オープンソース生物教材の開発へ向けた全国アンケート調査

藏田耕作（九州大学）

オープンソース生物教材の開発へ向けた全国アンケート調査
藏⽥ 耕作
九州⼤学⼤学院⼯学研究院機械⼯学部⾨
連絡先〒819-0395 福岡市西区元岡 744
e-mail: kurata@mech.kyushu-u.ac.jp「自分で部品から作り出して組み立てられ，設計や製作に関する電子データがすべて無償公開され，その電子データを自由に改変できる」という新しい考え方のオープンソース生物教育教材（バイオウェア）の開発を試みています．2018 年夏，そのニーズを調査することを目的とし，高校教諭を対象とした郵送アンケー
ト調査を実施しました．
どのようなバイオウェアを開発すれば喜ばれるのかという手がかりを得るためのアンケート調査でした
が，調査の結果を何らかの形で公表すべきだと思っていました．そこで論文の形にまとめて国内誌に投稿したのですが，結果は「修正・再投稿の上，再査読」．2 名の査読者から，先行研究の調査不足，目的のあいま
いさ，アンケート調査・分析方法に関する不備など，非常に多くのコメントをいただきました．ほとんどリジェクトに近いお返事なのだろうと思います．
査読者からのコメントは納得できる点もありましたが，反論したい部分もありました．しかし，アンケー
ト結果の公表が論文投稿の目的でしたし，機械工学に身を置く私が教育関係の国内誌に論文掲載してもらうために多くのエネルギーを費やすのも本末転倒ですので，今回，アンケート調査の結果をまとめた次ページ以降の文章をウェブ公開することにいたしました．査読者のコメントを添付することはできませんが，調査・分析方法に関する不備を含んでいるのだろうと思いますし，統計的有意差を算出して議論した文章でもありません．これらのことを踏まえた上で，ご参考にしていただけましたら幸いです．

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オープンソース生物教材の開発へ向けた全国アンケート調査

藏田耕作（九州大学）

Abstract
The aim of this study was to survey needs of teaching materials for biology to develop new hardware for biologicaleducation that can be assembled by students themselves, published free of charge on the internet, and freely modified.
A mail questionnaire was sent to 2,000 high schools selected from a list of high schools in Japan (4,985 schools). The
questions included the frequency of observation and experiment in a class, the type of teaching materials thatteachers are using and want to use, and ideas of teaching materials that teachers give up making due to technicalproblems. We received 795 responses from 10 national schools (1.3%), 539 public schools (67.8%), 242 private schools(30.4%), and 4 unanswered schools (0.5%). Morphological analysis and text mining technique showed that more thanhalf of the teachers performed observations and experiments on “Cells and molecules”, “Metabolism”, “Expression ofgenetic information”, “Development of animals”, and “Reaction and behavior of animals”. The teaching materials on“Expression of genetic information” showed the highest needs, and were desired by approximately 40% of teachers.
Even in other teaching fields, some sort of materials were requested by 20% of teachers. Based on these information,
open-source educational materials that can be easily produced by digital fabrication tools such as 3D printers andlaser cutters will be planned.
Key Words: biological education, educational material, open-source, questionnaire survey, text mining
Author for correspondence: Kosaku KURATA, Kyushu University, Department of Mechanical Engineering, 744
Motooka, Nishi-ku, Fukuoka 819-0395 Japan.

