山梨大学教職大学院

令和５年度

教育実践研究報告書

心筋の代謝に関する中学校理科授業の実践

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 佐藤蓮太

1. はじめに

なぜ動き続けられるのかについては良く分か

我が国の中学校理科において，ヒトの循環系らない」と考える中学生も少なからず存在するについては，第 2 学年単元「動物の体のつくりものと推察される。そこで，筆者は，ヒトの心と働き」で取り扱われており，胸部中央に位置筋の代謝に関する認識達成を志向した理科授業する心臓を起点とした血液循環（肺循環・体循を実践したので報告する。

環）等について学習する（文部科学省，2019）。
また，中学校において，ヒトの循環系に関する学習は理科だけでなく，保健体育科でも設定さ

2. 研究目的
本研究の主目的は，ヒトの心筋の代謝に関すれている。具体的には，第 2 学年単元「生活習る認識達成を志向した理科授業を実践して，そ慣病などの予防」の中で，心臓の筋肉に血液をの結果等を評価することにある。

運搬する血管の狭窄によって起こる狭心症や，血管の閉塞によって起こる心筋梗塞等を学習

3. 理科授業の流れ
表 1 は，今回実践した理科授業の流れである。

する。
こうしたヒトの循環系重視の思潮と連動し一覧すれば分かる通り，計 2 のステップ（ステて，国内外の中学生を対象とした循環系に関す

ップ 1：心筋の代謝の前提となる知識・ 思考等る認識調査研究も多数遂行されてきた。例えば，の育成，ステップ 2：心筋の代謝に関する知識・心臓の位置，心臓内部の血流経路，及び血液循思考等の育成）で構成される。そして，計 2 の環（肺循環・体循環）等に関する認識調査を挙ステップには，計 4 の小ステップ（ステップ 1-

げることができ，その非科学性等を指摘している（久松ら，1983；Arnaudin & Mintzes，1986；a：筋肉としての心臓と心臓の拍動による血液循環，1-b：心臓や肺・全身を流れる血液循環（肺Reiss et al.，2002；佐々木ら，2019；佐々木ら，循環・体循環），2-a：心臓の拍動に必要なエネ

2020；Caifeng Zhao et al.，2023）。

ルギー源となる物質，及び 2-b：心筋への必要なしかしながら，これまで国内外において，心物，心筋からの不要な物の運搬）が含まれる。

筋の代謝に関する認識調査研究は行われてこ
表 1：理科授業の流れなかった。また，現行の中学校理科では，体循環において，心臓自体の血液循環など，心筋のステップ代謝は扱われていない。一方，中学校保健体育科では，狭心症や心筋梗塞といった心臓病の学習の中で，心筋に血液を運搬する冠動脈の狭窄・閉塞が主に扱われているが，心筋からの血液の運搬を司る冠静脈についてはほとんど触れられていない。
そのため，両科目の学習を行っても，心筋の代謝に関する包括的に学習がなされないため，「血液を送り出すポンプの働きをする心臓が，－ 363 －1

内容
心筋の代謝の前提となる知識・思考等の育成

1-a

筋肉としての心臓と心臓の拍動による血液循環1-b

心臓や肺・全身を流れる血液循環（肺循環・体循環）

2

心筋の代謝に関する知識・思考等の育成

2-a

心臓の拍動に必要なエネルギー源となる物質

2-b

心筋への必要な物，心筋からの不要な物の運搬

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4. 理科授業の実践

ねると，「心臓の音が左側からドクドク聞こえ

4.1 実施時期と対象るから。
（生徒 3）」のように，心音に依拠して2023 年 10 月下旬から 11 月上旬にかけて，回答した生徒が大半を占めた。その後，人体模山梨県内の公立中学校第 2 学年計 22 名（男 14型で心臓の位置を確認させ（図 1），心臓の位置名，女 8 名）を対象にして実施した。次節以降と心音が良く聞こえる位置とが異なる理由をでは，各小ステップで実施した授業の概要につ生徒に尋ねた。

