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令和５年度

教育実践研究報告書

探究活動における検証計画の立案に焦点を当てた授業実践－高校化学「凝固点降下」を事例として－教育学研究科 教育実践創成専攻 教科領域実践開発コース 中等教科教育分野 邊見千里

1. 問題の所在だ単に「座学から実験」のみの流れで実験を行

1.1. 研究の背景

うと、学習事項の確認で終わってしまっている

化学分野では、物質の化学式、名称、反応名、と考えられ、生徒が見方・考え方をもっと働か反応の仕方等について暗記をしなければならせながら実験を行うためには、学習の順序以前ないことが多く、暗記に頼ることなく学習内容に、探究の過程に沿って観察・実験を行うことを定着させるためにはどのような方法があるで、学習事項の理解を深める必要があるのではかについて調査を行った。先行研究を調査するないかと考えた。

中で、座学で学習する前に実習等を行った授業

そこで、探究の過程を一度振り返り、2016 年を「反転授業」というが、この反転授業を行うの中教審答申の資質・能力を育成するために重ことにより一定の学習成果が得られたという視すべき学習過程のイメージ（高等学校基礎科研究が沖林（2017）で報告されている。この研究を参考に、高校化学において学習事項を定着

目の例：図１）では、探究の過程に沿って養う資質・能力の具体例が明確化されていることにさせる実験のよりよい導入時機についての研着目した。そして、この探究の過程に沿った授究を昨年度行った。

業展開を考えることとした。

この研究は、高校化学の有機化学のある単元

1.2. 探究過程の現状

内容において、実験を先に行った後に座学で学現状の学校教育において、一般的な理科の授習する授業スタイルと、座学で学習した後に実業はこの探究の過程に沿って、実験を行ってい験を行う授業スタイルの 2 通りの授業を行っるか考えてみる。ある学校の理科教員に探究過た場合に、生徒はどちらの授業スタイルで学習程に沿って実験をしているか問うたところ、事項が定着するか、また、その際に理科の見方・限られた授業時数の中では、探究過程に沿って考え方を働かせているかについて分析し、比較実験することは難しく、また、検証計画の立案することを目的としたものであった。の授業についての例が、あまり教科書の指導書

結果としては、座学を行った後に実験を行う組と、実験を行った後に座学を行う組の 2 通りに掲載されていないのが現状である。
「検証計画の立案」が省かれていることが多い

で単元学習を行った場合の定着度調査から、が、実験や学習事項の理解を深化させるために「実験から座学」、「座学から実験」の差に大きは、検証計画の立案が必須であると考える。

な差は見られなかった。しかし、生徒の授業観さらに、探究過程における検証計画の立案につ察や学習観察からは、後で実験を行った組は見いてどのような現状であるかを調べた。中学校

方・考え方を働かせている記述が多かったこと

理科の、平成 30 年度の全国学力・学習状況調が分かった。よって、総合的に分析すると、見査の結果から、「変える条件」「変えない条件」方・考え方を働かせながら学習ができていたの「変わってしまう条件」を制御した実験を計画

は、「座学から実験」の方であることがわかっすることに課題があり、関係する問題は正答率た。

が 19.8％と極端に低いことがわかった。そして、先に述べた研究を行う中で、課題として、た平成 30 年度の全国学力・学習状況調査報告書－ 399 －

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図１ 資質・能力を育成するために重視すべき学習過程のイメージ（高等学校基礎科目の例）
出典：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 別添資料 （2／3） 中教審答申(2016)
では、「自然の事物・現象を科学的に探究する上くは演示実験、2 時間目に実験計画の立案、3 時で、事象を従属変数として、『原因として考えら間目に立案した計画に基づいての検証実験をれる要因』を抽出して吟味し、独立変数と制御行い、2 種類の実験を実施したと報告していた。