Ｉ はじめに生物実験を行うための機器やキットは従来から多くの教諭によって独自に開発や工夫が重ねられており，一部は企業から販売されている．これらの教材や教具にはあらかじめ必要なものが全て備わっており，さらに手順書があって間違える余地が残されていない．しかし，イノベーションマインドを育むには，実際の問題を自力で創造的に解決しようとするアプローチを体験させることが不可欠である．そこで単なる生物実験の機器やキットではなく，次の 3 つの特徴を備えた新しい考え方のバイオ教
育ハードウェア（以下，バイオウェア）の開発を試みている（OPEN-SOURCE BIOWARE PROJECT，アクセス
2019. 1. 23）．
第一の特徴は，このバイオウェアは自分で部品から作り出して組み立てられることである．パーソナル 3D プ
リンターとレーザーカッターの価格が下がり，これらをレンタルして自由に使える FabLab（市民工房）の設置が全国で進んでいる（FabLab Japan Network アクセス
2019. 1. 23）．このようなデジタルファブリケーションツ
ールを用いて生徒自身が教材や教具を製作すれば，原理を深く理解できるだけでなく，自分で工夫したり改変したりする余地が生まれる． 第二に，このバイオウェアに関する情報はすべて無償公開される．設計図や組立図はもとより，3D プリンターやレーザーカッターで製作するための電子データなどはすべてウェブ上に保管され，これらを誰でも閲覧したりダウンロードしたりして試すことができる．これは，インターネットにアクセスできれば世界中どこにいても材料原価だけで安価に，好きな数だ
け教材を製作できることを意味する．第三の特徴は，無償公開されている電子データを自由に改変できることである．利用者が電子データを自由に編集して大きさや形を変えたり機能を付加したりすることを許せば，多くの人の手を経ることによって自律的に優れた教材や教具に進化する．
そこで本研究では，開発するバイオウェアの種類を検討するための基礎データを得ることを目的とし，全国の高等学校で生物教育に携わる教諭を対象として選択式および記述式の郵送アンケート調査を実施した．その回答
をテキストマイニングの手法を用いて解析し，頻出語や特徴語を抽出してそれらの出現頻度や共出現の相関を求めた．そして，生物科目の教育課程において現在どのような教材や教具が用いられ，また求められているのかについて考察した．
II 方法
1．調査対象生物教育に携わる高校教諭に対して教材や教具の利用状況やニーズに関する郵送アンケート調査を行った．まず，入手できた全国高等学校リスト（4,985 校）からスーパーサイエンスハイスクールの指定を受けたことのある高校 207 校を優先的に選出した．次に，残った高校の中から普通科を設置する国立高校 10 校を選んだ．また，福
岡県下の全日制普通科を有する高校 119 校を選んだ．最後に，リストに残った高校 4,649 校から全日制普通科を
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オープンソース生物教材の開発へ向けた全国アンケート調査有する高校3,345校を抽出して郵便番号の昇順に並べた．
そして，
Microsoft Excel のランダム関数を用いて 0 以上，
1 未満の実数の乱数を付与し，値の大きな高校から順に
1,664 校を選んだ．
調査対象となった高校は合計 2,000 校
で，その種別は国立17校（0.85%），
公立1,311校（65.6％），
私立 672 校（33.6％）であった．このように選んだ高校において生物科目を担当している教諭に宛てて，2018 年
8 月上旬にアンケート用紙を郵送した．
2．調査項目
アンケートの調査項目（表 1）は，
「Q1．授業で観察や

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実験を行っている頻度（選択式）」「Q2．授業中に観察や実験を行うにあたり障害になっていること（選択式，記述式）」「Q3．観察や実験に使っている教材の種類（選択式）」「Q4．どのような学習分野で観察や実験を行っているか（選択式，記述式）」「Q5．どのような学習分野の教材があれば使ってみたいか（選択式，記述式）」「Q6．自分で設計図をダウンロードして製作できる教材がウェブサイ
トに掲載されたら利用したいか（選択式）」「Q7．技術的表 1 郵送アンケートの質問項目と選択肢
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な問題から製作を諦めている教材のアイデアはあるか（選択式，記述式）」「Q8．高校の所在地，種別，教職経験年数（選択式）」であった．
3．解析方法
選択式アンケートについては，選択肢ごとの回答数を集計して比較した．一方，記述式アンケートの回答内容については，計量テキスト分析ソフトウェア KH Coder（樋口 2014）を用いてテキストマイニングの手法によって解析した．まず，自由記述された文章を前処理して形態素に分割し，助詞や助動詞を除いた単語の出現頻度を集計した．次に，文章の中で出現パターンが類似する単語を線で結んだ共起ネットワークを作成し，共起関係を有する語のまとまりとして表した．さらに，対応分析（コレスポン
デンス分析）を行い，頻出する単語同士の関係性を散布図として可視化し，それぞれの学習分野で行われている観察や実験，求められている教材について考察した．
III 結果全国 2,000 校の高校において生物科目を担当している教諭を対象にアンケート調査を実施した結果，795 件の回答（回答率 39.8％）を得た．高校種別，教職経験年数別に回答数をまとめた結果を図 1(a)，(b)に示す．高校種別で集計すると，
国立10 校（1.3%），
公立 539 校（67.8％），
私立 242 校（30.4％），無回答 4 校（0.5％）から回答があった．送付数に対する回答率は，国立 58.8％，公立
41.1％，私立 36.0％であった．また，教職経験年数別では，～5 年：89 人（11.2％），5～10 年：159 人（20.0％），
10～20 年：204 人（25.7％），
20～30 年：171 人（21.5％），
30 年～：165 人（20.8％）の回答を得た．
「Q1．授業で観察や実験を行っている頻度」に関する回答の集計結果を図 2(a)，(b)に示す．全体の 1.8％の高校
では週に 1 回以上の観察や実験を行っていたが，約 80％の高校では数か月に 1～2 回以下の実施であった．高校種別で集計すると，国立，公立，私立の順に実施頻度の低下が認められた（図 2(a)）．また，教職経験年数が増すと，観察や実験の実施頻度が増加する傾向があった（図 2(b)）．
「Q2．授業中に観察や実験を行うにあたり障害になっていること」についての集計結果を図 3 に示す．半数以上の高校が授業時間や準備・片付け時間の不足を訴えていた．また，設備・備品や消耗品の不足も障害として挙げられていた．108 校（13.7％）の高校は選択肢「その他」
を選んで自由記述がなされていたので，テキストマイニ
ングの手法を用いて記述内容を解析した．まず，形態素解析によって抽出された総抽出語数は 1,690 語，異なり語
数（何種類の語が含まれていたかを示す数）は 418 語であり，そのうち助詞や助動詞などを除いた解析対象とな
る総抽出語数は 828 語，異なり語数は 312 語であった．
これらの頻出語の上位 30 語と出現頻度を表 2 に示す．

