2024.2.17｜第11回CSTシンポジウム ～3つのひらく～
Ⅱ 特別講演 14:30-15:20

生成 AI と理科の授業づくり〜ChatGPT は教材研究の助けとなるか〜
三重大学教育学部附属小学校
前田 昌志

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mmaeda@fuzoku.edu.mie-u.ac.jp

目次｜生成AIと理科の授業づくり〜ChatGPTは教材研究の助けとなるか〜

1 生成AIとこれからの教育
はじめに

2 生成AIは、指導案を書けるのか
生成AIとプロンプト

3 生成AIは、教材研究の助けとなるかAIを使いこなす

4 「生成AIが描く月」から見えてくる科学との関係性
さいごに

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はじめに｜生成AIとこれからの教育
生成AIとは【生成AIとは】• 学習データをもとにテキストや画像などのコンテンツを生成できる人工知能• 関連技術やサービスの進展が早い

対話型生成AI

画像生成AI• ChatGPT• Microsoft Copilot• Geminiなど• DALL・E2• Bing Image Creator など

音楽生成AI• Suno AI など
２０２４年２月９日 NHKニュース

3はじめに｜生成AIとこれからの教育
生成AIとは【生成AIに関連した用語】
・プロンプト
対話型生成AIに入力するテキストのこと・OpenAIOpenAIは、人工知能（AI）の研究と開発を行うアメリカの企業。
最先端のAIモデルを提供している。CEOはサム・アルトマン。

・GPT（Generative Pre-trained Transformer）
直訳：事前訓練された生成変換器
4はじめに｜生成AIとこれからの教育
対話型生成AIとは【大規模言語モデル（LLM)】
・過去のテキストをもとに次の単語を予測して出力。
（むかしむかし → 生成AI → あるところに）・様々なモデルがあり、同じ名称でも複数のバージョンがある。
（例：GPT-3.5、GPT-4）
・モデルやバージョンによって性能が異なる。
・LLMは、能力が高く多様な課題をこなす。
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はじめに｜生成AIとこれからの教育
GPT-3.5とGPT-4の違い

SAT、裁判官・検察官・弁護士になるための公式試験である司法試験 (bar exam) などを使って GPT-4 を評価。
GPT-4は米司法試験で上位１０％のスコア獲得。

https://openai.com/research/gpt-4
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はじめに｜生成AIとこれからの教育
ChatGPT-3.5とＧＰＴ4を比較

GPT-3.5

GPT-４

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はじめに｜生成AIとこれからの教育
Microsoft Copilot

バランスを選択

ソースを参照できる8はじめに｜生成AIとこれからの教育
Gemini

回答案を3つ用意してくれる9はじめに｜生成AIとこれからの教育
Gemini！？
10はじめに｜生成AIとこれからの教育
ChatGPTについて• ChatGPTは利用規約により13歳以上が利用可能。
• 18歳未満は保護者の同意が必要。

(令和5年7月4日)初等中等教育段階における生成AIの利用に関する暫定的なガイドライン

小中高校の生成ＡＩ「限定的な利用から」…文科省指針、不適切な事例明示 : 読売新聞
(yomiuri.co.jp)
11https://www.yomiuri.co.jp/kyoiku/kyoiku/news/20230704-OYT1T50094/

はじめに｜生成AIとこれからの教育
対話型生成AIを利用する上での姿勢

生成AＩはcopilot（副操縦士）で、pilotは自分自身• 出力を鵜呑みにせず、自分自身で出力に関する判断を行う。
（出力には誤りやバイアスが入ることがある）• ハルシネーション（幻覚）対話を通して、自分の指示出しを明確にする。
• 思い通りの出力でなければ、具体的な説明、例やデータなどを使って、自分がほしい出力のイメージを伝えてみる。
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はじめに｜生成AIとこれからの教育
実際に感想をChatGPTで書いて提出した児童「今日の遺伝についての医学講義の感想を書きましょう」

小児科医の講義を聞いた感想は、非常に興味深かったです。
双生児の中でも、2卵生双生児は、完全一致双生児に比べ身体的特徴が異なり、性別も異なる場合があります。そのため、出生時から異なる発育速度を示す場合があることが紹介されました。また、異なる性別の兄弟姉妹であっても、身体的な違いがあり、病気や健康管理においても考慮しなければならないことが説明されました。講義を聞くことで、双生児についての知識が深まり、子育てや医療を行う際に役立つ情報を得ることができたと感じました。
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はじめに｜生成AIとこれからの教育感想をChatGPTで書いてきた児童禁止だ！

