ＳＳＨ初年度が終了した時点で、２年次の研究計画として以下のような内容を設定した。
２年次の最大の課題は、④の学習プログラム（ワークショップ）の開催であり、そのためには②必要な機材の確保と①適切な教材の開発が完了しなければならない。さらに大学や関連企業との連携を図り、ワークショップの運営形態を確立しなければならない。このような手順を経てサイエンス・コミュニケーション能力獲得の第１段階に到達することができれば、学習者にテクノロジーを認識させテクノロジーを体験させることができ、学習者に変容をもたらすことができるはずである。技術・情報科ならびに芸術科は、ワークショップを開催する上で経験や人的資源に富んだ環境を備えているとは言い難いが、上記の仮説をもとに研究実践・検証に取り組むことにした。
３ＤプロッタＲｏｌａｎｄＤＧ社製ＭＯＤＥＬＡ ＭＤＸ－１５は、ＸＹプロッタの制御コマンドが拡張されたＲＭＬ－１コマンドが送り込まれることで動作する。ＲＭＬ－１の仕様は一般的に公開されていないが、本研究の趣旨を説明したところＲｏｌａｎｄＤＧ社より同機のＳＤＫ（開発環境）の提供を受けることができた。必要な仕様は、ｍｏｄｅ１およびｍｏｄｅ２の基本書式、ワーク座標系の基準値を設定する＠コマンド、ＸＹ原点復帰とモータ停止用のＨコマンド、直線切削用のＩコマンド、直線移動用のＲコマンド、ツールのアップダウン用のＰＵ／ＰＤコマンドなどである。
３ＤプロッタとＰＣはＲＳ２３２Ｃケーブルを介して接続される。ワークショップ開催時の可搬性を考慮してノート型ＰＣを採用したところ、ＰＣ本体にＲＳ２３２Ｃポートが装備されていないことが判明した。このため図１のようなＵＳＢとＲＳ２３２Ｃを変換接続するケーブルを用意した。
３ＤプロッタＭＤＸ－１５の接続に使用されるＲＳ２３２Ｃケーブルは、一般市販品とはピン配置が大きく異なっている。そこでピン配置を変換するブレッドボードを製作し（図２）、ケーブルの延長も兼ねることにした。
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| 図１ | 図２ |
３ＤプロッタとＰＣが接続できた後、ＰＣからターミナルソフトあるいは後述するＰＩＣ開発環境に付属するSerial Communicatorを使用してＲＭＬ－１コマンドを送り込み、実際に３Ｄプロッタが動作することや各コマンドのパラメータの影響を確認した。
１ボードマイクロコンピュータＰＩＣＤＥＶ－２５０ＢにはＲＳ２３２Ｃポートが装備されているが、コネクタがメス形のため特殊コネクタ（図３）を用いてジェンダ変換を行い、ＲＳ２３２Ｃケーブルを用いて３Ｄプロッタと接続した。ＰＩＣからＲＭＬ－１コマンドを出力する簡単なプログラムを実行させたところ、３Ｄプロッタは全く動作しなかった。オシロスコープを用いてＲＳ２３２ＣポートのＴＸ端子とＲＸ端子の信号を観察した結果、ＰＩＣのＲＳ２３２Ｃポートは周辺機器として設計されていることが判明した。このため、ＰＩＣ基板の配線パターンを図４のように改造し、ＴＸ端子とＲＸ端子が逆に接続されるようにした。
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| 図３ | 図４ |
主にテクノロジーの認識を意図的に促すには、１ボードコンピュータを用いた３Ｄプロッタ制御のようなプリミティブな形態が適当であると考えている。すなわち１ボードコンピュータの制御によって切削（製作）可能な教材を用意する必要があり、以下のようなロストワックスの平板を加工する例を考案した。
ロストワックスはＲｏｌａｎｄ ＤＧ社よりモデリングワックスの商品名で販売されているもので（図５）、予め75ｍｍ×85ｍｍ×17ｍｍに切り分けておいた（図６）。
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| 図５ | 図６ |
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このロストワックス平板の表面に、縦方向、横方向いずれも10ｍｍの分解能で簡単な図柄を描かせることにした。３Ｄプロッタのミルを、切削しながら２次元方向に移動させることと、切削の前後に上下させるだけでよいので、制御が簡単になり図柄も作成しやすく、その結果テクノロジーの認識を促しやすいと考えたからである。
図柄を用意させ、同時に３Ｄプロッタの動作を予見させるために、図７のようなワークシートを作成し使用させた。
