岐阜大学教育学部

教師教育研究62010

習得した知識や実験技能を活用して主体的に実験方法を考える理科授業―中学校第２学年

化学変化と原子・分子を通して―

1 ．はじめに

瑞穂市立穂積中学校中上和奈

岐阜大学教育学部

川上

紳

一を養うことができるのではないかと考えた．

新しい学習指導要領では，科学的な思考力，判宮本ほか（2004）は，生徒が自ら実験方法を断力，表現力が一層重視されるようになっており，考案することで，目的意識をもって実験に取り組自然の事物・現象に進んで関わり，その中に問題むことができ，ひいては生徒の創造性を育むうえを見出し，目的意識をもって観察・実験を主体的で 有 効 で あ る こ と を 示 し て い る． ま た， 福 岡に行い，課題を解決することが求められている（文（2008）も生徒が自ら実験の仕方を考える 8 種類

部 科 学 省，2008）． こ う し た 改 善 の 背 景 に は，の実験課題を提案している．福岡（2008）におOECD が実施している2006年の第 3 回国際学習

いては，中学 1 年から 3 年まえでのさまざまな到達度調査の結果などが背景にあると考えられ単元で授業実践しているが，本研究は，単元指導る．日本の児童・生徒の科学リテラシーは国際的計画のなかで，系統的に実験方法を考える授業をには上位にあるものの，科学への興味・関心が高実践するなかで，生徒の変容を明らかにしていく．

くなく，科学の楽しさに対する実感も低い傾向が

2 ．研究仮説と指導計画ある．また，観察や実験を重視した理科の授業を受けているという認識も低い傾向がある．

本研究のねらいは，課題を解決させるための実

平成20年度の学力状況調査の結果を分析して験方法を生徒自ら考え，実験する場を設定するこみると，本校の生徒は，科学的な思考においては，とができれば，生徒は目的意識をもち，主体的に県の平均を上回る項目が多いのに対し，観察，実実験に取り組むことができるというものである．

験の技能・表現に関する項目がほとんど県の平均中学校の理科授業では，実験や観察が重視されてを下回っていることがわかった．特に，実験の方いるが，実験方法については教師から与えること法を計画する力や安全面を配慮した使い方，器具が多く，課題を解決するための方法を考えて実験の使い方や気体の捕集方法が身についていないこするというよりは，実験の説明にしたがって，実とが顕著に表れている．その原因として，課題は験を進めていくというスタイルになりがちであ理解できているが課題を解決するための実験と課る．こうした授業においては，生徒が追究すべき題が結びついておらず，実験の意味を理解しない

課題と実験方法を別々にとらえてしまい，目的意まま，ただ実験を行っていることが考えられる．

識が薄れてしまうのではないかと考えた．そこで，また教師の実験の説明が長くなり，説明に気を取本研究においては，予想をもとに実験の方法を考られ課題が意識から遠のいてしまい実験に対するえさせ，計画を立て，計画書をもとに実験を行う

目的意識が薄れてしまうことも考えられる．そこような理科授業を構想した．

で，生徒が目的意識を保ち，主体的に実験に取りしかし，生徒が実験方法を考えることができる組むことができる指導の在り方について改善するようにするためには観察，実験の知識と技能が必ことで，生徒の観察，実験の技能や科学的表現力要となってくる．そこで，できるだけこれまでに− 119 −岐阜大学教育学部

教師教育研究⑴第5号

2009

ができるように単元を構成することが必要とな

カルメ焼きはなぜ膨らむのだろうか【第 1 時】

る．これまで習得した観察，実験の技能を活用す

化学変化の単元の導入として，カルメ焼きをつることができるように単元を構成することができくる実験を行い，カルメ焼きが膨らむ理由を考えれば，生徒はより自分たちの力で課題を解決しよた．カルメ焼きの材料とカルメ焼きの中の空洞にうと意欲をもち主体的に取り組むことができるの着目させ，膨らむ原因が炭酸水素ナトリウムであではないかと考えた．また，習得した技能を繰りり，熱を加えることで炭酸水素ナトリウムから気返し活用していくことで，実験の技能も高まって体が発生するからであると予想を立てることがでいくのではないかと考えた．