素晴らしい！

けしからん！

どうやって見分けるの？

教育への影響は大きい。
まずは教師が使ってみる。
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目次｜生成AIと理科の授業づくり〜ChatGPTは教材研究の助けとなるか〜

1 生成AIとこれからの教育
はじめに

2 生成AIは、指導案を書けるのか
生成AIとプロンプト

3 生成AIは、教材研究の助けとなるかAIを使いこなす

4 「生成AIが描く月」から見えてくる科学との関係性
さいごに

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生成AIとプロンプト｜生成AIは、指導案を書けるのか一度目のプロンプト（前田）

第6学年理科「てこのはたらき」の45分間の指導案を、表にして書いてください。
子どもの探究心をくすぐるような課題にしてください。

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生成AIとプロンプト｜生成AIは、指導案を書けるのか一度目の回答（ChatGPT）

第6学年理科「てこのはたらき」の45分間の指導案を表にまとめます。
この授業は、子どもたちの探究心を刺激する課題を通じて、てこの原理とその応用を理解することを目的とします。
以下の表は、授業の流れを示しています。

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生成AIとプロンプト｜生成AIは、指導案を書けるのか一度目の回答（ChatGPT）
時間

活動内容

目的

教材・準備物0-5分

導入：てこの日常生活での例を紹介し、てこの原理につ 学習の動機づけ、興 写真や動画資料（ドアノブ、はいて簡単に説明。
味・関心の喚起
さみ、てこを使った遊具など）

5-10分

グループ討議：日常で見かけるてこの例を挙げ、どのよう 知識の活性化、仮にして力を得ているかを予想させる。
説の設定

ワークシート（てこの例の記入欄）てこの実験セット（支点、力点、
実験活動：異なる長さのてこの実験を行い、力のかかり てこの原理の理解、作用点を変えられるようにす
10-25分方の違いを観察させる。
実践的な学習る）、重り、定規、メモ用紙
理解の深化、コミュ
発見の共有：グループごとに実験結果を共有し、なぜそプロジェクターまたは黒板（グ25-35分
ニケーション能力ののような結果になったのかを考察させる。
ループ発表用）向上
35-40分

応用：てこの原理を利用して解決できる日常の問題を提 問題解決能力の育 ワークシート（問題提案とてこ案させ、どのようにてこを設計するかを考えさせる。
成、応用力の強化 の設計案）

40-45分まとめと振り返り：本日学んだてこの原理とその応用につ 知識の定着、自己いて振り返り、日常生活でのてこの役割を再確認する。 評価の促進

振り返りシート
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生成AIとプロンプト｜生成AIは、指導案を書けるのか
二度目のプロンプト（前田）表の見出しは「時間」「学習活動と予想される子どもの反応」「指導上の留意点」の3つにして、もう一度作成しなおしてください。

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生成AIとプロンプト｜生成AIは、指導案を書けるのか二度目の回答（ChatGPT）

第6学年理科「てこのはたらき」の45分間の指導案を、新たな見出し「時間」「学習活動と予想される子どもの反応」「指導上の留意点」に基づいて再構成します。

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生成AIとプロンプト｜生成AIは、指導案を書けるのか二度目の回答（ChatGPT）
時間

学習活動と予想される子どもの反応

指導上の留意点

0-5分

子どもたちが身の回りのてこの例を想像
導入：てこの日常生活での例を紹介。子どもたちはてこの概念にできるよう、具体的かつ身近な例を用意
興味を持ち、日常でのてこの使用例を想像し始める。
する。

5-10分

グループ討議：日常で見かけるてこの例を挙げさせる。子どもた 子どもたちが積極的に参加できるよう、全員が話し合いに参加する機会を提供する。
ちはグループ内でアイデアを出し合い、積極的に参加する。

10-25分

実験活動：異なる長さのてこを使用した実験。子どもたちは実験 子どもたちが安全に実験できるよう、実験を通じて、てこの作用についての理解を深める。
器具の使い方を事前に指導する。

25-35分

発見の共有：実験結果をグループで共有し考察。子どもたちは他のグループの発見から新たな知見を得る。

35-40分

応用：てこの原理を利用した日常の問題解決を考案。子どもたち 子どもたちが現実的な問題を想定できるは創造力を発揮し、具体的な解決策を提案する。
よう、例を挙げて説明する。