１ボードマイクロコンピュータから３Ｄプロッタを制御するために、簡単な入力インタフェースを備えたユーザプログラムを作成した。開発環境にはＰＩＣＤＥＶ－２５０Ｂに付属してきたPic Basic Pro Compilerを用いた。ユーザプログラムは、制御コマンド入力機能、デバッグ機能、制御コマンド実行機能から構成し、ボード上に備わっているタクトスイッチの一部を利用して各機能を利用できるようにした（図８）。以下に開発したプログラムの一部を示す。
図９はタクトスイッチから制御コマンドを入力・確認しているところである。
制御コマンドの意味とタクトスイッチの位置関係を理解させるために、図１０のマニュアルを 作成した。また用意した図柄から制御コマンドを割り出すために、図１１のようなワークシートを作成し使用させることにした。
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| 図８ | 図９ |
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テクノロジーの体験段階では、ＰＣ上で動作するアプリケーションとして、３ＤＣＡＤ・ＣＡＭソフトウェアを活用し、製品の設計から製作まで一連の作業がＰＣ上で完結する教材を考案した。３ＤＣＡＤソフトウェアに使用したＭｃＮｅｅｌ社Rhinoceros（図１２）は、ＰＣ上で精密なモデリングとレンダリングを行うことができ、設計された製品のデータはＣＡＤ標準のＤＸＦ形式ファイルに出力することが可能である。一方、製品データに従って３Ｄプロッタを制御し材料を切削するために、ＭＯＤＥＬＡ ＭＤＸ－１５に付属するＲｏｌａｎｄＤＧ社製のVirtual Modela、およびMODELA Player（図１３）を使用した。前者はＰＣ上で切削工程のシミュレーションを行うソフトウェアである。
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| 図１２ | 図１３ |
ここで、Rhinocerosから出力したＤＸＦ形式のデータファイルを、Virtual Modela、およびMODELA Playerに読み込ませようとするとエラーが発生した。試行錯誤の結果、別のＣＡＤデータ形式であるＳＴＬ形式あるいは３ｄｓ形式が利用できることが判明し、以後データの変換形式を変更することにした。
ＭＯＤＥＬＡ ＭＤＸ－１５は３軸の３Ｄプロッタに過ぎないため、３ＤＣＡＤソフトウェアで自在に描いた製品を全て加工できるわけではない。特に垂直方向には、上方から下方にかけてミルが材料内部に進行することができず、製品の形状は大幅に限定される。また、複雑な形状や大きな製品では切削時間が極端に長くなり、限られた時間内に学習を終えることができなくなる。学習者の理解や技能の限度を超えてしまう可能性もある。
このような制約を解消し、かつＣＡＤ・ＣＡＭのテクノロジーを体験することができる教材として、図１４のようなケミカルウッドによるピルケース加工を考案した。
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| 図１４ | 図１５ |
本体は蓋と底に分かれており、境界部分は凹凸の嵌め合い構造にした（図１５）。精密な加工により蓋と底が正確に嵌め合わされ、手作業ではなし得ない高度なテクノロジーの世界を体験することができる。また、ＣＡＤソフトウェア上で平面形状を変更することで、図１６のように様々なピルケースを製作することができ、実際にタブレットなどを入れることができて実用的である。
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なお、教材を考案する途中で、ＷＥＢ上にＳＴＬ形式や３ｄｍ形式のＣＡＤデータが多数存在することに気づいた（図１７）。一部は自由に使用することができるため、学習者に素材として提示することも考えたい。
年度前半の準備を経て、夏期休業中の７月２９日（火）と３０日（水）の２日間にワークショップを開催した。両日の時程は図１８の通りである。
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１日目の講義「ＣＡＤ・ＣＡＭの世界」は、筑波大学農林工学系講師の長谷川英夫先生にお願いした。長谷川先生は同大学農林工学系教授の佐竹隆顕先生に紹介をいただいた制御工学の専門家である。２日目の講義「Ｒｏｌａｎｄ ＭＤＸについて」は、Ｒｏｌａｎｄ ＤＧ社の砥山博行氏が引き受けて下さった。砥山氏および同社の加茂氏は、本校が３Ｄプロッターを導入した時点から接触があり、教育利用に関する様々な技術的助言をいただいた。また両日とも、東京都文京区立第三中学校の松本誠之氏、ローランドＤＧ社の加茂氏、本校技芸科非常勤講師（技術科）で東京学芸大学教育学部大学院生の永澤悟氏に補助スタッフとして当日の実習のサポートをお願いした。
