岐阜大学教育学部研究報告（自然科学）第２７巻第２号，９５―１０３，２００
３年３月
０３，３.２００３
Sci. Rep. Fac. Educ. Gifu Univ.（Nat. Sci.）２７（２），９５―１

天体望遠鏡（スピカ）とインターネットを活用した中学校理科
金星の満ち欠けの指導：内合通過前後の観察を通じて
Observation on the waxing and waning of Venus in science classes of the junior highschool by using the small telescope（Spica）and the CCD images on the internet:
Case study around the Venusian inner conjunction
渡辺進武＊・川上紳一＊＊・上田康信＊＊・江川直＊＊・山田茂樹＊＊＊

Susumu Watanabe＊, Shin-ichi Kawakami＊＊, Yasunobu Ueda＊＊, Nao Egawa＊＊,
Shigeki Yamada＊＊＊
要旨

岐阜大学附属中学校３年生４クラス約１６０名を対象に，天体望遠鏡製作キット（スピカ）と web教材を用いて，金星の満ち欠けの指導を行った．金星の観測期間は東方最大離角付近を通過した２００
２年８月から内合を通過した１２月までの約５か月である．天体望遠鏡製作キット（スピカ）は生徒１６０名分用意し，授業中に製作し自宅へ持ち帰って観測を続けさせた．観察を行った生徒
は，金星の位置の変化，大きさの変化，形の変化に気がついた．こうした観察結果をモデルを用いて検証させる授業を１０月に行った．授業の最後にモデルを用いて，内合を通過したあと朝方に出現する金星の形を予想させた．その結果，ほぼ全員の生徒が誤った予想を立てたが，さらなる観測の継続によって事実を認識し，金星の公転と地球の自転運動を考慮して観察事実を整合的に説明できる正しい理解へと到達することができた．一人ひとりの観察を重視することで，天文現象の理解における視点移動能力を高めることができた．金星の満ち欠けは，モデルによって現象の理解が深まるだけでなく，モデルに基づいて立てた予想を観測で検証できる点で非常にユニークかつ有益な学習内容であることが示された．
キーワード：理科教育，天文学，惑星，金星，CCD カメラ，中学校，インターネット
key words: science education, astronomy, planet, Venus, CCD camera, junior high school, the internet
１．はじめにことで特徴的な動きを見せる。金星が東方最大離角を過ぎて内合に向かうまでは，西の空で徐々に金星は宵の明星，明けの明星といわれているよ

高度を下げつつ，明るさ，大きさ，形が変化してうに，夕闇が迫るころ西の空に輝いて見えたり，いくので，望遠鏡で継続的に観察を続けると，金夜明け前に東の空に輝いて見える。最も明るい時星の公転にともなう変化が追跡できる。また，内６等級にまでなるため，一番星として見つには―４．

合を通過すると，それまで西の空に見えていた金けやすい。また，地球のすぐ内側を公転している星が数週間のうちに東の空に明るく輝いて見える＊岐阜大学教育学部附属中学校
Junior High School attached to Faculty of Education, Gifu University＊＊ 岐阜大学教育学部理科教育講座（地学）Faculty of Education, Gifu University＊＊＊ 長良中学校
Nagara Junior High School９５

渡辺進武・川上紳一・上田康信・江川直・山田茂樹

ようになるため，地上の観察者からみると大きな観察した期間における金星の公転を確認した．こ変化が起こったように見える。こうした金星の見の授業においては，多くの生徒が金星に興味や関かけの変化は，従来から中学校で教える内容に含心を示しただけでなく，身近な天文現象でも継続まれてきたが，新学習指導要領（文部省，
１９９８ａ）して観察することでわかってくることがあることの中でも学習すべき内容として明記されており，に気づくことができた．

観察を行うなどして惑星としての金星の動きを理解させることになっている．

本研究は，こうしたこれまでの実績を踏まえ，２００２年８月から１２月にかけて東方最大離角から内さて，児童・生徒の理科離れが指摘される中で，合へ向かう金星を対象に，天体望遠鏡（スピカ）

金星の満ち欠けに関する学習内容をより魅力的なによる継続的観察を岐阜大学附属中学校の生徒一ものにし，生徒が意欲的に学習するにはどのよう人ひとりに行わせ，その結果を踏まえた授業を実に工夫したらよいか．観察を行うための動機づけ践したので報告する．なお，長良中学校でも内合として，生徒に天体望遠鏡を貸し出し，自宅に帰っをはさんで金星の動きと形の変化に関する授業をて観測するように促すことはできないか．こうし実践しているが，その実践報告は別の機会にする

