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学科・専攻スタディ! 理学部・工学部系統で何を学ぶ?

  • 【学部リサーチ 2016】 理学部・工学部系統の総合的研究

理学部・工学部系統で何を学ぶ?

自然現象の原理と本質を探ることを目的とする理学部と原理や物質を技術やモノづくりに応用して社会に役立てようとする工学部。目的へのアプローチに違いを持つ両学部だが、科学や技術の発展に従ってその幅は拡大し、複合的な分野も少なくない。

自然界の原理と本質を探る理学部

 理学部では、大学によって規模の違いはあるが、多くが物理・化学・生物・地学・数学を学科・専攻の軸としている。たとえば東京大の理学部には、数学、情報科学、物理、天文、地球惑星物理、地球惑星環境、化学、生物化学、生物、生物情報科学の10学科があるが、それらは、数学(数学科・情報科学科)、地学(天文学科・地球惑星物理学科・地球惑星環境学科)、生物(生物学科・生物化学科・生物情報科学科)、物理、化学の5分野に大くくりできる。これは京都大も同様で、数学、物理学・宇宙物理学、化学、地球惑星科学、生物科学の5つの系で専門研究を行っている。
 これらの学問に共通するのは、自然界の現象から推論・仮説や実験・調査などを通じてその本質を解明するという目的。こうした理学部の成果が解明した物事の原理や本質が、工学の分野で社会に役立つ技術として発展することも多い。また、前述の5分野に加え、環境科学のように各分野を複合した学際的学科も理学部に設置される。

モノづくりと技術の工学部、その幅広さ

 自然界のさまざまな現象や物質がもつ原理や本質を追求する理学部に対し、原理や物質を人間社会に役立つモノや技術に応用する方法を研究するのが工学部だ。
 工業高校や工業専門学校は、製造に実際に携わる人材の養成を主な目的とするが、大学の工学部は、製造ラインを管理したり製造ラインそのものを設計したりできる、リーダー的なエンジニアを養成する学部として出発した。
 工学部とひとことで言ってもその研究分野の幅は驚くほど広い。機械工学や電気・電子工学、建築・土木といったいわゆる「ものづくり」だけでなく、数学や情報科学をIT(情報技術)や企業等の組織経営、製品管理にまで応用する研究が行われているほか、理学を技術に発展させるためのアプローチとして応用物理学や応用化学も工学部に設置されている。

学科の内容

数学科

数理科学科 数物科学科 等

 数学を研究する学科は、近年、数理学科や数理科学科というように、数理という名称を使う例が多くなっている。数理とは数学上の理論を意味することばだが、数理がコンピュータ科学、とくに人工知能の研究に欠かせない要素となってきたためである。
 数学科や数理科学科では、1年次で微積分学と線形代数を学び、2・3年次では集合、位相、代数(群論や環論など)、幾何(多様体や微分幾何学など)、解析(フーリエ解析、関数解析など)などの専門科目を履修する。

情報科学科

情報数理学科 情報システム学科 コンピュータサイエンス学科 等

 この学科では、コンピュータによって処理される「情報」の構造や計算論、また情報を処理する機会であるコンピュータのアーキテクチャなどを学ぶ。いまや人間社会のすみずみにまで浸透している情報技術の原理と技術を知り、さらなる情報技術の発展とその安全を担う人材を育成する学科である。
 情報科学科の学びの内容としては、情報処理学会がまとめた標準カリキュラムが多くの大学で採用されている。1年次では数学、物理学、化学、計算機科学の基礎を学び、2年次では、代数、集合と位相などの数学系科目、確率と統計、アルゴリズムとデータ構造、オートマトンと数理言語論などとともに、C言語やJavaなどのプログラミング言語を学ぶ。3年次では、オペレーションズリサーチ、データ解析などの応用数理系科目、コンパイラ、オペレーティングシステムなどの情報系科目を学ぶ。

物理学科

物理科学科 等

 物理学は、さまざまな自然現象の中に普遍性を見出そうとする学問。自然現象を誰にでも納得できるよう説明するための学問とも言える。
 物理学の基礎は、力を受けた物体の運動について記述する「力学」、電気・磁気・電波・光に関する「電磁気学」、熱や物質の輸送およびそれに伴う力学的現象について述べた「熱力学」、液体や気体が流れる際の原理について述べた「流体力学」として19世紀末までにほぼ確立したと言われているが、これらの古典的物理学は20世紀以降、新しい実験結果の発見や特殊な条件下での理論破綻の判明により爆発的に発展した。例えば、力学は物体の速度が光速に近づくと破綻することから一般相対論に発展し、原子などのミクロな物体でも破綻することから量子力学に発展した。物理学の各分野は宇宙論から原子物理、素粒子、光学、生物学から果ては情報理論や経済学にまで波及しており、あらゆる自然科学に強い影響力をもつその存在はますます大きさを増している。