初年度の試行でもあり、最初から多人数でのワークショップ開催は困難であるから、定員を１２名とした。募集要項を作成し高校生全員に配布した。また、募集要項に合わせて図１９の掲示用ポスターを作成した。申込者数は１３名であったが全員参加させることにした。
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ワークショップの最初に、ＣＡＤ・ＣＡＭの世界への興味・関心を高めるためにＷＥＢ上にある動画をいくつか紹介した。いずれも迫力のある機械加工の現場を写しており、学習者はグループごとのＰＣからさらに興味のある動画を観ていた。
次にワークショップ参加の動機などを明らかにするため、簡単な事前アンケートを実施した。質問項目は以下の通りである。
この中で①に対して以下のような回答があった。
③に対して、「ある程度知識や理解がある」と回答したのが４名、「名前や意味を聞いたことがある」５名、「ほとんど知識や理解がない」２名、「全く知識や理解がない」１名であった。④に対しては、１２名全員が「ある程度興味・関心がある」と回答した。
続いて筑波大学の長谷川先生に「ＣＡＤ・ＣＡＭの世界」のタイトルで講義をいただいた。図２０は講義に用いられたプレゼンテーションスライドの一部である。また図２１は、ロストワックスの平板加工で、ワークシートを使って図柄を作成 し制御コマンドのリストを書き込んでいるところ、図２２は３Ｄプロッタで図柄通りに切削が終了したところである。
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| 図２１ | 図２２ |
１日目の終了時に以下のような事後アンケートを実施し、テクノロジーに対する認識・体験の変容を探ることにした。
①については、９名が「よく理解できた」、④では２名が「興味・関心が大きく高まった」、８名が「興味・関心が多少高まった」と回答した。
２日目の最初は、Ｒｏｌａｎｄ ＤＧ社の砥山博行氏に３ＤプロッタＭＯＤＥＬＡ ＭＤＸ－１５の機能や性能について解説していただいた。１日 目の平板加工が順調に進んだのに対し、ＣＡＤ・ＣＡＭソフトウェアによるピルケース加工（図２３、２４）は思わぬトラブルに見舞われた。先述したＵＳＢ－ＲＳ２３２Ｃ変換ケーブルに付属してきたドライバに不具合があり、３Ｄプロッタが誤動作する事態が発生した。まれに最後まで切削できる場合もあったが、約半分のグループが切削を完了できなかった。後日最新のドライバに更新したところ、この問題は解決した。
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| 図２３ | 図２４ |
２日目の最後にも事後アンケートを実施した。
①については「よく理解できた」６名、「ある程度理解できた」４名で、全体的にプロダクトデザインに関する理解が進んだようである。②も「よく理解できた」７名、「ある程度理解できた」４名で、切削加工に必要な準備がほぼ理解されたといえる。ドライバの問題で切削が完了できなかったため③への回答は思わしくなく、「どちらとも言えない」が６名で大半を占めた。ワークショップを通して最も注目すべき④への回答は、「興味・関心が大きく高まった」が５名、「興味・関心が多少高まった」が６名で、好結果を得ることができたといえよう。⑤の記述について以下に示す。
夏期ワークショップ開催中の様子、ワークショップの成果等は、ＷＥＢページ「ＳＳＨ技術・情報科プログラム」を作成して内外に公表した。http://komabano.xrea.jp/ssh/modules/menu/main.php?page_id=1&op=change_page
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いくつかの写真には動画がリンクされており、画面をクリックすることでビデオ映像が再生される。特に３Ｄプロッターの動作が克明に記録されており、動作音も再生されるため同様の機材を使用する場合に、学習環境を想定する上で有効であると考えられる。
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図２６は、切削が終わった部品を切り離し、ピルケースの上下を合体させようとしているところである。学習環境の整備が不十分であったため、参加者にＣＡＤ・ＣＡＭの世界を存分に味わってもらうことはできなかった。しかし、２回の事後アンケートの結果は、本プログラムがテクノロジーの認識と体験に有効であることを示している。最初のワークショップ開催から得たノウハウを活用し、次年度もプログラムを継続していきたい。