変数とに分けて、条件を制御した実験を計画す

この実践は、生徒の実験する力などは養えるとることが大切である」と記載されている。

考えられるが、2 種類の実験を実施することは、1.3 検証計画の立案に関する研究

授業時数の実態を考慮すると、普段の授業で探探究過程の検証計画の立案に関する先行研究過程に沿って授業を行っていく以上に困難究の調査を行ったところ、北川（2019）と北川（2020）の報告がされていた。

である。よって、2 種類の実験を行うのではな
く、検証実験のみを行う実践について検討する

北川（2019）では、実験計画の立案が実験の見ことを考えた。

通しや目的意識を持たせる仕掛けとして影響

2．研究目的を及ぼすと報告され、北川（2020）では、実験研究の目的の一つ目として、探究の過程の検計画の立案が，資質能力を育成するための高校証計画の立案に焦点をあてて、学習指導方策を化学教育の教材の一つとして有用であること考案することが挙げられる。二つ目は、検証計を明らかにしたと報告されていた。

画の立案の授業実践が及ぼす理解度、その後の北川（2019）の高等学校化学における問題発見力を育成する学習過程の研究の報告書を当学習への意欲、取り組み方などの効果を分析することである。

たる中で、北川の実践報告は 3 教材について検研究対象の単元として、実験として変数を動証実験の実践を 1 教材につき 3 時間行っていかしやすい、「凝固点降下の実験」で実証しようた。
その 3 時間のうち、1 時間目に生徒実験もしと考えた。

－ 400 －

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3．研究の方法

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時間行った。

3.1 学習指導の骨子（５） 実験データを基に結果の処理・考察を単元「溶液の性質」の中にある小単元の「希１時間で生徒にまとめさせた。

薄溶液の性質」の内容と授業時数を表１にまと（６） 実験のワークシートに実験結果・考察めた。

を記入することを課題とし、また、そのまた、探究活動中の調査の流れを図２に示す

ワークシートに学習感想③を生徒に記ようにその詳細を示す。探究活動は、全４時間さえた。また、全ての探究過程の授業が行った。

終わった、学習の内容などが薄れつつ（１） 座学で 2 時間学習を行ったのち、1 度ある他の学習を行って 2 時間目の授業目の学習定着度調査①と学習感想①を生徒に記入させた。

時に学習定着度調査②を行った。
（７） 学習感想からだけでは、検証計画の立（２） 授業者側からの課題設定として、生徒案が生徒にとってどのような効果があに凝固点降下を調べる実験をすることったか、見取れない可能性があったたを提示した。
（３） 検証の結果がどのようになるのかを予表１ 希薄溶液の性質の授業実施時数想しながら、検証計画の立案について生徒に 1 時間を使って考えさせた。その授業後に学習感想②を記入させる予定であった。
（実際は、授業感想を書く時間を確保できなかったため、小単元の学習の終了後に学習感想②を生徒に書かせた）（４） 生徒の考えた検証計画を基に実験を 2

図２ 実施した授業の流れの詳細と調査のタイミング－ 401 －

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め、全学習後に生徒へのアンケートを26 日で、実施単元は、化学の物質の状態で全追加で実施した。

10 時間授業を行った。そのうち、研究対象の小3.2.1 学習指導の方策 検証計画の立案

単元は「希薄溶液の性質」であり、6 時間の研授業のはじめに生徒へ「凝固点降下は何によって決まるのか？また、どのように実験を行え究授業を行った。また、探究活動として、「凝固点降下について調べる」を行った。

ばよいか、計画を立てたい。
」と発問した。
そして、その実験計画における凝固点降下を調

5. 授業実施と結果の分析べるための使用する器具と概要を説明し、条件

5.1 検証計画の立案の授業の結果と分析制御をするために、水についても測定すること生徒がグループごとに考えた検証計画をGoogle スライドで共有しながら実験計画書にを強調した。
次に、実験を行うにあたり、どのような物質まとめた。生徒達は PC を使いながら、教科書を使えばよいか、また、溶液の量、濃度などにや図説などを参考にし、それぞれの考えをめぐついて両方考えることは困難と考え、どちらからしていた。ほとんどの班で、「濃度をどのくら一方で、考えるように生徒に指示をした。