           

化学科

化学・生命科学科 化学・生物化学科 等

 化学科では、物質がどのような性質を持っているか、物質相互にどのような関係が働き、どのような反応が起きるかを研究する。
 化学という学問は、炭素を主な成分とする有機化合物を研究する有機化学とそれ以外の化合物(無機化合物)を研究する無機化学に始まり、物質の性質を質的・量的に調べる物理化学、生物の代謝産物や生体機能を化学的に解明する生物化学、さらに物質中の化学成分の種類や量を解析する分析化学へと広がっていった。
 化学は現在、有機化学、無機化学、分析化学、物理化学に4大別されているが、それは化学がこうした歴史を持つため。化学科では、これらを専門基礎科目として3年次までに学び、高分子化学や生(物)化学なども付加される。

           

生物学科

生物科学科 生命科学科 生物環境システム学科 等

 生物学とは、ウイルス、細菌、微生物、植物、動物、人間などあらゆる生物について、その多様性と生命現象に共通する法則を科学的に明らかにしようとする学問。
 生物学は、生物界を系統的に分類する分類学、生物と環境の間の相互作用を研究する生態学、生物の構造と形態を研究する形態学、生命現象を機能の面から研究する生理学が基礎で、これらの上に、発生学、遺伝学、進化学、生化学、生物物理学、細胞生物学、分子生物学などの応用研究が行われている。
 現在、分子生物学は、2003年のヒトゲノムの全解析を受けて急速に進み(これ以降の時代を生命科学界では「ポストゲノム時代」という)、ES細胞やiPS細胞などの多能性幹細胞を用いた再生医療、遺伝子組換え技術などを用いた新機能動植物の作製などの技術が急速に進展している。

           

バイオサイエンス学科

生物応用化学科 生命・生物工学科 応用バイオ化学科 等

 バイオサイエンスは、生物科学、あるいは生命科学を指す言葉だが、学科名称に用いられている場合は、遺伝子操作技術を専門的に学ぶという意味合いが強い。
 バイオサイエンス学科は現在、帝京大、東海大(農学部)、東京農業大、長浜バイオ大、京都学園大に設けられているが、それらでは、動植物や微生物の生物機能を、遺伝子やたんぱく質などの生体物質レベルで化学的に研究し、農業や工業、医療などに応用する研究が行われている。

           

生命医科学科

 生命科学と医学を融合させた学科で、新しい医薬品や医療機器、病気の診断や治療方法の開発に携わるこれまでにないタイプの科学者を養成しようとする学科。
 この分野で先駆けとなった早稲田大学先進理工学部生命医科学科では、1年次で、物理、化学、数学、生命科学、2年次で、分子細胞生物学、生理学、生化学、微生物学、分析化学など生命科学や生命工学の基礎を学び、3年次では、薬理学、神経科学、免疫学、ウイルス学、ゲノム創薬科学、4年次では、生命機能材料科学、脳神経科学、病態医化学、細胞情報学など医学の専門科目について学ぶカリキュラムを組んでいる。1年次の解剖・組織学実習、2・3年次の生命医科学実験など実験・実習科目の多さも特色といえる。 

           

地学科

地球科学科 地球惑星科学科 地球惑星システム学科 等

 この学科では、地質学(化石などを通して古代の生物について研究する古生物学、岩石について構成物質などを調べる岩石学、鉱物の成分や結晶構造などについて調べる鉱物学などからなる)、地震学、気象学、火山学、雪氷学、海洋学、測地学、地球電磁気学、天文学などからなり、高校で学ぶ地学とは比較にならないほど巨大な学問分野となっている。
 地学は、地表から地球内部について研究する従来の学問から、最近では、地球が属する太陽系・惑星系・宇宙を研究する学問へと変化しており、そのために、学科名称も地球惑星科学科や地球科学科、地球環境学科、地球圏システム科学科などとしている例が多い。 

           

環境科学科

環境人間学科 生命環境科学科 環境システム学科 等

 環境科学とは、人間を取り巻く環境を研究して、その環境の破壊や劣化を防止する学問。理学だけでなく経済学・社会学など各種の学問と融合した学際的分野で、大気汚染や海洋・湖沼汚染などが問題になった1960年代以降大きく発展した。自然界で発生する化学的な現象、水質、土壌、大気汚染の度合いを量的に測定・分析する環境化学は、この一分野。環境科学部を文理融合の学部として1997年に開設した長崎大は、文系の環境政策と理系の環境保全設計の2コースを設置。環境保全設計コースでは、地球環境、生物多様性、生体影響、環境技術の4サブコースを開設し、環境保全、環境対策に取り組む技術者・研究者を養成している。

           

