高藤清美：測定装置とを活用した実験観察学習の改善
筑波学院大学紀要第１集 １５１〜１５７ページ
２００６年＜研究ノート＞

測定装置と を活用した実験観察学習の改善
高藤清美

      
  

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





  

充に伴い、これらの技術（以下 


１．緒言  ）を利用した学習方法の改善
科学系の教科では実験や観察は主要でかつが試みられている。代表的な例としては、学重要な学習方法として位置付けられている。

習資源の 
化１）、学習グループ内や学習グ

科学の学習において実験や観察が重要である

ループ間の情報交換や情報のデータベース化とされるのは、客観的に学習対象を捉えるこ３）、などを支援するグループウェアの導入２、とが重要であるためである。実験や観察の結学習過程や思考過程を振返るための概念地図

果を客観的に捉えるためには、測定という方（コンセプトマップ）を電子化するためのソ法が有効である。測定以外にも、写真やビデ

４）などが挙げられる。しフトウェアの活用３、オによる記録や、目視により得た情報を記録

かし、これらの方法やシステムでは、実験観するなど、対象を客観的に捉えるための方法

察で得られる測定結果などの実験観察データはある。しかし客観的なデータとして対象をを直接扱う方法に十分に対応していない例が捉えるためには、測定という方法が最も適し多い。
筆者らは科学系の教科の中で使用することている。
学校教育現場では、様々な実験観察学習が６）や各種を目的とした小型測定装置の開発５、取り組まれているが、実験観察対象に適した８）をおこなってきた。本研
センサーの開発７、測定をしながら学習を進めることはそれほど究では、今までの研究で得られた知見をもと多く無い。原因としては、実験観察に適したに、測定を重視した実験観察学習を、上で述

測定装置が無い、学習者が測定装置を使うた

べた 
を活用した各種の科学系教科のためめに必要なスキルを身に付けていない、などの学習支援システムと連携して実施するためが考えられる。の方策を考察した。
を利用したシステム

コンピュータの発達やインターネットの拡と連携するために、測定データも電子化する＊ 情報コミュニケーション学部情報メディア学科、






―１
５１―





筑波学院大学紀要１



２００６

必要がある。実験観察の中で扱われている対の他に、実験観察者氏名、日時、場所、天候象を測定する場合、測定データを直ちに電子等の外部条件、実験観察対象の写真、スケッ化できる場合と、そうでない場合があるた

チ、映像等の視覚情報、実験観察対象を実験

め、測定データを電子化する方法を幾つか用

観察者の目で観察した記録など多岐に渡る意する必要がある。一方、電子化した測定データを記録するべきである。データの電子データを参照するためのインターフェースは化の際に、これらのデータも同時に電子化すある程度共通化することが可能であると考えるためには、パソコン等の情報機器が必要でている。

ある。またこれらのデータを電子化するためのユーザーインターフェースの統一も考慮す

２．測定を重視した実験観察学習と の連携
２．１

システムとして必要な装置の検討

測定結果を と連携するためには、測定る必要がある。

３．コンピュータとの連携が可能な測定装置を用いた場合の測定データの電子化結果の電子化が必要である。測定装置にコンピュータ用のインターフェースが有る場合

３．１

一般的な状況についてと、無い場合では表１に示すように、手順にコンピュータ用のインターフェースを持つ若干の差があるだけで、システムに必要な装測定装置は、一般的に専用ソフトを用いて測置については大きな差が無いと考えられる。

定に関する各種のデータを電子化している。

実験観察に使用する測定装置や測定手段の専用ソフトによるグラフの作成や測定データ他に、ネットワークに接続された測定装置かの分析などが可能な例も多い。多くの場合らの測定データの取り込みや入力のためのパ
等の表計算ソフトで処理できるように、ソコンと、データを保存するためのデータ形式等を用いたファイルの出力機能をベースサーバー等があればシステム化が可能搭載しているので、この機能を利用することであると結論できる。なお、データベースはで、他のソフトでも測定データの活用が可能

単に測定データを保存するだけでなく、測定である。
形 式 等 で 保 存 さ れ た 測 定 デ ー タ をデータを共有し、学習者間で相互に活用する

データベース化するためには、測定データのという目的を持っている。

変換と２．２で述べた様々な情報の入力が必２．２ 電子化する測定データについての検討要である。測定装置の専用ソフトには様々な実験観察で得られた測定データの記録のた情報を記録している場合が多いので、この情めには、単なる数値の記録だけでは十分では報をデータベースに入力すればよい。また専ない。一般的な実験観察等の記録と同様に、用ソフトに記録されていない情報は別に入力

