一関工業高等専門学校研究紀要

第52号，pp. 1-8, 2017

マイクロ科学館：新しい科学教育法の開発
白井 仁人（一関工業高等専門学校）

Micro-Museum of Science: Development of a New Method of ScienceEducation
Hisato SHIRAI(Ichinoseki National College of Technology)(Received October 31, 2017)
We have developed a new method in science education.
Science” (MMS).

We call this method the “Micro-Museum ofThe aim of the development is to create a scientific experience for children in rural areas.

The MMS was designed as a compact system that can be adapted for small schools. It consists of five series tofacilitate experiential learning: (A) Energy, (B) Light, (C) Heat, (D) Mathematics, and (E) Sound. Since eachseries can be separated from the MMS, it is easily portable. These features allow us to hold events on scienceeducation in schools located far from our college. In general, children in rural areas have fewer opportunities toexperience science because of the lack of facilities like science museums. We propose an educ ational methodthat will provide these children with valuable opportunities to experience science. In this paper, we report thatthe MMS was successful in achieving this goal, and most participants of the MMS stated that this method wasmore effective than other methods of teaching like science lectures.
Key Words: science education，scientific experience，active learning1.

はじめにけてきた．その中でさまざまな教育の手法を試み，アンケート調査によってその効果を検証しながら，子供たちの子供たちの「科学力（理数系の能力）」を育成すること

科学力の育成において「意欲増大」や「学力向上」の効は，科学技術立国を目指す我が国にとって重要課題で果をもたらすなど，いくつかの成果を挙げてきた（白井，ある．特に，地域の子供たち（小学生，中学生）の理数系

2003；白井ら，2009；白井ら，2009；白井ら，2011；白井・の能力を育てることは，技術者を育てることを目的とした平野，2011；平野・白井，2011；平野・白井，2012）．

高等専門学校（以下，高専）や大学の重要な役割とも言

今回，われわれは，これらの成果を地域の子供たちえる．近年，多くの高専や大学が「科学教室」や「科学講（小中学生）の科学力の育成に活かすことを考えた．その演会」を開くようになり，子供たちにも科学の話を聞く機中で，「実験・体験・対話型」の小型科学実験をシリーズ会は格段に増えた．しかし，真の科学力を育てるには，化し，子供たちが「試行錯誤」しながら系統的に科学の基科学講演会を開いて，科学の楽しさを伝えるだけでは足礎概念の理解に至るような，体験型の科学教育シス

りない．単に科学に興味を持たせるだけではなく，科学のテムを開発することにした．

基礎概念の理解へと導くような，本当の意味での「科学本稿の目的は，その新しい手法の詳細を紹介し，その力」を育てる必要がある．そして，科学への興味という「小開発状況について報告することである．また，実際に実さな芽」を本当の「科学力」へと育成する新しい教育シス施した「マイクロ科学館」の参加者に対して行ったアンケテムが必要である．

ート調査の結果についても分析する．

われわれは一関高専において，真の科学力や技術力をもつ学生の育成を目指し，科学教育に関する研究を続-1-

白井－マイクロ科学館：新しい科学教育法の開発

2. 新しい科学教育手法「マイクロ科学館」

しながら徐々に正解に近づく中で数学法則に気付かせ，科学に必要な論理思考を養う．

われわれが開発した「マイクロ科学館」という方法を紹介しよう．「マイクロ科学館」とは，「実験・体【シリーズE】「メカニズムを探る」（機械の原験・対話型」で行う小型の科学実験をシリーズ化し，理）自由に触れるリンク機構を多数用意し，それを双方向型の科学コミュニケーションを重視した体験型動かして動作原理を理解する．の科学教育システムである．その目的は，参加者（とくに非都市部の小中学生）がさまざまな科学実験を自各シリーズには複数の実験装置が配置されていら体験し，科学コミュニケーターとコミュニケーショる．平成26年度から各シリーズを開発し始め，5年ンをとりながら系統的に科学的理解に至ることにあをかけて全シリーズを完成させる予定である．2017

