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学習支援計画書(シラバス) 検索システム
専門教育課程 機械工学科
授業科目区分 科目名 単位数 科目コード 開講時期 履修方法
専門教育課程
専門科目
専門
機械工学専門実験・演習A
Mechanical Engineering Major Lab/ Exercises A
3 E031-01 2022年度
5期(前学期)
6期(後学期)
修学規程第4条を参照
担当教員名
*印は、実務経験のある教員を示しています。
授業科目の学習・教育目標
キーワード 学習・教育目標
1.熱力学,流体力学 2.材料力学 3.機械力学(振動工学) 4.材料科学 5.成形加工 本科目では,①熱力学実験,②流体力学実験,③材料力学実験,④振動工学実験,⑤材料科 学実験,⑥成形加工実験を通して,専門科目で取り上げられる理論や手法を学び,より深い 理解力と応用力を身につけることを目標とする.さらに,実験方法や実験レポートの書き方 を学び,実験内容・実験結果・考察などをまとめ,発表する方法についても学習する.
授業の概要および学習上の助言
<熱力学実験>熱力学の応用機器としてヒートポンプ型空気調和装置をとりあげ,その性能試験を行うことにより,熱力学サ イクルとその具体化について学ぶ.冷凍サイクル,温度計測の基本要素である熱電対,熱交換器についても理解する. <流体力学実験>流量計測と管摩擦係数計測:ベンチュリやオリフィスによる流量と管摩擦係数の計測.流体抵抗計測:風洞 による物体まわりの圧力分布と流れ中の物体に働く流体力の計測.以上から,流体力学や流れ学で学んだ基礎を体験し理解を 深める. <材料力学実験>代表的な工業材料の引張および曲げ試験を行い,材料力学の理論を用いて部材の強度や変形を評価する. <振動工学実験>機械の診断やメンテナンスにおいて,その評価が必要となる振動について,①振動測定手法と原理を修得す る.また,②制振のための一方法として動吸振器を取り上げ,その原理や特性を理解する. <材料科学実験> 代表的な機械構造用材料の硬さ試験及び光学顕微鏡観察を実施し,得られた結果と材料のマクロ・ミクロ組織との関連を考察 する. <成形加工実験>塑性加工による深絞りはプレス成形の代表的加工法で,材料の機械的特性と加工条件の良否を関連づけ,変 形特性を評価する.また,プラスチック材料の射出成形実験を行い,成形条件と成形品の良否を考察する. 【注意】上記の6つの実験テーマについて,受講生を6つの班にわけてローテーションで受講する.班割や各実験テーマの受 講日程等はガイダンス時に指示する.各実験テーマの予習課題については,eシラバス等を確認すること.専門実験専用ノー トを用意し持参すること.
教科書および参考書・リザーブドブック
教科書:機械工学専門実験・演習 実験指導書[金沢工業大学] 参考書:指定なし リザーブドブック:最新内燃機関[朝倉書店]、鉄鋼の顕微鏡写真と解説[丸善]、内燃機関[東京電機大学出版局]、入門・金属材料        の組織と性質[大河出版]、金属組織写真集 鉄鋼材料編[(社)日本金属学会] 他2冊
履修に必要な予備知識や技能
実験の前に関連科目の復習を行っておくとともに,実験指導書を熟読し,どのような実験をするのか十分に把握しておく必要 がある.予習レポートがあるものについては,授業前に十分な調査の上,作成し,指定された日時に提出する必要がある.予 習レポートを提出しない場合には実験・演習に参加できない場合があるので注意する.実験テーマが1つでも不合格の場合に は本科目として不合格とするとともに,特別な理由のない欠席の場合には原則として不合格とする.レポート作成において不 正行為があった場合は厳正に対処し,本科目を不合格とする.
学生が達成すべき行動目標
No. 学科教育目標
(記号表記)
D,G,H 実験結果を整理し,第三者に内容や課題を説明できる.
A,D,F,G,N,O,P 専門科目等で得た知識に基づいて主体的に実験を実施できる.
D,F,H,J,M,N,O,P 専門科目等で得た知識に基づいて実験結果を整理・考察することができる.
D,J,K,M,N 実験結果を専門知識に基づいて解釈し評価できる.
D,M,N 現象をモデル化できる場合,それらと実験結果を対比できる.
A,D,H,M,N,O,P 実験結果をレポートとしてまとめ,提出・説明できる.