いにすればよいかわからない」「電解質と非電

なお、生徒は計画の立案を、4 人グループで考解質の違いがよくわかっていない」 「物質名案するようにグループ設定をした。

があまりでてこない」「具体的な量まで考えら3.2.2 学習指導の方策 実験れない」というように、条件設定について悩ん

図３で示したように初めに実験の手順を指でいた。

示した。

図４に示す実験計画書を作成した班は、10

生徒は、図３の写真のように実験準備を行い、mL と 1 mL の溶媒を用いて実験を行おうと計生徒が計画した実験計画書をもとに溶液を入画した。1 mL が極少量であるというイメージれたフィルムケースを寒剤で冷却し、デジタルがつかず、実験に用いる量を極端に少なく設定温度計で温度を測定した。実験結果は、ワークしていた。以上、記述したように生徒が実験をシートにまとめるように指示をした。

計画するにあたり、苦戦している様子が見受けられたため、学習したことをもう一度よく思い

4. 授業実施の概要

出し、溶媒量、物質の種類を化学式も含めて考対象は、山梨県立 A 高等学校の 2 年生の 34名であった。実施期間は令和 5 年 9 月 12 日～

えるように授業者側で指示をした。それにより、生徒たちは一つ一つをイメージしながら考えられるようになり、実験可能な物質や量に修正

図３：実験の手順を記した実験のワークシートに掲載した実験のイメージ写真
出典：教科書令和 5 年度化学理論編 東京書籍

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図４ 生徒のある班が作成した実験計画書

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教育実践研究報告書していった。また、実験を行うにあたり、実験い班があった（図５）。よって、実験の結果としが不可能もしくは不都合が生じる値であったて、しっかりとした数値を見いだせず、凝固点ところは、実験計画書が提出されたところで授降下が得られない班が多かった。考察をする際業者が判断し、赤色で修正した条件で実験を行に予想通りの値が出なかったために、凝固点降うように指示した。

下の理論を理解するのに混乱してしまってい5.2 実験の授業の結果と分析る生徒が多かったと推測する。正確に得られた実験を行うにあたり、実験の手順について簡実験値を、授業者側で準備しておくだけでも生単に説明を行い、生徒は実験に取り掛かった。

徒の理解度に違いがあったのではないかと考しかし、どのように実験を行えばよいのか、右えられ、すなわち、実験が上手くいかなかった

往左往している班がいた。また、寒剤の水の量班へのフォローは必須であったと考えられる。

が多過ぎた班や、塩の量が少なかったという班

6. 生徒の学習感想の記述と分析が多かった。ＢＢ弾を上手く活用できずに攪拌

6.1 検証計画の立案の時の授業感想と分析がしっかりできていない班も見受けられた。そ検証計画の立案時の生徒の学習感想を表２

れにより、凝固に時間がかかってしまい、予定に示す。生徒の感想では、表２のように、検証の１時間では一つの物質を凝固するのに精い計画の立案をしたことに対して、「理解して、計っぱいであったので、もう１時間使って、対照画を作れた」「主体性を伸ばすことができた。」

実験で行う予定であったもう一つの物質を凝「実験器具の名称も合わせて覚えられた」「理固する実験を行うことにした。

解や思考力の向上になった」というように肯定

実験の授業実践結果としては、適切な実験データが得られなかった班がほとんどであった。

的に捉えていて、具体的な利点を述べている記述が多く見受けられた。

その理由として、不適切な攪拌、温度が一定にしかし、「実験の意図を理解できなかった」

降下せずに上昇・降下を繰り返す等のデータの「教科書のようにするだけで深い理解が出来測定不備、測定試料へ塩が混入するなど、実験なかった」「計画の通りにいかなかったときの技能が十分でなかったことが挙げられる。また、対処が難しかった」など、検証計画の立案を否