きた．

学習したことを活用して実験の計画を立てること

まず，習得した実験の技能や知識を活用できる⑵

単元指導計画の作成を行った（資料 1 ）．こうした検討は 1 年次から実験テーマや方法を吟味し，2年次の学習と関連づけるような学年をまたいだ指導が可能だったことが背景にある．

 酸水素ナトリウムを加熱すると炭どのような気体が発生するのだろうか．【第 2 ・ 3 時】

生徒の予想は，名称から「炭酸だから二酸化炭

次に，生徒が自ら実験方法や計画を考えること

素」
，「水素」
，「酸は酸素かもしれない」，「カルメを促す目的で，課題ごとに実験計画書を作成させ焼きを作ったときに湯気が出ていたから水蒸気かることにした．実験計画書の指導・作成の仕方にもしれない」など様々であった．二酸化炭素，酸ついては，いきなり生徒が実験方法を考えて，実素，水素の気体の集め方，調べ方については1年験できるようにはならないので，教師と生徒が実生で学習していることを活用し考えることができ験の仕方を巡って対話をしながら，実験方法を考た．また，発生する気体が自分の予想と違う可能えていき，生徒一人一人が実験計画書をまとめて性を考え，試験管に捕集する本数も自分たちで考いくような授業を実践した．
その内容については，えることができていた．

次節で詳しく示す．

しかし，炭酸水素ナトリウムを加熱する装置をさらに，生徒が考えた実験方法から実験につな考えることが難しく，また三角フラスコや丸底フぐ場面では，⑴課題から予想を立てたあと，予想ラスコといった器具を使って加熱する様子が実験をもとにグループで実験方法を考える場面の設計画書にかかれていた．そこで，次のような助言

定，⑵生徒が考えた実験計画書を教師が確認し，を行った．

実験内容の安全性や実験内容の妥当性をチェック

教師：
「粉末を加熱して気体を発生させる実験はする場面の設定，⑶実験に必要な器具を準備し，1 年生のときにもやったよね？」

実験を行うこととした．

生徒：
「え？」
教師：
「アンモニアを発生させたときに実験した

3 ．授業実践よ．
」

2 年生で学習する「化学変化と原子・分子」の単元の中にある「 1 章

物質が分かれる変化」と生徒：「あ，思い出した．
」
教師：
「粉末を加熱するときには，いくつかの注

1 年生で学習する「身のまわりの物質」は関連性意点があったよね？」

が高いため，活用できる内容が多いと考え，既習生徒：「試験管の底を上げる！」

知識の活用を考えた単元指導計画を作成すること

教師：「なぜ？」にした．毎時間の授業においては，生徒が予想を生徒：「試験管が割れるから．
」

立てやすいように演示実験や課題設定を行い，ど教師：「なぜ割れるの？」のような実験方法を行えば課題が解決することが生徒：
「液体が発生して，それが加熱部分に流れできるのかを考えることができるようにした．

込む可能性があるから．
」
1 年次生で，水酸化カルシウムと塩化アンモニウムを加熱してアンモニアを発生させる実験を− 120 −

12年目研修（10年経験者研修）における大学研修の成果と課題行っていたため，本時の実験において活用させることができた．図 1 に生徒が考えた実験計画書の「手触り」
教師：「そうでしたね．五感を使って調べること

記入例を示す．

で違いを見つけることができましたね．」
水への溶け方を比較する実験において，注意する点を確認すると「水の量・物質の量を統一すること」と対照実験の技能も思い出すことができた．
フェノールフタレイン溶液との反応については実
験の最後に教師から提示した．

