三重大学教育学部研究紀要 第第7373巻
巻 自然科学（2022）000－000
自然科学（2022）9 － 14 頁頁
三重大学教育学部研究紀要

実体顕微鏡レベルの観察に適した
モバイル顕微鏡の開発とその有用性
後藤太一郎*・式井俊**・前田昌志***

Development of a mobile microscope for stereomicroscopic observation
and usefulness as an observation device
Taichiro Goto, Shun Shikii, and Masashi Maeda
モバイル端末を用いた顕微鏡観察のための補助レンズについて開発や商品化がされているが、小中学校では普及していない。
その理由の一つに、自作できるものはピントが合わないことが多く、顕微鏡と格段の差があることがあげられる。小学校において、モバイル端末を用いて実体顕微鏡の倍率（20‐30 倍）で観察することを目的としたモバイル顕微鏡を開発した。レンズの台座はディスポシャーレの利用、および３D プリンターによって作成した。1 ㎜程度のものを観察するために適していることから、この補助レンズを「ミエル１㎜」と名付けた。これを用いた「ミジンコの観察」を小学生対象に実施したところ、写真や動画を記録をしてすぐに見返し、疑問に思った点を改めて注意深く観察し直して記録するという作業を繰り返しながら理解を深めていた。一人一台端末が進む中で、ミクロの観察の新しいツールとして活用できる。

キーワード： モバイル端末、顕微鏡観察、実体顕微鏡、ICT、理科器具なる。

１．はじめに2020 年度からスタートした GIGA スクール構想によ小学校におけるミクロの観察は、虫眼鏡にはじまって一人一台端末の普及が急速に進み 2)、理科の授業

り、実体顕微鏡や解剖顕微鏡と呼ばれる比較的低倍率でも ICT を活用することが求められている。理科の特（5～30 倍程度）の観察、および通常の顕微鏡が用い質に応じた ICT 活用は多様であるが、その中で、カメられる 1)。小学校教科書では、実体顕微鏡を用いた観ラ機能を活用した観察・記録は結果の分析に役立つも察としてメダカの胚発生や、ミジンコなどのプランクのであり、文部科学省により理科における活用事例とトン、植物の根毛、および火山灰などがある。また、して示されている 3)。ICT を活用した顕微鏡観察として、顕微鏡観察については、デンプン、花粉、気孔、茎のデジタル顕微鏡の利用がある。
1 台のデジタル顕微鏡の断面などがある。

像を各自が端末で観察できることで、詳細に観察と写顕微鏡は小中学校の理科教育において、重要な役割真記録ができる。しかし、これは一つの画像の共有でを果たす実験器具であり、顕微鏡の使い方は小学校のあり、個人による観察が制約されるため、通常の静止単元の中で学習するものの1)、児童生徒が一人一台使画や動画を見るに過ぎない。

えるように整備されている場合は少ない。また、顕微

スマートフォンの普及と、装着されているカメラ機

鏡の出し入れに時間を要すこと、上下左右が逆になる能の向上により、スマートフォンで顕微鏡観察をするために試料を探すのに時間がかかること、ピント合わための補助レンズの開発が進んでいる。特に顕微鏡観せに時間がかかること、さらに、実際に目的のものを察を必要とする医療診断の分野では、顕微鏡がなくて児童生徒が観察しているかどうかを教師が確認するにも観察でき、データをすぐに送信できることから、解はかなりの時間を要すことなど問題が多い。そのため、像度の高い補助レンズが開発されている 4)-9)。また、顕微鏡観察をせずに写真や動画を活用することが多く教育に利用できるように、安価なレンズも開発されて*三重大学教育学部**三重大学大学院教育学研究科***三重大学教育学部附属小学校―- 91 -―

後藤太一郎・式井俊・前田 昌志
後藤太一郎・式井 俊・前田昌志

いる 10)-12)。このような顕微鏡は「モバイル顕微鏡」、のインカメラに設置するためにベゼル（ディスプレイまたは「スマホ顕微鏡」や「タブレット顕微鏡」などの周囲）の幅より小さくなるようにカットした（図 1B,と呼ばれている。

C）。

スマホにはアウトカメラとインカメラが搭載されてレンズを台座の穴に入れ、下からビニールテープでおり、モバイル顕微鏡はいずれかに取り付けるタイプ固定した。ビニールテープには直径 4mm の穴をあけてである。レンズとしては、マクロレンズやボールレンおくことで、レンズが落ちないようにした（図 1D）。まズを用いたものが一般的である。ボールレンズを用いた、レンズの上からも直径 4mm の穴をあけた丸形ラベ

