日本科学教育学会研究会研究報告

Vol. 31

No. 8（2017）

地学分野における探究学習のための教材開発
'HYHORSPHQWRIWKHWHDFKLQJPDWHULDOVIRUDFWLYHOHDUQLQJLQWKHHDUWKDQGSODQHWDU\VFLHQFHHGXFDWLRQ
川上紳一
6KLQLFKL.$:$.$0,
岐阜聖徳学園大学
*LIX6KRWRNX*DNXHQ8QLYHUVLW\>要約@ 次期学習指導要領では，アクティブラーニングの視点からの授業改善が求められている．こうした改訂の背景には，学習者が主体的に問題をみつけ，解決することを通じて，科学的な概念や考え方を学ぶことが重視されている．地学分野の学習は，教室で再現することができない事象が多くあり，モデル実験を行って，事象を支配するプロセスを理解し，地学リテラシーを身に着けることが重要である．本発表では，筆者がこれまでに開発した教材とそれらを活用した学習プログラムを示し，探究学習を支える実験・観察教材のあり方を議論する．

キーワード：地学，実験，観察，教材，化石，火山，隕石，探究学習
１．はじめに

きる教材の開発と，それらの学習プログラムにおけ 初等中等教育における理科教育・科学教育は，小る位置づけが重要であると考え，さまざまな取り組学校低学年の生活科から始まり，学年進行に伴ってみを試みてきた．すなわり，開発した教材について

自然認識の空間的，時間的スケールを広げ，高等学は，大学の公開講座や出前授業などを通じて，実際校の地学では，宇宙の中の地球という視点で，宇宙に小中学生を対象に実践することで，学習者の学力，の構造や進化を学んでいく．宇宙的時間・空間スケニーズ，興味・関心の度合いとマッチさせることのールで自然の事物や現象，さらに自らの存在を捉え，重要性を痛感している．さらに，開発した教材や学地球環境問題などの今日的な課題を考察する力をつ習プログラムを小中学校の理科授業のなかで展開しけることが重要であると考えられる．しかし，実際ていくためには，教員の研修活動で，教材や学習プには，高校で地学分野を履修する生徒は多くなく，ログラムを紹介し，小中学校の教員に授業で活用し地球や宇宙を視野に入れた自然観を構築し，自然科てもらえるようにすることも重要であると考えてい学とは何かを考察できるスキルを身につけさせるよる．こうした活動の中から，平成  年度に岐阜県にうな教育とはかけ離れた現実がある．

おけるコアサイエンスティーチャー（&67）養成プロ

筆者は，地球惑星科学，とりわけ太陽系の形成論，グラムを構想し，&67 の計画的養成に携わってきた．


地球史の研究を進める一方で，教員養成を主たる目的とする大学で， 年にわたり理科教育・科学教育

２．地学分野における探究学習にも携わってきた．こうした中で，新しい理科教育・

 探究学習では，学習者が主体的に解決すべき事象

科学教育の展開には，地球惑星科学の専門性と，理を提示し，実験・観察や調べ学習を行うなかで，事科教育学，科学教育学の研究主題の一つである学習象に対する見方・考え方を獲得し，問題解決するた者の実態を踏まえた学習プログラムの開発を融合さめの知識やスキルを身につける学習をいう（大野,せることが重要であるという認識に至った（川上，2016）．こうした探究学習を具体化するためには，探）．そして，学習者にとって，学習自体が楽しく，究的な学習が可能なテーマの設定，必要な教材の開

分かりやすく，さらに興味・関心を高めることがで発，事象提示，実験・観察から，結果の考察までの― 13 ―

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一連の学習プログラムを構想することが必要である．

月隕石を観察すると，月の岩石の多くが，天体衝突テーマの発掘や教材の開発は，筆者の地球惑星科学で角礫化した岩片が混ざったポリミクト角礫岩であの研究のなかで出会ったもので，理科教育や科学教ることがわかる．この学習過程で使用する教材は，育の現場で活用が可能であることに気づいたもので天体望遠鏡組立キット（スピカ），クレーター形成実あり，公開講座などの実施の際に活用したものであ験教材，月隕石である．これらを有機的に結びつける．

ることで，月の起源や進化において，天体衝突が重要な役割を果たしている．こうした学習プログラム

３．天体望遠鏡の製作とクレーター実験の実践は，岐阜大学公開講座，日本学術振興会ひら 天体分野の学習では，星空の下で，月や惑星の観めき☆ときめきサイエンスなどで過去  年以上に察体験が重要である．月や惑星の観察では，天体望わたって継続して実施している．探究学習で提示す

