４ 問題解決の能力を育成する小学校理科の指導に関する研究－児童が自らの見方や考え方に基づいて検証計画を立案する活動に重点を置いて－
１ 研究の意図(1) 研究の背景(2) 研究テーマ設定の理由(3) 研究の仮説
２ 研究の内容(1) 児童が自らの見方や考え方に基づいて検証計画を立案する活動の指導の工夫について
ア 検証計画を立案する場面における手だて（ｱ）「検証計画ボード」の活用（ｲ）「アイテムカード」の活用
イ 検証計画を検討する場面における手だて(2) 授業実践の概要
ア 授業実践１（第４学年「ものの温度とかさ」）(ｱ) 授業実践１の概要(ｲ) 授業の実際(ｳ) 授業実践１の考察
イ 授業実践２（第５学年「もののとけ方」）(ｱ) 授業実践２の概要(ｲ) 授業の実際(ｳ) 授業実践２の考察(3) 研究の考察
ア 「検証計画ボード」と「アイテムカード」の効果
イ 児童が自らの見方や考え方に基づいて検証計画を立案する活動に重点を置いた指導の効果(ｱ) 目的意識をもって実験を行うことについて(ｲ) 実験結果の考察について(ｳ) 問題解決能力の育成について
３ 研究のまとめと今後の課題(1) 研究のまとめ(2) 今後の課題

萩市立明倫小学校
教

諭

伊

藤

龍 太

問題解決の能力を育成する小学校理科の指導に関する研究－児童が自らの見方や考え方に基づいて検証計画を立案する活動に重点を置いて－
萩市立明倫小学校
１

教諭

伊藤

龍太

研究の意図
(1) 研究の背景
平成24年度全国学力・学習状況調査では、理科の「活用」に関する問題において、「適用、分析、構想、改善」という四つの枠組みが示された。このうち児童が身に付けた知識・技能を用いて、問題の解決方法を構想する力を問う「構想」に関する問題では、正答率が50.8％と低く、半数の児童に課題が見られた。また、意識調査において、78.2％の学校が、理科の授業で児童に自らの予想を基に観察、実験の計画を立てさせる指導を行ったと肯定的な回答をしているのに対して、その学校の28.8％の児童が、自らの予想を基に観察、実験の計画を立てていないと否定的な回答をしており、観察、実験の計画について教師と児童の意識に差が見られる。一方、理科の授業で観察、実験の計画に対する児童の意識が高いと、平均正答率が高い傾向が見られることが明らかとなった。
このような結果を踏まえ、「 理科の学習指導の改善・充実に向けた調査分析について【小学校】」（平成25年）では、問題解決の充実に向けた理科の指導改善のポイントとして、「児童一人一人の考えを顕在化しながら，児童が問題解決を自分のこととして展開できるように指導することが大切である」 ＊１ と示された。
(2) 研究テーマ設定の理由
観察、実験には意欲的に取り組むものの、観察、実験が終わると意欲が低下し、自分で結果をまとめたり、考察をしたりすることがなかなか行えない児童の姿を授業中によく見かける。
これは、観察、実験をすること自体が目的となっていて、何のために観察、実験を行うのかという目的や意図を明確にもつことができていないためではないかと考える。それを改善するには、問題解決の中核である観察、実験が児童にとって見通しをもった活動となるように、観察、実験の前段階の活動を充実させることが重要だと考えた。
観察、実験の前段階で、児童に興味・関心をもたせる導入の工夫や、児童に予想や仮説をもたせることは、これまでに参観した授業でもよく見られた。しかし、全国学力・学習状況調査で、観察、実験の計画に関して教師と児童に意識の差が見られることからも、観察、実験の計画を立てることについては、必ずしも、児童の立場に立った指導が行われているとはいえない状況にある。教科書どおりの観察、実験の計画で、一方的に教師主導の指導が行われることもあるのではないだろうか。そこで本研究では、検証計画を立案する活動を児童が自らの見方や考え方に基づいて行えるように指導し、児童が自分のこととして問題解決を行えるようにすることで、問題解決の能力の育成を図っていこうと考えた。
(3) 研究の仮説
研究の仮説を「小学校理科の問題解決の過程において、児童が自らの見方や考え方に基づいて検証計画を立案する活動に重点を置いて指導することで、児童は目的意識をもって観察、実験を行い、結果を考察することができるようになり、問題解決の能力を育成することができる」とし、授業実践を通して検証を行うこととした。