実験観察に関わる条件や測定データそのものする必要があるので、この部分は入力手段を

表１
測定装置のパソコン用インターフェース有り
無し

測定装置による測定データの電子化の手順の違い
データの電子化→→

パソコンによる自動読込み
パソコンを用いて手入力―１５２―

電子化されたデータの保存→

データベース等

高藤清美：測定装置と 
を活用した実験観察学習の改善用意する必要がある。

による測定データの電子化の例を紹介する。

３．２

コンピュータ用インターフェースを中学年以上の学習者ならば使用することがで有する小型測定装置を用いた例

きることを目標に設計、試作をおこなった。

６（図１））
筆者らが開発した小型測定装置５、小型測定装置の特徴は表２に示す。この小型筆者らが開発した小型測定装置は、小学校測定装置はセンサー部分が交換可能で、センサー部分の交換時に校正無しで使用できる機構を内蔵しているため、様々な実験観察対象について様々な測定が可能であり、効果的に使用することができる。

表２

図１

小型測定装置の機能・特徴

項 目
機
能
測定分解能
１０２４段階（１０ビット）
データ記録件数 約１０００件
記録データ
測定値と測定時刻
データ転送機能 ２３２インターフェース
センサー
センサーユニット方式
その他の機能時計機能、電池交換時期表示、電池交換時のデータの保持、等連続使用可能時 単３マンガン電池２本で７日間間以上（センサーユニットにより異なる）
大きさ（幅）９０（縦）１３５（厚）３５（）約２２０（単３電池２本含む）

小型測定装置の外観

図２小型測定装置による「ポットのお湯の温まり方・冷め方の実験」の測定データの電子化と による測定データの加工例

―１
５３―


筑波学院大学紀要１

この小型測定装置と温度センサーを用いておこなった「ポットのお湯の温まり方・冷め方の実験」の測定結果を電子化し、
で処理した例を図２に示す。
３．３

コンピュータを用いて観測データを収集できる自動気象観測装置を用いた例

理科などの教科の中では、気象に関連する学習項目がかなり多い。そのために観測システムとして百葉箱、雨量計、風速風向計などが設置されている学校も多い。しかしこれら

２００６

表３
  の特徴

気圧、相対湿度、降水量、日射量、紫外線強度、気温、風速、風向、室温、室内相対湿度
３３０（）２３０（）５１０（）大 主ユニット （）き
さ 風向風速計 ３７０（）１３０（）４４５（）（）
電源バッテリーおよび太陽電池
データ転送
有線または無線
測定値、日付時刻、月齢、簡表示装置
易グラフ、簡易予報等の表示
専用ソフトによる測定値の読連携
取やインターネットとの連携
測定項目の観測装置を用いて、継続的に気象観測を実施している学校は非常に少ないのが現状である。これは気象庁によるアメダス網の整備とインターネットによる観測データの即時配布の実施や、校内に設置されている従来からある私設気象観測装置の維持管理や継続観測に掛ける労力が得られないなどの原因が考えられる。現在のアメダス網は、雨量で約１７間隔、気温等では約２１間隔に設置されているに過ぎない。また近年の気象状況は局所的に大きく変動する例が頻発している。したがって、現在でも学校等における気象観測の図３
  
左：測定ユニット、右：表示装置

意義は十分にあると考えられる。
国内ではほとんど製品化されていないようであるが、米国では安価な自動気象観測装置が複数のメーカーから製品化され販売されている。これらの装置の多くは、コンピュータとのインターフェースを持ち、簡単に気象観測システムや気象観測網を構築することができる機構が用意されている。これらの自動気象 観 測 装 置 の 中 か ら、 筆 者 ら の 研
１２５１３１））の一環で設置した米国 
究３（社の   について紹介する。
  の特徴を表３に、設置状
況を図３に示す。測定ユニットは、簡単なポールに固定できるため、設置工事は容易である。また表示装置にオプションを追加することで、データロガ機能とパソコンへの観測

―１５４―

表４

気象観測項目の比較 気象台・



測候所
観測点数
―――
約１５０気圧
○○
相対湿度
○
○
降水量
○
○
日照
○
○（日射量） （時間 ））
紫外線
○

気温
○○
風速
○○
風向
○
○
積雪
○ ）
）約４５０箇所は降水量のみを観測。
）日射量も観測。
）積雪のある地域を中心に観測。
観測項目

アメダス
約１３００）○○（時間）
○○○○ ）高藤清美：測定装置と 
を活用した実験観察学習の改善

データの転送機能を持たせることができる。
  で観測可能な項目は表４に示すように多岐に渡り、アメダス網の観測４．コンピュータとの連携ができない測定装置を用いた場合の測定データの電子化項目を上回り、気象台や測候所の測定項目に寒暖計や温度計、パックテストの結果な匹敵する。
  の観測データは、専用のど、直ちにコンピュータと連携ができない測ソフトを使うことで、パソコン上に表示する定装置や測定方法を用いた場合には、測定ことができる。さらにホームページ用のデーデータをコンピュータに手で入力する必要がタの転送やメールでの観測データの転送がである。単なる実験観察データの場合には 