いて報告する。

引き続き，冒頭で挙げた課題を提示して，個人で予想を立ててもらった。複数の生徒から

4.2 各小ステップの授業の概要「左側の血管が関係している」等の考えを聞き4.2.1 ステップ 1-a について出した上で，心臓の断面図を配布し，同様の課ステップ 1-a では，筋肉としての心臓と心臓題について，再度個人で考えさせた。その後，の拍動による血液循環に関する科学的認識を班での意見交流を行った（図 2）ところ，図 3目指した。本ステップで生徒が取り組む課題は，に示す通り，「（左心室の周りの心筋を〇で囲ん「胸の左側から，心音が大きく聞こえるのはなで）丸の部分が動いているから，左からよく聞ぜだろうか？」である。以下に，実施した主なこえる。
（2 班：図 3 上段中央）」や「左側の方学習活動を記す。

が心臓の体積（厚さ）がおおきいから（6 班：まず，心臓の位置について生徒に尋ねたとこ図 3 下段右）」等，心臓の拍動や心筋の厚さにろ，4 分の 1 にあたる 6 名の生徒が，心臓の位着目した回答が表出した。これらの意見をもと置を胸部左側と回答した。その理由を生徒に尋に，クラスでの議論を通して，「心臓左側の筋肉

図 1：人体模型による心臓の位置の確認

図 2：班での議論

図 3：課題に対する各班の回答（ステップ 1-a）

－ 364 －

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教育実践研究報告書が厚く，強い力で血液を送り出すときに音がする」と回答するなど，大動脈によって送られたる」と意見がまとまった。

血液が，毛細血管で酸素のやり取りが行われ，一方で，図 3 左上の回答を見れば分かるように，この 1 班は，血流の向きや流れに強く拘り静脈血となって再び心臓に戻ってくること等を根拠に，回答していた。

を持ち考察していたものの，本小ステップの課題に対する回答を得ることができなかった（図4.2.3 ステップ 2-a について3 上段左）。授業の最後では，この 1 班の考えステップ 2-a では，心臓の拍動に必要なエネを取り上げて，心臓を流れる血液がどのようにルギー源となる物質に関する科学的認識を目流れているのかを生徒に問い，次ステップ（ス指した。課題として，「心臓はどうして動き続けテップ 1-b）の課題に繋げていった。

られるのだろうか？」を設定し，心臓の拍動の回数や 1 日に送り出す血液の量を求める学習

4.2.2 ステップ 1-b について活動を行った。

ステップ 1-b では，肺循環と体循環に関する具体的には，ヒトの心臓が一日に 8 万回から科学的認識を志向した。まず，肺循環に関する9 万回ほど拍動していること，およそ 9000L の学習では，課題「血液は，心臓や肺をどのよう血液を送り出すことを，生徒自らの脈拍等を計に流れているのだろうか？」について回答（心測しながら，計算で求めさせた（図 5）。
その後，臓や肺の血管に関する断面図に，血流の向きを心臓が大きなエネルギーを必要としながら動矢印で記入）を求めた。

き続けられる理由について，クラス全体に尋ね

課題に対する個人の予想を立て，引き続き，た。生徒からは，「酸素がいる！二酸化炭素を出班での意見交流を行った後，各班の考えを，電す！」や「栄養を消費して活動している」のよ子黒板を使用して発表させた。各班の考えは多様であり，弁の存在や血流の一方向性に基づいた考え等が表出した（図 4）。科学的に誤りが見られた班も，クラスの議論を通して，考えを再構成している様子が見られた。
続いて，体循環に関する学習においては，課
題「血液は，心臓や全身をどのように流れているのだろうか？」について回答（全身の血管に関する断面図に血流の向きを記入）を求めて，全身を流れる血流の向きとその性質について