- 37 -

２

研究の内容(1) 児童が自らの見方や考え方に基づいて検証計画を立案する活動の指導の工夫について「小学校理科の観察、実験の手引き」

児童が自らの見方や考え方に基づいて検証計画を立案する活動（平成23年）では、小学校理科の問題●検証計画を立案する

解決の過程を、８過程で構成している。

小学校理科の問題解決の過程

検証計画の立案は、「予想や仮説を自然

自然事象への働きかけの 事物 ・現 象で 検討 する ため の手 続

問題の把握・設定

き・手段となる」

＊２

予想
実験方法
結果

過程として位置付予想・仮説の設定

けられている。本研究では、この過程

検証計画の立案

を「検証計画を立案する」場面と「検観察・実験証計画を検討する」場面に分けて、重結果の整理

点 を置 いて 指導 して いく こと にし た考察

●検証計画を検討する
検討する視点（図１）。予想や仮説を検証するためにどのような実験器具を使い、どのよ〈アイテムカード〉
裏面に名前や特徴が書いてある実験
器具の形をしたもの。このカードを操作して実験方法の構想を練る。

〈検証計画ボード〉
必ず書く内容目的意識
結果への見通し
手順の見直し結論の導出

図１

うな実験方法にすればよいかを児童が児童が自らの見方や考え方に基づいて検証計画を立案する活動に重点を置いた指導の全体構想

自らの見方や考え方に基づいて吟味して、検証計画を立案する。さらに、一度立案した検証計
画を別の角度から再考し、見直した上で、児童自らが決定していくようにした。
ア

検証計画を立案する場面における手だて
児童自らが検証計画を立案できるようにする手だてとして、「検証計画ボード」（図２）と「アイテムカード」（図３）を作成し、児童に活用させることとした。
(ｱ) 「検証計画ボード」の活用「検証計画ボード」とは、見通しをもって観察、実験を行うことができるように、予想から結果までの一連の学習の流れを表すものである。
「検証計画ボード」
は、四つ切り大のホワイトボードに枠を設け、予想、実験方法、結果を書けるようにした。
予想を書くことで自分の考えが明確となり、実験方法を書くことで予想を確かめる実験方法 が明確となり、結果を書くことで予想と比較して考察できるようになる。それ以外に書く内容は、身に付けさせたい問
題解決の能力や単元の特徴に合わせて追加する。

図２「検証計画ボード」の例（４年生「ものの温度とかさ」）

９

自分の見方や考え方に基づいて問題解決に臨めるよ
うに、まず、個人で実験方法や実験の条件制御の仕方を考える。その後、班で話し合いながら「検証計画ボード」に検証計画を立案する。「検証計画ボード」に検証計画を立案することで、思考が整理され、互いの考えを班やクラスで共有できるようにした。
(ｲ) 「アイテムカード」の活用「アイテムカード」とは、使用する実験器具や材料- 38 -

図３「アイテムカード」の例（表面）を絵カードに表したものである。実験器具の特性を理解して、観察、実験方法を考えやすくするものである。裏面に器具の名前や特徴を書いておくことで、その情報を見ながら、児童が自らの見方や考え方に基づいて実験で使用する器具等を選択できるよ
うにした（図４）。また、実際の実験器具の形にしたことで、「検証計画ボード」の上で動かしたり、重ねたりしながら観察、実験
方法を考えることもできるようにした。
裏面に磁石を付けることで、「検証計画ボード」に残すことができるようにもした。
イ

検証計画を検討する場面における手だて

図４「アイテムカード」の例（裏面）

検証計画を検討する場面では、立案した

検証計画

検証計画を児童自らが見直し、改善していく。
ここで、授業者は判断の仕方や条件制御の仕方等、検討する視点を具体的に提示し、話合検討する視点いを焦点化していくようにした。そうするこ判断の仕方とで、児童自らが改善点に気付き、「検証計見直し・ 改善

条件制御の仕方

話合いの焦点化

画ボード」を修正するなどして、検証計画の見直しを図ることができるようにした（図５）。
図５（2）授業実践の概要

検証計画を検討する場面の流れ

１回目は第４学年、２回目は第５学年で、目標とする問題解決の能力を具体的に設定して授業実践を行った。
ア

授業実践１（第４学年「ものの温度とかさ」）(ｱ) 授業実践１の概要
６月に行った授業実践１の概要は、表１のとおりである。
表１

単元名

授業実践１の概要（啓林館「わくわく理科４」）「ものの温度とかさ」（全10時間）
温度による体積の変化について興味・関心をもって追究する活動を通し単元の目標て、温度の変化と空気や水、金属の体積の変化を関係付ける能力を育てる
とともに、空気や水、金属は温度によって体積が変化し、空気や水、金属の体積の変化の大きさは違うという考えをもつことができるようにする。