図 1 アンケート回答者の属性．
(a) 高校種別，(b) 教
職経験年数別．

図 2 「Q1. 授業で観察や実験を行っている頻度」の集計結果．(a) 高校種別，(b) 教職経験年数別．

図 3 「Q2. 授業中に観察や実験を行うにあたり障害になっていること」の集計結果
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表 2 「Q2. 授業中に観察や実験を行うにあたり障害になっていること」に関する自由記述における頻出語
と出現頻度
3

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「実験」
（60 回），「不足」（22 回），「生物」（21 回），「内容」（17 回）などの単語が頻出していることが確認されたので，次にこれらの単語がどのような文脈で出現しているのかを共起ネットワークを作成して可視化した．その際，出現頻度 3 回以上の単語 49 個を対象とし，集合間の類似性を表す Jaccard 係数の大きいものから 60 位までの共起関係を選択した．図 4 に得られた共起ネットワー
クを示す．出現数が多い単語ほどバブルが大きく，共起の程度が強いほど濃い線で結ばれている．また，この図に描画されているのは単語 49 個のうち 44 個（node），共起関係を示す線 400 本のうち 63 本（edge）であり，その密度は 0.067 であった．共起ネットワークには 6 個のグループが認められた．特徴的な 1 つ目のグループは「教員」
「専門」
「知識」
「経験」
「予算」などの単語の集合が見られ，これが「不足」という単語とつながっていた．教員の専門と担当科目とが違っていて，観察や実験を行うにあたり知識，経験，能力の不足が障害となっていること，さらに予算不足が問題であることを示唆していた．
2 つ目は
「内容」
「教科書」
「観察」
「学習」などの単語からなる集藏田耕作（九州大学）

合で，教科書の内容に沿う実験や観察には実施が難しいものが多いことが挙げられていた．3 つ目は「授業」
「進
度」
「多い」
「業務」などの単語からなり，授業進度の問題や他の業務による忙しさが観察や実験を妨げていることを示していた．4 つ目は「エアコン」「時間」「不足」などの単語の集合で，実験室にエアコンがないために夏場に実験の授業ができないこと，実験や準備の時間不足が挙げられた．5 つ目は「実習」
「助手」
「不在」
「教諭」からなる集合で，実習助手や実習教諭がいないために観察や実験が行えないことを示唆していた．6 つ目は「生物」「少ない」「間に合う」などからなる集合で，観察や実験に必要な生物を採集する機会の減少，材料調達の難しさが挙げられていた．
「Q3．観察や実験に使っている教材の種類」に関する集計結果を図 5 に示す．市販品をそのまま使ったり改造して使ったりしている他，
6 割以上の教諭が何らかの学習でオリジナル教材を自作していることが明らかになった．
「Q4．どのような学習分野で観察や実験を行っているか」について，集計結果を図 6 に示す．半数以上の教員
が「細胞と分子」「代謝」「遺伝情報の発現」「動物の発生」「動物の反応と行動」の分野で観察あるいは実験を行っていたが，それ以外の分野では実施が 20％に満たなかった．具体的にどのような教材を使っているのか調べるた
めに，自由記述による回答内容に対して形態素解析を行