たものは、レーウェンフックが考案して微生物を発見

ルシールを貼り付け、レンズを上下から固定した（図した単眼式顕微鏡であり、倍率が 200 倍ほどと高いが1E）。
台座の両端には厚さ 1mm のウレタンシートを両面テピント調節は難しい。
小学校で扱うには解剖顕微鏡レベルの倍率が適当でープで貼り付けた（図 1F）。これは、台座の高さ調節のある。そのためのレンズは開発されて販売もされていためであったが、プレパラートを置きやすくすることるが、高価なものが多い。実体顕微鏡レベルの観察ににもなった。完成した状態が図 2A である。台座の下の適したレンズを探した結果、ミジンコやメダカ胚の観両側に両面テープを貼り、iPad に取り付けた状態が図察に適したレンズを入手できたことから、これを用い2B である。1mm 程度のものの観察に適していることかたモバイル顕微鏡の作成を行った。本論文では、このら、「ミエル 1mm」と名付けた（三重大学知的財産届 312）。

レンズを取り付ける自作の台座および３D プリンター

この台座の作成時間は 30 分ほどであり、大学生は容で作成した台座について報告するとともに、このレン易に作成することができた。しかし、ディスポシャーズを用いた小学校におけるミジンコの観察の授業におレは耐久性に問題もあることから、３D プリンターを用ける児童の観察の様子から、モバイル顕微鏡の有用性いて台座を作成した。

について報告する。

設 計 に は CAD ソ フ ト で あ る Fusion360 、 お よ び
Rhinoceros を用いた。出力には FLASHFORGE Adventurer
3S を用いた。3D プリンターによる試作品が図 3A であ

2. モバイル顕微鏡の開発る。これはシャーレの形状に近いもので、設計には、台端末として iPad を用い、このフロントカメラに取り座本体とレンズを固定するためのパーツを一緒に出力付けることで、ミジンコやメダカ胚の観察に適した補した。改良後のものでは試料台の部分を広くし、プレ助レンズとして入手しやすいものを可能な限り試行しパラートを置きやすくした（図３B）。改良した台座のた。その結果、観察目的に適した曲率の大きな平凸レ

設計図が図４である。出力時間は約 15 分であった。台ンズを見出した。これは、直径 5 ㎜、焦点距離 8mm、曲座にレンズを取り付ける際には、レンズ固定パーツと率が 5R のレーザー集光レンズであった（図 1A）。この台座を接着剤で固定した。

レンズの台座を簡単に作成するための方法を考案した。

観察する際、iPad の標準カメラアプリではインカメ台座としてディスポシャーレ上蓋（直径 40mm、高さラのズーム機能がない。そのため、デジタル拡大する7mm）を用いた。これは目的の焦点距離にほぼ近いものためには、サードパーティーのアプリをインストールであった。これに直径 5mm の穴をあけるとともに、iPadする必要がある。

図 1． A レンズ． B 台座となるシャーレの蓋．カット面に線をつけてあるC カットしたシャーレ． D レ
ンズをシャーレの下からテープで固定．E レンズを円形のテープで上から固定． F 高さ調節としてシャーレの両端にウレタンシートを固定．

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三重大学教育学部研究紀要
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図 2．ミエル 1mm の試作品（A）とタブレットに取り付けた状態（B）．

図 3．３D プリンターによる試作品（A）と改良版（B）．

図 4．３D プリンターによる改良品の設計図．目盛りは５mm．

している。この授業では、iPad には事前にカメラアプ

3. ミジンコの観察方法と授業実践リとして「虫眼鏡」をインストールしておいた。

「ミエル 1mm」を用いた観察の有効性を見るために、ミジンコのプレパラートは、通常のスライドグラス

著者の一人である前田がミジンコの観察の授業で使用を半分にカットしたものに掲示固定文具である「ワッした。授業は、2021 年 2 月 18 日 1，2 限に三重大学附