目標とした問題解決の能力

温度の変化と体積の変化とを関係付けながら調べること。
・水の体積変化に興味をもって、体積が変化する要因を予想する。(1)

指導計画

第一次

・温めた水の体積の変化を、検証計画を立案し、実験を通して調べる。(1)（４）

・水の体積の小さな変化をはっきりと確かめる実験方法を工夫する。(1)・冷やした水の体積の変化を、検証計画を立案し、実験を通して調べる。(1)- 39 -

第二次
（４）

指導計画
第三次
（２）

・冷やした空気の体積の変化を、検証計画を立案し、実験を通して調べる。(1)・温めた空気の変化の予想を話し合い、検証計画を立案する。(1)・検証計画を検討し、温めた空気の変化を、実験を通して調べる。(2)・温めたり、冷やしたりした金属の体積の変化を、検証計画を立案し、実験を通して調べる。(1)・生活と結び付けながら、ものの温度と体積の学習をまとめる。(1)
※

表内の（

）は時間数

(ｲ) 授業の実際
第二次「温めた空気の体積の変化」の学習につ温めた空気の体積の変化
イメージ図

いて詳しく述べる。
授業の導入部分で、お湯に浸した丸底フラスコ

上昇

膨張

図６

児童が考えたイメージ図の例の栓が飛び出す現象を見せた。そして、温められた空気のどのような変化が要因となって栓が飛んだのか、児童一人ひとりの考えを顕在化するために、イメージ図を描かせて予想させた。フラスコ
内で働く力の方向が一方向かどうかで、考えが二つに大別された（図６）。それは、上に移動する上昇という考えと、水と同じように体積が大きくなる膨張という考えである。クラスの大半の児童が、上昇という誤った考えをもっていた。そこで、上昇、膨張、両方の検証計画を立案して確かめていくようにした。
検証計画を立案する場面では、「検証計画ボード」に書く内容として、「選んだ器具のよさ」と「結果の見通し」という内容を追加した。第一次の始めの段階で、実際の実験器具と「アイテムカード」
を対応させながらその特徴を確認した。ここでは、児童が自ら検証計画を立案していくヒントとなるように、活動に合わせて「アイテムカード」を増図７やしていった。図７は、風船を使って上昇か膨張

上昇か膨張かを確かめる「検証計画ボード」の例

かを確かめようとしている班の検証計画である。
風船が縦にだけ大きくなれば上昇、縦にも横にも大きくなれば膨張だと考えている。
検証計画を検討する場面では、黒板に「検証計画ボード」を並べ、上昇か膨張かを確かめられる
検証計画になっているかどうかをクラス全体で話し合い、その後、班で検討した（図８）。
実験では、繰り返し行っても同じ結果が得られ

図８

各班の検証計画について全体で話し合っている様子

ることから上昇か膨張かを正しく判断している班もある中、同じ方法で実験結果が異なる班が出てきた。児童は、情報交換しながら結果が- 40 -

異なった原因を探り、再実験を行った。また、自分たちの実験で何度も同じ結果になったら、他の実験方法で確かめる姿も見られた。再実験では、どの班も同じ結論が得られ、温められた空気の体積は、膨張して大きくなることを、実感を伴って理解することができた。
(ｳ) 授業実践１の考察「アイテムカード」は、実験器具の形をしたものだ
けでなく、材料などを書いたカード（図９）も追加した。児童はそれらを参考にして多様な実験方法を考えた。実験器具だけでなく、このようなカードも用意することで、児童は発想を広げ、実験方法を工夫することができた。また、実験に応じて随時カードを追加したことも、児童が明確な意図をもって使用する実験器