図 5 「Q3．観察や実験に使っている教材の種類」の集計結果

図 4 「Q2. 授業中に観察や実験を行うにあたり障害になっていること」に関する自由記述に現れた単語の共起ネットワーク

図 6 「Q4．どのような学習分野で観察や実験を行っているか」の集計結果
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表 3 「Q4．どのような学習分野で観察や実験を行っているか」に関する自由記述における頻出語と出現頻度
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った．総抽出語数は 20,596 語，異なり語数は 1,780 語であり，そのうち助詞や助動詞などを除いた解析対象とな
る総抽出語数は 10,814 語，異なり語数は 1,558 語であった．各分野ごとに上位 30 語の頻出語と出現頻度を表 3 にまとめた．
「(1)生命現象と物質」の分野については，他の分野よりも自由記述による回答が多く，抽出された単語数が突出していた．
「DNA」
「細胞」
「カタラーゼ」「顕微鏡」「アルコール発酵」「オオカナダモ」「タマネギ」「酵素」「酵母」「光合成色素」「だ腺染色体」
「レバー」
「ミクロメ
ーター」
「ブロッコリー」「ペーパークロマトグラフィー」「脱水素酵素」「発酵」「ユスリカ」などをキーワードにした観察や実験が行われていることが示された．
「(2)生殖と発生」では「ウニ」
「発生」
「カエル」
「受精」
「胚」
「卵」
「花粉管」
「プレパラート」などの単語が頻出していた．
「(3)生物の環境応答」では「ブタ」
「解剖」
「盲斑」
「眼」

(

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「ニワトリ」「眼球」「脳」，「(4)生態と環境」では「土壌」「標識再捕法」「野外」「植生」，「(5)生物の進化と系統」
では「標本」
「解剖」
「化石」
「手羽」
「系統樹」
「骨格」な
どの単語が多く出現していた．
次に，共起ネットワークを作成し，これらの単語がどのような関連を持って記述されていたのかを可視化した．
その際，各学習分野で抽出された単語数（異なり語数）の上位 10％程度の単語を解析対象とした．また，例えば同
じアルコール発酵の実験を行っているのに，回答者によって「キューネ発酵管」「キューネ管」「キューネ」「イースト」「イースト菌」という別の単語で記述されていることがある．これらは「アルコール発酵」という 1 つのコンセプトとして集計されるべきである．そこで抽出された単語を個別に確認し，同一のコンセプトを付与するためのコーディングルールを作成して解析を行った．それ
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ぞれの学習分野に関して得られた共起ネットワークを図7～11 に示す．
「(1)生命現象と物質」（図 7）の分野において高頻度の回答を得たのは，ブロッコリーからのDNA 抽
出，ユキノシタを用いた原形質流動の実験，タマネギやオ
オカナダモの細胞観察，レバーを用いたカタラーゼ酵素の働きに関する実験，顕微鏡観察，光合成色素の分離，脱水素酵素やアルコール発酵の実験，BioRad 社の遺伝子組
み換えキットによる実験，ユスリカだ腺染色体の観察，酵母菌による発酵実験などであった．
「(2)生殖と発生」（図8）では，カエルの発生，ウニの受精と発生，映像資料の視聴，ムラサキツユクサの減数分裂，花粉管伸長の観察，
市販の永久プレパラートの観察，ニワトリ有精卵を用いた実験などが多く記述されていた．
「(3)生物の環境応答」（図 9）では，ブタの眼球やニワトリ頭部（水煮缶）の解剖を行っている回答者が非常に多く，次いで生徒自身による盲斑や膝蓋腱反射の確認，カイコガを用いた実験，カイワレダイコンを用いた光屈性の実験などが挙げられた．
「(4)生態と環境」（図 10）では，ツルグレン装置を用いた土壌動物の観察，学校内の植生調査，標識再捕法の実践，

映像資料の視聴などが挙げられた．
「(5)生物の進化と系統」（図 11）では，化石の観察，骨格標本の観察，ニワトリ
手羽やイカの解剖，分子系統樹の作成，遺伝的浮動に関する実験，映像資料の視聴などの回答が頻出していた．