ポン」を貼り付けたミジンコ用のチャンバーを作成し属小学校 6 年生 1 クラス（32 名）で行った。授業構成た。ワッポンの厚さは 1mm で、メダカ胚の観察のためは、ミジンコを小型水槽に入れてミジンコの遊泳運動に利用された 13）。オオミジンコの大きさは体長数㎜での観察を行い、それに続いてミジンコの体内構造の観あり、オオミジンコを入れてカバーグラスをかけるこ察を「ミエル 1mm」を用いて行うものとした。とで、動きを抑えることができる。カバーグラスには同校では児童が一人一台 iPad を利用する環境が整備されており、これまでの理科授業でカメラ機能を活用プラスチックシート（PP 製、厚さ 0.2mm）をカットして用いることで児童が安全に扱えるようにした。

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俊・前田
三重大学教育学部研究紀要 第 73 巻 後藤太一郎・式井自然科学（2022）000－000頁

昌志

図 5． A 観察方法の説明． B 観察している様子． C 観察しているタブレット画面．
プとして作成している様子． E クラス全体で作成した観察記録のマインドマップ．

D

観察記録をマインドマッ

児童は iPad の使用に習熟していたため、プレパラー鏡に比べて解像度は高くないものの、簡単ですばやくトの作成とミエル 1 ㎜の使用法を説明するだけで全員使用でき、持ち運びが簡単で屋外でも使用できるといがミジンコを観察できた（図 5A-C）。児童は写真記録う利点がある 14）。

や動画記録を行い、それを見返して疑問に思ったこと

国内でもアウトリーチ活動などで使われており、光を確かめるためにミジンコを観察するという作業を繰学顕微鏡と比較して操作が簡単であり、知識量，経験り返していた。児童は観察結果をイメージマップで記などに 関係なく操作ができること、見ているものを録した（図５D）。児童は全員で黒板にイメージマップその場で記録してリアルタイムに共有できることがを書き、観察結果を共有した（図５E）。この板書でのあげられている 15）。また、小学校の授業実践としては授業で授業者の前田が板書したのは「ミジンコの観察」

たメダカ胚の観察があり 16)、17）、子どもたちの気づきのみで、それ以外は児童が記録したものである。記録が多いために発言も活発になり、効果的に観察と言語には、動きや体の構造（目、触角、心臓、消化管）につ活動ができてよい学習につながると報告されている

いて詳細な記述がみられた。

16)。このように、観察対象が実体顕微鏡を用いて観察

授業の振り返りでは、ミジンコの目や心臓についてする場合、モバイル顕微鏡であればピント合わせの必正しい認識ができたことや、インターネットで調べる要もないため観察時間を十分に確保することができ、よりも興味をもつことができて理解が深まったというメダカ胚であれば授業時間内に様々な発生段階を観記述がみられた。

察することも可能である。
私たちが行ったミジンコの観察の授業実践で、観察したものを写真や動画に記録して、それを見返すこと

4. 考察で新たな疑問点をもち、観察をさらに深める様子が見られた。これはまさに探究活動であり、子どもたちがタ ブ レッ トを活 用 した 顕微鏡 観 察
スマホやタブレットのカメラ機能を活用した顕微自発的に興味をもって観察を深める姿である。通常の鏡観察は、医療診断を目的とした分野で開発が進み、顕微鏡では、ピント合わせの作業などをスムーズにで教育でも活用されている。教育用のものは通常の顕微きずに観察時間を十分に取れないとこともある。また、

4 -―
― -12

実体顕微鏡レベルの観察に適したモバイル顕微鏡の開発とその有用性
実体顕微鏡レベルの観察に適したモバイル顕微鏡の開発とその有用性

観察結果をスケッチすることは重要であるものの、観モバイル顕微鏡の利用に関する課題

察対象の十分な理解がないままスケッチだけに集中

モバイル顕微鏡を使う際に欠かせない条件として、することもみられる。モバイル顕微鏡は、このようなカメラの性能がある。スマートフォンのカメラの性能問題点を解決する。

は高いが、GIGA スクール構想により導入した端末の機同様のことは、2021 年 6 月に小学 5 年生を対象に種によってはカメラの画素数が少なく、特に、インカしたメダカ胚の観察でミエル 1mm を用いた授業でもメラでは画質が低いが場合がある。モバイル顕微鏡はみられた 18）。
メダカ胚を背面、腹面、側面から観察し、端末のカメラの性能が良くなったことで開発されたこ

写真や動画記録することで、発生段階を明確にし、特とから、画素数は高いに越したことはない。

徴に気づいていた。簡単に詳細な観察ができることか

もう一つは、カメラアプリでデジタルズームをする

ら、顕微鏡観察の入門としてモバイル顕微鏡は適して必要があることだ。機種により異なるが、例えば iPadいると言える。のカメラアプリにはインカメラのズーム機能がないた
め、サードパーティーのアプリをインストールする必要がある。しかし、学校の端末に入れるアプリは教育