機械工学科

機械情報工学科 機械システム工学科 機械機能工学科 等

 新たな機械や機構、生産手法に関する技術を開発するほか、使用可能な技術を統合・システム化し、新たな機械・機器・装置を生み出すことを目的とする学問分野。
 機械工学科は大学の工学系学部の大半に設置されており、ロボティクス学科やロボット・メカトロニクス学科などもこの分野に含まれる。近年は自動車や新幹線、リニアモーターカーなどの輸送機器、ガスタービンなどのエネルギー機器、家電製品、ロボットなどに加え、人工心臓や人工関節などの医療用機器、車椅子や電動ベッドなどの福祉機器などへと研究開発の対象が大きく拡大している。また、病気の診断・治療に使われる機器を開発する医用工学や、福祉施設などで使われる福祉器具を開発する福祉工学といった新分野も誕生している(医用工学は後述)。 

           

電気電子工学科

電気電子システム工学科 電気通信工学科 電子情報工学科 等

 電気・電子工学は、物質のもつ電気・磁気・電子・光学的な現象を利用して、人間社会にとって役にたつモノや技術を開発しようという学問。エネルギー、情報通信、回路・システム、デバイス・材料などが基幹分野で、このうちエネルギー分野では、核融合発電、燃料電池、風力発電、超伝導などが、情報通信分野では、有線、無線、光による情報通信システムとネットワーク、ソフトウェアとハードウェア、音声・画像・映像の処理や合成技術の開発などが、回路・システム分野では、電気エネルギー生産・蓄積のための回路とシステムの設計・開発などが行われている。また、デバイス・材料分野では、金属や半導体、有機材料などを組み合わせた高性能デバイス(素子)の作製などが行われている。

           

情報工学科

情報システム工学科 情報知能工学科 情報通信工学科 等

 コンピュータのプログラミングからハードウェア、オペレーティングシステムまで幅広く学ぶ学科。米国で発達し、日本では、1970年代以降に学科が設置され発展していった。コンピュータが人々のキーテクノロジーになったことで、情報工学、なかでもプログラミング技術の修得が必須とされるようになっている。
 基幹となる科目は、プログラミング論、プログラミング言語の構造、プログラミングの設計と実現、計算機システム論、計算機ハードウェア、情報構造とアルゴリズム解析、オペレーティングシステムとアーキテクチャなど。

           

材料工学科

マテリアル工学科 物質化学工学科 物質工学科 等

 物質の特定の性質を利用し、製品を作り出す学問分野。鉄や銅や金などの金属材料を対象とする金属工学のほか、セラミックスや半導体を対象とする無機材料工学、プラスティック、液晶などの有機材料を対象とする有機材料工学などがある。
 材料研究は、ナノテクノロジー、バイオテクノロジーとともに、工学の最重点分野とされており、地球環境の破壊を食い止め、資源の枯渇を解決するための最重要技術とされる。学科名は、マテリアル、物質をキーワードに、物質工学科、物質化学工学科などが多くなっている。

           

土木工学科

都市環境工学科 社会基盤工学科 社会環境工学科 等

 市民のための工学(Civil Engineering)と位置づけられている学問で、社会基盤となる施設(インフラ)の整備を研究する。
 インフラには、交通運輸(鉄道、道路、港湾など)、水(水道、堤防、ダムなど)、エネルギー(電気、ガス、石油、原子力など)、情報(電信、電話、ネットワークなど)があり、土木工学科では、これらの設計と施工、それらが環境に及ぼす影響の調査、投資効果の分析などを学ぶ。

           

応用化学科

応用化学・生命工学科 応用生命化学科 等

 原子の構造や分子運動などの化学の理論や知識を活用して、さまざまな分野で役立つ新しい素材や物質を作り出す学問。工業化学、化学工学、物質化学、高分子化学などが含まれ、いま日本が世界でもっとも進んでいるとされる学問分野だ。現在、人造酵素、形状記憶合金、ポリマー、超伝導物質、医療機器・コンピュータ用磁性体、液晶などが研究開発のターゲットとなっている。

           

応用物理学科

物理情報工学科 物理工学科 電子物理工学科 等

 物理学の他の諸分野への応用を目的とした学問で、わが国が発祥。物理工学、電子物理科学、物理情報工学なども同系統だ。
 応用物理学科では、放射線・プラズマ、計測・制御、光、量子エレクトロニクス、真空・薄膜・表面、荷電ビーム、有機エレクトロニクス、半導体、結晶工学、超伝導などが研究されており、機械工学や電気・電子工学などの分野とも深い関連性をもつ。

           