き る も の も あ る。図 ４ は 米 国 






などの汎用ソフトを使用してもよいが、

社の 
  

の観測画

学校の授業の中などで電子化する場合は、面を示したものである。
  
を使用する場合でもマクロによる専用
は図４に見られるグラフデータや現在の入力画面を用意するか、適当なソフトを開発

観測データ、月齢などの気象情報をホームし、用いた方がよいだろう。またネットワーページで表示できる形式に加工し サークを利用し、データベースサーバーに測定バーへ転送や、メールでのデータ転送（図５）などが可能である。観測データをデータベース化する場合、数値形式のデータの方が扱いやすいので、図５のような形式の観測データを各観測地点からメールなどで送信し、データベースサーバー等で受信、加工し、データベース化すればよい。

図４専 用 ソ フ ト（  ）を用いた観測画面の例

―１
５
５―

図５
  からメール機能により送信された観測デー
タの例
筑波学院大学紀要１

２００６

データを収集する場合には、
や新規ソ参照は、を通しておこなうことになる。

フトを開発して用いる以外に、ホームページ

測定データの参照方法としては、２．２で述のフォーム機能を用いることも可能である。

べた観察実験における数値データ以外の部分

２．２で述べたような様々な実験観察情報をについては、基本的に、そのまま参照するこデータベースサーバーに収集することを想定とが多いと思われる。数値化されたデータにすると、ホームページのフォーム機能を用いついては、数値そのものを参照する場合と、て入力インターフェースを作成した方が、汎グラフ化して参照する場合がある。グラフ化

用性が高まり、より有効であると考えられして表示する方法は様々な手法が考えられるる。

が、３（  ）が策定した （ ）を用い

５．測定データのデータベース化と測定データの参照る方法が現在の標準的な手法である。

６．結言
５．１

測定データのデータベース化

での公開を前提として、測定データを本研究では、実験観察学習における実験観データベース化するためには、
サーバー

察対象の測定に焦点を絞り、測定データを有と連動するデータベースサーバーを用意する

効に活用し、より科学的な実験観察学習を可必要がある。サーバーマシンは特別なハード能にするための方策について検討した。部分ウェアを用意する必要は無く、安価なサー部分については知見が蓄積されつつあるのバー向けのパソコンで十分である。としで、今後はこれらの知見を元にシステムとしては 
て構築して行きたいと考えている。

や 
を搭載すればよい。
サ ー バ ー は か 




の場合にはマイクロソフト社の 
を付記選択することも可能である。データベースサーバーは、サーバーとして を選択した場合は または を選択することになる。

の場合には、一般

本研究の一部は文部科学省科学研究費補助金（課題番号：１６３００２５６）の補助を受けている。

的に、内蔵されている エンジンを使用するか、マイクロソフト社 サーバーを参考文献選択する。これらの サーバーやデータ１）教育情報ナショナルセンター（：

ベースサーバーソフトは、サーバー以   外は無償で入手できる。

）ホームページ（）

何れの組み合わせでもデータベースの設計を始め、様々なサイトが公開されている．

をどのようにするかが、測定データの保存性

２）余田義彦編著、 生きる力を育てるデジタルや利用時の利便性を大きく変えるので、デーポートフォリオ

タベース設計はこのシステムの勘所といえ（２００１）．
３）木村捨雄・東原義訓編著、 
・新世紀型理数る。

科系教育の挑戦

５．２

学習と評価 、高陵社書店、

確かな学力を育てる 
のデータベースからの測定データの参照

先進的な教育利用 、東洋館出版社、（２００４）．

データベースに保存してある測定データの４）稲垣成哲・舟生日出男・山口悦司、 再構成型

―１５６―



高藤清美：測定装置と 
を活用した実験観察学習の改善

コンセプトマップ作成ソフトウェアの開発と７）



・

 ・ ・

・

評価 、科学教育研究、２５、３０４
３１５、（２００１）．

 ・
 
 


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


５）高藤清美・余田義彦、 環境教育用携帯型デー


１６３

２７１
２７６

２００４

タロガ「ハンズオン・センサ」の開発 、パー
ソナルコンピュータユーザ利用技術協会論文

  ８）
・・   


３２＋

誌、１０，５３
５９、（２０００）．
６）高藤清美・余田義彦、 環境学習用携帯測定装






 
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

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

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






置の開発 、東京家政学院筑波女子大学紀要、








８、１１５
１２５、（２００４）．

 



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１６９

１０９
１１４

２００５

―１５７―
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