下中科学研究助成金取得者研究発表

研究発表⼀覧は下記からご覧いただけます。
https://www.shimonaka.or.jp/3s-grant-contest/

変数制御を考えさせながら水圧の概念を構築する教材と指導展開の工夫
香川大学教育学部附属坂出中学校
若林 教裕
１．はじめに目し、変数制御をしながら要因側の変数と現行の中学校学習指導要領では、科学的結果側の変数の関係を明らかにすること」

知識の充実とともに、探求する能力の基礎と「実験結果から根拠を示して報告するこや態度の育成が強く謳われている。しかしとが重要であること」の２点を重視して、現実には、多くの教員自身が探究的な実験中学校１年生の「水圧」の分野において、を学生時代に行った経験をもたず、生徒にその教材と指導の手立てを報告することにどのように探究する能力を身につけたらよした。なお、「水圧」に着目した理由は下いのか、その指導方法が十分にない。また記の３点である。

ふだんの授業でも、時間的な制約や学習指・水圧の大きさは、水深のみが関係すると導要領に定められた科学的な知識・概念・考えている生徒が多くないこと

法則などの内容の指導に教員が追われてい・生徒が水圧の大きさに関係すると考えてる。従って、科学的な探究とはどのようないる要因を把握することで、変数制御をものであるかということはもちろん、科学意識しながら実験計画ができる指導展開

では、原因側と結果側の「変数」の関係にが可能であること着目することや、変数同士の関係を調べる

・水圧と浮力を混同している生徒が多く、ために複数の変数を適切に制御したり、得浮力の概念形成にも影響を与えていることられたデータから関係する要因を吟味したりすることに焦点を当てた指導はあまり行

２．研究内容の説明
次の（１）～（３）の内容に重点を置いわれてない。現に、平成27年度に実施された全国学力学習状況調査の結果を見ても、て実践を進めた。

実験や観察を計画する「構想」に関する問（１）水圧に関する素朴概念調査の実施

題の正答率が、前回に引き続き非常に低い（２）水圧の大きさに関係する変数の制御ことが明らかにされている。上記調査の結と根拠を示すことを意識させる教材

果をまとめた「平成27年度全国学力・学習と教師のかかわり状況調査報告書」(国立教育政策研究所）（３）水圧と浮力の概念形成を促す教材開発

p70の＜分析結果と課題＞の１行目に正答（１）水圧に関する素朴概念調査

率30.4％と記述されている。
このような現状を顧みると、探究する能生徒が水圧の大きさに関係すると考えて力の基礎や態度の育成に焦点を当てた教材

いる要因を把握することで、変数制御を意と指導の具体的な手立てが必要なのではな識しながら実験計画ができる指導展開が可いかと考えられる。

能になると考えたので、水圧に関する素朴そこで、本研究では、探求する能力の基礎や態度として「自然現象の中の変数に注概念調査（図１）を実施した。以下に調査問題とその実態を割合（％）で示す。

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図１

水圧に関する素朴概念調査- 19 -

図２

教材の水槽（２）水圧の大きさに関係する変数の制御とを意識させる教師のかかわり方を下や根拠を意識させる教材と教師のか記に示す。ただし、水圧測定器を水槽かわりに沈めていったときのゴム膜のへこみ①教材

具合から、水圧の大きさは水深には関生徒の素朴概念調査より、水圧の大係するだろうということは、生徒が見きさに関係すると考えている変数が明出している状態からのかかわり方とす確になった。このつまずきを改善し、る。

概念形成をはかるためには、生徒の素朴概念と科学的な概念を対立させる教

次ページ図３－①②③のように教師が問材が不可欠であると考え、図２のよういかけたり、生徒の意見を聞きとったりすな深さ、水量、底面積などの変数を変ることで、水圧の大きさに関係する変数のえてある水槽を考案した。

制御の根拠を示すことを意識させながら、②教師のかかわり水圧の大きさに関する概念を構築していく

上記の水槽を使い、水圧の大きさにことが可能になると考えられる。

関係する変数の制御や、根拠を示すこ- 20 -

図３－１

教師と生徒のやりとり①- 21 -

図３－２

教師と生徒のやりとり②- 22 -

図３－３

教師と生徒のやりとり③（３）水圧と浮力の概念形成を促す教材開発
以下に、開発した教材（①②③）を示す。

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多くの教科書に、浮力の定義は「水中にある物体の上面に下向きにはたらく水圧より、下面に上向きにはたらく水圧の方が大きいため、水中にある物体に上向きにはたらく力」とある。つまり、物体の下面に上向きにはたらく水圧がない場合、浮力は生じないことになる。このことを生徒に証明できれば、浮力は水圧の差によって生じる力であることと、水圧とは異なる力である【浮き上がるゴム球に驚く様子】