建築学科

建築・環境デザイン学科 建築都市環境学科 建築環境システム学科 等

 建築学は、安全・快適で、美しくかつ経済的な建物を作ることが目的。強固な建物を造るにはどのように部材を組み合わせればいいかを研究する建築構造学、火事などの災害に強く安全で確実な待避計画はどのようにすればいいかを研究する建築防災学、建築に用いられる材料の特性・用途などについて研究する建築材料学の3つが基幹分野だ。
 これに、室温・光・音など建築物の環境について考える建築環境工学、材料や部品の構成・組立を考える建築構法、安全で能率的に工事を進めるための建築施行、どのような施設をどのような場所にどのような規模で作るかを研究する建築計画、どういう形がいちばん適切かを研究する建築意匠、隣り合う建築物や環境との調和を考える都市デザインなどの学問分野が加わったのが現在の建築学だ。

           

航空宇宙工学科

航空宇宙学科 航空工学科 航空システム工学科 等

 航空機は、機体、エンジン、油圧系、制御用コンピュータ、ジャイロなどの計測器、それらを結ぶ光ファイバーや電線などからなる一つのシステム。それらについて、流体力学、構造力学、推進工学、航行・制御工学の4分野から研究するのが航空(宇宙)工学という学問。
 流体力学では、空気中を飛ぶ時に機体に働く力を、構造力学では、航空機を軽く強い構造にするための方法を、推進工学では、飛行のための推力を、航行・制御工学では、航空機が安全に飛ぶための制御技術をそれぞれ研究する。国産飛行機が開発され商用ベースに乗ったことで、自分の手で飛行機を作るチャンスも生まれている。また、法政大や東海大、崇城大、千葉科学大などには、エアラインパイロットを養成する課程が設置されている。
 日本の大学で初めてパイロット養成コースを設置した東海大は、航空宇宙学科に航空操縦学専攻を開設しており、米国ノースダコタ大への飛行訓練留学も含め、在学中での操縦士免許取得を目指している。

           

航海工学科

海洋機械工学科 海洋機械工学科 等

 航海工学は、船舶の構造、安全な航行法、船舶の検査・補修などを研究するとともに、船舶の運航に関わる人間の育成などを行う学科。長い間、造船工学、船舶工学として船舶の建築・設計や船内機器・設備の製作を研究対象としてきたが、最近は、造船不況の影響もあり、エネルギー開発や地球環境問題など、基礎科学に力を入れている大学が多くなっている。
 航海工学科では、基礎科目として数学、力学、流体力学、材料力学、機械工学、電気工学、制御工学、コンピュータ科学、設計・製図などを学び、船舶構造、船舶システムなどについて専門研究を行うところが多い。

           

経営工学科

経営システム工学科 管理工学科 等

 工業生産の効率化のための技術教育と研究を目指す、社会工学の一分野。
 工業製品の生産を効率よく行うには、できるだけ速く安く無駄なく作り、できるだけ早く出荷する必要がある。これらについて、数理モデルを構築し、それを解析し、それらからよい答えを見出し、さらに、数理モデルを解析するアルゴリズム(計算方法)を開発するという手順で研究が進められる。

           

生物工学科

生物機能科学科 生物応用工学科 生物応用化学科 等

 生物のもつ機能を解明・利用して、ものづくりに応用しようとする学問。
 タンパク・分子レベルで、遺伝、発生、エネルギー変換、運動、神経伝達、脳内情報処理などの生体機能を解明する遺伝子科学・分子生物学と、外界からの刺激(入力)と刺激に対する応答(出力)の観測とその数理モデルで、脳システムの機能のメカニズムを解明するシステム科学の2つの学問が総合されたのがこの学問。生物学、物理学に加え、生物機能を理解するために必要な情報やシステムを学ぶ情報システム工学を柱としている大学が多い。

           

画像科学科

画像設計学科 情報画像学科 光・画像工学科 等

 画像工学は、情報工学から分かれた学問分野で、印刷、写真などの画像技術に情報工学が加わって発展した。
 画像科学科では、コンピュータグラフィックスをはじめとするデジタル技術による画像や映像の表現方法、デジタル処理による色の再現技術、画像や映像をデジタル変換したり高速で送信したりする技術などを学ぶ。スマホやタブレットなどの携帯情報端末による映像の大容量送受信が一般的となり、これらに精通した人材を育成する画像科学科への期待は大きい。

           

医用工学科

医工学科 医用生体工学科 等

 医用工学は、人の命を守る医療機器などを研究する学問で、医用生体工学、医療工学などとも呼ばれている。
 医用工学科では、人工臓器の開発、新しい診断装置の開発、手術用ロボットの開発など多岐にわたる研究開発が行われているほか、人間の記憶のメカニズムや筋肉や関節の動きなどに関する研究も行われている。
 こうした研究を支えるために、解剖学、生理学、薬理学、看護学などの医療系科目、電気・電子工学、機械工学、材料工学などの工学系科目を同時に学ぶカリキュラムが組まれている。

           

この記事は「螢雪時代(2016年8月号)」より転載いたしました。

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