ネットワーク新時代に対応した新しい講義システムの試み（２）
Javaを利用した対話的教育支援システムの構築

桐山 雄一朗, 鈴木 久雄, 尾崎 成子, 矢野 敬幸, 上田 望

1 はじめに

2 Javaによる教材の作成

2. 1 Javaの特徴

Table 1 Advantages of Adopting Java in the Lecture System.

１）多機種のクライアントマシンへの対応

２）対話的なシステム

３）マルチメディアの利用

４）Java対応WWWブラウザ[6]の普及

５）プログラムの処理をクライアントに分散

Table 2 Some Problems of Java Itself.

１）未対応クライアントの存在

２）バージョン間の動作不統一

３）発展途上の言語

　Table 2であげられる問題のほかにも，設備に関しての問題が存在する．著者らの学内には現在，ネットワークにつながったクライアントコンピュータがおよそ170台存在するが，そのうちJavaに対応している実用的なコンピュータはおよそ50台である．自宅のパーソナルコンピュータから学内にアクセスしている学生もある程度は存在するが，すべての学生がJavaに対応したブラウザを利用するわけではない．少なくとも現状では，何百人もの受講が考えられることを考慮すれば，十分な数のクライアントが確保されているとは言い難い．現時点では，Javaを利用できないクライアントでも，最低限の教材の提供と事務的な処理のサービスを受けられるようシステムを構成する必要がある．

2. 2 GUIのためのプログラム部品

Figure 1. An Example Program Using GUI Components of Java (Windows 95)

2. 3 作成したプログラム

1. 　静止衛星軌道のシミュレーション GeoOrbit（物理分野）
   　Figure 2は物理分野のなかでも直感的に分かりにくい静止衛星の運動をシミュレートしたプログラムである．燃料消費量や噴射角度などの値を入力しボタンを押すとロケットが噴射して，力の微妙な違いがいかにロケットの軌道を変えてしまうかを体験できる．学生に試用してもらったところ反応は上々であった．このような運動は，授業で実際に実験することは困難であり，「体感できる」プログラムとして授業では味わうことのできないメリットを享受できることを確認した．
   　当面考えられる改良点は，インタフェースの日本語化，自動デモンストレーションなどの機能を付加して模範的な動きを示すこと，およびゲーム性の追加である．
   
2. 　動的周期表 DPTと分子の立体モデリングプログラム MolRot（化学分野）
   　DPTとはDynamic Periodic Tableすなわち動的に変化する周期表のことである（Figure 3）．これまでの周期表とは違い，温度やイオン化エネルギーなどの条件によって各元素の性質に応じた状態が色の変化で示される．たとえばある温度での単体の三態状態が一目瞭然に色分けされ，ユーザが温度を変えるとリアルタイムにそれに反応するようになっている．また個々の元素を選択して電子配置を呼び出したり，その元素を含む分子を記載したWWWページに移ることができる．さらにここで分子を選択すると，WWWのリンク機能により，別のページに載せている分子モデリングプログラムMolRotによってその分子の立体モデルが登場する（Figure 4）．このように学習は縦だけでなく横にも進められるように設計し，体系的な学習を補うよう考慮した．
   　将来的な改良点としては，より詳細な情報の提供や化学反応のシミュレーションとの融合などが考えられる．また周期表の規則性などに学習者が自然に気づくような，教材からのなんらかの示唆をすることもできるかもしれない．
   

Table 3 Contents of the Lecture and the corresponding WWW teaching materials (Physics).