⑷

 酸アンモニウムを加熱するとど炭のような物質に分解することができるのだろうか【第 5 ・ 6 時】

炭酸＝二酸化炭素であることの理解をさらに深めるために，炭酸アンモニウムの分解実験を行う
図 1 ．炭酸水素ナトリウムを加熱する実験での実験計画書の記入例．

ことにした．分解とは 1 種類の物質が 2 種類以上の別の物質に分かれる化学変化であるため，二酸化炭素以外のもう 1 種類の物質名の予想が立⑶

 酸水素ナトリウムを加熱する前炭と後の物質は同じ物質なのだろう
か【第 4 時】てにくい様子であった．アンモニウムをアンモニ

生徒の予想：二酸化炭素（炭酸）が抜けたから，生徒も少なくなかった．そこで，炭酸アンモニウ違う物質になったと思う．

アと考えるのではなく，ニウムからアルミニウムなどの固体を考える生徒やまったく予想できないムを燃焼皿にのせ，加熱する演示実験を行った．

比較する方法を生徒によって考えさせるために，次のような発問をした．
教師：「炭酸水素ナトリウムの加熱前と加熱後の物質は見た目で違う物質だと区別できますか？」生徒：「同じように白い物質なので違う物質だと区別することはできません．
」
教師：「どのような実験をすれば比較することができますか？」生徒：「えーっと…」
教師：「見た目では区別できない粉末の物質を見分ける実験を 1 年生のときにやりました

図 2 ．炭酸アンモニウムの分解実験における実験計画書の記入例．
教師：「加熱していくと，炭酸アンモニウムがどね？」

んどん減っているね．どうしてだろう？」

生徒：「砂糖と塩の実験のこと？」
教師：「そうです．そのとき，どのように比較し生徒：「気体になっているからだと思う．」
教師：「どんな気体？」ましたか？」

生徒：「二酸化炭素と，刺激臭がするからアンモ生徒：「加熱しました！」

ニアだと思う．
」

教師：「今回は，すでに加熱した後の物質と加熱

教師：「本当に二酸化炭素とアンモニアの 2 つの前の物質を比較します．
」

気体ができているか調べてみればわかる

生徒：「水への溶け方」「ルーペで粒の大きさや形を観察しました．
」− 121 −ね．どうやって調べればいいの？」

岐阜大学教育学部

教師教育研究第5号

2009

生徒：
「 2 つの気体は全く性質が異なるから，一生徒：「銀は金属のなかまだから，電気を通したり，度では集められないので， 2 度加熱して磨いたら光沢がでたり，たたくと延びたり別々に集めてもいいですか？」します．
」

1 年生で学習した気体の性質や捕集方法をよ

図 3 に生徒の作成した実験計画の記入例を示す．

く思い出し，図 2 のような実験計画書を作成する

さらに，生徒の中には銀だと特定するために密ことができた．

度を測定するという実験の計画まで立てている生徒もいた．

⑸

 化銀を加熱するとどのような物酸質に分解することができるのだろうか【第 7 ・ 8 時】

生徒が自ら実験方法を考える授業は，この後の物質が結びつく変化や化学変化の規則性においても継続している．

生徒の多くは「酸化」という言葉に困惑し，「酸4 ．議論⑴ 実験計画書の作成の効果について性の物質（塩酸）」と予想している生徒もいた．
そこで，前回と同じように演示実験を行い，気体が発生していることがわかるように水に通し，確認させた．

炭酸水素ナトリウムの分解実験においては，初めての試みだったため，戸惑う生徒も多かった．
しかし，自分たちの予想をもとに実験の計画を立てていくことに「おもしろそう」「 1 年生のとき，，化学分野は得意だったから，それを活かして授業ができるので頑張りたい」と意欲をもった生徒も少なくなかった．また，初めは計画書を作成する
ことに時間を要したが，次第に要領をつかみ，実験中における安全面を考慮した書き込みをした
り，自分たちの予想を最大限に広げ，「もし発生した気体が酸素でない場合，その気体を調べるために余分に気体を集めておこう」，「液体が発生し図 3 ．酸化銀の加熱実験における実験計画書の記入例．