図９

追加した「アイテムカード」

具等を選択して、検証計画を立案することにつながったと考える。
「検証計画ボード」に「選んだ器具のよさ」を加えたことで、児童は実験方法の意図を明確にもつことができ、また、「結果の見通し」を加えたことで、現象と温度変化を関連付けて捉えることができた。考察の記述では、温度の変化と現象を関係付けるだけではなく、「温めた空気は膨らんだ。だから、温めた空気の体積は大きくなる。」のように、現象と体積の変化を結び付け、それを温度の変化と関係付けている記述が約90％の児童に見られた。
同じ実験方法でも結果が異なった時や予想した結果が出なかった時は、「検証計画ボード」を見直して話し合う姿や実験方法が同じ班同士で手順などを確認し、原因を探る姿が見られた。これは、自らの見方や考え方に基づいて検証計画を立案したり、検討したりする活動を積み重ねてきた成果だといえる。しかし、実験の経験が少ない４年生に対して、授業者が温めるお湯の交換のタイミングやシャボン液の付け方等の手順を十分に確認させなかったことは反省点である。実験方法だけでなく、実験の手順も分かる検証計画の内容にしていくことが課題として残った。
イ

授業実践２（第５学年「もののとけ方」）(ｱ) 授業実践２の概要
10月に行った授業実践２の概要は、表２のとおりである。
表２

単元名

授業実践２の概要（啓林館「わくわく理科５」）「もののとけ方」（全15時間）
ものの溶け方について興味・関心をもって追究する活動を通して、ものが水単元の目標に溶ける規則性について条件を制御して調べる能力を育てるとともに、それらについての理解を図り、ものの溶け方の規則性についての見方や考え方をもつことができるようにする。

目標とした問題解決の能力

ものが水に溶ける規則性について条件を制御しながら調べること。
・食塩が水に溶ける様子を観察し、溶けるという現象への気付きをもつ。(1)・食塩を溶かす前と後の水溶液の重さの変化について検証計画を立案し、

指導計画

第一次
（７）

実験を通して調べる。(1)・水50ｍLに溶ける食塩の限界量を調べ、溶け残った食塩を溶かす方法を予想する。(1)- 41 -

・水の量や温度による食塩の溶け方の違いを、検証計画を立案し、実験を第一次（７）

通して調べる。(2)・溶け残った食塩をろ過で取り出す。(1)・ろ液（食塩の水溶液）から溶けている食塩を取り出す。食塩の結晶と比較しながら観察し、食塩であることを確認する。(1)・ミョウバンを溶かす前後の水溶液の重さの変化について検証計画を立案し、実験を通して調べる。水50ｍLに溶けるミョウバンの限界量を調べる。(1)

指導計画

第二次
（５）

・水の量や温度によるミョウバンの溶け方の違いを、検証計画を立案し、実験を通して調べる。(2)・溶け残ったミョウバンをろ過で取り出す。(1)・ろ液（ミョウバンの水溶液）から溶けているミョウバンを取り出す。ミョウバンの結晶と比較しながら観察し、ミョウバンであることを確認する。(1)・三つの液体のどれが食塩水、ミョウバンの水溶液、水かを検証計画を立第三次案して、実験を通して調べる。(1)（３）

・ミョウバンの大きな結晶を作る。(1)・ものの溶け方についてまとめる。(1)
※

表内の（

）は時間数

(ｲ) 授業の実際
第一次「水の量や温度による食塩の溶け方の違い」の学習について詳しく述べる。
前時の学習で食塩が溶ける限界量を調べた。そして、いくら混ぜても溶けずに残った食塩を溶かすためには、どうしたらよいかを予想した。すると、水の量を増やす、水の温度を上げるという二つの考えに整理でき、自分たちの予想を基に班で話し合って、どちらかを選択して調べるようにした。８班中、水の量を調べる班が３班、温度を調べる班が５班となった。
児童が自ら実験に対する条件制御の必要性を感じ、自らの見方や考え方に基づいて検証
計画を立案できるようにするために、授業の導入部分と検証計画を立案する場面において、
次のような工夫を行った。
まず授業の導入部分では、前時で使用した食塩が溶け残ったビーカーに、水の量と水の温度のどちらにも影響する熱湯を加えて、溶け残った食塩を溶かす演示実験を行った。そして、水の量と水の温度のどちらが関係して溶け残った食塩が溶けたのか考えさせること
で、実験の条件制御の仕方について意識できるようにした。
次に、検証計画を立案する場面では、「検証
計画ボード」に、条件制御の仕方と実験の手順を書くように追加したが、実験の条件制御の項目は「検証計画ボード」に示さず、実験を行う前の水の量と温度を書いたカードを用意した（図10）。その水の量や温度をどのように変えて実験を行うか、「検証計画ボード」に表すようにさせ、児童が自ら実験の条件制御- 42 -