る．自ら多数の「試行錯誤」を繰り返して，その科学年10月現在において，シリーズA, B, Dの3シリーズ的内容を理解していく．それこそが本当の「科学力」が完成し，すでに実践している．シリーズCもほぼの育成につながると期待できる．

完成しているが，スペースの都合上，実践には至っ「マイクロ科学館」は5つのシリーズにより構成されていない．シリーズE（メカニズム）については，る．各シリーズにはいくつかの実験装置が配置され，体験型実験装置の作成段階で問題が生じたため，現また数人の科学コミュニケーターがつく．つまり，在，新しいテーマ（「音のふしぎ」）に変更して作「マイクロ科学館」とは，各コーナーに科学コミュニ成中である．各シリーズの科学教育手法には，たとケーターが数人ついた（手作りの）小さな科学館だとえばコミュニケーション重視であるとか，実験重視思えば良いだろう．参加者は自分の好みのシリーズかであるなどの個性がある．教育効果におけるそれらら順にまわり，各実験装置を自由に扱って実験を楽しの違いについても調査する予定である．

み，試行錯誤しながら科学的内容を体験的に理解していくことができる．しかも，科学コミュニケーターが3. 平成28年度の開発補助して深い理解へと導いてくれるので，興味が刺激されて終わりということがない．

平成28年度までに，上記5シリーズのうち3シリーズの実験5つのシリーズは以下の通りである．

装置を開発した．その3シリーズとは，シリーズA「エネルギーとは何か」，シリーズB「光とは何か」，シリーズD「数に隠れた【シリーズA】「エネルギーとはなにか」（力学の法則」の3つである．以下に各シリーズで開発した装置につ諸概念）いくつかの力学実験を順に体験し，運動エいて説明する．

ネルギーや位置エネルギー，エネルギー保存則や角3-1. シリーズＡの開発

運動量などの概念について系統的に理解する．

タイトル：「エネルギーとはなにか」【シリーズB】「光とはなにか」（光の概念）シリ

目標：エネルギーの概念を理解する．

ーズ化された光学装置に触れながら，反射，屈折，全反射，干渉など光の諸性質と赤外線など見えない実験装置A1：「飛べ！鉄球(1)」（高さと飛距離）

光について理解する．

方法：半径1cm程度の鉄球を，ある高さにあるホースの入り口から入れて，ホースの出口から斜め【シリーズC】「熱とはなにか」（熱の概念）系統上方に射出する．鉄球は斜面に沿って転がり，的に熱実験を体験し，温度とはなにか，熱の概念

水平方向に何cmか進んだのち，ホースの出口と（熱が分子の熱運動のエネルギーであること）や温同じ高さにもどる．その高さと飛距離の関係を度と体積の関係などついて理解する．

試行錯誤しながら実験し，調べる．これにより参加者は，高さ（位置エネルギー）と速さ（運【シリーズD】「数に隠れた法則」（論理思考）楽動エネルギー）に関係があることを理解する

しい数学ゲームや数学パズルを準備する．試行錯誤

（図１）．

-2-

一関工業高等専門学校研究紀要

図１ シリーズAの装置A1とA2

第52号

図２ シリーズAの装置A3実験装置A2：「飛べ！鉄球(2)」（角度と飛距離）実験装置A5：「振り子de衝突実験！」

方法：A1と同様に，半径1cm程度の鉄球を，ある高方法：半径3cm程度の鉄球の振り子を複数並べた実さにあるホースの入り口から入れて，ホースの験装置を用意し，ひとつの振り子を振動させ出口から斜め上方に射出する．鉄球は斜面に沿て，衝突実験を行う．これにより参加者は，運って転がり，水平方向に何cmか進んだのち，ホ動エネルギーが隣へ移っていくことを理解すースの出口と同じ高さにもどる．その角度と飛る．