寒剤の水の量が多く、寒剤の役目をはたしてい定的に捉えていた生徒の記述も一部見受けらないということも理由として考えられる。また、れた。
（表３）

生徒たちが実験結果を基に結果の処理・考察を行ったが、凝固点降下の大きさについて、理論

表２ 検証計画の立案後の肯定的な学習感想

値と実験値に大きな誤差があった班、明確な凝生徒１０濃度と量からおおよその結果を事前に求められていた点

固点がグラフに現れずに凝固点を定められな

生徒１３

実験の意味を理解して計画を作れたこと。

生徒１５

自力で計画を立てなければならないので、進んで理解しようとして、主体性を伸ばすことができた。

生徒１８

実際に自分たちで実験を考えることで理解をしてないとできないことなので、自然と身についた。さらに実験器具の名称も併せて覚えられた。

生徒３４

実験を考えることで、実験の目的の理解や思考力の向上になったとおもう。

表３ 検証計画の立案後の否定的な学習感想生徒１５

知識が少ない、情報量が少ない中で行っていたので、実験の意図を理解できなかった

生徒１６分からないことは教科書のようにするだけで深い理解が出来なかった

生徒２４

計画の通りにいかなかったときの対処が 難しかったこと

生徒２６

他の人に頼る人がいる

生徒２８

何を求めるための実験か、最初明確に分からなかったこと

図５ 生徒が測定して作成したグラフの一例（1.0 mol/kg スクロース水溶液）－ 403 －

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6.2 実験後の授業感想と分析

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解できたか？」という質問をした。その結果、実験後の生徒の授業感想は、実験の反省など、検証計画の立案に対するコメントが多く、検証「理解できていた」「まあまあ理解できた」と回答した生徒は 7 割以上であった。
（図６）計画の立案に対する学習感想は表４に挙げら

この結果から検証計画の立案をしたことにれたもののみであった。

よって、ほとんどの生徒が単元の学習内容を理

実験後の生徒の授業感想は、実験の反省に対す解できたということがわかった。

る「計画をしっかり立て、スムーズにできるよう班員で話し合っておくべきだ」「なんでこの7. 学習定着度調査

手順を踏むのかを理解できた」「実験の方法を7.1 学習定着度用紙と実施について考えることが楽しかった」など、全て検証計画生徒の学習の定着度調査を 2 回実施した。実の立案に対して肯定的に捉えている記述であ施時期は、図２に示したとおりである。定着度った。の質問内容は以下の図７、図８に示す。質問は、全部で大問 2 問出題した。

表４ 実験後の授業感想
生徒４

実験をする時は、計画をしっかり立てスムーズにできるよう班員で話し合っておくべきだと思った。

生徒５（計画の立案をして）なんでこの手順を踏むのかを理解できた。

生徒６

自分たちで、実験の方法を考えることが楽しかった。（途中省略） ちょっとした研究をしているようで次もそのような実験をしたい。

6.3 検証計画の立案に関する生徒へのアンケ

図７ 定着度用紙の質問１（沸点上昇に関するートの結果問題）

問.検証計画の立案の授業を行ったことにより単元の学習の内容を理解できたか？

理解できない0%

未回答
15%

理解できていた21%

あまり理解できていない
9%どちらでもない6%
まあまあ理解できていた
50%（N＝30)
理解できていたまあまあ理解できていたどちらでもない

あまり理解できていない

理解できない未回答

図６ 生徒へのアンケート結果
図８ 定着度質問用紙の質問２（凝固点降下に生徒の学習感想のみでは、生徒にとって検証関する問題）

計画の立案を行ったことが、学習事項を理解するために役立ったのか不明瞭であったため、生徒にアンケート形式で、「検証計画の立案の授業を行ったことにより、単元の学習の内容を理