図 5：心臓の拍動回数等の認識達成を目指した。生徒からは，例えば，「大動脈から出る血管で酸素が多い血液が運ばれる→毛細血管で静脈血となり，もどってく

図 6：心臓が動き続けられる理由

図 4：クラスでの議論の様子－ 365 －

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うに，他の臓器と同様，心臓も代謝を行うとす再度班で考察を行わせた（図 7 の右側）
。なお，る回答が得られた。一方，「反射でうごいている両モデルについて，静止画と共に，360 度回転（まばたき）」のように，不随意筋である心筋のさせた動画を，モニター等で投影させたり，そ特性に関する回答も見受けられた（図 6）。こうれらを各生徒の端末で見られるようにしたりいった回答を踏まえ，クラスで議論を行い，「心して，生徒ごと当該のモデルを観察できるよう臓も栄養や酸素を使って動き続けている。そしにした（図 8）。て不要物も出している」という結論に達した。

各生徒がこれらの模型を活用して，課題に対する予想を再度検討したのち，班ごと議論を行

4.2.4 ステップ 2-b についてった。各班の回答は，図 9 に示した通りであり，

ステップ 2-b では，心筋の代謝に関する科学

例えば 3 班は，「心臓の外側の毛細血管や大動的認識達成を目標にしている。そのための課題脈から酸素や栄養を得ている。不要な物は毛細として，「心臓自体（心筋）は，どのようにして，血管や大静脈で排出している。
（図 9 上段右）」養分や酸素を取り入れ，不要物を排出していると回答している。正確には冠状静脈は大静脈でのだろうか？」を設定した。

はなく，右心房と繋がっているのではあるが，主となる学習活動として，まず，ステップ 1-心筋が冠状血管系によって代謝を行っている

a でも活用した心臓の断面図と外形図を用いて，ことへの認識が垣間見える回答をしていた。ま課題について個人で考えさせた。外形図の冠状

た，5 班は，「心臓の外側にある血管によって養動脈に着目し，「心臓の外形図にある血管で，養分や酸素を取り入れ，不要物を排出する。
（図 9分や酸素を取り入れている」とした生徒も一部下段中央）」とし，心臓が外側の血管から代謝を認められたものの，こうした生徒は僅少であっ行っていることを指摘する回答も見られた。6た。その後，「全身に血液を送る」という心臓の班の「動脈から毛細血管に送られて，心臓に酸役割に関する生徒の発言から，小学校第 6 学年の理科教科書の記述「血液は，血管の中を流れ，全身をめぐる」を取り上げ，この記述に含まれる「全身」には，心臓自身，つまり心筋も含まれるか否かを尋ね，既習事項の適応範囲の拡大を図った。
引き続き，心臓自身も血管を流れる血液によって栄養や酸素を得ていることをクラスで確認後，大動脈に冠状動脈が繋がり，右心房に冠状静脈が繋がっていることが視覚的に分かり

図 7：模型 A：左側，模型 B：右側

やすい，冠状動脈・静脈モデル（模型 A）を提示した（図 7 の左側）
。さらに，このモデルを指して「何のモデルか？」を尋ねたところ，「心臓の形に似ている」，「大静脈や大動脈がある」等の発言があり，心筋をとりまく血管のモデルであることを確認した。しかしながら，このモデルでは，この血管が心臓の外側にあるか内側にあるのかがわからないことを指摘し，心筋が透明なプラスチックで表現され，その外側を冠状血管系が張り巡っている様子が分かりやすい心臓・透明型モデル（模型 B）を提示して，－ 366 －

図 8：模型 A・B の静止画や動画での確認

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図 9：ステップ 2-b の課題に対する班ごとの回答素と養分が送られる。
（図 9 下段右）」は，心筋表 2：提示した質問文と調査内容をとりまく血管に着目した回答であり，心筋の提示した質問文

調査内容

1. あなたの心臓は，筋肉でできていますか。

心臓のつくり代謝に関する科学的認識の一端が垣間見えた。
一方，多くの班で，毛細血管に関する記述が認められ，冠状動脈・冠状静脈を毛細血管と捉えている可能性があった。そこで，毛細血管の細さと，それをモデルにできるか否かを問い，モデルでは記されていないものの，実際には動脈と静脈は毛細血管で繋がっていること等も確認し，両者の違いについて補足した上で，授業のまとめに繋げた。