距離の関係を自ら行う実験によって調べる．これにより，角度と飛距離に関係があることを理

3-2. シリーズＢの開発解する．
タイトル：「光とはなにか」
実験装置A3：「飛べ！鉄球(3)」（高さと角度）

目標：反射，屈折，全反射，干渉など光の諸性質と方法：実験A1とA2の結果から，飛距離を最大にする

赤外線など見えない光について理解する．のにどのような高さと角度が最適か考えさせる．そして，高さと角度を自由に決めて，参加

実験装置B1：「目の錯覚？光の不思議」

者たちに飛距離を競わせる．これにより，理論

方法：凹面鏡，水槽，光ファイバーなどで反射や屈折が的に考えて予測することと，実験でそれを確かつくる不思議な像を見せ，子供たちの心に「なぜ？」めることの楽しさ，つまり，科学的活動の楽しを生じさせる．そして，それが反射や屈折によって説さを理解する（図２）．

明できることを理解させる．ここには，凹面鏡，水槽，光ファイバーなど，実際に見て触れて楽しい装置を実験装置A4：「鉄球の競争」

多数用意する（図３a，b）．

方法：半径1cm程度の鉄球に5つのコースを進ませる．コースはどれも水平方向に同じ距離を進む

実験装置B2：「見えない光を見る！」

が，どのコースが最も短時間でゴールにたどり

方法：人の目では見えないテレビのリモコンからの着けるかを考え（予想）させる．これにより，赤外線が，デジタルカメラでは見えることを実高さ（位置エネルギー）と速さ（運動エネルギ験で示す．また，赤外線カメラにより人の体なー）と距離の関係によって時間が決まることをどからも赤外線が出ていることを示す．これを理解する．

通して，人の目には見えない光があり，それが飛び交っていることを理解させる．

-3-

白井－マイクロ科学館：新しい科学教育法の開発

図３a シリーズBの装置の一部

図３c シリーズC （イメージ）

3-4. シリーズＤの開発
タイトル：「数に隠れた法則」
目標：数学ゲームや数学パズルを通して，論理的な思考の能力を養い，ゲームやパズルの中に数学的な法則があることを理解する．

実験装置D1：「見つけ出せ！数学法則」
方法：数学の法則が隠されたパズルを用意する．参加者にはまずパズルを与え，それを解くことを楽しんでもらう．次に，そのパズルにあるいくつかの法則が隠されていることを伝え，その法則を試行錯誤しながら
図３b 平成26年度シリーズBの装置の一部見出してもらう．最後に，なぜその法則が成り立つか論理的に考察する（図３d）．

3-3. シリーズＣの開発
タイトル：「熱とはなにか」
目標：赤外線カメラを通して熱を見たり，自分の手のひらの温度を熱シートで体感するなど，系統的に熱実験を体験し，温度とはなにか，熱の概念（熱が分子の熱運動のエネルギーであること）や温度と体積の関係などついて理解する．
現状：ほぼ完成しているが，図３cにあるように，大きな装置を含むため，スペースの都合上，まだ実験を行ってはいない．まず，大きなスペースを必要としない装置群から順にマイクロ科学館の一部として配置する予定である．

図３d 平成26年度シリーズD-4-一関工業高等専門学校研究紀要

第52号

実験装置D2：「数学ゲーム1・2・3！」

参加者はそれを見て，どのシリーズから順に見方法：サイエンス・ナビゲーターと数学ゲームを行う．そていくかを自由に決める．その後，見たいシリれは一種の数学的な実験であり，必勝法則に気付ーズの場所へ行き，各種実験を楽しむ．(2) 各

けば必ず勝てるようになっている．いくつかのゲームシリーズには数人ずつサイエンス・コミュニケを体験する中で，参加者にはまず負けてもらう．次ーター（SC）が配置されており，参加者はSCがに，必ず勝つ方法があることを伝え，その方法を見見守る中，自由に実験を行う．必要があれば，つけ出してもらう．最後に，その方法ならばなぜ必ず実験方法や科学的内容についてSCに相談した

勝てるのかを考えてもらい，論理的な原理を見つけり，質問したりしながら進めることができる．

出す．

(3) 各シリーズを十分に楽しみ，内容を理解したら，好きなタイミングで次のシリーズへと移
3-5. シリーズＥの開発

動する．再度，そのシリーズへと戻ることも可タイトル：「メカニズムを探る」

能であるし，ひとつの場にとどまり，ひとつの実験装置作成において問題が生じたため，タイトシリーズで見つけた課題を探究し続けることもルを変更することにした．

可能である（図４a，b）．

新タイトル：「音の不思議」（開発中）
目標：さまざまな音の実験を通して，音が空気の振動であることや，音の高さが装置の大きさと関係していることを見出す．その中で体験的に音に法則があることを理解し，共鳴・共振などの不思議な現象を体験する．

4.

