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理科室を使わない理数探究:超かけあしコース。(表の初出:2018年4月30日あしかけ2年、このページの初版公開:2020年5月18日)


カリキュラム

  1. 時系列

  2. テーマ別

時系列

理数探究のテーマを鉄道史から見つけよう

列車(ダイヤ) 線路(軌道と土木) 駅勢圏と都市 車両(動力)
(鉄道敷設以前)
  • 駅馬(幹線)
  • 伝馬(支線)
  • 街道
  • 渡船(下流域)
  • 脇往還
  • 井戸(地下水)
  • 城下町
  • 宿場町
  • 門前町
  • 国分寺
  • ウマ
  • ウシ(荷物)
1865~1895
官営鉄道の敷設
  • 迂回率
  • 線形
    (曲線と勾配)
  • 橋りょう
  • トンネル
  • 開拓
  • 学校
  • 並木道
  • 牽引力
  • 最高速度
所要時間
└→貨物鉄道
  • 空車回送
  • 操車場
  • 港湾
  • 川砂利の運搬
  • 鉱山
  • 官営模範工場
  • タンク車
  • ホッパー車
「砂利鉄道」
「醤油鉄道」
1885~1925
鉄道網の形成
  • 接続(連絡)
  • 嵩上式(高架)
  • 鉄道どうしの
    立体交差
  • 駅間距離
  • 観光(参詣)
  • 電車
  • 地下鉄
「私鉄」
1910~1945
都市化の進展
  • 道路網の拡充
  • 都市化
バス・
路面電車
1955~1975
通勤路線(国電)
  • 表定速度
  • 定時性
  • 制限速度
  • 直流電化
  • 踏切の廃止
    (立体交差化)
  • 駅の規模
  • 地下駅
  • 車両基地
  • 故障率
  • ATC
新性能電車
1965年~
高速化
  • 追い越し
  • 指令室(CTC)
  • マイクロ波通信
  • 列車無線
  • 風速計
  • ユレダス
    (地震計)
  • 最高速度
  • 重軌条化
  • ロングレール
  • 防護柵
    (新幹線特例法)
  • 防音壁
  • スラブ軌道
    (保線の省力化)
  • 日帰り出張
  • ポリ茶瓶(駅弁)
  • 郊外の開発
  • 騒音
  • A特急料金
  • 電子レンジ
    (食堂車)
新幹線・
特急列車
└→ATC
地下鉄・
新交通システム
└→国鉄の増収施策
  • エル特急
  • 寝台特急
    (電気機関車)
  • 海底駅
    (見学整理券)
  • デスティネーション
    キャンペーン
  • 駅レンタカー
  • ゴロンとシート
  • ジョイフルトレイン
  • のってたのしい列車
1995年~
都市高速鉄道
  • 速度向上
  • 増発
  • フリークエント
    サービス
  • 防護柵
  • 踏切の廃止
  • 地下化
  • 都市計画上の
    位置づけ
  • パークアンドライド
駐車場
(その他)
  • 対面乗換
  • 耐震補強
  • ITV
  • エスカレーター
  • ホームドア
  • 上限運賃認可制
  • ワンマン運転
    (ミラー)
  • LRT

※数理最適化の例題にできそうな用語を太字で示した。

テーマ別

列車(ダイヤ) 線路(軌道と土木) 駅勢圏と都市 車両(動力)
官営鉄道の敷設から
鉄道網の形成まで
  • 接続(連絡)
  • 橋りょう ←渡船
  • トンネル ←街道
  • 高架 ←私鉄
  • 県庁 ←城下町
  • 主要駅 ←宿場町
  • 門前町
通勤路線(国電)
成立と輸送力増強
  • 時隔
  • 通過人員
    (輸送密度)
  • 線路容量
    └→線増
  • 運転曲線
    (線路の改良)
  • 乗車人員
  • 降車人員
    └→駅前広場
  • 新性能電車
交流電化高速化
  • 迂回率
  • 表定速度
  • 追い越し
  • 交流電化
  • 防護柵と防音壁
  • 特急料金
  • 無煙化
    (気動車)
貨物鉄道
  • 空車回送
  • 操車場
  • 港湾
私鉄地下鉄
  • 各駅停車の誕生
  • フリークエント
    サービス
  • 車両の大型化
  • 長大編成運転
※私鉄のルーツ
  1. 人車・馬車
    (平坦な線路)
  2. 軽便鉄道
    (山間部)
  3. 国の財政難から
    民間資本で整備
  • 駅間距離
  • 国鉄の地下駅
  • 都市高速鉄道
※私鉄のルーツ
  1. 払下げSL
    (貨物輸送)
  2. 路面電車
    (配電事業)