達成度評価
評価方法
試験 クイズ
小テスト
レポート 成果発表
(口頭・実技)
作品 ポートフォリオ その他 合計
総合評価割合 0 0 90 0 0 0 10 100
指標と評価割合 総合評価割合 0 0 90 0 0 0 10 100
総合力指標 知識を取り込む力 0 0 25 0 0 0 0 25
思考・推論・創造する力 0 0 25 0 0 0 0 25
コラボレーションと
リーダーシップ
0 0 10 0 0 0 0 10
発表・表現・伝達する力 0 0 30 0 0 0 0 30
学習に取組む姿勢・意欲 0 0 0 0 0 0 10 10
※総合力指標で示す数値内訳、授業運営上のおおよその目安を示したものです。
評価の要点
評価方法 行動目標 評価の実施方法と注意点
試験
クイズ
小テスト
レポート S:十分な図表,数式により詳細に解説され,(1)主要概念を正しく理解し,(2)技術者(の卵)としての 必要レベルの興味を持って積極的に調査・分析・応用を試みたもの.A:図表,数式により解説され,主 要概念を正しく理解している.B:実験目的・方法・結果がどのようなものか,最低限必要な記述がある が,記述内容の曖昧さから実験で応用した概念の本質を正確に理解し難い.C:記述内容は実験理論や概 念の理解に誤りや不足があることを示し,記述項目の不足・省略・欠損や表現の曖昧さのため,実験の全 貌の把握や結果・結論の正当性が評価できない.D:提出物の未提出,未完成の提出物,コピーのもの.
成果発表
(口頭・実技)
作品
ポートフォリオ
その他 各実験における積極性を評価する.この積極性の中には授業出席割合も含め,遅刻は減点対象とする.正 当な理由なき欠席は上記のとおり不合格とするので注意が必要である.
具体的な達成の目安
理想的な達成レベルの目安 標準的な達成レベルの目安
①実験結果をコンピュータを用いて図・表としてわかりやすく 整理し,そのキーポイントや問題点を適切に説明できる.②専 門科目や工学設計科目で学んだ知識に基づき,実験を主体的, 計画的に実施できる.③専門科目で学んだ知識に基づき,実験 結果を整理し正しく考察できる.実験データに及ぼす要因を十 分に理解できる.④実験で得た現象を専門知識に基づいて正し く解釈あるいはモデル化し,実験結果の妥当性評価を行うこと ができる.実験結果の測定精度・信頼性に関して定量的に評価 できる.⑤現象のモデル化に基づいた理論解あるいは近似解が 得られる場合,それらと実験結果を合理的に対比することがで きる.⑥実験結果を詳細にレポートにまとめ指定された期限内 に提出できる.また,レポートの内容を適切に説明できる. ①実験結果をコンピュータを用いて図・表として整理し,その キーポイントや問題点を説明できる.②専門科目や工学設計科 目で学んだ知識に基づき,実験を主体的に実施できる.③専門 科目で学んだ知識に基づき,実験結果を整理し正しく考察でき る.実験データに及ぼす要因を理解できる.④実験で得た現象 を専門知識に基づいて正しく解釈あるいはモデル化し,実験結 果の妥当性評価を行うことができる.実験結果の測定精度・信 頼性に関して評価できる.⑤現象のモデル化に基づいた理論解 あるいは近似解が得られる場合,それらと実験結果を対比する ことができる.⑥実験結果をレポートにまとめ指定された期限 内に提出できる.また,レポートの内容を説明できる.
