山梨大学教職大学院

令和３年度

教育実践研究報告書

理科と技術科の教科横断型授業－問題発見・解決能力の育成を目指して－

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 池田大誠

1．緒言

与すると考えられる。しかし，その実践例は極近年教科横断的な学習が求められるようにめて少ない。そこで，本研究では，技術科の指なった。その背景の一つとして，松原・高阪

導内容を取り入れた理科授業を開発し，その授（2017）は，「実世界の課題を解決する力を身業実践から生徒の学びについて調査し，教科横につけるため，各教科の学習で獲得する体系的断型授業を実施する上での課題点を発見した。

なスキルだけでなく，教科を横断する知識や概念及び汎用的なスキルが重要」と示している。

2．方法

近年では，中央教育審議会の答申（2021）や文単元

部科学省（2021）等で STEAM 教育に関する・理科の「物質の状態変化」と技術科の「金属の加工方法」（【授業 1】）

言及がなされる等，理学や工学，芸術，人文・社会科学等を横断した学習を推進する風潮が・理科の「音の伝わり方」と技術科の「動力や強まっている。特に科学（Science）教育の主た音・信号に変換するしくみ」（【授業 2】）

る教科である理科と技術（Technology）教育及実施日び工学（Engineering）教育の主たる教科であ・【授業 1】令和 3 年 9 月 29 日の理科の時間

る技術科は，密接な関連を有していると考えら・【授業 2】令和 3 年 11 月 25 日の理科の時間れる。
「中学校学習指導要領解説技術・家庭編」

対象（2017）では，原理・法則の指導に当たって技・山梨県内の公立中学校の第 1 学年（39 名）

術と理科の指導内容について，「材料と加工の分析内容技術」と，「植物の体のつくりと働き」や「原子・・ワークシートの学習感想の内容の分類

分子等の物質の成り立ち」，「生物育成の技術」

・テキストマイニングによる学習感想の頻出単と，「植物の体のつくりと働き」や「動物の体のつくりと働き」，「情報の技術」と，「電気や光，音の性質」等で連携が図れるよう配慮することが記述されている。
さらに，大谷・渡津（2015）は，理科と技術科の教科書の内容には，以前から関連する指導語の調査・小テストによる調査（【授業 2】のみ）
3．結果・考察3．1．
【授業 1】について
3．1．1．授業内容内容が含まれており，理科では指導内容の増加「物質の状態変化」の学習は，中学校学習に伴い，技術と関連する指導内容も増していた指導要領解説理科編（2017）における「（２）のに対して，技術科では指導内容自体は以前に身の回りの物質，（ウ）状態変化」に当たる。

比べて少なくなっているにも関わらず，理科とここでは，「物質を加熱したり冷却したりする関連する指導内容が増えていると述べている。と状態が変化すること」を理解するととも以上のことから，理科と技術科の教科書の指に，状態変化について生徒の興味・関心を高導内容を関連させた教科横断型授業は成立しめることに焦点を当てた活動を行う必要があ得るとともに，問題発見・解決能力の育成に寄ると考えた。そこで，物質の状態変化を利用－ 164 －山梨大学教職大学院

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し，日常生活に寄与している例として，技術科の「金属の加工方法」の指導内容である鋳造が挙げられ，これと関連させた理科授業を起案した。
教科横断型授業を開発するに当たって，
Vasquez ら（2013），松原・高阪（2017）の知見を参考とし，STEM 教育から足掛かりを得ることにした。STEM 教育の統合の度合いは，低い も の か ら ， Disciplinary ， Thematics（ Multidisciplinary ）， Interdisciplinary ，Transdisciplinary の 4 つのアプローチに大別されており，本研究の教科横断型授業はInterdisciplinary アプローチに当たると考えた。Interdisciplinary アプローチとは，知識やスキルを深めるために，2 つ以上の教科に関して深く結びついた概念とスキルを学習するアプローチである。ここでは，「どのような物質でも状態変化するか」と「金属はどのように加工されているか」の両方に結びつく概念として「鋳造」に焦点を当てるのがよいと考えられた（図 1）。
授業で用いたワークシートを図 2 に示す。なお，表 1 は学習指導案の「本時の展開」である。
本授業では，東大寺の盧舎那仏像（以下大仏）を取り扱うこととした。大仏の画像から，疑問に思う点を発見し，製作方法に問題意識が持てるよう導入を工夫した。ここでは，「中身がスカスカで大丈夫だろうか」，「どうやって頭や指などの細かい部分をつくったのか」，「どのような材料を使ったのか」，「なぜ 15m の大仏を技術があまりない中つくれたのか」等の様々な記述を確認できたが，本授業では，これらの問題に対して思考する時間が設けられなかったことが課題として挙げられた。
技術科