平成26年度の実施

平成26年度からすでに数回に渡り，マイクロ科学館を開催してきた．ただし，アンケート調査については，平成27年度以降の結果を分析できていないので，本稿では平成26年

図４a シリーズAで実験する参加者の様子

度の実施概要とアンケート調査結果について紹介する．

4-1.

実施概要

実施対象，実施日時，場所，参加人数，実施方法などについて説明する．平成26年度は中学生を対象として実施したため，参加者はすべて中学生である．平成27年度以降は，小学生から大人まで広く一般市民に対して実施する予定である．

対象：中学生，保護者
日時：平成２６年８月３０－３１日
場所：一関工業高等専門学校

図４b シリーズDで試行錯誤する参加者たち

参加人数：８８名（２日間）「マイクロ科学館」の参加者は２日間で８８名であり，とても方法：(1) 参加者には，まず専用教材が配布される．

盛況で各シリーズで順番待ちが出るほどであった．そして，-5-

白井－マイクロ科学館：新しい科学教育法の開発

参加者には全員，アンケート調査への協力を依頼し，「マイクロ科学館」を楽しんだ後，最後にアンケートへの回答を

質問１への回答：必ず記入してもらった．
(ア) ３２人
4-2.

(イ) ２１人 (ウ) ８人

アンケート調査
この結果からわかることは，第一に，「科学講演会」と「科「マイクロ科学館」では，参加者全員にアンケート調査を行学実験教室」，「マイクロ科学館」の３つの方法を比べたとき，っている．その調査内容と結果について紹介しよう．アンケ

最も科学的内容を理解できる方法は「マイクロ科学館」であートで行った第一の質問（質問１）では，科学教育手法の効ると答えた人が最も多いということである．つまり，期待した通果を確かめるため，「科学実験教室」や「科学講演会」との比り，科学的興味の喚起だけでなく，科学的内容の理解という較を行った．それらと比較した理由は以下の通りである．

面でも効果的な方法だと言える．

近年，一般向けの科学教育活動の重要性が広く認識され第二にわかることは，各方法を選んだ人数の比率がだいた

るようになり，多くの教育機関や研究機関が，毎年，一般市

い３：２：１で，（イ）や（ウ）の方が理解できると答える人もいる

民向け（あるいは小中学生向け）の科学教育活動を多数行うことである．とくに，（イ）の「科学実験教室」が最も理解しやすようになった．そうした科学教育活動にはいくつかの方法がい方法だと考える人が予想以上に多かった．したがって，ある．たとえば，先端科学の話を講義形式でわかりやすく聞「マイクロ科学館」という手法の今後の開発における目標は，くことのできる「科学講演会」はしばしば用いられる方法であ（ア）を選ぶ人の数が（イ）を選ぶ人の数よりもはるかに多くなる．最近では，さらに気軽に講演を聞けるスタイルとして「サイるように，学習効果の高い装置開発に努めることだろう．

エンスカフェ」という方法もしばしば用いられる（例えば，野原，2011；上田・毛利，2012）．

アンケート調査で行った第二の質問（質問２）と回答は以下

また，たとえばペットボトル・ロケットを自作し，それを飛ばの通りである．

す実験を行うというような「科学実験教室」の方法もよく用いられる．さらに，科学館を利用した科学教育というのも一つの質問２．今回の「マイクロ科学館」には次の3つのコーナーが新しい手法として挙げられる（例えば，大山，2011）．この他ありましたが，どれが一番楽しめましたか．にもいくつか方法があるかもしれないが，主に小中学生向けの科学教育を考えた場合，その方法としてしばしば採用され(A)シリーズＡ：エネルギーとはなにかているのは，「科学講演会」と「科学実験教室」だろう．そこ(B)