40-45分まとめと振り返り：てこの原理とその応用について振り返る。子ど 子どもたちが自己評価を行い、理解度をもたちは学んだことを自分の言葉で説明し、理解を深める。
振り返るためのガイドラインを提供する。
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全てのグループが発表できるよう、時間管理を徹底する。

生成AIとプロンプト｜生成AIは、指導案を書けるのか三度目のプロンプト（前田）

45分間で解決すべき問題を、1つ設定し、それを軸とした展開としてください。
また、45分間で問題解決を達成しようとしないでください。
時間設定が厳しいので、もっと子どもが試行錯誤できる余裕を持った展開が好ましいです。
壁打ちの重要性
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生成AIとプロンプト｜生成AIは、指導案を書けるのか三度目の回答（ChatGPT）

問題設定：「公園の遊具を作るための土台として、長さの異なる2本の板をてことして使用します。
このてこを用いて、重い遊具部品を持ち上げるには、どの位置に支点を置き、どのように力を加えれば効率的に持ち上げることができるでしょうか？」
この問題を軸にした45分間の授業展開案を以下に示します。
この授業は、子どもたちに試行錯誤のプロセスを重視し、実際に手を動かしながら学ぶ体験を提供することを目的としています。
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生成AIとプロンプト｜生成AIは、指導案を書けるのか三度目の回答（ChatGPT）
時間

学習活動と予想される子どもの反応

指導上の留意点

0-5分

導入：問題の紹介と、てこの原理の基本的な説明。子どもたちは問題に興味を持ち、初期の仮説を立て始める。

問題を具体的かつ興味深いものにし、子どもたちが関心を持てるようにする。

グループ討議：最も効率的に遊具を持ち上げるためのてこの配置に全員がアイデアを出しやすい環境を作
5-15分 ついて考える。子どもたちは自分たちのアイデアを共有し、改善点をり、多様な意見を尊重するよう促す。
議論する。
安全に実験できるよう、適切な指導と実験準備と試行：提供された材料を用いて、自分たちの仮説に基づ15-30分監視を行う。また、失敗を恐れずに試行くてこのモデルを作成し、実際に遊具部品を持ち上げる実験を行う。
錯誤することの重要性を伝える。
実験の見直しと再試行：他のグループのアプローチを観察し、自分 学習の進行に応じて、適宜ヒントを提30-40分 たちのモデルを改善する。子どもたちは新たな発見に基づいて、さら 供し、子どもたちが自分たちの考えを深めることができるよう支援する。に効率的な方法を模索する。
反省と次回への展望：今日の活動を振り返り、どのような発見が子どもたちが自分たちの学びを言語化
40-45分 あったか、どう改善できるかを話し合う。次回に向けての課題を提示し、理解を深める機会を提供する。
する。
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生成AIとプロンプト｜生成AIは、指導案を書けるのか指導案は書けるが、人間側のプロンプトが難しい。

そもそもこれでは教師の学びにはならない。
もっと教師に主体性をもたせられないか。

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生成AIとプロンプト｜生成AIは、指導案を書けるのか
AI指導教諭に指導案作成を助けてもらおう！

理想の？指導教諭を作り上げるプロンプトデザイン【役割】
あなたはAI指導教諭です。私は教師１年目です。あなたは、前向きに、明るく、優しく、親しみやすいキャラクターで、私をいつも励ましてください。
【目標】
対話を通じて、私が自分で学習指導案を書けるようにアイデアをまとめることが目標です。
４５分間の授業について、「学習活動と予想される子供の反応」「指導上の留意点」を具体的にまとめるのが目標です。
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生成AIとプロンプト｜生成AIは、指導案を書けるのか
AI指導教諭に指導案作成を助けてもらおう！

【フロー】
１）あなたはまず『こんにちは！わたしはあなたをサポートするAI指導教諭です。
あなたが楽しく学習指導案を書けるようにお手伝いをさせてください。
今日はどの学年・教科、どの単元の学習指導案を書きますか？』と私に話しかけてください。
２）私の回答を受けて、いい感じに質問してください。
３）私が学習指導案を書き始められそうであれば、一旦そこまでのやりとりをまとめてください。
もし私が続きを求めたら、会話を続けてください。