図 10 立案前の「検証計画ボード」

について気付くことができるようにした。
どの班も、どのように条件を変えて実験す
るかを書いて検証計画を立案することができたが、変えない条件までは書けていない班があった。そこで、検証計画を検討する場面では、二つの班の「検証計画ボード」を比較し、その違いについて話し合うことで、実験において変える条件と変えない条件の両方を書くように改善していくことができた（図11）。

図 11

二つの「検証計画ボード」を比較している様子

実験では、水の量によって食塩の溶ける量が変化することを調べている班が、水の温度を測り、正しく条件制御ができているか確かめていた。すると、温度が１℃上がっており、班で議論が起きた。児童はビーカーを持っている手の熱が伝わったためではないかと考え、ビーカーの縁に手を置いて食塩を溶かすようにしていた。このように細かなことにまで気を付けて実験を行うことができた。
どの班も条件を正しく制御しながら実験を行い、水に溶ける食塩の量は水の温度ではあまり変化せず、水の量によって変化するという溶け方の規則性を理解することができた。
(ｳ) 授業実践２の考察
授業の導入部分と検証計画を立案する場面
について工夫したことで、児童が自ら実験の条件制御を意識して、検証計画を立案するこ

条件制御とができた（図12）。第二次のミョウバンの学
習では、食塩で調べていない条件を調べるようにしたが、どの班も検証計画を立案する場
面で、実験で変える条件、変えない条件を書き、正しく実験の条件制御をした検証計画を立案することができた。
授業実践１の反省から、「検証計画ボード」

図 12 立案した「検証計画ボード」の例に書く内容に、「実験の手順」を追加した。そうすることで、考察の時だけでなく、実験中も検証計画を確認しながら実験を行うことができた。実験の手順が多くなる高学年ほど必要な手だてといえる。また、単に実験の手順を途中で確認できるだけなく、自分たちで立案した検証計画を意識し、目的を明確にもって実験を行うことにもつながると考える。
検証計画を立案する場面では、実験で使う「アイテムカード」を机上に用意させ、それらを使って実験のシミュレーションをしてから、実験方法や実験の手順を書くようにした（図13）。そうすることで、どの班もスムーズ- 43 -

図 13

検証計画を立案している様子

に検証計画を立案することができた。操作を確認しながら実験の手順や実験方法を考える
ことは、実験のイメージを全員で共有し、見通しをもちやすくする有効な手だてとなったと考える。
(3) 研究の考察
ア「検証計画ボード」と「アイテムカード」の効果
児童の学習後の感想（自由記述）から、「検証計画ボード」と「アイテムカード」を使うよさについての記述を整理してまとめたものが、表３、表４である。児童の感想を分析すると、「検証計画ボード」を使うよさについて記述した内容は、「実験の見通しがもちやすい」、「考
察がしやすい」、「考えを交流しやすい」の三つに大別できた。また、「アイテムカード」を使うよさについて記述した内容は、「使う実験器具や実験方法が考えやすい」、「実験方法を表しやすい」の二つに大別できた。４、５年生ともに90％以上の児童が、「検証計画ボード」を使うよさについて、「実験の見通しがもちやすい」と記述している。また、「アイテムカード」
を使うよさについて、４年生の80％、５年生の96％の児童が、「使う実験器具や実験方法が考えやすい」と記述している。このように、80％以上の児童が、自由記述の感想に、「検証計画
ボード」や「アイテムカード」のよさを記述していることから、これら二つは、児童が自らの見方や考え方に基づいて検証計画を立案するのに有効な手だてであったと考える。
表３ 「検証計画ボード」のよさについて記述した児童の割合

４年生（32人）

５年生（26人）

実験の見通しがもちやすい

９０％

９２％

考察がしやすい８０％

３８％

考えを交流しやすい

３６％

３０％

表４ 「アイテムカード」のよさについて記述した児童の割合

イ

４年生（32人）

５年生（26人）

使う実験器具や実験方法が考えやすい

８０％

９６％

実験方法を表しやすい

５３％

４２％

児童が自らの見方や考え方に基づいて検証計画を立案する活動に重点を置いた指導の効果（ｱ）目的意識をもって実験を行うことについて
授業実践前後にアンケートを実施し、児童の情意面の変容を分析した。授業実践前後における回答結果の平均値を比較するため、対応がある場合の ｔ検定を行った（表５）。
表５

児童アンケートの結果（４年生 32 人、５年生 26 人の回答結果の平均値）
授業実践１（４年生）

授業実践２（５年生）

アンケート（５件法※）の質問項目

※

前

後

p

前

後

p

１

自分の予想をもとに実験の計画を立てている

3.63

4.44

**

2.77

4.31

***

２

実験で何を調べるのかよく分かってから始めている

4.47

4.81

**

4.69

4.77

n.s.