シリーズＢ：光とはなにかで，本研究ではこれら2種類と比較する形でアンケートを実(D)シリーズＤ：数に隠れた法則施した。
具体的なアンケートの内容とそれに対する回答は以下の質問２への回答：

とおりである．
(A) ３７人(B) １８人(D) ３３人

質問１．一般向け科学教育の方法には，次の3つがあります．どれが一番内容を深く理解できると思いました

これを見ると，「エネルギー」のシリーズAと「数」のシリーズ

か．

Dが一番楽しかったと答えた人が多く，シリーズB「光」を選んだ人があまりいなかったことがわかる．

（ア）

（イ）

（ウ）

「マイクロ科学館」・・・さまざまな科学体験ができ，その最大の理由として考えられることは，シリーズAとDでは科学コミュニケーターとコミュニケーションできるサイエンス・コミュニケーターとの双方向のコミュニケーション

今回のような方法．

がとても多いのに比べ，シリーズBでは装置の前で実験の説「科学実験教室」・・・ロケットづくりなど工作をし明を受けるだけのことが多く，コミュニケーションが一方的にて実験などをする科学教室．

なりがちだという点である．したがって，双方向コミュニケーシ

「科学講演会」・・・大学の先生などが最先端のョンを行うことが，参加者を科学的内容にひきつけるのにとて科学について講演するような方法．

も重要であると推測できる．

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5. 議論と今後の展開

第52号

だが，推測による議論しかできなかった理由は，アンケート調査においてその手法を選んだ理由を尋ねなかったためで本研究では，一般向けの科学教育の新しい手法としてある．したがって，われわれの次のステップにおいて行うべき「マイクロ科学館」という方法を開発した．平成２６年度にはそ重要な改善点は，アンケート調査の質問１において各方法の方法による科学教育を実践し，アンケート調査により確かを選んだ理由を尋ねる項目を付け加えることだと言える．にそれが効果的な手法であることがわかった．
しかし，アンケート調査結果からは「科学講演会」や「科学6. まとめ実験教室」などの従来の手法も決して教育効果の小さい方法（内容が理解しづらい方法）だと参加者が考えているわけ

本研究で，一般向け科学教育の新しい手法として「マイクではないこともわかった．そこで，もう一度それぞれの方法のロ科学館」という方法を開発した．そして，平成２６年度に「マ長所について考察したい．

イクロ科学館」を実施し，その効果を検証するため，簡単な本論文では，従来の各方法の問題点を指摘し，新しい手アンケート調査を行った．結果をまとめると以下のようにな法（マイクロ科学館）の開発理由について述べた．そして，アる．

ンケート調査の結果について紹介した．多くの人が「科学講(1)演会」や「科学実験教室」などの従来の手法よりも「マイクロわれわれは一般向け科学教育の新しい手法として「マイクロ科学館」という方法を開発している．

科学館」の方が「内容を深く理解できる」と答えたが，中には(2)

平成２６年度に開発と実践を開始し，毎年，教育効果前者を選ぶ人が何人かいた．彼らがそのように答えた理由を検証していく．そして，徐々に「マイクロ科学館」で展はなんだろうか．その理由を推測してみる．

示する実験装置のシリーズを増やし，平成２９～３０年度

まず，「科学講演会」がもっともわかりやすいと答えた人は，に完成させる予定である．

「科学講演会」で話される内容の深さや広さなどが理由であ(3)

参加者が科学的内容をもっとも理解できると答えた科

ったかもしれない．通常，科学講演会では１～２時間の長時学教育の方法は「マイクロ科学館」であった．２番目が間を使って，ひとつのテーマに関して深く説明される．内容「科学実験教室」で，３番目は「科学講演会」であった．

を理解するには，そうした深い説明の方が良いと考える人がこのことから，期待した通り「マイクロ科学館」の方法はいたのかもしれない．この方法は確かにコミュニケーションと一般向けの科学教育の手法として有効であることがわ

しては一方向的ではあるが，説明の奥深さという点で長所がかる．

あると言える．

(4)