質問１は、沸点上昇に関する質問 3 問、質問２は、凝固点降下に関する質問 4 問を出題し、10 分間で生徒に解答させた。

－ 404 －

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7.2 学習定着度調査の結果と分析

8. 研究により明らかになったことと課題

7.2.1 学習定着度調査の結果

8.1 研究により明らかになったこと

全体としては、学習定着度調査①と学習定着考察から明らかになった、1 つ目の点として度②の結果にあまり差は見られなかった。質問

は、学習定着度までは上昇しなかったことが挙1 において、検証計画を立てる前の学習定着度げられる。これは先述のとおり、検証計画の立調査①の方が、定着度は高かった。また、質問案後に行った実験のデータ不良により、実験結2 において、特に実験で行った冷却曲線に関す果の処理、考察に悪影響を及ぼしたものと考える質問は、実験を行った後に調査を行った学習られる。しかし、検証計画の立案により、7 割定着度調査②の定着度が高かった。

以上の生徒が授業への理解度が上がったとい7.2.2 学習定着度調査の分析うことがわかった。

定着度調査の 1 回目では、質問 1 の結果が上

2 つ目の点としては、生徒の感想から、検証回り、2 回目では質問 2 の実験に関わる問題が計画の立案を行ったことが、実験における生徒上回っていたことから、沸点上昇度と凝固点降の主体性、思考力の向上に役立ったということ

下度は、どちらも質量モル濃度に比例するが、が挙げられる。

即して同じフィールドで考えられていないこ8.2 これからの課題とが推察できる。よって、直前に行った実験に生徒たちのなかには実験中に上手く測定が引きずられていて、学習したことが抜けてしまできない生徒が多くいたことから、検証計画をっているということがわかった。

実証できる安定した実験技能の習得の指導の質問 2 の（3）（4）において、実験と関係し実施、入念な授業者の実験計画の立案を行い、ている質問にも関わらず、2 回目の定着度調査

実験に行き詰まった生徒に対する対応方法のの結果が良くなかったのは、実験データの不良事前準備をしておくこと、そして、実験後のフに由来する理論値からの大幅な逸脱により、生ォローをし、予測値と実験値の差異に対する原徒の予想との違いが生徒を混乱させ、好ましく因説明をすることが必要であり、そのための取ないイメージが定着してしまったためではなり組みがこれからの課題となると考える。

いかと考えられる。

定着度調査結果
80.0%

学習定着度調査①

学習定着度調査②

70.0%
60.0%
50.0%

40.0%
30.0%
20.0%
10.0%
0.0%

１(1)

１(2)

２(1)

２(2)

２(3)

図９ 学習定着度調査の結果－ 405 －

２(4)正答率

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9．引用参考文献
北川 輝洋 「高等学校化学における問題発見力を育成する学習過程の研究」『KAKEN

研究成果報告書』2019
北川 輝洋 「高等学校化学実験における実験計画立案が及ぼす効果の研究」『KAKEN

研

究成果報告書』2020
南拓実 「わくわく！アドバンス実験講座」の取り組み実践報告」『化学と教育』第 70 巻，第４号, 2022, ｐ168-169
西川一二・雨宮俊彦 「知的好奇心尺度の作成―拡散的好奇心と特殊的好奇心―」『教育心理学研究』 第 63 巻，第 4 号，2015, ｐ412-425
沖林洋平 「知的好奇心と授業に対する興味と学習内容の定着の関係」『日本工学会論文誌』
Vol.41，Suppl 号，2017 , ｐ133-136
文部科学省 中教審答申(2016) 幼稚園，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 別添資料 （2／3）
東京書籍

令和５年度化学理論編

凝固点降

下度 ｐ56
文部科学省 高等学校学習指導要領（平成 30年告示）解説 理科編 理数編
国立教育研究所 平成 30 年度全国学力・学習状況調査 中学校理科 報告書 ｐ86-87－ 406 －

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