科学的な根拠を基に考察できる中学校理科指導の在り方(第二年次)― 一人一人に明確な仮説をもたせ検証させる活動を通して ―長期研究員

弓 田一 彰

《研究の要旨》
本研究では，中学校理科において，科学的な根拠を基に考察できる生徒の育成を目指した。「仮説・考察シート」
を用いながら，一人一人が「自分の仮説」にこだわって探究を進め，その中で，自分の考えを妥当なものにしていく共有活動を行う手だてを講じた。その結果，探究活動に取り組む意識が向上し，観察・実験から得られた結果を整理・分析し，科学的な根拠を基に考察できる生徒の割合が大きく上昇した。

Ⅰ

研究の趣旨

これまでの中学校理科の授業において「『観察・実験のⅡ

研究の概要

１

研究仮説

結果などを整理・分析した上で，解釈・考察し，説明す中学校理科において，以下の手だてを講じれば，科学ること』などの資質・能力に課題が見られる」と指摘されている※１

的な根拠を基に考察することができるであろう。

。それを受け，次期中学校学習指導要領解説【手だて１】「自分の仮説」を基に探究をさせる工夫【手だて２】「仮説・考察シート」を用いた探究過程の可理科編では，科学的に探究する力を養うために「自然の視化

事物・現象の中に問題を見いだし，見通しをもって観察，実験などを行い，得られた結果を分析して解釈するなど【手だて３】自分の考えの妥当性を振り返る共有活動の活動を行うことが重要である」と示された。自身の授２

業を振り返ると，教科書の内容を進めることに重点を置(1)【手だて１】「自分の仮説」を基に探究をさせる工夫

いてしまい，科学的に探究させるための授業が十分にで一人一人が「自分の仮説」を立て，その仮説にこだわきていなかった。そのため，これまでの実践においても，って探究できるようにしていく。そのために，探究活動

観察・実験の際，根拠が無く論理性に乏しい考察を記述に入る前に，様々な仮説を立て検証することの有用性をする生徒が多く，答申と同様の課題が見られた。このこ共有する場を設定する。生徒が「課題に対して様々な仮とから，自身の授業を見直し，観察・実験から得られた説があってよい」ということを認識し，「自分の仮説」を科学的な根拠を基に考察できる生徒を育成したいと考立てる必要感をもてるようにする。

え，本研究の主題を設定した。

「自分の仮説」を検証する実験では，同じ仮説ごとにグ研究の内容

第一年次研究では，解決の必要性をもたせる事象提示

ループ分けを行い，探究を進める。仮説ごとのグループを行い，生徒に見通しをもたせて実験に取り組ませた。

分けを行うことにより，「グループの仮説＝自分の仮説」

また，実験結果を共有する対話活動や思考を可視化できとなり，グループ活動であっても一人一人が「自分の仮るノートの工夫を行った。その結果，一定の成果は見ら説」にこだわって探究を進めていくことができると考えれたものの，依然として科学的な根拠が不足した考察をた。

記述した生徒が多く，課題が見られた。生徒の探究活動(2)【手だて２】「仮説・考察シート」を用いた探究過程

を振り返ると，教師の指示を待ったり，他の生徒に頼っの可視化たりして探究を進める生徒が多かった。これは，生徒一本研究では「仮説・考察シート」というワークシート

人一人に，自分の力で探究させていなかったことが原因を作成する（図１）。このワークシートは探究の過程を２だと考えた。

つに分けた２枚のワークシートで構成されている。課題

そこで本研究では，一人一人に科学的な探究をさせての設定，仮説の設定，検証計画の立案までを１枚，結果いくための手だてを講じていく。一人一人が明確な仮説の処理，考察，まとめまでを１枚，つなげることで１枚をもち，その仮説を基に検証計画を立て，結果を整理・の大きなワークシートとなる。仮説の設定の部分では，分析するなどの探究活動を行うことで，科学的な根拠を仮説を立てやすくするための先行研究である４ＱＳ仮説基に考察できると考え，研究を進めることとした。

設定シート ※2を簡易化したものを設け，一人一人が明確※１に仮説を立てることができるように工夫した。このシー

幼稚園，小学校，中学校，高 等学校及び特別支 援学校の学習 指導要領等の改善及び 必要な方策等 につ いて（答申 ）（ 中教 審第 197 号）

トを使用すれば，一人一人が明確な仮説をもち，それを- 56 -

３

基に検証計画を立て，実験結果をまとめ，考察するといった活動が常に可視化され，探究の過程全体を意識しな授業の実際

対 象 学 年 第３学年 31 名（１学級）

がら探究を進めることができると考えた。

授業実践Ⅰ 単元名「化学変化とイオン」(８時間)。

授業実践Ⅱ 単元名「運動とエネルギー」(８時間)
本稿では，授業実践Ⅰについて説明していく。

。

。

単元の導入で「『仮説』とはどういうものか」について。

生徒と共有する場を設定した【手だて１】。「課題に対し。

様々な仮説を立て，試行錯誤を繰り返しながら研究を進めていた」という過去の研究者の研究について触れたり，その科学者の探究の過程を紹介したりしたことで，それぞれが「自分の仮説」を立てる必要感をもつ姿が見られた（図２）。

