学部前期課程
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最終更新日：2026年10月16日
授業計画や教室は変更となる可能性があるため、必ずUTASで最新の情報を確認して下さい。
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初年次ゼミナール理科
身近な物質で量子に触れる
Experiencing Quantum Physics Through Everyday Materials
講義概要
本講義では、身近な物質が示す量子力学的特性と、それらが現代の科学技術をどのように支えているかを題材として、量子物理学の基本概念を学ぶ。数理的な形式化に偏ることなく、物理的直感の養成、研究現場に近い環境での実践的な学習、ならびにチーム単位でのプロジェクトや議論を重視する。
本講義を通じて、受講生は量子物理学が単なる抽象理論ではなく、自然を理解し、革新的な技術を創出するための強力な視点であることを理解する。
学習目標
-身近な材料や技術を題材に、粒子波動の二重性、エネルギー準位の量子化、スピン、電子バンド構造、多体量子状態や量子相関、トポロジーなど、量子物理学の主要概念を理解する。
-次世代産業や日常生活の変革につながる、量子材料および量子技術の可能性について考察する。
-実験実習や実際の研究データの解析を通じて、基礎的かつ実践的な研究スキルを身につける。
-グループワークや（一部）英語によるプレゼンテーション・執筆課題を通じて、国際的な研究環境において必要とされるサイエンス・コミュニケーション能力を養う。
This course introduces the fundamental ideas of quantum physics by exploring quantum-driven properties in everyday materials and examining how these properties underpin modern technologies. Rather than focusing on mathematical formalism, the course emphasizes developing intuitive physical understanding, gaining hands-on experience in research-like settings, and engaging in team-based projects and discussions. By the end of the course, students will discover that quantum physics is not an abstract theory, but a powerful lens for understanding the world around us and for creating transformative technologies.
Learning Goals
- Understand key quantum concepts such as wave–particle duality, quantized energy levels, electronic band structures, spin, many-body entanglement, and topology through familiar materials and technologies.
- Explore the potential of new quantum materials and technologies to transform future industry and everyday life.
- Gain practical skills by engaging in laboratory-based activities and analyzing real research data.
- Develop scientific communication skills for international settings through collaborative activities, English presentations, and writing assignments.
本講義では、身近な物質が示す量子力学的特性と、それらが現代の科学技術をどのように支えているかを題材として、量子物理学の基本概念を学ぶ。数理的な形式化に偏ることなく、物理的直感の養成、研究現場に近い環境での実践的な学習、ならびにチーム単位でのプロジェクトや議論を重視する。
本講義を通じて、受講生は量子物理学が単なる抽象理論ではなく、自然を理解し、革新的な技術を創出するための強力な視点であることを理解する。
学習目標
-身近な材料や技術を題材に、粒子波動の二重性、エネルギー準位の量子化、スピン、電子バンド構造、多体量子状態や量子相関、トポロジーなど、量子物理学の主要概念を理解する。
-次世代産業や日常生活の変革につながる、量子材料および量子技術の可能性について考察する。
-実験実習や実際の研究データの解析を通じて、基礎的かつ実践的な研究スキルを身につける。
-グループワークや（一部）英語によるプレゼンテーション・執筆課題を通じて、国際的な研究環境において必要とされるサイエンス・コミュニケーション能力を養う。
This course introduces the fundamental ideas of quantum physics by exploring quantum-driven properties in everyday materials and examining how these properties underpin modern technologies. Rather than focusing on mathematical formalism, the course emphasizes developing intuitive physical understanding, gaining hands-on experience in research-like settings, and engaging in team-based projects and discussions. By the end of the course, students will discover that quantum physics is not an abstract theory, but a powerful lens for understanding the world around us and for creating transformative technologies.
Learning Goals
- Understand key quantum concepts such as wave–particle duality, quantized energy levels, electronic band structures, spin, many-body entanglement, and topology through familiar materials and technologies.
- Explore the potential of new quantum materials and technologies to transform future industry and everyday life.
- Gain practical skills by engaging in laboratory-based activities and analyzing real research data.
- Develop scientific communication skills for international settings through collaborative activities, English presentations, and writing assignments.
時間割／共通科目コード
コース名
教員
学期
時限
31688
CAS-FC1520S1
初年次ゼミナール理科
中辻 知
火曜4限
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講義使用言語
日本語、英語
単位
2
実務経験のある教員による授業科目
NO
他学部履修
不可
開講所属
教養学部（前期課程）
授業計画
Week1 ガイダンス (Guidance)
Week2 共通授業 (General Lecture)
Week 3 自己紹介・グループ分け・量子物理学が生み出す物質の多様性 (Self-introduction, grouping, and introductory lecture: How Quantum Physics Creates Different Types of Materials)
Week 4-7 グループワーク 1: スマートフォンの中の量子物理 (Group Activity 1: Quantum in Smartphones)
本アクティビティでは、グループで協力しながら、スマートフォンの中にどのような量子物理の原理が使われているのかを探究します。テーマの候補や参考資料は授業で提示されるので、それらを手がかりに調査を進めてください。調査した内容をもとに、各グループは研究ポスター形式でまとめ、翌週のポスターセッションで発表します。研究ポスターの作り方については、授業内で解説します。
(In this activity, students will work in groups to explore how key components of smartphones rely on quantum principles. Suggested topics will be provided along with assigned reference materials as a starting point. Each group will create a research-style poster on their chosen topic and present it during the poster session the following week. Guidance on designing an effective research poster will be provided during class.)
Week 8-13 グループワーク2：トポロジカル物質とは何か？(Group Activity 2: Topological Materials: Concepts, Experiments, and Potential Applications)
本アクティビティでは、グループで協力しながら、トポロジカル物質に関するテーマについてレビュー論文の執筆に取り組みます。レビュー論文の基本的な構成、分かりやすい図の作り方、そして学術的な文章作成を支援するAIツールを適切に使う方法について、授業内で解説します。
第9週には、研究室ツアーと実験デモンストレーションを実施し、物質の合成や測定、現在進められている研究について紹介します。講義で学んだ内容が、実際の研究現場でどのように活かされているのかを体験的に理解してもらうことを目指します。
(In this activity, each group will collaboratively write a review paper on their selected topic about topological materials. Instruction and guidance will be provided on structuring a scientific review, presenting figures clearly and effectively, and using AI tools responsibly to support academic writing. In week 9, we will offer students an on-site introduction through a guided lab tour and demonstrations. Students will learn about material synthesis, measurement techniques, and current research directions, bridging classroom materials and real research practice.)
授業の方法
対面講義（PPT使用）Face-to-face lecture using Powerpoint slides
指導下でのグループワーク Group work under guidance
現場での実験室体験 On-site lab experiences
成績評価方法
出席 (Attendance)
グループプロジェクト(Group projects)
最終レポート(Final report)
履修上の注意
量子物理学についての事前知識は不要です。物理学に興味があり、英語での説明や資料にも挑戦してみたい方、また英語を使ったグループワークに意欲的に取り組める方の受講を歓迎します。
(No prior background in quantum physics is required. This course is open to students who are interested in physics and are willing to engage with English-based instructions and participate actively in group projects conducted in English.)