理科
どのような物質でも状態変化するか

鋳造

図 2 【授業 1】のワークシート

金属はどうやって加工されているか

3．1．2．学習感想の記述について【授業 1】の学習感想として【振り返り】に

図 1 【授業 1】の Interdisciplinary

生徒が記述した内容を分類し，その記述例及びアプローチ－ 165 －

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表 1 【授業 1】の本時の展開
学習活動と内容

指導の意図や留意点

導入

１．ワークシートを受け取る。

(7 分)

２．大仏の画像を確認し，どの時代のものか当 ・本授業で扱う大仏は奈良県の東大寺廬
てる。

舎那仏であり，右手を上げ左手を下げているという特徴を伝える。

３．大仏の画像を見て，疑問に感じることを自 ・形状や色から予想する材質に注目させ由に書く。

る。

４．本時の目標を確認する。
大仏のつくり方について考えてみよう！
展開(38 分)

５．鎌倉の大仏はどうやってつくられたのか ・机間巡視では，金属の性質（延性・展性）考える。の知識をもとに考えている生徒を確認→ 個人でワークシートを記入し，意見を述べさせる。

→ 隣の生徒と考えを共有する→ 学級全体で意見を共有し，記入する☆予想される生徒の反応
・引っ張って伸ばした・叩いて伸ばした・大きな金属のかたまりから削り出した
６．型枠で作られた氷を観察し，これをヒント ・水は，液体の時に型に入れて固体にするに大仏のつくられ方について再び考え，ことで様々な形の氷をつくることがでワークシートに記入する。

きることに気付かせる。

７．NHK for School「大仏のつくりかた」を ・全ての生徒がテレビ画面をしっかり見観て，金属は高温になると液体になることられるように席の移動を指示する。

を知り，それを利用して鋳造を行うことができることを知る。
８．物体は温度によって固体，液体，気体にな ・事前に状態変化の図を記入したホワイり，それを状態変化と言うことを知る。

トボードを見せる。

９．鋳造と鍛造について知り，これらによって ・鋳造は状態変化を利用した金属加工でつくられる道具について確認する。

あることを理解させる。
・鍛造は金属の展性を利用した金属加工であることを理解させる。

１０．ドライアイスを各班に配り，固体から気体に変化する物質もあることを知る。
終末(5 分)

１１．本日の振り返りを記入する。

・「今回は大仏のつくり方を通して，いろいろなことを学習しました。分かったことや思ったことを自由に書いてください」と声掛けを行う。

－ 166 －

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みが印象付けられた生徒はほとんどいなかっ

その類型に割り振られた人数を示す。

たことが分かった。また，（4）大仏のつくられ（1）理科に関する記述
内容：状態変化やドライアイスの性質に関することについて述べている
記述例：「固体が直接気体になる物があるとはおどろきました」

方に関する感想は 7 人であり，これは大仏のつくり方に対して，鋳造という概念にのみ焦点が当たるのではなく，動画によって語られた大仏づくりの規模の大きさや時代的背景が印象深く残り，その感想が表出したと考えられる。

人数（%）：1（3.0）

生徒が学習感想として振り返りに記述した（2）技術科に関する記述
内容：鋳造，鍛造，金属の加工に関することについて述べている
記述例：「金属はいろいろな形や物に加工できるしいろいろなものに使われているなと感じた」

内容に対して，テキストマイニングによって言葉の頻出度を大きさ，言葉同士の関係を位置，品詞を色で表したものを図 3 に示す。動詞を除くと「大仏」が最も多く，次いで「金属」，「鋳造」等の技術科に関する言葉が多く，「状態」や「変化」，「固体」，「液体」，「気体」等の理科に

人数（%）：10（30.3）

関する言葉はそれらより少なかった。このこと（3）両教科の内容を含む記述

から，【授業 1】では，大仏や技術科の学習内容

内容：上記（1），（2）の両方の記述がある
記述例：「大仏のつくりは理科で行われる状態変化と金属の加工を使ってつくられていた」
人数（%）：13（39.4）

が理科の学習内容より強く印象付けられたと考えられる。

（4）大仏のつくり方の感想
内容：上記（1），（2）の内容を含まず，大仏のつくり方での感想を述べている
記述例：「大仏はとてもつくるのが大変だなと思いました」
人数（%）：7（21.2）（5）その他