図２(1) 課題設定

単元導入時の生徒の感想

内部が見えない二つの電池を提示し，電池に付いている豆電球の光り方に強弱の違いがあることを確認し，「豆電球をより強く光らせるには，どうすればよいか」といった課題を設定した。
「 電池に用いる金属板や電解質水溶図１※２

液の種類は同じである」と条件を絞りつつも，その他の仮説・考察シートの記入内容

条件は示さず，既習の内容や生活体験を基に様々な仮説

Cothron.j.h が提唱した仮説 を立てる際のブレ ーン・ス トーミン
グ法「The Four Question Strategy」を参考に，小林辰至が 開発した仮説設定を支 援するワーク シー トを立てられるようにした。

(3)【手だて３】自分の考えの妥当性を振り返る共有活動
一人一人が「自分の仮説」にこだわって探究を進めていく過程で，自分の妥当性を振り返り，考えをより確かなものにする場が必要だと考えた。そのために，他者の考えと比較・検討する共有場面を次のように設定する。
①

検証計画の立案の場面

生徒は既習の内容や生活体験を基に，豆電球の光り方に影響を及ぼすと考えられる原因を複数考えた。それぞれが記述した原因を全体で共有し，自分が最も探究したい原因を選択させ，グループ分けを行った（図３）。生徒
Ａは期待する結果(STEP1)と選択した原因（STEP2）を関連付け，「私の個人で検証計画を考えたあと，同じ仮説を立てたグループの生徒同士で計画を共有する。それぞれの考えを集約し，そこからベストな検証計画をグループで検討する活動を通して，「自分の仮説」を最も妥当な方法で検証する計画を立てる。
②(2) 仮説の設定仮説」を立てることができた（図４）【手だて１】。

↑氏名のマグネット
図３ 探究する原因を基に分けられたグループ

考察の場面
グループごとに考察を発表させることで，他の仮説で探究した生徒の実験結果や考察を共有する。他グループの考察と自分の考察を比較し，改めて探究課題について個人で考察を行う。このように，他者の考察も交えて再考察することで，自分の考察の妥当性を振り返り，より科学的な根拠を基にした考察をしていく。

図４- 57 -生徒Ａが実際に記述した仮説

なかった数値の規則性が，塩酸の濃度を変えたグループ(3) 検証計画の立案
生徒Ｂが立てた「私の検証計画」は，条件が少なく曖にはあったことに新たに気付いた。最後に，そのグルー昧な記述であった。個人で考えた後，同じ仮説を立てた

プの考察を新たな根拠として，塩酸の濃度が豆電球の強グループ内で検証計画を共有し，よりよい検証計画を考さに一番関係しているとまとめた（図７）。このように，える活動を行った【手だて３】。同じ仮説でも生徒によっ異なる仮説の探究を共有する活動を通して，複数の結果て立てる計画は様々である。それらを共有し話合いを行を比較し，より科学的な根拠を基にした考察を記述する

うことで，多くの視点から最も妥当な検証計画を導き出姿が見られた。

す生徒の姿が見られた（図５）。

(6) まとめ
最後に，生徒Ｃは探究活動を通して気付いた新たな疑問についてまとめた。仮説・考察シート【手だて２】を活用し，探究過程全体を振り返ることで，そこから新たな疑問を見いだすことができた（図８）。
図８
４図５

生徒Ｂが記述した検証計画

生徒Ｃの新たな疑問研究の考察(1) 考察記述の分析から(4) 実験の実施

本研究では「自分の仮説」に対する考察と，共有活動後導き出した検証計画を基に，仮説ごとに分けたグルーにまとめた探究課題に対する考察の２つの記述について

プで実験を行った。その際，実験準備も各グループで行分析し，実践前の授業で記述した考察と比較した（図９）。

った。実験結果をグループごとに表や図にまとめ，自分「自分の仮説」に対する考察において，科学的な根拠をのシートに記述した。

基に考察できた生徒の割合は実践前の41％から70％にま(5) 考察で上昇した。共生徒Ｃは「電解質水溶液の温度を高くすれば豆電球は有後にまとめた強く光るだろう」という「自分の仮説」について考察し「探究課題に対た（図６）。生徒Ｃは，実験結果から，温度によって流れする考察」ではた電流に違いが生まれたことを根拠とし，「自分の仮説」さらに７％上昇が正しいと判断した。その後，他の仮説で探究を進めたした。探究の過グループの実験結果と考察の共有を行った【手だて３】。