た検討の中で，山田ほか（２００１）は，双眼鏡と天予定である．

体望遠鏡組み立てキット（スピカ）を１クラス分確保し，それらを生徒に貸し出して指導を行った．

２．金星の観測

その際に，岐阜大学教育学部屋上の天体観測ドー
ムに設置されている口径２７センチのニュートン・１）生徒による観察の指導

カセグレン型望遠鏡で金星の撮像を行い，数日以金星の形の変化を観察するには，倍率が１０倍以内にインターネットのホームページで公開して，上の双眼鏡か天体望遠鏡を用いる必要がある．山

その日その日の金星の姿を確認できるようにし田ほか（２００１）は，双眼鏡と天体望遠鏡（スピカ）た．まとめの授業では，生徒たちの観察結果をもの両方を用いて授業を実践し，天体望遠鏡の方がとに交流会をもち，モデルをもちいて生徒たちがすぐれていることを明らかにしている．そこで，

図１．生徒が観察に用いた天体望遠鏡．

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天体望遠鏡（スピカ）とインターネットを活用した中学校理科金星の満ち欠けの指導

図２．２
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２年７月から１２月にかけての金星の動き．
教育出版株式会社編集局（２００２）より．

本研究でも天体望遠鏡組み立てキット（スピカ）

２）岐阜大学での観測を用いた．生徒一人ひとりにキットを与え，授業

山田ほか（２００１）では，生徒たちが観測に取り中に製作させた．観察期間は夏休みにまたがるた

組んだ２００１年１月から３月にかけて，岐阜大学教め，作った望遠鏡は自宅に持ち帰らせた．金星の育学部屋上の天体観測ドームで観測した金星の画

位置を確認するには，三脚を使用した方がよいの像を岐阜大学教育学部理科教育講座（地学）のホーで，スピカ用木製三脚を４０台確保して組み立てた

ムページ （http://chigaku.ed.gifu-u.ac.jp/chigakuhp/）

ものを希望する生徒に貸与した．図１に生徒たちで公開した．これらの画像は，生徒たちがその日が観測に用いた天体望遠鏡を示す．生徒たちは，にみえるであろう金星のイメージ作りに重要な役金星の見える西の景色をスケッチし，そこに金星割を果たした．それまで金星を望遠鏡で見たことの方位と高度を記入し，さらに望遠鏡で見えた金がない生徒の中には，ピンぼけの画像でもちゃん星の姿を書き込んだ観察記録を作成した．高度のと見えたと判断する可能性があるからである．ま測定にはにぎりこぶし法を用いた．また，岐阜大

た，その日に実際に見た金星の姿をインターネッ

学附属中学校のインターネットを活用した電子会

トで確認することにも使われた．そこで，２００２年

議室というメールによる交流の場を設置して，観７月から１０月にかけても，岐阜大学教育学部の屋測に成功した生徒からの報告を他の生徒に伝えら上の天体観測ドームで継続的な観察を試みたが，れるようにした．その結果，ある生徒の送信した夏季は大気の揺らぎが大きいため良好な画像はほ月や金星の観察結果を受けて，ほかの生徒たちもとんど得られなかった．そこで，２００１年に取得し望遠鏡を取り出して観察する姿がみられた．図２

た画像を東方最大離角からの日数にもとづいて配に，２００
２年の金星の位置の変化と形の変化に関す列したものを作成し，２００２年の暦に対応させた．

る概念図を示す．

内合を通過した１１月以降は大気も安定してきたため取得した金星画像をホームページで公開し，
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渡辺進武・川上紳一・上田康信・江川直・山田茂樹

図３．１
１月から１２月にかけて日の出３０分前における金星の高度の変化．

図４．インターネットで公開した金星の天体望遠鏡画像．

生徒たちが朝６時ごろ金星を観察するよう促し

会を開き生徒たちに観察結果を報告してもらった．図３，図４に新たに公開した金星画像を示す．

た．生徒の中には初めてみた月や金星の姿に感動し，母親を呼んできていっしょに望遠鏡をのぞい３．授業の実践たり，その感動をメールで友達に送るなどしたことが発表された．続いて３ヶ月にわたる観察記録

金星の動きと形の変化に関する授業は１
０月中旬が提示され，（１）金星の高度が徐々に下がってから下旬にかけて行った．金星に関する授業は１いったこと，（２）金星の大きさが徐々に大きく時間としその目標は，これまでの観察を確認し，なっていったこと，（３）大きくなるにつれて，形モデルによる検証を行うことである．まず，交流が三日月のように欠けていったことが確認され

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天体望遠鏡（スピカ）とインターネットを活用した中学校理科金星の満ち欠けの指導

課題：金星の見かけの様子の違いは，太陽や地球の位置関係で説明できるか．
観測した結果：日の入り時の「金星」の位置と満ち欠けの様子（浅野さんの結果から）図５．生徒のスケッチの例．