※固有名詞的に扱われる用語は太字で示した。4文字以上であっても複合語ではなく1語の単語で、1文字でも違えば別の意味の単語になってしまうと思って正確に読み書きしてほしい。
※用語の定義を調べるときは、(1)(一社)日本民営鉄道協会のホームページにある「鉄道Q&A」と「鉄道用語辞典」、(2)天野光三ほか「図説鉄道工学」(丸善)、(3)東芝や日立の技報や製品(鉄道システム)のウェブページ、(4)ウィキペディアの順で参照してほしい(記述に矛盾があるときは、ここに示した順位が高い情報源の記述を信用すること)。これ以外の情報源は原則として(用語の出典としては)参照しないこと。

この表の使い方

  1. 知っている用語を緑色の蛍光ペンで塗ろう:その用語について説明してみよう:うまく説明できなかったら検索して調べよう:知っていると思ったのは錯覚だった(知らないも同然だった)と気づこう
  2. 見たこともない用語があったら橙色の蛍光ペンで下線を引こう:検索して調べよう:実は知っているものの別の言い方だったとわかったら橙色の蛍光ペンで塗ろう
  3. 色分けは適当に決めればよいけれど、みんなで同じルールの色分けをして見せ合おう
  4. ほかの人がそこを蛍光ペンで塗ったということに驚こう:それ重要な用語だと思わなかったじぶんを恥じよう

「A列車で理数探究」

理科室の机は広いので便利である。理科室は使うかもしれないが、装置やガスや試薬をじゃぶじゃぶ使うということはないということである。「理数探究」という科目や活動(に取り組ませるべきだという社会通念のようなもの)があってもなくても学んで当然の、興味を持てば自然と知ることになる知識ばかりであるが、これ全体を体系的に学びきるまで興味が続くという保証はない。「理数探究」という科目や活動を通じて、具体的な「探究の方法」すなわち多変量解析などのきわめて実際的な技法を習得したり、文献調査のしかたを身につけたり、レポート執筆のルールを理解したりすることによって、それらを使いこなしてものごとにあたるということ自体が魅力的な活動に思えてくる。こうなると、「興味があるから調べるが興味を失うと調べない」という『つまみ食い』の状況から(自力で・自覚的に)脱していくことが可能となる。

「カリキュラム」に挙げた事項等は、知っていても知らなくてもよい(7割くらい知っていれば大丈夫)ということではなく、必ずぜんぶ知っておくべきだというものだ。しかし、単に「知る」だけでは「探究」にならない。このページを開いて「カリキュラム」を見ただけで完了してしまうほど簡単なことだ。語学や芸術のように実技が問われることもないし、数学ほどの積み上げが必要なわけでもないから、あまりにも簡単だ。だからといって、ここに挙げた事項等をまるでスタンプラリーのように『消化』しながら表面的になぞるだけの活動にはしないでほしい。(それは「調べ学習」である。「調べ学習」は初等教育で意味を成すものであり、高校生になってからやるものではない。)

そこで、「理数探究」あるいは「地理探究」として取り組む際のテーマを決める参考になるよう、「カリキュラム」に含めた事項等を5つの「テーマ別」に示した表を付した。例えば「私鉄のルーツ」と注記した事項等は、それらぜんぶがからみあっている。「私鉄のルーツ」について文献調査すると「経営者の自伝(自慢話や創作じみたエピソード)」と「社史や工事誌」に依存しがちだが、それでは「調べ学習」であり「探究」になっていない。「探究」というからには、じぶんでデータを加工したり整理したりして、じぶんが設定した課題や仮説に応じて、じぶんの責任で複数の私鉄を比較してほしい。さらに、そのとき単に経営上の指標や施設の規模などだけに着目するのでなく、地形や気象との関連(洪水やがけ崩れの歴史が工事の計画に与えた影響)や、鉄道敷設以前からの地域社会のありよう(地方での権力の成立過程や民衆と権力者の距離感)など、理科や社会科の範疇となることがらと必ず関連付けてほしい。(ただし、安易に外国の事例との比較を行なうべきではない。「LRT」に注目したからといって「LRT先進国」の事例と「わが国」を比べるということにしないで、国内の事情を時系列で体系的にとらえるよう促すべきである。)