図 3 【授業 1】の学習感想の内容：上記以外または判別不可

テキストマイニング

記述例：「金属はなんにでもなるとおもった」
人数（%）：2（6.1）

3．2．
【授業 2】について

上記の内，（3）理科と技術科の両方を含む記述が 13 人と最も多かったことから，多くの生3．2．1．授業内容「音の伝わり方」の学習は，中学校学習指導徒が理科と技術科の学習を結びつけていたと

要領理科編（2017）における「（1）身近な物理考えられる。また，（2）技術科に関わる記述が10 人であったことから，理科より技術科の学現象，（ア）光と音」の学習に当たる。ここでは，習が印象深かったと考えられる。この要因としは空気中等を波のように伝わること」の理解にて，本授業の目標に挙げたテーマは「大仏のつ焦点を当てた活動を行う必要があると考えた。

くり方について考えてみよう！」であり，その直接的答えが「鋳造でつくられた」であったた

音を受け取る物体や音を出す物体としてマイクやスピーカが挙げられる。その仕組みは技術め，「鋳造」という言葉が生徒にとって強く印象

科の教科書に明記してあり，「音の正体は振動付けられたと推察される。
（1）理科のみに関すである」ことと深く関係る記述は 1 人であったことから，理科の学習の「物体は振動して音を出しており，音（振動）－ 167 －山梨大学教職大学院

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表 2 【授業 2】の本時の展開
導入
(7 分)

展開
(33 分)

学習活動と内容

指導意図や留意点

１．ワークシートを受け取る。
２．拡声器を例に，マイクロホン（マイク）は音を電気信号に変え，スピーカは電気信号を音に変えるという働きがあるということを知る。

・マイクやスピーカのしくみは技術科の内容であることを伝え，これと深く結びついている音の性質について関心を高める。

３．本時の目標を確認する。
４．日常でマイクやスピーカを用いる場面を記述し，発表する。
☆予想される生徒の反応
・インターフォン ・拡声器 ・無線機
・携帯電話 ・カラオケ
５．太鼓の膜の上に紙片を置いて叩くと紙片が細かく振動する様子を観察する。
６．のどに手を当てて喋り，発声するときは喉が震えていることを知る。
７．音を出している物体は振動していることを理解する。
８．振動して音を出しているものを音源ということを学習する。
９．マイクやスピーカのしくみを考えて図に表す。
１０．音が出ているおんさを水に浸けて鳴らすと，水面に振動が次々と伝わっていく様子から，音は波として伝わることを見。
出す（ヒント 1）
１１．耳をふさいで話すと相手の声が聞こえにくくなることから，固体を介すると音の振動は小さくなることや耳にはこまくがあることを確認する（ヒント 2）。
１２．ワークシートの端をつまんで声を当てると紙が細かく振動することに気付かせる（ヒント 3）。

・「声を大きくすることができる」，「遠く離れた人と会話できる」等，便利さについて見出させる。

・紙片が細かく跳ねるのは太鼓の膜が震えるからということに気付かせる。

・「震え」を「振動」と表現させ，本授業のキーワードであることを伝える。

・マイクやスピーカの中には何があるか考えるためには音の正体について理解しなくてはならないことを伝える。
・おんさを水に沈めた状態でも音が聞こえることを確認した後， 水面で音の伝わり方を可視化する。
・こまくと同じように，マイクの中には音を受け取るものがあることに気付かせる。
・音を受け取るものは音を出す物と同様に振動していることに気付かせる。

１３．ヒント 1～3 と照らし合わせながら，マイクやスピーカのしくみについて確認する。
終末

１４．本日の振り返りを記入する。

(10 分)

１５．小テストを記入する。

－ 168 －

・
「今回はマイクやスピーカのしくみを知ることを通して，いろいろなことを学習しました。分かったことや思ったことを自由に書いてください」と声掛けを行う。

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教育実践研究報告書しているため，技術科の「動力や音・信号に変換する仕組み」の指導内容を関連させた理科授

理科技術科業を起案した。図 4 に示すように，本授業の音のInterdisciplinary アプローチでは，「音は波の音はどのように正体はように伝わる」と「マイクやスピーカの電気信伝わるか振動

マイクやスピーカのしくみはどうなっているか

号と音を相互に変換するためのしくみは何か」
は「音の正体は振動」という概念によって結び付くと考えられた。今回は，理科の学習に焦点が当たるように，「音の正体は振動である」ことをキーワードとして授業設計を図った。考案し