心臓の拍動
2. あなたの心臓は，動いていますか。の有無
心臓の拍動
3. あなたの心臓が動くために，に必要な必要なものはありますか。
ものの有無
4. あなたの心臓が動くために，必要な養分は，すべて心臓でできますか。

6 理科授業実践の評価6.1 質問紙調査の概要「いいえ」と答えた方へ必要な養分は，心臓まで，どこからどのようにして運ばれますか。

本実践の評価は，質問紙調査で行っており，表 2 に示した通り，計 5 つの質問（質問 1～5）で構成される（佐藤，2022）。各質問に対する回答を，4 つの選択肢（1.はい，2.いいえ，3.わからない，4.他の考え）から一つ選んでもらい，その理由を尋ねた。
なお，
質問 4 で「2.いいえ」，5. あなたの心臓が動くために，必要な養分は，すべて心臓でできますか。

質問 5 で「1.はい」を選択した生徒には，追加の質問への回答を求めた。一枚目の質問紙（質問 1～3）への回答後，二枚目の質問紙（質問 4・5）への回答を求めた。

－ 367 －

「はい」と答えた方へ必要な養分は，心臓まで，どこからどのようにして運ばれますか。

心筋への養分の運搬

心筋への養分の運搬山梨大学教職大学院

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6.2 調査結果

表 4：質問 4 の実践前後の単純集計

6.2.1 質問 1～3 の調査結果
質問 1～3 に対する実践前後の調査結果は，人数（％）
質問項目
はいいいえわからない

前-

15（68）

7（32）

後

2（9）

18（82）2（ 9）

表 3 の通りである。一覧すれば分かるように，
質問 1（心臓のつくり）について，実践前では「いいえ」と「わからない」と回答した生徒が半数を超えていた。また，質問 2（心臓の拍動質
問4の有無）で，全生徒が，心臓は動いていると回答が認められた。いずれの回答も心筋までの養答しているものの，質問 3（心臓の拍動に必要分の運搬について述べられており，心筋の代謝なものの有無）において，「わからない」とするに関する科学的認識の一端が窺えた。上述のよ生徒が 30%近くを占めた。

うに，「動脈」や「毛細血管」の用語のいずれか，その一方，実践後では，質問 1～3 のいずれもしくは両方を用いて，心筋までの養分の運搬の回答でも，ほぼ全生徒が正答選択肢を回答しについて記された回答は，実践前では皆無であていた。以上の結果より，心筋の代謝の認識のったものの，実践後では全体の半数程度に増加前提となる知識・思考等については，概ね育成した。

することができたものと考えている。

一方，「場所は良く分からないけど，血液を通って心臓へはこばれると思うから。
（女 1：実践表 3：質問 1～3 の実践前後の単純集計前）」のように，血液による養分の運搬に言及し人数（％）

た回答は，実践後で 3 名に留まった。血管を流質問項目
はいいいえわからないれる血液を介して，心筋に養分等が供給されていることを，正しく認識させていく必要がある。

質
問
１

前

10（ 46）

3（14）

9（40）

後

21（ 96）

1（ 4）

-質
問
２

前

22（100）--

後22（100）--

実践前後の単純集計を，表 5 に示す。正答選択質問
３前14（ 64）

2（ 9）

6（27）

肢である「はい」の回答者は，実践前後で 50%

後22（100）--6.2.3 質問 5 の調査結果
質問 5（心筋からの不要物の運搬）に関する増加していることが分かる。
また，質問 5 で「はい」を回答した生徒（実践前：9 名，実践後：20 名）に，不要なものの6.2.2 質問 4 の調査結果

心筋からの運搬方法を尋ねると，例えば，「…＜表 4 には，質問 4（心筋への養分の運搬）に前略＞…心臓の外に張り巡らされている毛細関する実践前後の単純集計の結果を示した。一血管を通じて，大静脈に合流し…＜後略＞…。