遠鏡で観察することで，クレーターで覆われた月面る月隕石については，モロッコにおける情報収集，の姿や土星の輪を見て感動を覚える学習者が多い．

隕石探査を行って，より適切なものを確保している

天体学習で，学習者一人一人に天体望遠鏡を与えて，

図２ ．

天体観察を行うことはできないか．こうした要望を受け，市販の天体望遠鏡を探したところ， 個 円の天体望遠鏡組立キット（コルキット・スピカ）が使えることに気づいた．このキットで天体望遠鏡を製作したあと，観察会を行って，月面を観察させると，月面の大小さまざまなクレーターの存在に気づく．


図２．月からやってきた角礫岩質隕石．

４．火山現象のモデリング 中学校の理科授業では，火山の形とマグマの粘り気の関係を調べる実験を行うことになっている．しかし，自然界の多くの火山は，長い年月の間に噴火
活動を繰り返し発達してきたものである．火山の休図１．クレーター形成実験．

止期には，侵食を受けてガリの発達や河川による開クレーターがどのようにしてできたかを取り上げ析が起こる．学習者が行う火山モデル実験をより実て予想を描かせ，カラーサンドを用いてクレーター際の火山を模擬し，溶岩流の流出による火山の発達形成実験を行っている 図１ ．クレーター形成実験

や，溶岩流や火山灰によって成層した火山が形成さでは，成層構造をした標的にクレーターを形成させれる過程をシミュレーションする教材を開発した．

る．クレーターの形成に伴って，下位の地層が噴出あわせて，火山の発達の事象を提示するために，ハしてくる．また，繰り返し衝突させると，カラーサ

ワイ島のキラウエア火山，マウナロア火山，伊豆大ンドが混ざることがわかる．天体望遠鏡の製作の前

島でデジタルコンテンツの開発を行い，溶岩流が重に，月からやってきた隕石を提示し，実験後に再度なって平坦な楯状火山が形成されていることを踏ま― 14 ―

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えて実験を行った（多和田ほか，；石原ほか，か ．ゴニアタイト化石の分類はほぼ完了した）．図３に火山模型を用いて溶岩流を流し，火山が，これらの化石は大きさが FP 程度と小さく，さ体の成長をシミュレーションする実験を行う学習者

らに縫合線の形態が似通っているため，初めてゴニの様子を示す．

アタイト化石を分類する学習者にとっては，分類が さらに，火山のモデル実験は，キッチン火山実験難しいことがわかった．そこで，直径が FP 程度あといわれるような身近な食材を使ったモデル実験がるやや大きいクリメニア目の化石 図４ を用いた教広く行われている．溶かしたチョコレートをマグマ材化を進めている．のモデルとし，実際の火山地形を３' プリンターで作製して，溶岩流の形態を支配する要因を探究する学習プログラムも開発した（岡田ほか）．
図４．デボン紀後期のクリメニア化石．縫合線が単純で，大きな標本が多く，探究学習に適している．
 一方，アンモナイトと似た形態をもつ現生生物と
図３．火山噴火による火山体成長のモデル実験．

してオウムガイが知られている．オウムガイの殻が水に浮くことを演示実験したあと，オウムガイとアンモナイトの殻の形態を比較して，オウムガイとア５．アンモナイト化石を用いた示準化石と生物の仲ンモナイトが近縁な生物分類群であることを探究す

間わけ

る学習プログラムも継続的に実践している 川上ほ

 中学校の理科教科書では，アンモナイトは中生代か ．こちらは，小学校 ， 年生にとっても，の示準化石として扱われている．アンモナイトは軟面白く，わかりやすい学習となっている．

体動物に分類される．アンモナイトの祖先は古生代

デボン紀のオルソセラス（直角石）の出現に始まり，６．絶滅生物に関する探究学習

中生代末まで，およそ  億年に及ぶ．これらはアン スピノサウルスは，中生代白亜紀の肉食恐竜の一モナイト亜綱に分類されていて，中学校の教科書で種である． 年代にエジプトで最初の化石が発見扱われるアンモナイトはアンモナイト目を指す．筆され記載されたが，第二次世界大戦で化石が失われ，者らは，フランス産ジュラ紀アンモナイトを大量に謎の多い恐竜とされてきた．その後，サハラ砂漠で確保し，それらの分類・同定作業から，それらが中多くの歯が発掘され，市場に出回っている．最近，生代ジュラ紀の地層から産出したものであることを保存のよい化石が発掘され，生態や形態に関する新探求する学習プログラムを開発した（川上ほか，たな説が出され，注目されている．）．この教材は，開発から  年が過ぎ，化石のスピノサウルスは歯の化石 図  が入手可能なこ劣化が顕著になって新たな教材開発の必要が生まれとと，骨格模型，復元模型が多くあることから，実た．そこで，モロッコ産ゴニアタイト化石，クリメ際の化石と模型を比較して，体の大きさ，体重などニア化石を大量に入手し，同定作業を行った 山口ほを探究することができる．