図６．授業で用いたモデルで形の変化を確認する生徒たち．

た．図５に生徒が作成したスケッチの例を示す．

ことができた．

続いて，金星の動きと形の変化を確認するモデ

さらに，金星の高度変化を説明するにはどうす

ル２０個を提示し，二人一組になって金星の観察のればよいか．この問いかけに対し，生徒たちは板模擬体験を行った（図６）．一人が太陽のまわりをを傾けることで金星が地球に近づくにつれて，高まわる金星を模擬した板をもち，もう一人が望遠度が低下することを確かめた（図７）．ここで，金鏡を模擬した筒から金星をのぞいた．その結果，星が太陽を一周する動きを筒でのぞいて確かめて全員の生徒がこのモデルで金星が地球に近づいている生徒たちの中に，金星の高度がある限度よりくるにつれて形が大きくなり，欠け方も半月状か大きくならないことに気づくものが現れた．すな

ら三日月状へと移り変わっていくことを確かめる

わち，宵の明星は，東方最大離角である４７度以上９９渡辺進武・川上紳一・上田康信・江川直・山田茂樹

図７．モデルで金星の高度変化の説明を試みる生徒の姿．

図８．生徒たちが予想した明けの明星の形．には太陽から遠ざからないという事実に対し，生最後のまとめの段階で，教師がさらに金星が公徒たちがモデルを操作する中で見いだしたものと転を続け，太陽，金星，地球が一直線になる（内して注目したい．

合）ことを示唆し，内合通過したあとの金星は明

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天体望遠鏡（スピカ）とインターネットを活用した中学校理科金星の満ち欠けの指導

けの明星として東の空に出現することが語られ末に観測の好機を迎えたということで，授業を弾た．この示唆を受けて明けの明星がどのように見力的に変更しつつ，よりよい指導法や教具を求めえるかをモデルをもとに検討させた．検討結果はて試行錯誤しながら実践したものである．今回は，各グループごとに相談し，それを紙に描いて黒板その結果を受けて指導に取り組んだため，準備がに掲示させた．図８に示すように全員の生徒が上充分にできたことでより到達度の高い授業を展開に膨らんだ三日月型の金星を思い浮かべた．こうできた．まず，観測が夏休みにかかることを踏ました予想は，内合を通過したあと，太陽と地球をえ，天体望遠鏡組み立てキット（スピカ）を１学結ぶ線より金星が下にくると考え，モデルを用い年４クラス約１６０名分用意したことである．その結てそのときの金星の形を推察したものである．

果，一つの学校の３年生全員が自分で作った望遠

最後に教師は，生徒たちの予想を数週間後に実鏡をのぞき，金星の動きを学習することができた．

際に望遠鏡をのぞいて確認するよう促し授業を終全員が観察することで，メールや電子会議室を通了した．

じて友達どうし交流した結果，多くの生徒が観察に意欲的に取り組んだといえよう．

４．考察

続いて，金星の公転運動を考察する簡単なモデルを作成し，１クラス４０名が２人一組で自分たち（１）金星の内合前後の観察の意義の観察を説明しようとしたことが挙げられる．生

今回行った指導は，山田ほか（２００１）が行った徒たちは，それぞれ自分の経験から観察記録を試みをさらに発展させたものである．大きな違い作っており，自分の見た金星を説明するために，は，山田ほか（２００１）は１月から３月という学年一人ずつ思い思いにモデルを使えるような学習環

（ａ）

（ｂ）

図９．ある男子生徒が描いた観察結果．（ａ）宵の明星，（ｂ）明けの明星．

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渡辺進武・川上紳一・上田康信・江川直・山田茂樹

境を提供した．その結果，先に述べたように金星いう意味において，今後も月の満ち欠けや金星のが東方最大離角以上には太陽から離れないことを満ち欠けについては，観察とモデルを使った指導気づくような探求に取り組む生徒の姿を誘発するを行っていきたいと考えている．

ことができたものと考えられる．
さらに，自分たちの観察記録を説明するモデル（３）季節変化と金星の動きを用いて，今後どうなるかを予想するという課題

２００２年における金星の見かけの動き（図１）をに意欲的に取り組む姿勢が見られたことも大きな

詳しくみると，６月から９月にかけて徐々に高度成果であった．とりわけ，予想した結果が全員一を下げながら南へ向かい，９月中旬から西に戻り致し，しかも実際とは逆に見えるとしたことは指つつ高度が急激に下がっていくことがわかる．６