覧すれば分かる通り，実践前後で，正答選択肢（生徒 11：実践後）」や「不要なもの，心臓の「いいえ」の回答者が 14%増加した。

外側にある毛細血管から，大静脈をとって運ば

また，質問 4 で「いいえ」と回答した生徒（実表 5：質問 5 の実践前後の単純集計

践前：15 名，実践後：18 名）に，必要な養分の心筋までの運搬方法を尋ねると，例えば，「大動脈から毛細血管にいって心臓へ…＜後略＞…。
（生徒 4：実践後）」や「動脈と心臓の毛細血管がつながっていて動脈から…＜中略＞…
運ばれてくる。
（生徒 10：実践後）」のような回

人数（％）
質問項目
質
問
5－ 368 －はいいいえわからない

前

9（41）

5（23）

8（36）

後

20（91）

2（ 9）-山梨大学教職大学院

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教育実践研究報告書れる。
（生徒 5：実践後）」等の回答が表出した。

教育の媒体としての心臓血管系模式図につ質問 4 と同様に，「静脈」や「毛細血管」の用いて」『民族衛生』第 49 巻，第 1 号，2-15.

語のいずれか，もしくは両方を用いて，心筋か文部科学省（2019）『中学校学習指導要領（平らの不要物の運搬について記された回答は，実成 29 年告示）解説 理科編』学校図書.

践前では皆無であったが，実践後では全体の約Reiss, M.J., Tunnicliffe, S.D., Andersen, A.M,Bartoszeck, A., Carvalho, G.S., Chen, S.Y.,

半数に上り，認識の向上も認められた。
しかしながら，「心臓がだした不要物は，…＜Jarman. R., Jónsson, S., Manokore, V.,

中略＞…心臓が血液をおくりだすときに血液といっしょにまざっておくりだされて運ばれMarchenko, N., Mulemwa, J., Novikova, T.,
Otuka, J., Teppa, S., ＆ Roy, W.V. (2002). Anていると思います。
（生徒 18：実践前）」のようinternationalに，血液に言及した生徒は，実践後でも 2 名とdrawing of what is inside themselves.

僅かであった。

Journal of Biological Education, 36(2), 58-64.

study of young peoples’

佐々木智謙・佐藤寛之・飯田萌加・松森靖夫
7 結語に変えて（2019）「ヒトの心臓内部，及び心臓に繋が本稿では，ヒトの循環系の中でも主にヒトのる血管の血流の向きに関する認識状態の分心筋の代謝に着目して，理科授業実践を行った。

析：小・中学生を対象にして」『山梨大学教育学部紀要』第 30 巻，91-101.

本実践後に，約半数の生徒が，動脈や静脈，毛細血管等の用語を用いて，心筋への養分の運搬

佐々木智謙・飯田萌加・松森靖夫（2020）「ヒや心筋からの不要物の運搬について説明がでトの心臓の位置に関する小・中学生の認識状きるようになった。

態について」『山梨大学教育学部紀要』第 31

一方，心筋の代謝に関して「血液」という用巻，93-100.

語を用いた説明や，養分や不要物の流入・流出

佐藤蓮太・佐々木智謙・杉山雅俊・松森靖夫に関わる他の器官系（呼吸系，消化系等）との（2022）「ヒトの心筋の代謝に関する認識状連関を記す回答が少なかった。血液を介した養態の分析－中学校第 1 学年を対象にして－」分や酸素の運搬について，血液の成分について『日本理科教育学会第 61 回関東支部大会

触れながら学習を進めたり，他の器官系との連（東京学芸大会）発表要旨集』 27.

関や，その指導順序等について，再度考察したりする必要がある。次年度以降の課題とさせていただきたい。
【引用文献】
Arnaudin, M.W., ＆ Mintzes, J.J. (1986). The
Cardiovascular System: Children’s Conceptions
and Misconceptions. Science and Children,
23(5), 48-51.
Caifeng Zhao., Sham Zhang., Huanhuan Cui.,
Wenjie Hue. ＆ Guo Dai. (2023). Middleschool student ’ s alternative conception
about the human blood circulatory systemusing four-tier multiple-choice tests.

Journal of Biological Education, 57(1), 51-67.
久松一恵・伊藤幸子・天野洋子（1983）「健康－ 369 －