たら塩化コバルト紙で調べてみよう」などの書き込みをしたりする姿が計画書の中に見られた．生

生徒：「水にとけにくい気体だし，酸という言葉徒の感想に次のようなものがあった．

から酸素かな．
」「この単元を通して理科が好きになったし，実教師：「酸素ならばどうやって確認すればいいですか？」験が安全にできるようになったので，次の単元に活かしていきたい．
」実験の計画を自分たちで行生徒：「火のついた線香を試験管の中に入れ激しく燃えれば酸素です．
」

うことにより安全面を考慮する力や技能が養われているといえる．

教師：「そうだね．でも，もし燃えなかった場合はどうしますか．
」と嬉しそうに仲間と話している生徒や「炭酸アン生徒：「そのことも考えて，気体を余分に集めておきます．
」

モニウムを分解する実験では分解して出てくる物
質が 2 つとも気体だったので， 2 つの気体の性

教師：「さて，この試験管に残った固体は何だろう？」

質の特徴を考え， 2 つの置換法を使って実験を行
い，出てきた気体を判断することができた」と感生徒：「名称からすると銀だと思う．でも，色が違うなぁ．
」

想に書いている生徒がいた．今まで習得した技能を活用し，十分に実験の目的と意味を理解し，目教師：「もし，銀だとすればどのような性質がありますか？」

また，実験後に「今日は実験が早く終わった」

的意識をもって主体的に実験を行うことができた
ことを示している．

− 122 −

12年目研修（10年経験者研修）における大学研修の成果と課題

2 学期終了時に行ったアンケートのうち，「化おいて，生徒 B は結果や考察に何を書いてよい

学変化の単元において実験の計画を自分たちで考のか分からない状態で空白のノートがよく見られえる授業は楽しく，内容が理解しやすかった」とたが，化学変化と原子・分子の単元において，自いう項目に対し，図 4 のような結果がでた．

分で予想をもち，自分の言葉で結果や考察を書くことができるようになった．
【第10時】塩化銅水

4%
52%

44%

溶液の分解と【第17時】のマグネシウムの燃焼

すごくにおける生徒 B のノートには，図 6 に示すよう普通な記述がみられた．

いまいち

図 4 ．実験計画書を取り入れた授業に対する生徒の評価．
52％の生徒が，実験計画書を作成して行う授業により，今までの授業よりも理解を深めやすかったと回答している．

⑵

 得した実験の技能や知識を活用習できる単元指導計画の作成による表現力の向上について単元全体を通して，習得したことを活用する授業を実践することで実験の技能だけでなく思考力が養われていることがわかった．
単元指導計画の【第 4 時】の生徒 A のノーには，具体的な根拠をもとにして考えたり，自分の結論を書いたりすることができていなかった．
しかし，【第 7 ・ 8 時】の酸化銀の分解の実験以降，結果をもとに考察を書くことができるようになっていた．こうした生徒が実験計画書を作成し，実験を行う授業を受けていくうちに図5に示すような記

図 6 ．生徒 B のノートの記述．

述がみられた．

2 人の生徒だけに限らず，根拠をもって予想を立てることができる生徒や，自分の言葉で毎時間考察を書くことができる生徒が増えた． 2 学期終了時に行ったアンケートのうち，「 1 学期よりも考察を書くことが苦手ではなくなった」という項目に対し，次のような結果がでた．