CLIP学習プロセスについて
一般に、授業あるいは課外での学習では:「知識などを取り込む」→「知識などをいろいろな角度から、場合によってはチーム活動として、考え、推論し、創造する」→「修得した内容を表現、発表、伝達する」→「総合的に評価を受ける、GoodWork!」:のようなプロセス(一部あるいは全体)を繰り返し行いながら、応用力のある知識やスキルを身につけていくことが重要です。このような学習プロセスを大事に行動してください。
※学習課題の時間欄には、指定された学習課題に要する標準的な時間を記載してあります。日々の自学自習時間全体としては、各授業に応じた時間(例えば2単位科目の場合、予習2時間・復習2時間/週)を取るよう努めてください。詳しくは教員の指導に従って下さい。
授業明細
回数 学習内容 授業の運営方法 学習課題 予習・復習 時間:分
第1週 <ガイダンス> 実験の運営方法,レポート作成方法,安全指針につい て理解する. 講義・質疑応答 (予習)ガイダンス資料の確認 (復習)実験の運営方法,レポー ト作成方法,安全指針の確認 100 100
第2週 <熱力学実験(1)> 5〜9グループに分かれる. 熱力学サイクルの応用例としてヒートポンプを取り上 げ,その性能試験を行う. ①熱サイクルに基づくヒートポンプ作動状況から性能 を確認する. ②熱交換器における吸熱,放熱状況を確認する. ③実験データより成績係数を求める. 実験・演習 ①講義:蒸気圧縮式冷凍サイ クルの概要および実験内容の 説明. ②実験・演習:冷房運転(時 間が許せば暖房運転)により 実験. ③講義:データ整理及び検討 考察のポイントの説明. ヒートポンプの実験では高度な知 識を必要とするので,事前に指定 された予習課題を行い,授業開始 時に提出する. 実験結果は中間レポートとしてま とめ,指定日時,指定場所に提出 する. 120
第3週 <熱力学実験(2)> ヒートポンプの実験に用いた温度計測センサについて 実験・演習を行う. ①熱を定量評価する際に用いる温度計測の具体的方法 や流体がもつ熱エネルギーについて学習する. ②接触式温度計である熱電対による計測する. ③非接触式温度計である放射温度計による計測する. 実験・演習 ①講義:接触式温度計測の方 式や原理の説明. ②接触式温度センサの一例と して熱電対を自作し,温度計 測を行う. ③講義:非接触型温度計測の 原理を説明. ④放射温度計により温度計測 を体験する. ⑤温度計測結果の整理要領の 確認. 温度計測に関する事前課題を行い ,授業開始時に提出する. また,中間レポートの添削を踏ま えて,適宜修正し,最終レポート を完成させ,指定日時,指定場所 に提出する. 120
第4週 <流体力学実験(1)> 以下の2テーマの実験を行う (1)流量計測実験,管摩擦係数計測実験 (2)円柱に作用する抵抗計測実験 実験で必要な諸量のまとめ方,計測の仕方,計測精度 について学ぶ. 実験・演習 全体の説明後,小グループに 分かれて実験,データ解析を 行う. 予習:流量計の測定原理、管摩擦 係数および円柱まわりの流れにつ いての調査(詳細はeシラバス等 連絡) 課題:実験内容に関するレポート 作成 100
第5週 <流体力学実験(2)> 円柱に作用する力を変化させる実験を行う. 実験で必要な諸量のまとめ方,計測の仕方,計測精度 について学ぶ. 実験・演習 全体の説明後,小グループに 分かれて実験,データ解析を 行う. 予習:円柱の抗力を変化させる方 策を考えてくる(詳細は1回目の 授業等で連絡) 課題:実験内容に関するレポート 作成 100
第6週 <材料力学実験(1)>「引張試験」 代表的な工業材料を取り上げて引張試験を行い,各材 料の破壊や変形挙動を比較・考察するとともに,材料 力学の理論を確認する. 実験・演習 ①引張試験の説明 ②試験片寸法の計測 ③引張試験の実施 ④実験結果の考察 ⑤実験結果の総括 (予習)材料の種類と性質に関す る予習課題を行う. (復習)実験結果を整理し,レポ ートとしてまとめる. 90 120
第7週 <材料力学実験(2)>「曲げ試験」 代表的な工業材料を取り上げて曲げ試験を行い,各材 料の破壊や変形挙動を比較・考察するとともに,材料 力学の理論を確認する. 実験・演習 ①曲げ試験の説明 ②試験片寸法の計測 ③曲げ試験の実施 ④実験結果の考察 ⑤実験結果の総括 (予習)はりの曲げ理論に関する 予習課題を行う. (復習)実験結果を整理し,レポ ートしてまとめる. 90 120
第8週 <工場見学・企業研究> 企業におけるものづくりについて理解し,関連する専 門科目の背景や理論とのかかわりについて学ぶ. 講義・質疑応答 (予習)指定した企業のホームペ ージを閲覧し,製造・販売してい る製品を理解する. (復習)企業におけるものづくり と工学とのかかわりについてレポ ートにまとめる. 100 100
