦して（A-5）技術を修得し，失敗があれば問題点を見出し解決し（A-4），実験結果から客観的に情報を読み取り（A-3），それについて実験パートナーと議論する能力（A-6）（A-7）を養う。 【事前学習】テキストの実験テーマ（６）の項を通読し、実験の原理や手順を実験の原理や手順をを理解しておく。必要に応じて，当該箇所に関してさらに自ら学んでおく。これにより「豊かな知識・教養に基づく高い倫理観（A-1）」を養う。 （１時間） 【事後学習】実験データをまとめておく。また、実験結果ならびに当該実験で得られた内容を反芻する。これにより「省察力（A-8）」を養う。 （２時間） |
| 12 |
実験レポートの書き方（６）：実験テーマ（６）のレポート作成 オンデマンド型で実施する。 作成するにあたり、当該内容に関して改めて自主的に学び（A-1），本実験が解決しようとする問題を捉え（A-4），実験結果から客観的に情報を読み取り（A-3），科学的内容が読み手に正確に伝わる文章を構築する（A-6）。また，提出したレポートに対する教員からのコメントを参考にして，レポートを修正し（A-8），再提出する。 【事前学習】レポート作成に必要な準備をしておくこと （１時間） 【事後学習】実験テーマ（６）を振り返り、反省点をノートにまとめておくこと （２時間） |
| 13 |
実験テーマ（７）：電池の起電力 対面形式で実施する エネルギー科学、生物科学などで実際に使用される電気化学測定の初歩を行う。実際に電池を構成して起電力を調べ、ファラデー定数（1molの電子が持つ電荷量）Fを求める。また溶液の水素イオン濃度などが本実験で用いる電池により測定できることも学ぶ。 2～3人からなる班で協働して実験に取り組む（A-7）ことで，新たな実験手法に挑戦して（A-5）技術を修得し，失敗があれば問題点を見出し解決し（A-4），実験結果から客観的に情報を読み取り（A-3），それについて班のメンバーと議論する能力（A-6）を養う。 【事前学習】テキストの実験テーマ（７）の項を通読し、実験の原理や手順を実験の原理や手順をを理解しておく。必要に応じて，当該箇所に関してさらに自ら学んでおく。これにより「豊かな知識・教養に基づく高い倫理観（A-1）」を養う。 （１時間） 【事後学習】実験データをまとめておく。また、実験結果ならびに当該実験で得られた内容を反芻する。これにより「省察力（A-8）」を養う。 （２時間） |
| 14 |
実験レポートの書き方（７）：実験テーマ（７）のレポート作成 オンデマンド型で実施する。 エネルギー科学、生物科学などで実際に使用される電気化学測定の初歩を行う。実際に電池を構成して起電力を調べ、ファラデー定数（1molの電子が持つ電荷量）Fを求める。また溶液の水素イオン濃度などが本実験で用いる電池により測定できることも学ぶ。 2～3人からなる班で協働して実験に取り組む（A-7）ことで，新たな実験手法に挑戦して（A-5）技術を修得し，失敗があれば問題点を見出し解決し（A-4），実験結果から客観的に情報を読み取り（A-3），それについて班のメンバーと議論する能力（A-6）を養う。 【事前学習】レポート作成に必要な準備をしておくこと （１時間） 【事後学習】実験テーマ（７）を振り返り、反省点をノートにまとめておくこと （２時間） |
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実験テーマ（８）：生体分子模型 オンデマンド型で実施する。 分子模型を用いて様々な分子を組み立てることによって、生体分子の立体構造を理解する。また、アミノ酸が高分子化してタンパク質を形成する際にとる規則構造の特徴を理解する。 実験結果から客観的に情報を読み取りる能力（A-3）を養う。 【事前学習】テキストの実験テーマ（８）の項を通読し、実験の原理や手順を実験の原理や手順をを理解しておく。必要に応じて，当該箇所に関してさらに自ら学んでおく。これにより「豊かな知識・教養に基づく高い倫理観（A-1）」を養う。 （１時間） 【事後学習】実験テーマ(８)のレポートを作成し提出する。 （２時間） |
| その他 | |
|---|---|
| 教科書 | 当学科で作成した実験テキストを配布する。 |
| 参考書 | 上記実験テキストを参照のこと |
| 成績評価の方法及び基準 | レポート(50%)、授業参画度:対面授業における実験態度で判定する。※対面授業に出席できない場合にはBlackboardの講義資料の視聴状況によって判断する。(50%) ・全部で８つある実験テーマに対する各「実験レポート」の内容で，学んだ知識（A-1），実験で解き明かそうとする内容の理解（A-4），実験結果の読み取り（A-3），読み手に正確に伝わる文章構成（A-6），そして教員のコメントに対する対応（A-8）を評価する。 ・「授業参画度」として，各回の実験における自ら挑戦する姿勢（A-5），問題を解決する姿勢（A-4），実験結果から情報を読み取る姿勢（A-3），実験パートナーと議論しながら協働して実験を進める姿勢（A-6）（A-7）を評価する。 遅刻、レポート提出の遅延は減点する |
| オフィスアワー | 本館６階６０６号室（斎藤研究室）随時 Blackboardに質問用掲示板を作成したため活用してください |