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考えられている．モササウルスをテーマにした探究学習は， 年  月に紋別市博物館で実践している．
 また，三葉虫がどのような生き物だったのかを探究する学習教室も繰り返し実践している（大野ほか川上ほか）絶滅した生物の形態や生態に関する復元をテーマにした学習教室では，実物標本と比較のための骨格模型がセットとして確保できるかどうかが鍵である．

図 スピノサウルス科恐竜の化石．

また，骨格標本模型を他の生物の骨格標本と比較することで，相同器官について学ぶことも可能である．筆者らは，スピノサウルスの安価で質のよい骨格標本模型として，ジュラシック・エッグ・スピノサウルス 図６ を用いて探究学習を実践している．


図 ．モササウルスの歯の化石．


図 スピノサウルスの骨格模型．

 
一方，モササウルスは中生代白亜紀の海生爬虫類の一種である．モササウルスの歯や頭骨はモロッコ

のクーリブカ周辺で多産しており，歯はミネラルシ

図 ．モササウルスの骨格模型．

ョーなどで入手が可能である 図７ ．モササウルスについてもジュラシック・エッグ・モササウルスと．地層の縞模様と地層形成実験

いう安価な骨格標本模型 図８ が市販されており，小学校第  学年，中学校第１学年で，大地のつく実物化石と骨格標本模型を比較する教材として利用りについて学習する．地層は，泥，砂，礫からできできる．モササウルスには，歯がするどく尖ったモていることを学習することになっているが，地層をササウルス属と，歯がどんぐりのような形をしたグ作っているものよりも，地層の重なりから地球の歴ロビデンス属が知られている．グロビデンス属の歯史を探ることができることを学ぶことに意義がある．

は平たく，硬いものを割るのに使われていたと考え 年ごとの縞模様をもつ地層を観察対象にし，地層られ，アンモナイトを捕食していたのではないかとの枚数を数えることで，地層の重なりを年数に換算― 16 ―

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することができる．こうした視点で地層を観察する

．活断層モデル実験

ため， 年ごとの縞模様がある小石 図９ を約  個，  活断層は内陸地震の活動によって地表に現れロシア白海海岸で収集し，教材化した．この地層がた食い違いが蓄積し，地形として認識できる変動地

 年に一枚層ができるわけは，冬季に凍結し，夏季形の一つである．空中写真判読やトレンチ調査によに融解すること，融雪水によって地層が供給されるって，地形に現れたリニアメントが活断層であるかことによる．地層実験では，水を流すたびに地層が調査研究が行われている．活断層の垂直変位が蓄積できることを理解させるようにする．地層実験と縞して，平野と山地が発達することを理解するための模様の岩石の観察から，地質学的な時間スケールを活断層モデル実験器を開発した．内陸地震にともなイメージすることができるようになる．実際に露頭

う地表変位の形成を事象提示として用いて，断層モ写真から地質学的時間スケールを推定するための事

デル実験をもとに獲得した見方から，衛星画像を用象提示としては，伊豆大島の火山灰の露頭写真や，いて，日本列島に存在する活断層を探すという流れグランドキャニオンの写真を用いている．さらに，で，学習プログラムを構築し，実践した（榎・川潮汐リズムを記録した地層として，南オーストラリ上）．

アの  億年前のエラチナ層の岩石標本をスライスし，

観察教材として活用できるようにした 図  ．

．変成岩と中央構造線の教材化
 変成岩については，小中学校の理科授業では扱われず，高校の地学基礎，地学で扱われているのみである．しかも発展的な内容として扱われていることが多い．岩石の学習では，火山岩，深成岩，堆積岩が含まれているが，それらの観察をもとに，分類や形成過程を学習することに興味をもたせることが困難であった．そこで，中央構造線に付随する低温高圧変成岩である三波川変成岩と高温低圧型変成岩である領家片麻岩・花崗岩を取り上げ，それらが中央