「テーマ別」の表で示した「テーマ」は細分化を避けているので1つ1つがかなり『広い』と思われるだろうが、具体性を欠いているわけではないし、ほかの「テーマ」との間でよく分離してはいるという(興味の方向性のようなものが割と『直交』している)ことがおわかりいただけるだろう。このようにある程度『広い』テーマのもとで学習者が参集し、その中でさらに分担して(1~2人で)サブテーマに取り組んでいくという立体的な活動を想定している。すべてのサブテーマで「理数探究らしい」活動すなわち数理的な手法(多変量解析)を使った実験(仮説の検証)ができるとは思えないが、(1人1回)何か1つでも実験ができればよい。(共同でもよい。)

ほかに、例えば「乗車人員」「降車人員」「通過人員」を字面だけ見て同じところに並べてはいけないということに気づかせたい。それぞれ別のことがらの計算(見積り)に使う指標なのである。「担当部署(管轄)が違う」という説明をして納得させるのもよい。また「騒音」を太字で示したが、これは日常会話で言うような観念的なことではなく、工学上の厳密な扱いをするということへの注意を促すものである。鉄道にあって「騒音」の発生源はすべて完全に明らかであり、機械工学の集大成たる鉄道車両のどこをどう作動させるとどれだけの音が出て、周囲の構造物の形状がどうなっていると、どこまでどのくらいの騒音が伝わるかということが、すべて計算できるということである。

このサイトの「はじめに」で、「鉄道工学という学問があるわけではない」と先述した。「A列車で理数探究」とは、大学ではどのように専門分野が分かれていくのかを実感的に知ってもらうという「高大接続」の色が濃い。高校生にとって、これまでの学校での科目とは異なる分かれ方となる、例えば「工学」「心理学」「農学」などの分野を『発見』してもらいたいということでもある。

満員電車
×
心理学
避難行動の分析
シミュレーション
通路の幅や駅前広場の面積の算定式 実際に造られた通路や駅前広場
心理学
×
工学
視線計測を用いた
心理学実験

(人の行動の解析)
操作ミスを防ぐ運転台の設計方法
(設計時に守るべきことがらを明らかにする研究)
実際に製作された運転台
農学
×
レジャー
実験の手段A 研究成果A 砂浜や河川敷をゴルフ場にする方法(カッコカリ)
土木工学
(経済学)
×
都市計画
(法学・行政学)
がっちゃんこB
(無駄を省くアイデア)
水泳のできる防火水槽(カッコカリ) ニュータウンの学校用地を造成だけして学校は建設せずゴルフ練習場にするという流れ

装置やガスや試薬を使わず「データを用いた実験」(多変量解析)に取り組もう(そこだけをやろう)という「理数探究」を、装置やガスや試薬を使わないというだけで見下した態度を取ったり、単なるパズルや謎解きのように思ってしまうことがないようにすることが大切である。じぶんが専攻する分野は狭く鋭くなっていくが、じぶんが専攻しない分野に対する共感や想像力をなくさないでほしい。そこで「A列車」(というPCゲーム)である。このゲームのプレーヤーになるということは、ある種のロールプレイングである。ゲームの発売時の宣伝では「私鉄の経営者(鉄道も街も思い通りでウハウハ)」というロールだけが示されているが、実は「国鉄(本社)」や「都市計画の実務者(県庁の人)」はたまた「鉄道・運輸機構」という略称で知られる研究所でひたすらシミュレーションを行なう経済学出身の研究員というロールを楽しむこともできる『奥深さ』を備えているのである。ここで重要なのは、ある1つのロールだけを「よく演じ」られるようになることではなく、(できれば)すべてのロールを「よく体験し」して、役割や立場の違いと、そのように異なる立場で分担するということの意義を「よく理解し」することなのである。これには相当の得意不得意が生じると想定されるので、特に不得意な場合には、ゲームを使ってもよいからそのようなロールプレイングができるようになるよう促す必要があるといえる。ゲームなしでもできるならそれでよい。


References


Descriptions and More

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