7%30%
図 5 ．生徒 A のノートの記述

すごく

63%

普通
いまいち

また， 1 学期の授業で行った「だ液の実験」に− 123 −

図 7 ．生徒の意識調査．

岐阜大学教育学部

教師教育研究また，単元の最後に書いた生徒の振り返りには，次のような内容が書かれていた．

第5号

2009

考えを深めたり，自分の考えに自信をもち，考える力が高まることを報告している．

「自分たちで考えて行った実験が多かったので，いっぽう，実験の計画書を作成するときには「生考察やしくみを考えることがすごく楽しかった．

徒の予想」が必要となってくる．予想をもつこともっとしくみを今後も考えていきたい．
」

ができるようにするためには，予想の根拠となる習得した実験の技能や知識を活用できる単元指考えが必要となってくる．化学変化と原子・分子導計画を実践することで，自分の予想を追究してにおける単元指導計画を作成するときに，実験技みたいという実験に対する主体性だけでなく，科能の活用だけではなく，既習したことを次時に活学的に考える力を養い，さらにしくみを考えたい

かすことができるように，予想の根拠の手助けとという生徒の主体性を引き出すことができたと言なるように前時と関連づけやすい課題づくりを心える．

がけた．そのことにより，予想をもって授業に取り組むことができる生徒が増え，考えることへの⑶ 体的な学びを実現する指導のあ
主り方について苦手意識を取り除く結果につながったのだと考え

これまで生徒に行ってきた実験は，どちらかとく，学年を超えて実験内容を体系化することで，いうと新しく学ぶ学習＝初めて行う実験という認既習知識の活用の場が増えるので，学年を超えて識でとらえていたため，実験の目的よりも実験の年間指導計画をつくることが重要である（たとえ方法をわからせなくてはいけないことに意識がば，陽南中学校理科部，2009）．ている．さらに，単元指導計画の系統性だけでないってしまいがいちだった．しかし，実験の内容5 ．おわりにを吟味し，既習知識をもとに自分たちで考える実験計画書の作成を位置づけたことで，新しく学ぶ今回の研究を通して，「既習した」技能や知識学習でありながら，今まで既習したことを活かしを活用できる場面を設定することで，本当の「習て実験を行うため，実験の方法を覚えることに意得」につながり，力を身につけることができるこ識を集中させる必要がなくなった．生徒の意識調とがわかった．今まで何のために学んでいたのか査でも，理科の授業が楽しくなったという割合がよくわからなかったことを活かす場面があって初高くなった．

めて学ぶことの喜びや楽しさを実感し，主体性をまた，今まで習ってきたことを活かし，見通し育てることにつながっていくのではないだろうか

をもって実験できたことや，自分たちだけで課題と考えている．今後もこのような実践を積み重ねが解決できたことが，「自分たちでもできるのだ」ていきたいと考えている．という自信につながり，生徒の意欲を高めることにつながった．今までの実験中の生徒の姿は「先引用文献生，次何すればいいですか？」といった発言があ福岡伸康（2008）考える力の育成を目指す＜実り，受身的な態度を示す生徒がみられた．しかし，験を計画する学習＞の実践，日本理科教育学会

この単元においては逆に，「先生，この液体を調全国大会，58，312．

べたいので塩化コバルト紙をください」，「もう一宮本直樹・下條隆嗣・小林和雄（2004）生徒の度確かめてみたいので，薬品をください」など明

創造性をのばす理科授業への一考察〜実験方法

らかに主体的に取り組んでいることを示す発言がの提示の仕方の違いと理科的創造性との関連多くあった．このような意欲的な姿が，科学的に性〜，日本理科教育学会全国大会， 54，230．

考える力を養うことにもつながたのではないかと

文部科学省（2008）中学校学習指導要領解説─

考えられる．
こうした生徒の学習する姿の変容は，
生 徒 ど う し の 会 話 の な か に も み ら れ た． 福 岡

理科編，大日本図書．
陽南中学校理科部（2009）平成21年度指導計画・（2008）は，本研究と同様，生徒自らが実験を計画する学習において，仲間の発言を聞いて自分の− 124 −指導案集─理科，岐阜市立陽南中学校．

12年目研修（10年経験者研修）における大学研修の成果と課題

資料 1 ．科学変化と原子・分子単元指導計画− 125 −岐阜大学教育学部

教師教育研究− 126 −第5号

2009