第9週 <振動工学実験(1)>「振動測定実験」 振動測定技術に関する実験を実施する.特に圧電型加 速度センサ,渦電流型変位センサを用いての振動測定 方法を修得し,また,実験データを基に測定精度につ いて考察する. 実験・演習 実験の背景を理解し,計測技 術の重要性を認識する. 説明の後,グループ毎に実験 を実施し,最後に計測実験の 総括説明により理解を深める . (予習) ・振動センサ(圧電型センサ及び 渦電流型センサ)を調査し,その 特性を理解する. (復習) ・実験データを整理し,センサの 特性を考察するとともに,取得し た実験計測データの精度を理論値 等との相関係数から整理し,考察 しレポートにまとめる. 90 120
第10週 <振動工学実験(2)>「動的挙動の理解と動吸振器に よる防振実験」 振動の動的挙動と動吸振器を用いた防振技術について 実験を実施する.特に,1自由度系,2自由度系の動的 挙動を題材として,動吸振器の特徴について考察する . 実験・演習 振動実験のもう一つの論点の 防振技術について,まず1自 由度系における共振現象を計 測・理解し,「質量・ばね系 」である動吸振器(2自由度 系)の防振特性を計測・理解 する.併せて,実際の振動現 象を減衰現象から理解する. (予習) ・ばね-質量-ダンパ系を有する動 吸振器の原理について調査し理解 する. (復習) ・実験データを整理し,固有振動 数に基づく共振現象を理解する. また,動吸振器の効果を振幅比に 基づき整理し,原理を理解する. 併せて,振動工学で扱ったモデル と現実の振動現象のデータ計測結 果との差異を理解する. 90 120
第11週 <材料科学実験(1)>「硬さに及ぼすマクロ組織の影 響」 代表的な機械構造用金属材料の硬さ試験,光学顕微鏡 観察を行い,マクロ組織,硬さ,熱処理履歴の相互の 関連を考察する. 実験・演習 ①講義:実験手順の概略説明 ②実験・演習:具体的な実験 とデータの整理,実験グルー プ内での討論 ③講義:データ整理法及び考 察のポイントの説明 ④質疑応答 ⑤実験室内の整理整頓 実験内容の詳細などが記載された デジタルデータが配信されている .熟読した上で授業にのぞむこと .また,デジタルデータは閲覧で きる状態(印刷出力を持参するこ とが望ましい)で授業に出席する こと. 事前に指定された予習課題を行い ,指定された方法で提出する. 実験結果は中間レポートとしてま とめ,指定された方法で提出する . 120
第12週 <材料科学実験(2)> 提出された中間レポートに対して,修正事項を指摘す る.さらに,作成上の疑問点を受付け,回答する.こ の授業時間および授業終了後に,指摘事項に基づいて 最終レポートを作成する. 必要に応じて,再実験を行う場合がある. <自己点検> 機械材料実験で学んだ内容を振り返り,作成した最終 レポートを自己点検し,今後の学習計画立案に役立て る. 中間レポートに関する質疑応 答 総合演習 質疑応答の結果及び再実験結 果,実験グループ内の討論な どを考慮して最終レポートを 作成する. 最終レポートとしてまとめ,指定 された方法で提出する. 120
第13週 <成形加工実験(1)>「射出成形」 ポリプロピレン及び炭素繊維入りポリプロピレンを射 出成形機で試験片形状に成形し,成形方法を理解する とともに,成形条件に及ぼす素材の違いと寸法安定性 の影響を考察する. 実験・演習 ①講義:高分子系材料の特徴 及び射出成型の特徴 ②講義:成形実験手順の説明 ③実験・演習:具体的な成形 実験と成形品の観察,実験グ ループ内での討論 ④講義:データ整理法及び考 察のポイントの説明 (予習)教材配信システムなどで 配布された資料を事前にダウンロ ード・印刷し,熟読した上で授業 に臨むこと.事前に指定された予 習課題を行い,授業開始時に提出 する. (復習)実験結果をレポートとし てまとめ,指定日時に指定場所に 提出する. 90 120
第14週 <成形加工実験(2)>「深絞り加工」 塑性加工の特徴と,深絞り加工の概要について学習す る.加工条件の設定に必要となる材料の機械的特性に ついて理解する.深絞り加工を行い,材料特性と加工 の良否を検討するとともに,加工限界を把握し,適切 な加工条件とは何かを判断する. 実験・演習 ①講義:金属材料の深絞り加 工の特徴 ②使用する材料の説明 ③加工限界の特定 (TZP試験の実施) ④限界絞り比の算出 ⑤講義:金属材料の機械的特 性値(特に加工硬化指数,ラ ンクフォード値)と成形性と の関係 (予習)深絞り加工に関する以下 の用語を調べる. ・限界絞り比 ・加工硬化指数 ・ランクフォード値 (復習)実験結果をレポートとし てまとめ,指定日時に指定場所に 提出する. 90 120
第15週 <自己点検授業> 各実験テーマの内容について振り返りを行う. 講義・質疑応答 各実験テーマの復習 100