図 7 「生命現象と物質」分野で行われている観察や実験に関する単語の共起ネットワーク

図 10 「生態と環境」分野で行われている観察や実験に関する単語の共起ネットワーク

図 8 「生殖と発生」分野で行われている観察や実験に関する単語の共起ネットワーク

図 11 「生物の進化と系統」分野で行われている観察や実験に関する単語の共起ネットワーク

図 9 「生物の環境応答」」分野で行われている観察や実験に関する単語の共起ネットワーク

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表 4 「Q5．どのような学習分野の教材があれば使ってみたいか」に関する自由記述における頻出語と出現頻度
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「Q5．どのような学習分野の教材があれば使ってみたいか」について，集計結果を図 12 に示す．
「遺伝情報の発現」の分野で教材を望む回答が特に多く，約 4 割の教諭が求めていることが明らかになった．また，それ以外の分野でも平均的におよそ 2 割の教諭がなんらかの教材を望んでいた．具体的に求められている教材を調べるために形態素解析を行った結果，総抽出語数は 10,878 語，異なり語数は 1,324 語であり，そのうち助詞や助動詞などを除いた解析対象となる総抽出語数は 5,303 語，異なり
語数は 1,123 語であった．各分野ごとに上位 15 語の頻出
語と出現頻度を表 4 にまとめた．
「(1)生命現象と物質」では「遺伝子」「PCR」「電気泳動」「組み換え」「DNA」「模型」「動画」などの単語が頻出しており，「(2)生殖と発生」
では「発生」
「ウニ」
「カエル」
「動画」
「受精」
「胚」
「卵」
，
「(3)生物の環境応答」では「植物ホルモン」「動画」「神図 12 「Q5．どのような学習分野の教材があれば使ってみたいか」の集計結果

経」
「収縮」
「筋肉」
「光屈性」
，
「(4)生態と環境」では「シミュレーション」「映像」「動画」「バイオーム」，「(5)生物の進化と系統」では「進化」
「系統」
「標本」
「映像」
「動画」
「骨格」などの単語が多く出現していた．また，「(1)生命現象と物質」と「(4)生態と環境」の分野では，「簡単」「手軽」という単語が頻出していた．
次に，出現頻度 14 回以上の単語 66 個を対象とし，集合間の類似性を表す Jaccard 係数の大きいものから 100
位までの共起関係を可視化した．図 13 に得られた共起ネットワークを示す．この図に描画されているのは単語 66個のうち 64 個（node），共起関係を示す線 674 本のうち100 本（edge）であり，その密度は 0.05 であった．共起
ネットワークには 6 個のグループが認められた．
「(1)生命現象と物質」の分野で求められている教材はグループ 2
および 3 に現れており，単語の共起関係から遺伝子組み換えのキット，DNA の PCR や電気泳動に関する教材，
分子や酵素の模型が挙げられた．
「(2)生殖と発生」の分野に関しては，グループ 5 においてウニの受精やカエルの発生を観察するセットが求められていた．
「(3)生物の環境応答」の分野についてはグループ 1 に共起関係が示されていて，植物ホルモンの実験教材が挙げられた．
「(4)生態と環境」の分野はグループ 1 および 4 に単語の共起関係が現れており，モデルや可視化を通して生徒が活動できるような教材，アニメーションやビデオなどの視覚教材が求められていた．
「(5)生物の進化と系統」では，グルー
プ 2 および 6 において系統樹や模型，データを使って生徒が考察できるような教材，進化シミュレーションに関
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オープンソース生物教材の開発へ向けた全国アンケート調査する教材が求められていた．
さらに，抽出語と 5 つの学習分野との対応関係を対応
分析（コレスポンデンス分析）によって二次元平面上に布置したものを図 14 に示す．出現頻度 15 回以上の単語 56
個を解析対象とした．対応分析では，どの分野でも現れる特徴のない抽出語は原点近くに布置される．また，関連の強い語同士は近くに布置され，距離が離れていても原点から見て同じ方向にあればそれらの語は同じような意味づけを持つと考えられる．図 14 では，第一，第二象限に「映像」「シミュレーション」「データ」「標本」などの生きている試料とは異なる教材や教具を指す単語が布置され，第三象限には「細胞」「遺伝子」「PCR」などの分子生藏田耕作（九州大学）