導する側の予想を超えたものであった．生徒たち

月から９月にかけての南への動きは，太陽高度のは１１月以降にも観察を続け，東の空に現れた金星季節変化にともなうものである．夏至から冬至へを望遠鏡で観察した（図９）．その結果，自分たち向かって日没の場所が南へ移動するが，金星も同が予想した金星とは異なる姿の金星に接し，モデじ動き方をするために地上座標系からみると金星ルの扱い方が不十分であったことに気づくことがも南へ移動していくようにみえる．９月以降は金できた．すなわち，金星が公転しているという現星の見かけの動きが加速するため，太陽の季節変象と地球が自転しているという現象を組み合わせ化に伴う動きよりも金星の公転による動きの方がて初めて，自分たちの観察を完全に理解できるよ顕著になり，西へともどりつつ高度が下がるわけうになったわけであり，生徒たちの学びが一層深である．生徒に精度の高い観測を行うよう促せば，まったといえるだろう．

生徒たちの中にもこのような動きに気づくものが現れたかもしれないが，一度にたくさんの現象を（２）理科教育における天文教育の位置づけ観察させるとかえって混乱する可能性もある．ま新学習指導要領の下で，小学４年の月の観察でとめの授業が終わった段階で，教師が図１を見せ満ち欠けするという現象が軽視され，満ち欠けのながら太陽の動きを踏まえて金星の動きを振り返しくみは扱わないことになった（文部省，
１９９８ｂ）．

るような指導を行えば，金星の見かけの動きが金にも関わらず中学３年の地球と宇宙の単元では金星の公転運動だけではなく，地球の自転や公転運星の満ち欠けとそのしくみを学習することになっ動も関係していることが理解できるのではなかろている．これは従来の学習指導要領の中身と比較うか．

すると，学習内容の大きな後退というべきであろう．天体の運動を理解することは，地上の座標系

５．おわりにから太陽系を北極星の方向から眺めるような座標系へと視点の移動が必要である（土田・小林，

本研究では，岐阜大学附属中学校の３年生４ク

１９８６）．実際に星空を眺めて継続的な観察を行った

ラス約１６０名に天体望遠鏡組み立てキット（スピことがない児童・生徒にとっては，視点の移動がカ）を与えて，金星の満ち欠けのしくみに関する困難なため，従来から難解な単元であるとみなさ指導を行った．宇宙は神秘的な存在であり，生徒れた．こうした状況を踏まえて新学習指導要領のたちにとって憧れのような存在でもあるので，適内容が削減されたとしたらたいへん残念なことで切な動機づけができれば学習効果は非常に高いとある．本授業における実践からわかることは，適期待される．実際に，今回の指導では天体望遠鏡切な教具を与えて生徒たちの意欲や関心を高めれ製作キット（スピカ）によって，金星を観察するば，自ら得た観察を説明するために視点を移動しことの動機づけができた．また，インターネットて考えるような取り組みにも充分ついてこれるよを活用することで自分が見ようとする金星のイうな生徒の姿である．逆に，こうした困難な課題メージづくりができた．さらに，インターネットを理解できたという喜びが他の単元における学びを使って，観察した感動を友達と共有することもの姿勢にも波及していくのではなかろうか．そう大きな効果があった．そして実際にまとめの授業

１０２天体望遠鏡（スピカ）とインターネットを活用した中学校理科金星の満ち欠けの指導では，予想を立てて確認するといった，仮説の提示とその検証へと向かう生徒たちの姿に出会うことができた．できるだけ多くの中学校の先生がこうした指導ができるよう今後も多くの小中学校との連携を深めていきたいと考えている．
謝辞．本研究には，文部科学省科学研究費補助金，特定領域研究００８新世紀型理数科系教育の展開研究における採択課題「天文・地質分野におけるデジタル教材開発と初等中等教育現場での教育実践研究」（研究代表者川上紳一，課題番号１４０２２２２４）の一部を使用した．岐阜大学教育学部の渡村悠美
子さんと澤村秀彦さんには，スピカ用木製三脚の製作に協力して頂いた．ここに記して感謝いたします．
文献
教育出版株式会社編集局（２００２）中学理科２分野下教師用指導書，教育出版．
文部省（１９９８ａ）中学校学習指導要領（平成１０年１２月）：解説―理科編―，大日本図書．
文部省（１９９８ｂ）小学校学習指導要領解説理科編，東洋館出版社．
土田理・小林学（１９８６）児童・生徒の天文分野における視点移動能力の発達過程と関係する基礎的研
７６．
究，地学教育，３９，１
６
７―１
山田茂樹・川上紳一・上田康信・江川直（２００１）金星の観察を取り入れた惑星の運動に関する中学校理科授業の実践―インターネットの活用による大学天体望遠鏡施設の CCD 画像との対照観
察．岐阜大学教育学部研究報告（自然科学）
，２６，
１．
No．
１，６１―７１０３