参加者がもっとも楽しいと答えた実験のシリーズは，シわれわれの今後の研究の展開を考えた場合，「科学講演リーズ A「エネルギーとはなにか」であった．２番目はシリ会」の方法がもつこの長所を「マイクロ科学館」にもうまく取りーズ D「数に隠れた法則」で，３番目はシリーズ B「光と入れられないかということが，今後考えるべき課題のひとつとはなにか」であった．双方向コミュニケーションの多い２言えるだろう．

つのシリーズが選ばれたことから，一般向け科学教育に次に，「科学実験教室」の方法について考えると，これが一おいて双方向コミュニケーションが重要であることがわ

番わかりやすいと答えた人は，「ひとつのテーマについて長かった．

時間じっくりと実験をした方が内容がわかりやすい」と考えた(5)

平成２６年度の実施により「マイクロ科学館」の教育効可能性がある．実際，われわれが実施した「マイクロ科学館」果の有効性は確認できたが，今後さらにこの手法を洗でも，自分の好みに応じて，３つのシリーズのうちのひとつに練させていくためには，アンケート調査において「ほかの長時間とどまる参加者が多数いた．したがって，ひとつのテ方法の方がわかりやすい」と答えた参加者にその理由ーマに集中できるという点が「科学実験教室」の強みなのかを尋ねる項目を加えて，それについて分析していく必要もしれない．

がある．

したがって，いかにして「マイクロ科学館」の各シリーズの内容を深めて，「科学実験教室」と同程度に，ひとつのテーマ謝辞に集中できるようにするかが，われわれの今後の課題と言える．

本研究はJSPS科学研究費補助金（課題番号21500889,

さて，本章では従来の手法の長所について推測したわけ

課題番号26350253）の助成を受けて実施したものです．

-7-

白井－マイクロ科学館：新しい科学教育法の開発

参 考 文 献1）白井仁人：「４種類の科学的話題導入による高専学生の物理学学習への動機付けの試み」，高専教育，513518, 2003.
2) 白井仁人，平林一隆，梅野善雄，千葉圭，西山憲夫，渡辺仁史，二本柳譲治，尾上利美，星朗，明石尚之，佐藤要，菅野昭吉，貝原巳樹雄 ６，福村卓也，長田光正，照井教文，埜上洋，佐藤昌也，安東宏晃，若嶋振一郎,
一関高専における学科横断・科目連携型の総合的環境教育の実施, 論文集「高専教育」 第32号, pp. 645－649 (2009).
3) 白井仁人，平林一隆，梅野善雄，千葉圭，西山憲夫，渡辺仁史，二本柳譲治，平野耕一，星朗，若嶋振一郎，明石尚之，郷冨夫, 佐藤要，貝原巳樹雄，福村卓也，長田光正，照井教文，埜上洋，佐藤昌也: 学科横断・科目連携型環境教育の展開，一関高専研究紀要，第44号, pp. 15－21 (2009).
4) 白井仁人，他３名：「未来の創造的技術者育成に向けた全学的環境教育の展開」，工学教育, 59, 167-172,2011.
5) 白井仁人・平野耕一，「学習意欲向上を目指した物理教
育とその効果 －見て聞いて楽しむ物理学－」，平成23年度

全国高専教育フォーラム, 20116) 平野耕一・白井仁人：「物理教科教育における物理現象のコンピューターグラフィクスによる可視化の効果」，高専
教育, 41-46, 2011.
7) 平野耕一・白井仁人：「物理教科教育における『実験レポートノート』の利点と欠点」，高専教育, 167-172, 2012.
8) 野原佳代子：「理工系学生の国際性とコミュニケーションデザイン力のためのサイエンスカフェ活動効果」，工学教
育，59(2), 79-84, 2011.
10) 上田晴彦・毛利春治：「サイエンスライテイング・サイエン
スカフェ企画を取り入れた大学新入生に対する教育実践報告」，秋田大学教養基礎教育研究年報 14, 89-96,
2012.
9) 大山真実，他４名：「科学館展示物を利用した学習プログ
ラムの実践」，仙台市科学館研究報告，20, 56-59, 2011-8-