物学的な単語が，第四象限には「植物」
「カエル」
「ウニ」
などの動植物を直接指す単語が布置された．第三象限にある「(1)生命現象と物質」の分野では，原点から見て同じ方向に「遺伝子」「組み換え」
「DNA」
「PCR」
「電気泳
動」
「安価」などの単語がまとまって布置され，「安価」な「バイオテクノロジー」に関する教材が求められている
ことが示された．第四象限には「(2)生殖と発生」が「動
き」
「過程」
「カエル」
「ウニ」
「発生」などの単語と同じ方向にあり，実際にこれらの単語が出現する文脈（KWIC;
keyword in context）を調べると，胚の発生過程や陥入の動きが分かる教材が求められていた．
「(3)生物の環境応答」
は原点近くに位置し，「植物ホルモン」や「神経」に関する教材，「動画」教材などとの関連が強く示された．第一
象限には「(4)生態と環境」と「(5)生物の進化と系統」が隣接しており，原点から見て同じ方向には「シミュレーシ
ョン」
「遺伝」
「データ」
「標本」
「系統」
「進化」
「生徒」な
どの単語が布置されていた．それぞれの単語の文脈から，進化や系統のシミュレーション，遺伝的浮動のシミュレ
ーション，実験データを与えて生徒自身が解析したり考察したりできる教材，進化の順序が分かる骨格標本などが求められていた．
「Q6．自分で設計図をダウンロードして製作できる教材がウェブサイトに掲載されたら利用したいか」に関する集計結果を図 15(a)，(b)に示す．全体では 98％以上の教諭から利用したいという回答を得た．
（図 15(a)）．また，

図 13 「Q5．どのような学習分野の教材があれば使ってみたいか」に関する自由記述に現れた単語の共起ネッ
トワーク

図 14 「Q5．どのような学習分野の教材があれば使ってみたいか」に関する自由記述に現れた単語の対応分析の結果

図 15 「Q6．自分で設計図をダウンロードして製作できる教材がウェブサイトに掲載されたら利用したいか」の集計結果．(a) 高校種別，(b) 教職経験年数別．
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教職経験年数が短い若い教諭ほど「積極的に利用したい」という肯定的な回答の割合が多くなった（図 15(b)）．
「Q7．技術的な問題から製作を諦めている教材のアイ
デアはあるか」という問いに関する集計結果を図 16(a)，(b)に示す．高校種別や教職経験年数にかかわらず，2 割以上の教諭がアイデアを持ちながらも技術的な理由で製作を諦めている教材があることが明らかになった．
IV 考察
本研究では，①自分で部品から作り出して組み立てられ，②設計や製作に関する電子データがすべて無償公開
され，③その電子データを自由に改変できる，新しい考え
方のバイオウェアを開発するにあたり，観察や実験の実
施状況，教材や教具の利用の現状，求められている教材や教具の種類について高校教諭を対象とした郵送アンケー
ト調査を実施した．そして開発するバイオウェアの種類を検討するために，その回答を単純集計するだけでなく，
テキストマイニングの手法を用いて頻出する単語同士の関係性を解析した．
アンケート用紙の発送は全国高等学校リスト（4,985 校）から選んだ 2,000 校の高校に対して行われた．スーパーサイエンスハイスクール指定校（207 校），普通科を設置する国立高校（10 校）と福岡県下の高校（119 校）を優図 16 「Q7．技術的な問題から製作を諦めている教材のアイデアはあるか」の集計結果．(a) 高校種別，(b) 教
職経験年数別．