５･･･とてもあてはまる、４･･･だいたいあてはまる、３･･･どちらともいえない
２･･･あまりあてはまらない、１･･･まったくあてはまらない*p ＜0.05** p＜0.01***p＜0.001（それぞれが５％、１％、0.1％水準で有意な差）

n.s.（有意な差なし）- 44 -

質問項目１では、授業実践前後の数値に有意な差が見られた。このことは、予想や結果への見通しをもちながら実験の計画を立てようとする意識が向上したことを示している。
質問項目１の回答の内訳を詳しく表したものが、表６、表７である。４、５年生ともに授業実践後には「とてもあてはまる」の割合が、大きく増えている。また、「とてもあてはまる」「だいたいあてはまる」という肯定的な回答が、４年生では、88％、５年生では、93％となっており、ほとんどの児童が、予想を確かめようと、自らの考えに基づいて検証計画を立案しているという意識が高いことが分かる。
表６ 「自分の予想をもとに実験の計画を立てている」
についての児童アンケートの結果（４年生 32 人）
だいたい

どちらとも

あてはまる あてはまる

とても

いえない

あまり

表７ 「自分の予想をもとに実験の計画を立てている」
についての児童アンケートの結果（５年生 26 人）

まったく

とても

あてはまらない あてはまらない

だいたい

どちらとも

あてはまる あてはまる

いえない

あまり

まったく

あてはまらない あてはまらない

実践前

２６ ％

３１ ％

３１ ％

６％

６％

実践前

４％

２７ ％

２７ ％

２７ ％

１５ ％

実践後

６３ ％

２５ ％

９％

０％

３％

実践後

３９ ％

５４ ％

７％

０％

０％

質問項目２では、天井効果により５年生に授業実践前後の数値に有意な差は見られなかったが、４年生では、実験に対する目的意識の向上を示す結果が見られた。質問項目２の回答の内訳を詳しく表したものが、表８、表９である。４年生では、授業実践後には「とてもあてはまる」の人数が、大半となり、５年生では、全員が肯定的な回答をしており、高い目的意識をもって実験を行っていたことがうかがえる。
表８ 「実験で何を調べるのかよく分かってから始めている」
についての児童アンケートの結果（４年生32 人）

表９ 「実験で何を調べるのかよく分かってから始めている」
についての児童アンケートの結果（５年生26 人）

とても
だいたい どちらともあまりまったくあてはまる あてはまる いえない あてはまらない あてはまらない

とても
だいたい どちらともあまりまったくあてはまる あてはまる いえない あてはまらない あてはまらない

実践前

５０ ％

４７ ％

３％

０％

０％

実践前

７３ ％

２３ ％

４％

０％

０％

実践後

８４ ％

１３ ％

３％

０％

０％

実践後

８１ ％

１９ ％

０％

０％

０％

さらに、実験における児童の活動状況の見取りを、ビデオ撮影の記録と授業者の行動観察で行った。４、５年生ともに、毎時間全ての班で、児童自らが立案した検証計画に基づいて、事象と要因を関係付けたり、実験の条件を制御したりしながら全員で実験に取り組む姿が確認できた。
以上のことから、児童は、目的意識をもって実験に取り組むことができたと考える。
（ｲ） 実験結果の考察について
実験結果の考察に関する児童アンケートの結果を表10に示す。アンケートの手法や統計的な検定法については先に示したとおりである。
表 10

児童アンケートの結果（４年生 32 人、５年生 26 人の回答結果の平均値）
授業実践１（４年生）

授業実践２（５年生）

アンケート（５件法）の質問項目

１

実験の結果からどのようなことが分かったのか
考えている

前

後

p

前

後

p

4.16

4.66

**

4.19

4.58

**

４、５年生ともに授業実践前後の数値に有意な差が見られた。この質問項目について、回答の内訳を詳しく表したものが、表11、表12である。

- 45 -

表11 「実験の結果からどのようなことが分かったのか考えている」 表12 「実験の結果からどのようなことが分かったのか考えている」
についての児童アンケートの結果（４年生32 人）
についての児童アンケートの結果（５年生26 人）
だいたい