程全体を意識し共有後に，自分のながら「自分の考察と他のグル仮説」にこだわープの考察を比って探究を進め較し，探究課題にることで，科学ついて再度考察

図６

生徒Ｃの探究についての考察

図９

考察記述の分析結果的な根拠を基に考察できる生徒の割合が大きく上昇しした。すると，生た。また，共有後の考察では，無回答の生徒が０となっ徒Ｃは，共有活動た。考察を何も記述できなかった生徒が，共有活動を通を通して，「自分して記述できるようになったことも分かった。の仮説」が正しか(2) 意識調査の分析からったと判断した

事前事後でアンケートを実施した（図10）。実践後は，温度による結果自分の考えをもつことができるようになった生徒の割合を，「数値の規則が上昇し，その考えの理由や根拠を明らかにできるよう性がなかった」とになった生徒の割合も上昇した。さらには，理科の研究とらえ直した。そに興味・関心を持った生徒の割合も大きく上昇した。

して，自分のグル

図７

生徒 C の共有後の考察

また，９割以上の生徒が，本研究で扱った単元の学習ープの結果には

図７

生徒Ｃの共有後の考察

内容を理解できたと実感しており，その後に行った定期- 58 -

テストにおいても，該当問題に対して高い正答率を示し画の評価が大きく向上した（図12）。

た。このことから，本研究による探究活動が，学習内容(4) 全国学力・学習状況調査による分析から実践後，平成30年度の全国学力・学習状況調査を用いの理解にもつながったことが分かった。て，その結果を分析した。その結果，「探究の過程を振り返り，新たな疑問をもち問題を見いだし，探究を深めようとしているか」をみる問題において，全国と比較し，正答率が上回り，無回答率が大きく下回った（図13）。探究の過程を明確に歩むことで，実験結果を分析し，そこから分かる新たな疑問を見い
図10

意識調査の結果（一部抜粋）だす力が育まれた。

図13

テスト結果

(3) 探究の過程を振り返るルーブリックの自己評価から探究の過程を振り返ることができるルーブリック表

Ⅲ

研究のまとめを作成した（図11）。このルーブリック表を用いて，実践１

研究成果前後の自身の探究への取組を自己評価させた。

①

一人一人が「自分の仮説」を明確に持ち，その仮説にこだわって探究を進めていくことで，教師や友達に頼ることなく，最後まで自分の力で探究を進めていくことができた。

②

探究を進めていく際，「仮説・考察シート」を用いたことで，探究の過程が可視化され，この過程を常に意識し探究を進めることができた。また，考察やまとめの場面では，「仮説・考察シート」に記述したことを振り返りながらまとめることができた。

③

探究を進めていく中で設定した二つの共有活動は，とても効果的であった。検証計画立案の場面では，「自図11

探究過程を振り返るルーブリック表

分の仮説」を検証する最も妥当な方法を共有活動によ

実践前，考察に課題が見られた生徒には，仮説の設定り検討したことで，「自分の仮説」を検証する最も妥当や検証計画の立案の場面に落ち込みが見られた。具体的な実験結果が得られた。これにより「自分の仮説」にに見ると，多くの生徒がＤ基準の「友達の力に頼って取対して，科学的な根拠を基にした考察の記述につながり組んでいる」と評価していたことが分かった。

った。その後，考察を共有する場面では，様々な仮説

しかし実践後は，探究の過程すべての場面における自の実験による考察を共有することで，自分の考察の妥己評価が向上し，当性を図り，探究課題の解決につながる最も妥当な考ｔ検定の結果，有察を記述することができた。

意差が認められた

考察記述を分析した結果，科学的な根拠を基に考察（ｐ＜.05）。特にできる生徒の割合が大きく上昇したことから，本研究「友達に頼っていで講じた三つの手だては有効であったと考える。

る」と評価した生

２

課題と今後の見通し

徒の多くが，「 自分本研究の探究活動は，生徒に探究の過程全体を考えさの力で取り組んせるため，十分な時間を要する。考えさせる部分を絞っだ」という評価にた「仮説・考察シート」の運用や，年間指導計画を立案変容し，最も低かする際，本研究の探究活動をどこに位置付けていけるかった仮説や検証計

図12

自己評価の変容を検討していく必要がある。
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