藏田耕作（九州大学）

先して順番に選んだ結果，高校種別で送付先を数えると国立 17 校（0.85%），公立 1,311 校（65.6％），私立 672
校（33.6％）であった．これは，もともとのリストに掲載された高校の種別ごとの割合である国立20校（0.40%），
公立 3,585 校（71.9％），私立 1 ,380 校（27.7％）と大きな違いはなかった．また，795 件の回答は国立 10 校
（1.3%），公立 539 校（67.8％），私立 242 校（30.4％），
無回答 4 校（0.5％）から得られており，これらの割合も
全国高等学校リストの種別ごとの割合と大差はなかった．
したがって，バイオウェア開発のアイデアを集めるためのアンケートであるので必ずしも全国の高校からまんべ
んなく意見を集める必要はないが，本研究で得られたア
ンケート結果は全国の総体的な高校の現状を反映していると考えて差し支えないと思われる．
アンケートの設問については事前に数名の高校教諭に聞き取り調査した経験をもとに決定した．この設問について注意すべき点を 3 つ挙げる．まず，アンケートの中
では我々が開発を目指しているバイオウェアを「教材」と記載した．しかしながら，生物科目においては生物試料そのものを「教材」として用いることが多く，そのような観点から考えるとバイオウェアは「教具」であり，回答者によっては設問を分かりにくいと感じたかもしれない．次に，設問 Q4 と Q5 では現在実施している観察や実験と使ってみたい教材をそれぞれの学習分野に分けて質問した．
各分野の「探究活動」も質問内容に含められているが，アンケートでは「探究」とすべきところを「探求」と誤植した．しかしながら，ここで示した学習分野や内容は現行の高等学校学習指導要領に基づいたものなので，誤植を正してそれぞれ回答していただいたと思われる．最後に，設問 Q6 で尋ねた「自分で設計図をダウンロードして製作できる教材」はこれまでにないものなので，どのようなものかイメージできなかった回答者がいたかもしれない．
98％以上の教諭から利用したいという回答が得られたが，どのような教材か分からないが期待を込めて「利用したい」と回答されたケースを含んでいると思われる．
アンケート設問 Q1 と Q2 の結果を見ると，週に 1 回以上の観察や実験を実施している高校はごく少数（1.8％）であり，約 80％の高校では数か月に 1～2 回以下しか実施していなかった．アンケートを単純集計した結果およびテキストマイニングの手法によって自由記述を解析した結果，観察や実験を行うにあたり障害になっているのは，授業時間や準備・片付け時間の不足，他の業務の忙しさ，設備・備品や消耗品の不足（予算不足），教諭自身の知識，経験，能力の不足，教科書の内容に沿う実験や観察には実施が難しいものが多いこと，実習助手や実習教諭の不足，生物試料の調達の難しさであった．バイオウェアの開発には，これらの問題を解決する視点が必要である
ことが示唆された．すなわち，準備や片付けが不要，ある
いは生徒だけで準備や片付けができる教材，安価な教材，
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オープンソース生物教材の開発へ向けた全国アンケート調査

観察や実験について説明する副教材が付属した教材，実習助手がいなくても生徒だけで自立的に学べる教材，生物試料が不要，あるいは容易に調達して利用できる教材が望ましい．
設問 Q5 の結果から，「遺伝情報の発現」の分野では約4 割の教諭が教材を望んでいることが明らかになった．
自由記述から抽出した単語の共出現を共起ネットワークや対応分析によって調べると，安価な遺伝子組み換えキット，DNA の PCR や電気泳動に関する実験教材が求められていることが示された．これらの実験を行うには，マイクロピペット，振動ミキサー，サーマルサイクラー，電気泳動槽などの実験機器が必要となり，このような機器はバイオウェアとして開発対象となりうる．すでにオープ
ンソース機器として公開されているものもあるが（Bellon et al. 2018, Bravo-Martinez 2018, Dhankani
and Pearce 2017, OpenPCR アクセス 2019.2.7），これ
らは既製の実験機器に遜色ない精度で実験できるように開発されているために，高校生物の実験に用いるために生徒自身が準備するには複雑，高価，性能過剰であると思われる．遺伝情報に関する実験を簡単，安価にサポートする教材（教具）が求められる．
「遺伝情報の発現」以外の分野でもまんべんなく，それぞれ 2 割程度の教諭がなんらかの教材を望んでいた．ウニの受精やカエルの発生のように比較的多くの高校で実施されている実験（図 8）の他，分子や酵素の模型，進化の分かる骨格の模型，進化や系統のシミュレーション教
材，アニメーションやビデオのような視覚教材が強く求められていた．模型，シミュレーション教材，視覚教材は，本研究で目指しているバイオウェアの開発から外れる教材であるが，インターネットを介して共有できるという観点から考えると同じ方向性を持つ教材である．例えば，分子や酵素の三次元形状の電子データは簡単に共有することができ，3D プリンターやレーザーカッターなどのデジタルファブリケーション機器にその電子データを送れ
ばどこにいても模型を作り上げることができる．シミュ
レーションのためのソフトウェアや動画は学習用に限らず多くのものがインターネット上で公開されており，だ
れでもいつでも使える．しかしながら，これらのコンテンツは個人から大手にいたるまでいろいろなウェブサイト
に分散しており，学習に使いたいと考えても良質なソフ
トウェアや動画を探し当てるのが難しい．また，管理者の都合でウェブサイトがなくなり，よい教材が散逸してしまうこともある．我々が開発を目指しているバイオウェ
アを含めて，電子データをベースとする教材をどのようなプラットフォームで公開，維持，管理していくかは重要藏田耕作（九州大学）