どちらとも

あてはまる あてはまる

とても

いえない

あまり

まったく

とても

あてはまらない あてはまらない

だいたい

どちらとも

あてはまる あてはまる

いえない

あまり

まったく

あてはまらない あてはまらない

実践前

３４ ％

５３ ％

１０ ％

０％

３％

実践前

３５ ％

５０ ％

１５ ％

０％

０％

実践後

６９ ％

２８ ％

３％

０％

０％

実践後

６５ ％

３１ ％

４％

０％

０％

４、５年生ともに「とてもあてはまる」の人数が、授業実践前後で約２倍に増加していることから、実験の結果からどのようなことが分かったのかがより明確になり、考察への意識が向上したことが分かる。
児童の考察の記述（表13）を基に、考察の内容を分析した。
表 13

児童の考察の記述（抜粋）① しけん管は、細いから水の動きが見やすいと思って実験した。予想したとおり、温め
るとしけん管の水はふくれたので、体積が大きくなることがわかった。もっと細いゴム
せん付きガラス管で実験すると、ガラス管から水があふれた。細いもので見ると小さい
変化でも大きく見えた。（第４学年Ａさん）②

予想と同じでふくらんだ。空気も水も同じことが分った。空気をあたためると体積が大きくなることが分かった。ほかの班の実験をしてもでき、ふくらむということがかくじつになった。空気と水がなぜ同じなのか知りたい。（第４学年Ｂさん）③ 水の温度をいくら上げてもまったく食塩のとける量は変わらない。たぶんこれから 70℃、80℃、90℃と上げても変わらないということがわかった。水の量を 60ｍL、70ｍL とふやしていけば、温度とはちがって、とける量はふえていくということがわかった。このまま、150ｍLなどふやしていけば食塩のとける量はどんどんふえていくにちがいない。
（第５学年Ｃさん）④

水にとけるミョウバンの量をふやすのは、水の温度だけだと思っていたので、この結果はすごく意外だった。結果から、ミョウバンは、水の量、水の温度、どちらでもとける量がふえる。食塩とくらべると、ミョウバンは、食塩よりも、けっしょうが大きく、そのせいかわからないけど、同じ水の量、温度では食塩よりとけない。（第５学年Ｄさん）①は、温めた水の体積変化に関する学習の考察である。

線部の記述から、意図をもって実験器具を選択して実験している様子がうかがえる。また、小さい変化を見やすくするにはどうしたらよいか、経験を基にした自分の考え方が表れている。②は、温めた空気の体積変化に関する学習の考察である。

線部の記述から、既習の水の体積変化と比較して考えていることが分かる。また、他の方法でも同じ結論が導き出されたことから、自分たちの実験結果の正しさを確信している様子を見取ることができる。さらに、どうして水も空気も同じことがいえるのか関心を広げていることがうかがえる。③は、水に溶ける食塩の量の変化に関する学習の考察である。

線部の記述から、測定した結果を基に、まだ測定していない範囲を推測して、食塩の溶け方の規則性を捉えようとしていることがう- 46 -

かがえる。④は、水に溶けるミョウバンの量の変化に関する学習の考察である。

線部の記述は、常温の水でミョウバンが食塩より溶けにくいのは、結晶の大きさの違いではな
いかと、学んだことを根拠に、自分なりの考えでものの溶け方の違いを捉えていることが
分かる。
①～④の

線部には、それぞれの学習の狙いに関する内容が記述されている。①、②については、温度の変化と体積の変化が関係付けられている。③、④については、実験の条件制御を行って、ものが水に溶ける規則性について捉えられている。
４年生では、比較したり、自分の見方や考え方で事象を捉えたりする記述が、単元の始めは13％の児童にしか見られなかったが、単元の終わりには83％の児童に見られるようになった。５年生では、推測したり、自分の見方や考え方で事象を捉えたりする記述が、単元の始めは28％の児童にしか見られなかったのが、単元の終わりには71％の児童に見られるようになった。問題解決が自分のこととして展開されたからこその変化だと考える。
以上のことから、児童は、実験の結果を主体的に考察することができるようになったと考える。
（ｳ） 問題解決の能力の育成について
４年生では、「ものの温度とかさ」の単元で目標とする問題解決の能力を「温度の変化とものの体積の変化とを関係付けながら調べること」と設定した。実験ではどの班も、検証計画を立案して温度の変化と体積の変化を関係付けながら調べることができた。児童の考察においても温度の変化と体積の変化を正しく関係付けられているか、学習シートの記述で確認したところ、単元を通して85％の児童が、温度の変化と体積の変化を正しく関係付
けて捉えることができていた。
５年生では、「もののとけ方」の単元で目標とする問題解決の能力を「ものが水に溶ける規則性について条件を制御して調べること」と設定した。ミョウバンの学習 で検証計画を 班で立案す るにあたり、86％の児童が、実験で変える条件は
何か、変えない条件は何かを判断して、正しく実験の条件制御を行うことができた。また、単元の終末に、これまでの学図 14

