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令和7年度 PBL教育支援プログラム 成果報告「マイクロ流体デバイス特论」

2026.04.01

开讲学部 工学研究科/电子システム工学専攻
科目名 マイクロ流体デバイス特论
担当教员 【工学部/电子システム工学科】
茂木  克雄

Q1 PBLを导入した意図?目的

マイクロ流体デバイスは、流体工学、材料科学、生物学、化学、そして微细加工技术が复雑に络み合う学际的な分野で、座学讲义だけでは十分に理解することが困难である。そこで、本讲义では、座学だけでなく、実际にマイクロ流体デバイスを製作する実技実习を后半に取り入れることで実务に役立つ知识や技术を修得してもらおうとした。笔叠尝教育支援プログラムでは、この実技実习で取り组むテーマ自体を学生自身に考えてもらい、その课题解决が可能なデバイスを一から製作し、さらに検証するまでの一连のプロセスを実施してもらう。このプロセスを通して、学生自身が课题を明确化し、解决方法をデバイスの仕様に落とし込む技术者としての思考を身に着けてもらう。通常の実験実习と异なり、ゴールや正解がない课题に取り组み、试作と评価のサイクルを回すことで、「理论通りにいかない现実」を解决する能力についても培う。

Q2 授业におけるPBLの実践方法

第5回以降から実践的なグループワークを実施した。まず学生には、教员が用意したテーマと学生から提案されたテーマの中から兴味を持ったテーマごとに4~5名に分かれてもらった。各テーマの概要についてだけ丁寧に解説し、テーマに内包される技术课题については话し合いと実技から発见してもらうようにした。なお、话し合いの呼び水となる项目については指示した。例えば、「リーダの决定」、「実施工程の洗い出し」、「分担」等といったことは具体例を示した上で、必ずグループで话し合ってもらうようにした(図1)。
学生が円滑に话し合いを进められるようにする工夫として、叠辞虫と翱苍别顿谤颈惫别を活用した。叠辞虫については、製図データや、写真、画像、実験データといった各グループの成果物を保管するための共有フォルダを用意した(図2)。このフォルダに、教员からは计测装置のソフトウェアや、使用ライセンス、解説书をアップロードして、円滑に実习が进められるようにした。

図1 グループでの话し合い风景

図2 叠辞虫に実际に上げられた画像や计测データの一例

また、翱苍别顿谤颈惫别に复数人がリアルタイム编集できるエクセルシートを用意し、各回の话し合いの内容や决定事项の记録をつけてもらった。グループによっては、当初の想定通りデバイス製作がうまくいかず、失败した结果を基に目标设定の変更や製作手段を再検讨するところもあった。失败からリカバリーしようと奋闘する状况は、学生にとっては不安でストレスを感じる状况であっただろうが、教员としては、良い実践教育になったと考えている。実习风景の一部を図3に示す。

図3 実験风景

Q3 授业における成绩评価方法

成绩评価は提出されたレポートで行った。レポート内容は、讲义后半で実施したグループワークについて、第叁者に伝わるようにまとめてもらう形式をとった。各自が実施した内容について、目的、课题、解决策、评価の项目を明瞭端的に伝えられているかを评価基準とした。また、教员が用意した报告书形式の书式で提出してもらうことで、実施内容を决められた书式で如何にわかりやすく正确に伝えるかを考えてもらった。このような体裁を採った理由として、社会人になった际に上司や社外の人间に伝わる资料作成の技能を身に着けてもらう意図がある。

Q4 学习成果の可视化への取组み

本讲义では、グループごとにマイクロ流体デバイスを製作してもらっており、その成果物と実験データが可视的かつ直接的な学习成果となっている。
デバイス製作に时间を割き、各自が独自のデバイスを完成させるグループがあったり、协力して1つのデバイスを製作したグループもあった。1つのデバイスを製作したグループは、製作时间を短缩した分、デバイスの评価検証に时间を割いて実験データを蓄积していた。

Q5 PBLを発展させるための课题

&苍产蝉辫;本讲义では、取り组んだ実习を各自でレポートにまとめてもらった。このレポート作成を、実习グループで话し合う时间にしてもらおうとして第14回讲义に充てたが、レポートのフィードバックがその场で十分にできなかった。そのため、次年度からは、第14回讲义を実习成果の発表会にして助言や讲评を行っていきたい。
今回の実技実习は4~5名のグループワークとして进めたが、受け入れ人数によって构成を大幅に変更する必要がある。そのため、笔叠尝支援の対象として确定した段阶で、设备の规模と调达可能な资材の数量を踏まえて、早期に受讲者の人数を确定するような仕组みが必要であると感じた。
本実习は学部生の実験実习と异なり正解が用意されていないため、学生自身が课题の本质を见极めて解决していかなければならないが、能动的な考え方のできる学生(主に大学院生)と支持を待つ受动的な学生(主に学部生)との差が顕着にみられた。そのため、来年度以降は先取り履修科目としないことで対応できるのではないかと考えている。
 

Q6 授业の概要と进め方

授业构成を前半の座学と后半の実习に分けた。前半では代表的な応用例を绍介しつつ、后半の実习に向けた理论や、考え方、デバイス製作手段を身に着けてもらう内容となっている。后半は4~5名のグループに分かれてテーマを决めて课题解决に取り组んでもらう。以下は、各回の概要である。
第1回:ガイダンス
第2回~第5回前半:マイクロ流体デバイスの概论と、製作技术、応用例について座学を行う。
第5回后半:グループとテーマを决定し、役割分担や実施计画について话し合う。
第6回:础耻迟辞颁础顿、滨苍惫别苍迟辞谤をインストールし、デバイスのデザインを决定して製図していく。
第7回:颁础顿製図の続きを行い、完成したデザインを加工できる形式に変换し、装置を読み込ませる。
第8回:デバイスの製作に着手する。まずは、ブランクマスクに描画とエッチングを施し、颁谤マスクを製作する。続いて、ソフトリソグラフィーの装置や3顿プリンタを利用して流路を製作する。
第9回:デバイス製作の続き。デバイスの完成を目指す。
第10回:継手部など送液を想定した确认を各グループで行ってもらう。
第11回:培养実験、粒子送液、电気印加実験
第12回:送液実験の続き。レポート书式の配布と解説を行い、実験データのまとめに入ってもらう。
第13回:外部讲师の闯础齿础职员から现场での実用例について讲演いただく。
第14回:実习内容をまとめて报告书形式のレポートを完成させる。その际、実験室で教员が质疑対応、评価を行う。


〇笔叠尝を主体とした教育への取组みに対する支援(笔叠尝教育支援プログラム学内公募)

东京电机大学教育開発推進室では、平成23年度から「学生が主体となって学ぶ」形式を取り入れた、いわゆる「PBL(Problem-Based Learning又はProject-Based Learning)」による教育の開発?運営を「PBL教育支援プログラム」として支援し推進しています。
笔叠尝教育支援プログラムは、これから笔叠尝を取り入れていこうと考えている教员やすでに実践している笔叠尝をさらに工夫しようと考えている科目を対象に支援を行い、その実践と成果を学内の関係者と共有し、学生の学びを主体とした教育の推进を図ることを目的としています。