構造線という断層で接していることが日本列島の形

図 ．ロシア白海海岸で採集した年縞の刻まれた小石．

成発達史における重要な研究課題であるという認識

に い た る 学 習 プロ グ ラ ムを 開 発 し た （ 藤原 ・ 川上）．この学習では，火山フロントでマグマが発生していることと，沈み込んだスラブ内において低温高圧変成作用が起こっていること，それらが水平距離で NP ぐらい離れた場所で起こっていることを踏まえ，それらが中央構造線で接していることに疑問をもつというものである．
．議論
地球を研究対象とする地球科学は，地質学，火山
図 ．潮汐リズムを記録したエラチナ層．



学，古生物学，鉱物学，天文学，気象学というように，自然の事物・現象を個別に記載し，その中から法則性を導く学問として生まれた． 年代以降，― 17 ―

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プレートテクトニクスが成立し，さらなる総合化の川上紳一・勝田長貴・小野輝雄：スピノサウルスの視点から学問の再編成が進んだ．かつての学習内容

骨格模型を活用した課題解決学習‐大学公開講座には，こうした学問の発達過程が残っており，一見「大学生と学ぶ，恐竜学入門」における実践，岐阜

すると地学分野はさまざまな学問の寄せ集めである

大学教育学部研究報告（自然科学），，とみなされがちであった．また，地学を学習する学

川上紳一・西田香：地層の縞模様のでき方と地学的習者にとっては，地学の学習に含まれるすべての分時間スケールをテーマにした実験・観察学習‐洗足野にわたって興味があるわけではなく，興味のない

池小学校での実践，岐阜大学教育学部研究報告（自分野の学習は暗記になりがちであった．こうした状然科学），，，

況を克服するには，地学の諸分野にまたがって，探川上紳一・大野照文・小野輝雄：小学生向け学習教

究的に学習できる学習プログラムと，それらをセッ

室「三葉虫を調べよう」におけるモロッコ産三葉トとしたカリキュラムの開発が必要であった．本発

虫ノジュールの活用岐阜大学教育学部研究報告

表では，これまでに筆者が取り組んできた一連の教（自然科学），，材開発と学習プログラムを示し，探究学習を可能と

川上紳一・東條文治・吉田裕之・小野輝雄：アンモするテーマ，教材，学習過程について紹介してきた．

ナイトとオウムガイ標本を用いた課題解決型特別

一つの探究学習は，事象提示などを含めた講義，実授業の実践‐示準化石と動物の仲間わけ‐．教師教

験・観察，結果の整理，交流，学習のまとめまでを育研究，第  号，含めて約  分である．教員養成を目指す学生の実験

岡田京・川上紳一・長澤美穂・橋田千尋・武下晃慎：

として大学の講義で行っているが，小中学校への出溶岩流の形態を支配する要因に対する探究学習‐

前授業としても実施し，改善を図っている．

実験教材の開発と中学校での授業実践‐日本科学

今後の課題としては，開発した教材を小中学校に教育学会第８会研究会研究報告本号．

提供し，理科授業のなかで活用できるようにするこ

大野照文（監修）：学びの海への船出‐探究活動の輝とである．

きに向けて京都大学総合博物館S



大野照文・川上紳一・田口公則・染川香澄・磯野な

引用文献

つ子・たけうちかおる：小学生を対象とした化石教

石原里佳・川上紳一・多和田有紗：歯科用印象材を室「三葉虫を調べよう」のねらいと実践，岐阜大学

用いた火山噴火と地層の形成に関するモデル実験，

教育学部研究報告（自然科学），，QR，，岐阜大学教育学部研究報告（自然科学），，－

，

多和田有紗・武藤正典・東條文治・川上紳一：火山

榎悠希・川上紳一：活断層に関するモデル実験‐野

噴火現象と地層のでき方を関連づける実験教材の島断層から近畿地方のネオテクトニクスを探究す

開発と中学校での授業実践による予察的評価，岐る理科授業‐日本科学教育学会第８回研究会研究阜大学教育学部研究報告（自然科学），，－，報告本号



藤原崚祐・川上紳一：変成岩の形成過程をテーマに

山口太志・大村恵里華・山田しおり・川上紳一：モした探究学習の試み‐中央構造線に付随する変成

ロッコ産デボン紀ゴニアタイト目化石の分類と教岩の教材化‐．日本理科教育学会第  回東海支部

材開発：示準化石をテーマにした課題解決型授業

大会研究発表予稿集%に向けて．日本理科教育学会東海支部大会研究要川上紳一：魅力的な教材開発・アウトリーチ活動を旨集&

通じた地球惑星科学と里佳教育の連携，第四紀研究，

（別冊号），66

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