な課題である．
設問 Q7 では，高校種別や教職経験年数にかかわらず 2
割以上の教諭が，教材のアイデアを持ちながらも技術的な理由で製作を諦めていることが明らかになった．本研
究で目指すバイオウェアの取り組みは，これらのアイデ
アを拾い集め，3D プリンターやレーザーカッターのようなデジタルファブリケーションツールによって簡単に製作できる教材をデザインし，さらにオープンソース教材として広く公開するものである．だれでも電子データをダウンロードして製作できる教材は，教諭の授業準備の負担軽減をもたらすだけでなく，生徒が自ら教材を製作して学習するというアクティブラーニングの素材としても使える．このような教材の利用者は教諭や高校生に限定されるものでなく，小中学生やバイオ実験に興味を持
つ人が世界のどこからでも必要な電子データをダウンロ
ードして教材を作って学べるようになる．自分で作ることは原理のより深い理解をもたらす．さらに，自分で工夫したり改変したりする余地が生まれる．このような経験がイノベーションマインドを育むことに繋がると考える．
謝辞
本研究は JSPS 科研費 17K18652 の助成を受けて行われた．また，忙しい業務の中，アンケートにご協力下さった先生方に感謝する．
文献
Bellon, J. A., Pino, M. J., Wilke, N. (2018) Low-costequipment for electroformation of GiantUnilamellar Vesicles. HardwareX, 4: e00037.
Bravo-Martinez, J. (2018) Open source 3D-printed
1000µL micropump. HardwareX, 3: 110-116.
Dhankani, K. C. and Pearce, J. M. (2017) Open sourcelaboratory sample rotator mixer and shaker.
HardwareX, 1: 1-12.
樋口耕一 （2014） 社会調査のための計量テキスト分析−内容分析の継承と発展を目指して− 初版，ナカニシ
ヤ出版．
本文中で参照した資料
FabLab Japan Network．http://fablabjapan.org/ （アクセス 2019. 1. 23）
OpenPCR. https://openpcr.org/ （アクセス 2017.2.7）
OPEN-SOURCE BIOWARE PROJECT.
http://bioware.sakura.ne.jp/ （アクセス 2019. 1.
23）
．

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オープンソース生物教材の開発へ向けた全国アンケート調査

藏田耕作（九州大学）

日本語要旨
オープンソース生物教材の開発へ向けた全国アンケート調査
藏田 耕作・高松 洋
九州大学大学院工学研究院機械工学部門
本研究では，自分で部品から作り出して組み立てられ，設計や製作に関する電子データがすべて無償公開され，その電子データを自由に改変できる，新しい考え方のバイオ教育ハードウェア（バイオウェア）を開発するにあたり，そのニーズを調査することを目的とし，高校教諭を対象とした郵送アンケート調査を実施した．全国高等学校リスト（4,985
校）から選んだ 2,000 校の高校に対して，観察や実験の実施状況，教材や教具の利用の現状，求められている教材や教具の種類，技術的問題から製作を諦めている教材アイデアなどについてのアンケートを送付した．その結果，国立 10 校
（1.3%），公立 539 校（67.8％），私立 242 校（30.4％），無回答 4 校（0.5％）の合計 795 件の回答を得た．設問ごとに回答を単純集計するだけでなく，自由記述については形態素解析を行って頻出語や特徴語を抽出し，さらにテキストマ
イニングの手法を用いて頻出する単語同士の関係性を解析した．約 80％の高校では観察や実験の実施が数か月に 1～2
回以下であり，授業時間や準備・片付け時間の不足，他の業務の忙しさ，設備・備品や消耗品の不足（予算不足）などが障害になっていることが明らかになった．バイオウェアの開発には，これらの問題を解決する視点が必要であることが示唆された．また，半数以上の教員が「細胞と分子」「代謝」「遺伝情報の発現」「動物の発生」「動物の反応と行動」の分野で観察あるいは実験を行っていたが，約 4 割の教諭が「遺伝情報の発現」に関する教材を使ってみたいと望んでいた．それ以外の分野でも平均的におよそ 2 割の教諭が，ウニやカエルの発生，植物ホルモンの実験，系統樹や模型，
進化シミュレーション，動画などの教材を望んでいた．これらの情報をもとにして，3D プリンターやレーザーカッタ
ーのようなデジタルファブリケーションツールによって簡単に製作できる教材をデザインし，さらにオープンソース教材として広く公開する取り組みを進める予定である．

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