変わらぬエンジニア教育、“前世紀”からの脱却法を探れ！：NIWeek 2012現地リポート

モノづくりの複雑化が進み、エンジニアにはエレクトロニクスとソフトウェア、メカの融合領域のスキルが求められるようになっている。一方、グローバルな市場環境で厳しい闘いを強いられる企業では、モノづくりの現場で技術教育に割けるリソースが足りないという実情がある。この大きなギャップをどう埋めるのか……。技術教育の変革が必要だ。

　“数理科学のデスマーチ（the math-science death march）”――。The New York Timesは最近、このような刺激的な表現を使って、1つの問題を提起した。工学や科学に関心を持つ学生がどんどん減っているという問題である。

　同紙の記事は、米国の国立教育統計センター（The National Center for Education Statistics）のデータを引用し、問題の現状を浮き彫りにしている。2009〜2010年に米国で学位を取得した学生のうち、エンジニアリング分野の専攻はわずか5.4％にとどまった。この数字は1980年代の半ばに9.9％のピークを記録して以降、右肩下がりの傾向が続いている。隣接領域であるコンピュータサイエンス専攻の学位取得者も、2000年代の前半に4.3％のピークを迎えた後は急降下しており、2009〜1010年は2.4％と低迷する。米国では他にも、エンジニアリング分野の学生のうち40〜50％もが、途中で専攻を別の分野に切り替えたり、学校をやめたりしてしまうという統計もある。

工学/科学の人気が下降し続けている　縦軸は、米国で学位を取得した学生の割合（％）である。横軸は西暦。「エンジニアリング」「バイオロジー」「コンピュータサイエンス」の各分野は下降傾向にある。出典：The New York Times（データの出所はThe National Center for Education Statistics）（クリックで画像を拡大）

　これがなぜ問題なのか。あらためて問うまでもないだろう。気候変動やエネルギー/食料の危機、人口爆発といった、世界が抱えるさまざまな難題――グランドチャレンジ――に立ち向かい、乗り越えるには、工学や科学の力が不可欠になる。モノづくりを手掛ける企業にとっても、切実な問題だ。所要のスキルを備えたエンジニアを獲得できないという状況は、事業継続性に大きな影響を及ぼす。

技術教育の悩みは世界共通

　AppleやGoogle、Facebookなど、工学や科学の力を基盤とし、隆盛を誇る企業を数多く抱える米国でさえもこの状況だ。大手電機メーカーが苦境にあえぐ日本に目をやれば、事態はさらに深刻である。もっとも、これは先進国だけの問題ではない。インドの有力紙であるThe Hinduは2012年3月12日付の記事で、「就業に資する能力を備えたエンジニアは、わずか3％しかいない」と伝えている。

　近代の世界は、工学と科学への依存度をどんどん高めている。それは間違いない事実だ。それにもかかわらず、次世代の担い手が減っている。その数少ない志望者も、十分に育つ前に進路を変えてしまう。学校だけではない。グローバルな市場環境で厳しい闘いを強いられるモノづくりの現場では、若手や新卒のエンジニアを早期に戦力化することがまさに死活問題になっている。開発対象の製品は複雑度が増す一方で、エレクトロニクスとソフトウェア、メカといった、複数の領域にまたがるスキルを備えた人材が求められているのだ。それにもかかわらず、技術教育に割ける人的・時間的なリソースは減るばかり。本来ならばリソースを増やさなければ追い付かない状況だが、それは許されないのが実情である。

　エンジニアリング分野で求められる人材と、それを生み出す学校や企業の教育現場。拡大し続ける両者のギャップをどう埋めればよいのか――。この世界共通の問題に対しNIWeek 2012では、工学/科学分野の教育関係者が集う「アカデミックフォーラム（Academic Forum）」を中心に、専門家たちが活発な議論を交わした。

Academic Forumの基調講演の様子　左側の写真で、向かって左手に立つのは基調講演のスピーカーを務めたNIのDirector of Training & Academic ProgramsのDave Wilson氏である。隣に立つのは、カナダQuanser社のChief Education OfficerであるTom Lee氏。同社は、制御システムの教育ソリューションを手掛けており、この基調講演のステージでは、右側の写真に示した機材を使ったデモを実演してみせた。エンジニアの育成に向けた教材として使えるシミュレーションシステムで、自動車の電子制御システムを模している。（クリックで画像を拡大）

早い時期に“物理的な”システム構築を体験させよ

　このアカデミックフォーラム（Academic Forum）において多くの専門家が指摘したのは、技術教育の対象者が学生であれ新卒や若手のエンジニアであれ、鍵は「理論と実践をすぐに結びつけられるような機会と教材を提供すること」にあるというポイントだ。基調講演の登壇者や技術セッションの講演者らは、（1）技術教育では早い時期に、何らかの“システム”を自分の手で作り上げる体験を与えること、（2）それも、コンピュータシミュレーションだけで完結させるのではなく、物理的な実体のある教材を使って、実際にシステムを組み上げることが重要だという共通認識を示していた。

　米国ニューヨーク州ロチェスターにあるコミュニティカレッジ^＊1）Finger Lakes Community Collegeで物理学の教授を務めるSam Samanta氏は、技術セッションの中で、「21世紀に向けた技術トレーニングの再発明（Reinvention of Technical Training for the 21st Century）」と題して講演した。

職業訓練機関と求人企業のギャップを埋める取り組みを推進　Finger Lakes Community Collegeで物理学の教授を務めるSam Samanta氏。「Reinvention of Technical Training for the 21st Century」と題して講演した。「20年以上にわたって教壇に立ってきた中で、21世紀に向けた技術トレーニングの再発明というこのテーマは、最もエキサイティングな冒険である」（同氏）。