ミエル１ｍｍの特徴
小学校で行う顕微鏡観察の対象は花粉や火山灰であ委員会により決められており、アプリを簡単にインスり、これらは実体顕微鏡でも観察できる。授業の際、観トールすることはできない。教育委員会によっては申察対象に合わせて顕微鏡を使うのか実体顕微鏡を使う

請により認められることもあるが、その条件としては、

19)。寺島（2019）

無料であることと広告が出ないことは必須であるようは、光学的に 20 倍相当のマクロレンズと数倍程度のカだ。iPad には多くの種類のカメラアプリがあり、そのメラのデジタルズーム機能を併用することで、実体顕中でも「シンプルカメラ」が使いやすいが、広告が出る微鏡や解剖顕微鏡と同程度かそれ以上の倍率で観察でために認められない。広告が出ないものとしては、きるため、ほぼ全ての小学校理科の生物の観察に対応「Microsoft Pix カメラ」があり、「シンプルカメラ」、ミエル 1 ㎜はこのようなと同様の機能である。しかし、無音カメラのアプリでのか正しく選択することが重要である

できると報告しているが 17）目的に対応するモバイル顕微鏡である 20）あることから、自治体によっては無音カメラのインス。

ディスポシャーレを用いた台座を自作することは、トールは盗撮防止のためにできないこともある。

小学生にとって容易ではない。また、３D プリンター

モバイル顕微鏡は、これまでの顕微鏡観察を補完すでの作成も、プリンター機種により設計の調整が必要るものであって代替えとなるものではない。モバイルとなる。ミエル 1 ㎜のニーズが高いことから、製品化

顕微鏡でミクロの観察の興味関心を高め、通常の顕微にもなった。小型で、シンプルで、低コストでありなが鏡を用いた探究的な活動に繋がることが期待される。

ら、許容可能なレベルの性能をもつことは、小中学校で求められるものであり、その条件を満たしている。
インカメラに取り付けることから、試料を下側から観察するため、倒立顕微鏡のようになる。倒立顕微鏡参考文献
1)示)解説理科編

は、シャーレ内の試料を下から観察するために用いられ、シャーレの底にあるものにピントを合わせることになる。ミエル 1mm もスライドグラスに面した部分に

2)

4)

Smith, Z. J., K. Chu, A. R. Espenson, M. Rahimzadeh, A.
Gryshuk, M. Molinaro, D. M. Dwyre, S. Lane, D. Matthews,

かし、実体顕微鏡による観察は、透過光だけでなく、and S. Wachsmann-Hogiu, (2011) Cell-phone-based platform

上からの照明（落射光）で観察する。ミエル 1mm でもfor

試料を下から照明することで試料の表面を見ることbiomedical

devicedevelopment

andeducation

applications. PLoS One 6 (3), e171505)

Lee, W.M., A. Upadhya, P.J. Reece, Tri Giang Phan (2014)
Fabricating low cost and high performance elastomer lenses

上から照明すると粒子は黒く見えるだけだが、下からusing hanging droplets. Biomedical Optics Express 5 (5),の照明により粒子の特徴的な色がわかる。また、横方向からの照明により暗視野に近い観察も可能となる。

GIGA スクール構想のもとでの理科の指導について

https://www.mext.go.jp/content/20210607mxt_kyoiku01-000015482_r.pdf（参照 2021-10-1）

顕微鏡観察では、通常は透過光で観察するため、試もできる。例えば、火山灰の観察などでは、試料を真GIGA ス ク ー ル 構 想 の 実 現 （ https://www.mext.go.jp/a_menu/other/index_00001.htm）（参照 2021-10-1）

3)

ピントが合うように高さを調整してある。
料としては光を透過するものでなければならない。し文部科学省（2017） 小学校学習指導要領(平成 29 年告

pp. 1626-1635.
6)

Ephraim, R.K.D., E. Duah, J.S. Cybulski, M. Prakash, M.V.

照明法の工夫により、試料に適した観察方法を見つけ

D'Ambrosio, D.A. Fletcher, J.

ることも学習の一つとなるだろう。

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Keiser, J.R. Andrews,

Infection with a mobile phone-mounted foldscope and a3 -―― -13

後藤太一郎・式井俊・前田 昌志
後藤太一郎・式井 俊・前田昌志

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