現代科学フェアの裏側：風洞実験、宇宙船のパラシュート、ケブラー製サッカーソックス

過去 10 年か 20 年の間に学校の科学フェアに行ったことがある人なら、ピーター・ブレイディ風の、雑に噴火する張り子の火山の時代はとうに過ぎ去っていることをすでにご存じでしょう。

それでも、火星に着陸するNASAの宇宙船の落下速度を減速するために設計された前方装着型パラシュートや、炭素粒子を捕集して大気汚染を軽減する芝刈り機用濾過装置を目にするとは思わないかもしれない。しかし、これらはウェストシアトルのルイザ・ボーレンSTEM K-8スクールの6年生が今年制作した革新的なプロジェクトのほんの2つに過ぎない。

この学校が科学、技術、工学、数学（STEM）に重点を置いた学校になったのはわずか4年前で、今年は6年生が入学するまでに成長した初めての年です。

来週、Boren STEM K-8は、シアトル公立学区の中学校向け科学・工学フェアに初参加します。フェアは航空博物館で開催されます。同校からは5チーム（女子7チーム、男子1チーム）が、5万2000人の学区内から約150チームが参加する科学対決に出場します。

先週、不安を抱えた生徒たちは、ボレンSTEM K-8の学校科学フェアに向けて準備をしていた。このフェアでは、来たる地区コンテストの出場枠5つをかけて16の展示作品が競い合った。

候補者の中には、カルメン・オルセンとエリン・ハントが参加し、「あなたはどの家に住みますか？実験用風洞で4つの一般的な建築住宅デザインの調査」というプロジェクトに取り組んでいました。

昨年、少女たちは、さまざまな形の物体が水柱の中を沈む速度を測定することで流体力学をテストする実験に魅了されました。

「生徒たちは夢中になっていました」と、6年生の担任教師クレイグ・パースリーさんは言います。今年は建築デザインについて教えたところ、生徒たちはハリケーンの中で様々な建築様式を試すことに興奮していました。

パースリーは大型ファンを使った即席のテストも検討したが、すぐに本物の風洞を使った方がはるかに良いと判断した。学校の地域連携担当の協力を得て、シアトルに拠点を置くエンジニアリング会社マッキンストリーに協力を依頼した。

「私たちは教室でのSTEM教育支援に熱心に取り組んでいます」と、マッキンストリーのエンジニアリングディレクター、マイケル・フランク氏は最近の同校訪問時に語った。同僚たちは喜んで協力してくれた。「こういう機会を持ち出すと、まるでプレーリードッグがひょっこり現れて『やります、やります』と言っているような感じです」と彼は言った。

そこでマッキンストリーは、地元のサプライヤーであるドースの支援を得て、長さ24フィート、直径20インチの風洞を製作し、学校に寄贈しました。風洞には観察窓も備え付けられています。風洞は簡単に複数のセクションに分割でき、試験対象物を構造物に投入できます。パースリーと生徒たちは風洞の組み立てと配線を行いました。

カルメンとエリンは、それぞれ80立方インチの模型住宅を4棟製作した。片側に長く傾斜した屋根を持つソルトボックス型の住宅、Aフレーム住宅、箱型の正方形のアパート、そしてジオデシックドームである。それぞれの建物に、ミリメートル単位の定規を貼り付けた。そして、三脚に取り付けたレーザーを風洞の窓から定規に照射する実験モデルを設計した。二人は、実験中にレーザー光が移動する場所に応じて、各建物が風によってどれだけたわむかを測定することができた。

装置のデモンストレーションでは、少女たちはアパート風の建物をレーザーと一列に並べ、風で回転した。

彼らはゆっくりと速度を毎分400フィートから上げました。500フィート、1,000フィート。建物はねじれ始めました。2,000フィート、2,600フィート。

「また動いた！」窓から外を覗き込み、人工の自然災害で建物が変形するのを見ながら、エリンは言いました。

「ハリケーンに遭って、アパートの中にいるなら、そこから逃げたほうがいいわ」とカルメンさんは言った。

16 年間教師を務めているパースリーさんは、生徒たちに科学と工学の実践的な学習をする機会を与えることを大切にしています。

「子どもたちに材料と道具を与え、理論的な指示を与えれば、彼らは理解するでしょう」と彼は言った。「本当にそうなんです」

別の学生は地震が建物に与える影響をテストしたかったので、パースリーさんは地下室に長い間保管していた古い紡績機を使って地震シミュレーターを組み立てるのを手伝いました。

パースリーは、子供たちがジグソー、オービタルサンダー、電動ドリルなどの道具を使って作品を作るのを手伝っています。パースリーは、数学やより高度な科学原理の学習と並行して、子供たちが物理的な道具の使い方を学ぶような指導をすることを好みます。彼は、必修カリキュラムに実験や問題解決を取り入れるよう努めています。

テストに重点が置かれている時代に、「私たちは基準を、皆さんの情熱を探求する機会に変えています」と彼は語った。

そして、情熱の追求は報われることもある。風洞実験に挑戦した少女たちは、学校のフェアで科学部門で優勝したのだ。

ナイジェル・セバスチャンという名の学生が、尿と焼却灰を原料として食糧生産を高める低コストの肥料を作る実験で工学部門で優勝した。

地区大会に出場する他の 3 つの Boren STEM K-8 チームは次のとおりです。

• ウェストシアトルのロングフェロー川沿いで水質調査を実施したエヴァリン・カス氏とニタ・ハン氏。
• Katya Fox と Raeya Logue が、淡水と塩水で泳ぐ魚に及ぼす流体力を調べる実験を行っています。
• そして、芝刈り機に取り付けて炭素粒子を捕捉するフィルターを開発したエヴァ・ヘルデナーさん。

地区フェアの審査員は、総合最優秀賞、最も独創的賞、総合最優秀環境持続可能性賞、最優秀航空賞、特許取得の可能性が最も高い賞など、科学または工学の分野でさまざまな賞を授与します。

最終選考には残らなかったものの、独創的なデザインの一つが、サッカースパイクによる切り傷を防ぐために2人の少女が作ったケブラー繊維で補強された靴下でした。彼女たちは人間のすねの代わりにハムの塊を使ってこの製品をテストしました。その結果、ケブラー繊維の靴下は切り傷を100%防ぐことが証明されました。

「これは、未来の科学教育のあり方を示すモデルです」とパースリー氏は述べた。「生徒たちのアイデアを有機的に成長させ、理論が思考を導くようにするのです。子どもたち自身の情熱を通して、科学への愛が育まれるのです。」

最新情報：カーメン・オルセンさんとエリン・ハントさんは、昨夜シアトル公立学区の中学校理科・工学フェアで、風洞実験プロジェクトで6年生部門の「最優秀賞」を受賞しました。ボーレンSTEM K-8の他の5チームのうち3チームも、約150名の参加者が見込まれるこのイベントで賞を受賞しました。