液体の正体の確かめ方を考える学習シートの例

びを生かして三つの液体を同定する学習を行った。班で検証計画を立案する前に、81％の児童が、三つの液体の正体を確かめる方法を考えることができた（図14）。
この実験は、変える条件、変えない条件があるような条件制御までは行っていな
いものの、三つの液体を同じように冷やしたり、同じ量ほど蒸発させたりするということを考えながら検証計画を立案して実験を行うことができた（図15）。そし- 47 -

図 15

三つの液体を確かめる「検証計画ボード」の例

て、全ての班が正しく、水溶液を同定することができた。
以上のことから、児童は問題解決の能力を高めることができたと考える。
３

研究のまとめと今後の課題(1) 研究のまとめ本研究では、児童が自ら工夫、改善しながら問題解決を展開することができるように、児童が自らの見方や考え方に基づいて検証計画を立案する活動の充実を図った。具体的には、「検証
計画ボード」と「アイテムカード」を活用して、児童自らが検証計画を立案し、児童自らがそれを検討して見直し、改善していけるように支援を行った。その結果、児童は、使用する実験
器具の特性を理解しながら意図をもって選択し、実験方法を考えることができた。そして、目的意識をもって実験を行い、結果を考察することができた。このように児童は、問題解決を自分のこととして展開して、問題解決の能力を高めることができた。児童が自らの見方や考え方に基づいて検証計画を立案する活動に重点を置いた指導は、問題解決の能力を育成することに有効であったといえる。
(2) 今後の課題
本研究では、Ａ区分「物質・エネルギー」の「粒子」領域での授業実践を行った。今後、他の区分や領域での研究を進めていき、検証計画を立案していく際の内容項目の系統性や汎用性を探っていきたい。
また、検証計画については個々の考えを交流し、吟味しながら班で立案していったが、自分で考えた実験方法に決まらなかった場合に、自分で検証計画を立案できていないと感じている児童もいた。検証計画を検討する場面では、互いの見方や考え方の交流を活性化し、班全員が納得いくものへと改善していくことのできるような活動を工夫していきたい。

【引用文献】＊１

国立教育政策研究所、『理科の学習指導の改善・充実に向けた調査分析について【小学校】』、 2013、p４＊２

文部科学省、『小学校理科の観察、実験の手引き』、2011、p15【参考文献】
・国立教育政策研究所、『平成24年度全国学力・学習状況調査小学校調査結果概要』、2012
・国立教育政策研究所、『理科の学習指導の改善・充実に向けた調査分析について【小学校】』、 2013
・文部科学省、『小学校学習指導要領解説

理科編』、大日本図書、2008

・文部科学省、『小学校理科の観察、実験の手引き』、 2011
・佐々木直人、「子どもたちが実感を伴いながら理解していく理科の学習－第５学年『ものの溶け方』の実践を通して－」、『日本初等理科教育研究会第53回中央夏期講座（夏期全国大会）子どもの「意味理解」を促す理科授業』、2014、p44-51
・村山哲哉、『小学校理科「問題解決」の８つのステップ』、東洋館出版社、 2013
・村山哲哉、『｢自分事の問題解決｣をめざす理科授業』、図書文化、2013
・堀哲夫・西岡加名恵、『授業と評価をデザインする理科』、日本標準、 2010
・森本信也、『論理を構築する子どもと理科授業』、東洋館出版社、2002
・角屋重樹、『なぜ、理科を教えるのか』、文溪堂、2014
・山口県教育委員会、『小学校理科指導のポイント集』、2014
・日本初等理科教育研究会、『初等理科教育11月号第44巻11号』、農山漁村文化協会、2010
・日本初等理科教育研究会、『初等理科教育４月号第45巻４号』、農山漁村文化協会、2011
・日本初等理科教育研究会、『初等理科教育６月号第46巻６号』、農山漁村文化協会、2012- 48 -