Contents	Teaching Materials
	Type	Subject
2講 力と運動
2.1 運動の法則
2.2 ベクトルとスカラー
2.3 次元と単位
2.4 力の本質
2.5 エネルギー
2.6 仕事
2.7 運動量
2.8 万有引力と天体の運動
計算機シミュレーション
1 太陽系天体の運動	Fig.	太陽系天体の運動
2 静止衛星	Java Applet	静止衛星のシミュレーション(GeoOrbit)
3 スイングバイ	Java Applet	スイングバイのシミュレーション(SwingBy)
3講 電気と磁気
3.1 電荷と電場
3.2 電束線と電気力線
3.3 電位の概念とその単位
3.4 電流
3.5 電子
3.6 オームの法則
3.7 電流による発熱
3.8 磁気
3.9 電流の作る磁場
3.10 電磁石
3.11 電流と磁場の相互作用
サイクロトロンの原理	Java Applet	サイクロトロンのシミュレーション(CycloTron)
3.12 電流どうしにはたらく力
電磁場中の荷電粒子の運動	Fig.	電磁場中の荷電粒子の運動
3.13 電磁誘導
3.14 マクスウェル方程式と電磁波
計算機シミュレーション
4 サイクロトロンの原理	Java Applet	サイクロトロンのシミュレーション(CycloTron)

Table 4 Contents of the Lecture and the corresponding WWW teaching materials (Chemistry).

Contents	Teaching Materials
	Type	Subject
6講 物質の階層構造と構成要素
6.1 物質の粒子性
6.2 物質の階層性
6.3 自然認識の発展方向
6.4 原子と元素、その１	Fig.	哲学者と兵士など
6.5 原子と元素、その２	Fig.	原子をのぞく
6.6 元素の周期表	Java Applet	動的周期律表（Dynamic Periodic Table)
6.7 元素の原子量	Text	質量欠損など
6.8 原子とイオン
7講 化学結合
7.1 化学結合その１、イオン結合	Text	イオン結合
7.2 化学結合その２、共有結合
7.3 結合の長さと方向
7.4 分子式から分子モデルまで	Java Applet	分子量計算機(MolWeight)
7.5 炭素の化学	Fig.+Applet	正四面体角の図解と立体モデル
7.6 分子の立体視	Java Applet	分子の3次元モデリング(MolRot+JBench)
7.7 結合のイオン結合性と共有結合性
7.8 物質の三態変化	Fig.	物質の三態変化
7.9 物質の三態と分子間力	Text	三態変化と熱エネルギー
7.10 化学結合の強さ

3 インタフェースや動作の統一

Figure 2. A Simulation Program of Geostationary Orbit (GeoOrbit)

Figure 3. Dynamic Periodic Table (DPT)

Figure 4. Molecule Modeler Linked with Dynamic Periodic Table (MolRot)

3. 1 統一した動作の保証

Figure 5. Differences Observed in Java Performance on JDK and on Netscape

3. 2 ベンチマークApplet

Table 5 JBench Results Obtained on Some Java Platforms and Browsers.

OS・機種名		Netscape 4.0	Netscape 3.0	InternetExplorer 3.0
Windows 95	ThinkPad 530cs DX4 100MHz	8113.3／低		10490.0／低
	ThinkPad 535 Pentium 120MHz	5693.3／中		7016.7／中
	FMV DESK POWER MMX Pentium 200MHz	4486.7／高	4980.0／高	4520.0／高
MacOS 7.5	Power Macintosh 8100 PowerPC 601 80MHz	12845.3／低	11387.3／低
Solaris 2.5.1	Sun Ultra 1 170E UltraSPARC1 170MHz	3729.0／高
FreeBSD 2.2.2R	COMPAQ PROLINEA 590 Pentium 90MHz		5481.0／中

　数字:JBenchによる各クライアントの性能の値(値が小さいほど高性能）
　高:MolRotの描画精度を最高にする(負荷は最大)
　中:MolRotの描画精度を中程度にする(負荷は中程度)
　低:MolRotの描画精度を最低にする(負荷は最小)

3. 3 学生の認知

Figure 6. JBench and Drawings of MolRot According to the Result of the Benchmark Test

4 さいごに

　この研究は文部省科学研究費基盤研究(B)No.08458028により実施したものであることを記してここに感謝する．

参考文献