【ルール】
・具体的な主発問と、45分間で子どもに身に付けさせたいことを明らかにするように問いかけてください。
・抽象的な回答が続くようであれば、あなたは「たとえば」と具体的な例を示しつつ、質問をしてみてください。
・それでも回答に行き詰っているようであれば「もしかして他にも考えている授業のアイデアがありますか」と新しい話題を振ってください。
・『主体的・対話的で深い学び』となるよう、
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教師主導ではなくて、子どもが主体となる授業になるようにアドバイスをください。

生成AIとプロンプト｜生成AIは、指導案を書けるのか
AI指導教諭に指導案作成を助けてもらおう！

今からお見せするデモをご覧ください28

目次｜生成AIと理科の授業づくり〜ChatGPTは教材研究の助けとなるか〜

1 生成AIとこれからの教育
はじめに

2 生成AIは、指導案を書けるのか
生成AIとプロンプト

3 生成AIは、教材研究の助けとなるかAIを使いこなす

4 「生成AIが描く月」から見えてくる科学との関係性
さいごに

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AIを使いこなす｜生成AIは、教材研究の助けとなるか
そもそも教材研究とはhttps://www.nits.go.jp/materials/basic/files/012_001.pdf

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AIを使いこなす｜生成AIは、教材研究の助けとなるか
そもそも教材研究とはhttps://www.nits.go.jp/materials/basic/files/012_001.pdf

31

AIを使いこなす｜生成AIは、教材研究の助けとなるか
児童の実態把握と今後の展開（６年 生物と環境）

32

AIを使いこなす｜生成AIは、教材研究の助けとなるか
アイデア出しと不安の解消（３年 磁石の性質）

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AIを使いこなす｜生成AIは、教材研究の助けとなるか
アイデア出しと不安の解消（３年 磁石の性質）

相談者へアドバイスのメール
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AIを使いこなす｜生成AIは、教材研究の助けとなるか科学的知識の確認（５年 流れる水のはたらき）

GPT-3.5

GPT-４35

AIを使いこなす｜生成AIは、教材研究の助けとなるか
科学的知識の確認（５年 流れる水のはたらき）けずれる【選択分級作用】
GPT-4【摩耗作用】
GPT-4GPT-3.5

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目次｜生成AIと理科の授業づくり〜ChatGPTは教材研究の助けとなるか〜

1 生成AIとこれからの教育
はじめに

2 生成AIは、指導案を書けるのか
生成AIとプロンプト

3 生成AIは、教材研究の助けとなるかAIを使いこなす

4 「生成AIが描く月」から見えてくる科学との関係性
さいごに

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さいごに｜「生成AIが描く月」から見えてくる科学との関係性
理科の教材で使える三日月を描いてください。

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さいごに｜「生成AIが描く月」から見えてくる科学との関係性
月の満ち欠けを描いてください。

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さいごに｜「生成AIが描く月」から見えてくる科学との関係性
AIが描く月は何がおかしいか！？ どんなプロンプトだとよいのか！？ ・・・・という授業

40さいごに｜「生成AIが描く月」から見えてくる科学との関係性
みなさんならどのように採点しますか？

小学校第3学年「影と太陽の動き」のテストで、1日の太陽の位置と影の動きを観察し、それを前提に設問に答える問題が出題されました。
「時間がたつと、影の向きが変わるのはなぜか」という、実験から分かることを問うような設問で、児童が「地球が回るから」と回答した場合、どのように採点しますか。
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さいごに｜「生成AIが描く月」から見えてくる科学との関係性
みなさんならどのように採点しますか？

かげのうごき – Togetter https://togetter.com/li/1932663

42さいごに｜「生成AIが描く月」から見えてくる科学との関係性
まとめ【AI時代の教育で大切なこと】• 欲しい物、知りたいことがあること→指示待ち時代の終焉• 欲しいものの言語化能力→「空気」では動かない• AIが言うことを理解し駄目出しするスキル→広い教養と価値観が必須に• AIに適切に指示できるスキル→プロンプトの技術、デザイン

技術と時代の変化に対応する『教師の学び』へ
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さいごに｜「生成AIが描く月」から見えてくる科学との関係性

参考文献• みんなのコード,学校の生成AI実践ガイド～先生も子どもたちも創造的に学ぶために～,学事出版,2023年12月.
• 文部科学省,初等中等教育段階における生成AIの利用に関する暫定的なガイドライン,2023年7月.
• 吉田 塁,[第1回]「生成AIの基礎と教育における活用可能性」（生成AIの利用に関するオンライン研修会【第1回】）,文部科学省,2023年9月.
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