　同氏は講演の中で、「米国では、職を求める何百万もの人が未就業である一方、産業分野で60万人もの求人が埋まらない状況にある」という最近の報道を引用し、そのギャップを埋める取り組みについて紹介した。地域経済における職業訓練機関の役割を担う同カレッジが、周辺のハイテク業界と連携して立ち上げた、計測/制御技術の習得に向けた実践的な教育プログラムであり、各種の電子システムから産業ロボット、無線通信、光学機器といった幅広い業種の企業に人材を供給することを目指しているという。

　同氏はこの取り組みを主導する人物で、次のような問題意識を持っていたという。「旧来の技術トレーニングは、エレクトロニクスのハードウェアとソフトウェア、メカそれぞれが区分けされて独立に扱われていた。しかし今、エンジニアリングの現場では各領域の融合が進んでいる。その実態に即した変革が職業訓練も求められており、それを果たすことで人材の需給ギャップを軽減したいと考えた」（同氏）。

　そこで今回の教育プログラムでは、ハイテク産業において設計やテスト、製造、品質管理に携わるために必要なスキルを習得できるようにした。マイコンやPLC（プログラマブルロジックコントローラ）、FPGAといったデバイスをコントローラとして利用し、NIのグラフィカル開発ツールである「NI LabVIEW」を使って、自動データ集録や計測/モーション制御、マシンビジョンなどのシステムを組み上げる実習を中心に据えたという。

技術教育の“好循環”を作り出す　複数のフィードバックループをうまく組み合わせて技術教育の“好循環（Virtuous Cycle）”を作り出した。代数（Algebra）や初等数学（Pre-calc）、数値計算（Num-calc）、また応用物理学（Applied Physics）といった“理論”を、NIのグラフィカル開発ツール「NI LabVIEW」やSPICEシミュレータ「NI Multisim」、Microsoftの表計算ツール「Excel」を用いて可視化することで、エンジニアリングの実践的な“道具”としての使い方を体感させる。さらに、データ集録（DAQ）やマシンビジョン、モーション制御といった“応用システム”と、その制御を担う電子回路やPLC、マイコンなどの“コントローラ”を使った実習を通して、“実践”レベルに落とし込む。（クリックで画像を拡大）

　この中で同氏が「技術トレーニングの再発明」の1つと位置付けるのが、数学や物理という“理論”と、それを応用したシステムという“実践”の2つの要素について、受講者の学習順番を反転させた手法だ。「理論から入って実践に進むという従来の順序を入れ替えて、まず実践、次に理論という順番にした」（同氏）。具体的には、NIのグラフィカル開発ツール「LabVIEW」やSPICEシミュレータ「Multisim」、Microsoftの表計算ツール「Excel」などを、数式や物理法則の可視化ツールとして活用した。例えば、応用物理を学ぶ際には、まずLabVIEWとカメラを組み合わせてマシンビジョンシステムを構築し、産業界での実践的な応用事例を先に体験させる。微分方程式を学ぶのはその後だ。「数学や物理は、学習者が先に進むのを拒む大きな“関門”になってしまう。そこを無事にくぐりぬけられるような工夫が重要である」（同氏）。

理論と応用の関連性を“すぐに”体感させる

　ナショナルインスツルメンツでDirector of Training & Academic Programsを務めるDave Wilson氏は、アカデミックフォーラム（Academic Forum）の基調講演に立ち、技術教育における問題解決のカギは「理論を学ぶ際に、それが現実のアプリケーションにどう作用するかという関連性を“すぐに”体感させることにある」と指摘した。さらに、それを実現するソリューションとして同社が提供する「NI miniSystems」を紹介した。

理論が応用にどう作用するのか“すぐに”体感できるソリューション　「NI miniSystems」は、NIが教育/トレーニング向けに供給する小型の計測/制御モジュール「NI myDAQ」（図中、左下にある白色のモジュール）のアドオンボードで、さまざまなプリケーションの品種が用意されている。この図では、発電から電力変換、送電、負荷に至るまで電力網の一連の機能をまとめた「myGrid」を示した。（クリックで画像を拡大）

　NI miniSystemsを使えば、LabVIEW上でグラフィカルなコードとして記述したアルゴリズムを、物理的な実体のあるシステムにその場ですぐに実装し、システムレベルの挙動を観測することができる。アルゴリズムを改変し、挙動にどういった変化が生じるかを直ちに確認することも可能だ。

　この他にもNIは、同様のコンセプトで技術教育に活用できるさまざまなハードウェア/ソフトウェア製品を数多く供給している。ソフトウェア無線トランシーバモジュール「NI USRP（Universal Software Radio Peripheral）」や、教育/トレーニング用の設計・試作プラットフォーム「NI ELVIS」、組み込みマイコン開発システム「Arduino」に対応した「Arduino用NI LabVIEWインタフェースツールキット」などである。

　エンジニアリング分野で求められる人材と、それを生み出す学校や企業の教育現場――。拡大し続ける両者のギャップを埋めるには、これらが有力なツールになり得る。大学をはじめとした教育機関で学生の技術教育に携わる教員のみならず、企業で新卒・若手エンジニアのトレーニングを担当するエンジニアも、これらのソリューションを積極的に活用し、“数理科学のデスマーチ”からの脱却を目指すべきだろう。

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提供：日本ナショナルインスツルメンツ株式会社
アイティメディア営業企画／制作：EE Times Japan 編集部／掲載内容有効期限：2012年9月30日