ことを捉えることができると考え、上記のような穴の開いた水槽とゴム球を用いた教図４材を考案した。

授業の様子- 24 -

図５

生徒の授業後の反応○以前は、水の量も水圧に関係すると思っていたけど、同じ面積の上にある水の重みが水圧なので、水の量は深さが同じならどこも同じだとわかった。だから海やプールでも深さが同じだと、同じくらいしか体がしめつけられなかったような気がしたのか。
○先生が考えた実験道具を使うと、上より下の方がへこんでいるのがわかった。横にあるゴムは深さが３～４ｃｍくらいしか変わらないのに、へこみ方が大きく変化したのでびっくりした。
○前は、底面積が水圧に関係していると思っていたが、水量や底面積は関係がないことがわかった。ということは同じ箱に水を入れて穴をあけてより多くの水を出すには、水深のある下の方をあけた方が水圧が大きいのでよいと思う。
○今回の実験で、水圧は水の深さだけに関係していることがわかりました。ゴ
ム膜の左右を比べるとへこみが同じで、上下を比べるとへこみが違うのでよくわかった。そして、今回、調べようとする条件以外はすべて変えないで実験することを確認したので、次につなげたり、総合学習の探究にも活かしたりしていきたいです。
○今日の３つの水槽を使った実験で、水圧が深さに関係することがよくわかった。ということは、水槽の形をハートや星型に変えても深さのみが関係しているのだろうか。
○浮力は上からの水圧よりも下からの水圧が大きいということではたらくことがわかった。ということは、水圧はまったく違うけど、体積が同じなら、深海でも浅い海でも浮力は同じなんだと思うと、とても不思議な感じがする。
３．授業の様子・水圧の大きさに関係すると思われる条

上記のように、水圧の授業における実践件を制御しながら、実験計画を行う。の一部の様子（図４）と生徒の授業後の反・水圧の大きさに関係する条件と関係し応（図５）を示す。

ない条件を、証拠を示して説明する。
〇条件制御の認識の向上。

４．教育上の効果〇水圧に関する誤概念の減少。

今回の水圧の授業における指導展開と教〇浮力と水圧の混同が減少。

材の工夫が、どの程度有効であったのか事【課題】

後の素朴概念調査（図６）と事後テスト●事後の素朴概念調査やテストは、水圧の（図７）などを実施し、分析した。

学習１ヶ月後に行ったものであるが、本実践の有効性を確かめるためには、さら【成果】なる追跡調査が必要である。

〇本実践により、以下の授業展開が可能に●変数の異なる水槽を安価で作成する方法なった。の考案。

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図６

素朴概念調査の結果（事前と同じ設問で、設問内容は本文18ページ参照）

【□ 正解

図７

■ 不正解

生徒数120名】

事後テスト（一部）
条件制御の認識が向上したか把握するために、下記のような問題を定期テストに導入し、正答率を調査すると89％であった。（実施生徒数120名）【問題】
底面積の大きさが水圧の大きさに関係しているかどうかを調べるためには、どの水そう同士を比べるとよいか。ア～エから２つ選んで記号を書け。

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【参考文献】（１）若林教裕・長谷川忍・笠潤平「変数の扱いを中心とした科学的な探求能力の育成のための授業プログラムの開発～理科を通じた認知的促進授業プログラム（CASE）の日本における応用の試み～」(香川大学教育学部共同研究報告書）2012年（２）若林教裕・鷲辺章宏・笠潤平「変数若林 教裕先生（わかばやし のりやす）の制御の観点を生かした浮力についての授業プランの開発」(香川大学教育学部共同研究報告書）

2014年（３）若林教裕「浮力を学ぶ意味や価値を＜略歴＞実感させる教材と指導展開」（平成1973年４月

岡山県南区灘崎町生まれ

25年度第45回東レ理科教育賞受賞作

1996年３月

香川大学教育学部小学校教員品集）

2014年

養成課程理科教育専攻卒業
1996年４月

高松市立桜町中学校勤務

1999年４月 内海町立内海中学校勤務
2002年４月 宇多津町立宇多津中学校勤務
2007年４月 香川大学教育学部附属坂出中学校勤務
現在に至る

＜研究歴＞
2010年10月

科研費研究助成「音でガラスを割る」採用

2011年２月

変数の扱いを中心とした科学的な探求能力の育成のための授業プログラムの開発－理科を通じた認知的促進授業プログラム（CASE）の日本における応用の試み－

2012年11月「理科教育11月号」執筆『自ら問題を見出し、観察、実験を計画できる学習指導～ CASE「Thinking Science」の学習論に基づく「変数」に着目した探究学習の実践- 27 -

を通して～』
2013年２月

下中記念財団科学研究助成金取得「科学的な見方や考え方を高めるアクションラーニングの在り方」
同

12月

ソニー教育財団

子ども科学教育プログラム 奨励賞
2014年３月

東レ理科教育賞

文部科学大臣賞「浮力を学ぶ意味や価値を実感させる教材と指導展開」
同

４月

科研費研究採択「これで君も科学者だ！変数と証拠の概念をスキルアップする特別カリキュラムの構築」

同

４月

教育課程研究指定校認定
理科

同

10月

物理科学雑誌「パリティ」執筆

2015年６月

武田科学振興財団中学校理科
教育振興奨励「ものの姿や色が見えることについて徹底的に吟味したくなる指導展開と教材の工夫」

2016年７月

内田洋行発明考案品奨励賞＜勤務校＞
香川大学教育学部附属坂出中学校〒762-0037

香川県坂出市青葉町１番７号
電話0877-46-2695- 28 -