図 4 【授業 2】のInterdisciplinary
アプローチ

た学習指導案の「本時の展開」を表 2，ワークシートを図 5，小テストを図 6 に示す。なお，小テストの【2】については，そのまま問いを与えても記入できる生徒がほとんど見られなかったため，小テストの途中で「音の正体は○○である」の○○にはどのような言葉が入るか答えるよう指示した。
3．2．2．学習感想の記述について
生徒が【授業 2】の学習感想として振り返りに記述した内容の分類等は次のようになった。
（1）理科に関する記述
内容：音源，音の伝わり方に関することを述べている
記述例：「音を出す物全てはしんどうしている
ことで音を出していることがよくわかった」
人数（%）：11（31.4）（2）技術科に関する記述
内容：マイクやスピーカの仕組みや働きに関することを述べている
記述例：「マイクは，音を電気信号に変換し，逆図 5 【授業 2】のワークシートに，スピーカは電気信号を音に変換することが分かった」
人数（%）：6（17.1）（3）両教科の内容を含む記述
内容：上記（1），（2）の両方の記述がある
記述例：「音は波のように伝わり，それをマイクがひろう事によって，スピーカは，ひろった音を大きく広げるという事を知ることができた」
人数（%）：17（48.6）（4）その他－ 169 －

図 6 小テスト

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表 3 小テストの正答者の人数

内容：無記入である
人数（%）：1（2.9）
上記の内，（3）理科と技術科の両方を含むに分類される記述が 17 人と最も多く，次いで（1）理科に関わる記述が 11 人であったことから，では理科に関する体験的な活動が多かったか正答の人数（%）

【1】 （1）35（82.9）（2）

17（48.6）（3）34（97.1）
13（37.1）【2】

本授業では，理科の学習が生徒にとって印象深かったと考えられる。この理由として，本授業

設問

4．成果と課題成果として，学習感想の記入内容から教科横らであると考えられた。
図 7 に本授業の学習感想のテキストマイニ断型授業は成立していたと考えられた。また，ングの結果を示す。
「音」の記述が一番多く，次教科横断型授業によって，理科と技術科の学習いで「電気信号」，「マイク」，「スピーカ」等の内容が結び付くことが明らかとなった。
課題として，理科と技術科で扱う言葉は同じ，技術科に関する言葉が多く，「振動」，「音源」，「物体」等の理科に関する言葉も少なくなかっまたは似ていても，それぞれの教科の学習を通た。このことから，【授業 2】は，両教科の学習して育成する資質・能力や働かせる見方・考えがほぼ同等に印象深かったものであると考え方，目標，教材のねらい等は異なる。次の研究られた。

では，これらの課題を解決する方策を取り入れながら，授業開発に臨む必要がある。
引用・参考文献
大谷忠，渡津光司（2015）科学技術リテラシーを育成するための教育課程編成に関わる課
題―技術科と理科における指導内容の比較を通して―．科学教育研究 39(2)：186-194
中央教育審議会（2021）令和の日本型学校教育の構築を目指して～全ての子供たちの可能性を引き出す，個別最適な学びと，協働的な学びの実現～（答申）．pp56-58

図 7 【授業 2】の学習感想のテキストマイニング

松原憲治，高阪将人（2017）資質・能力の育成

3．2．3．小テストについてを重視する教科横断的な学習としての

表 3 は小テストの正答者の人数を示したもSTEM 教育と問い．科学教育研究 41(2)：のである。設問【1】（1）と（3）は正答者が多150-160
文部科学省（2017）中学校学習指導要領解説 理

かった。これは，音源と水の中の物質も振動すると音が聞こえるという学習内容が，体験的な活動によって定着したためであると考えられ科編．pp29-39
文部科学省（2017）中学校学習指導要領解説 技た。
【1】（2）と【2】は正答者が半数以下と少なかった。
【1】の（2）の正答である鼓膜につい術・家庭編．pp35-52
文部科学省（2021）STEM 教育等の教科等横ては，授業で言葉を確認する程度であったため正答率が低く，【2】に関しては，教科横断型授Vasquez, J., Sneider, C., & Comer, M (2013)

業の構造やイメージを捉えるのが難しかった

STEM Lesson Essentials, Grades 3-8: Integrating

ため正答率が低くなったと推察できた。

Science,断的な学習の推進について．pp9-16

Technology,

Mathematics, Heinem－ 170 －Engineering,and