日産財団『理科教育助成』

2023 年度 日産財団理科教育助成 成果報告書
テーマ：県内外公立学校への波及を見据えた「STEAM 教育」の先進的実践による成果と課題の分析
学校名：福島大学附属中学校

代表者：横島浩

報告者：関本 慶太

全教員数： ２９名

全学級数・児童生徒数：

１２学級・４１７名

実践研究を行う教員数：１２名

実践研究を受けた学級数・児童生徒数：１２学級・４１７名

１．研究の目的（テーマ設定の背景を含む）
テーマ設定の背景
全国学⼒・学習状況調査の分析等において，総合的な学習の時間等で探究のプロセスを意識した学習活動に取り組んでいる⽣徒ほど，各教科の正答率が⾼い傾向にあることが報告されている。本校では，総合的な学習の時間や理科の学習において，探究のプロセスのもと，生徒の疑問や問いを大切にし，生徒の願いや問いに沿って授業を実践してきた。授業では，地域資源を活用したテーマが多く，生徒の必要感に応じて，地域社会と積極的に連携を行っている。これらの経験から本校教員は，社会に開かれた教育課程の理念のもと，教科等横断的に学習をすることで，生徒の学習意欲が向上し，学力を向上させることを理解している。
研究の目的
全学年で STEAM 教育を推進し，教育実践とアンケート分析を行うことで，最適解を導き出すなどの問題解決力を身に付けた生徒の育成にどのような成果が表れるのかを分析する。その成果と課題を整理して，授業改善を行っていくことが校内での研究目的である。また，その成果等をモデル実践として発信することで，公立学校へ STEAM 教育を波及させることが，附属学校としての研究目的である。

２．研究にあたっての準備（機器・材料の購入、協力機関等との打合せを含む）（１）日産財団理科教育助成の採択に伴う研究協議会の実施◆2022 年 12 月 23 日：理科を中心とした STEAM 教育の確認(右写真)◆2023 年 ４月 12 日：新年度の教職員との研究に関する共通理解※通年で毎週１回，全教科で教科部会を実施（時間割内に組込）し，共有のスプレッドシートに実践内容を記録した。通年で毎月１回，研究委員会(8 名が所属)を実施し，進捗状況を確認した。

（２）助成金で購入した機器・材料◆マイクロビット（micro:bit）35 台(右写真)◆３D プリンター２台
灯油ポンプ◆３D プリンター樹脂材料 18 個
◆ホース等の小備品(右写真)◆ビニールハウス１棟◆定点カメラ１台◆外部ソ-ラ-電源１台（３）協力機関等の打ち合わせ（※実践が多いため，一部抜粋）◆2023 年７月 ７日：福島市役所ごみ減量推進課との打ち合わせ開始
micro:bit◆2023 年７月１３日：福島中央テレビ制作部との打ち合わせ開始◆2023 年８月２４日：福島大学 STEAM ラボ準備室で中田教授との３D プリンター活用の打ち合わせ◆2024 年２月 １日：福島日産自動車の職員との打ち合わせ

３．研究の内容（１）福島の地域課題と地域の誇りを科学的に探究する実践（１年生） ※ごみ排出量改善は，全学年[地域課題] 単元２ 身のまわりの物質（総２７時間） [地域の誇り]単元４ 大地の変化（総２６時間）
ごみ排出量が全国ワースト２位という課題に対して，物質の 福島の誇れるものとして，生徒は自然と桃を挙げた。本単元は，大性質を理解してごみを分別し，リサイクルにつなげることを 地の変化の単元と自然や桃の栽培がどう関わっているかを探究しテーマに学習を行った。家庭科や社会科と横断的に実践し， た。その中で３D 地形図を活用しながら,温泉地,スキー場,猪苗代湖,授業のまとめは，総合の授業で福島市ごみ減量推進課長を迎 果樹園などの成り立ちを学んだ。火山や地震の防災について考える
え，全校生徒でこれまでの学びを生かした施策の提言を行っ 中で，備えが重要だと知り，総合の授業で福島日産の取組についての講義を受け，実際に EV 車を活用して，災害時の役割を学んだ。
た。当日は，保護者・社会科学を学ぶ大学生も参加した。

←物質の性質を探る実験の様子↓課長に施策を提言をする様子
３D 地形図で溶岩の流れ方を実験する様子
日産リーフから家電に給電する実験1

日産財団『理科教育助成』（２）プログラミングで制作した光源装置による凸レンズの像のでき方(１年生)，センサーで節電システムのモデルづくり（２年生），データロガー付きの電圧計の作成（３年生） ※すべてマイクロビットを活用
教員が３D プリンターを活用し，マイクロビットの台座を作成し ２,３年生は，技術科の授業を生かし，高度なプログラムを考た。生徒は，iPad とマイクロビットを活用して，プログラミン
えマイクロビットでセンサースイッチや電圧計の作成を行っグにより，光源装置を作成した。自分たちで作成した光源装置を た。センサースイッチを用いて回路を作り，消費電力を計算用いて，凸レンズによる像のでき方を探究した。LED の間隔が読 して，電気制御の節電効果を数量的に求めた。電圧計は，無み取れるので，数量的な視点で倍率を探究する生徒も見られた。 線機能で PC に電圧値を送り，グラフ化されるようにした。

技術の授業を生かしてプログラミング
電圧計

縦軸
∧
電圧∨

教室モデルで回路のつなぎ方を実験
無線機能でデータを集約
1.47V

横軸〈時間〉

0.00V（３）プログラミングを活用した中庭ビニールハウスでの植物の育成（３年生），中庭にビオトープ空間の構築（全学年）
理科と技術科と総合の授業で教科等横断的に実施した。マイクロビットと給油ポンプを用いて作成した自動散水機を活用し，ビニールハウス内で育成した植物を理科の生命の連続性の単元の植物観察に利用した。
日常生活に生かす

理科と技術での学び

ソーラーパネル

理科室内

１年生からの提案で，生物の単元で本物の生物を観察しながら学習するために学校の中庭にビオトープをつくることになった。このビオトープは，全学年の理科以外にも美術や総合の授業で活用された。特に３年生は「生命の連続性」と「私たちの未来のために」の２つの単元を貫いて，ビオトープ空間の保全・維持をテーマに遺伝的多様性，生態系の成り立ち，環境調査など，理科と総合の授業で，36 時間探究した。

ビニールハウス内育成した植物を理科の授業で観察

本校が，日本生態系協会主催の「全国学校・園庭ビオトープコンクール 2023」にて最高賞である「文部科学大臣賞」を受賞

ビオトープ内の環境調査の様子
福島県形の池採集した生物をもとに理科の学習を展開

本校生徒主催で環境保全サミットを開催
福島県内の全小中学校に案内を送付

表彰式の様子（東京国立博物館）（４）立候補した生徒による「学びの発信」と本校教員による「研修会等の実施」
２日間の研修会学習指導法研究会では，立候補した生徒 27 名が理科教育に関わる STEAM 実践の成果を分野ごとに分かれ，約 330 名の教育関係者に発表した。本校理科教員においては，学習指導法研究会以外にも理科教育に関わる各種研修会を主催し，探究的な理科授業と STEAM 教育の実践について年６回の授業公開や実践発表を行った。
・

生徒が教員に発表する様子 (各ブースを設定)

研究主任が STEAM 教育の実践例を紹介する様子

2

学習指導法研究会の要項を QRで閲覧可能

日産財団『理科教育助成』

４．研究の成果と成果の測定方法（１）研究の成果の測定方法

とても

まったく

どちらかというと どちらかというとあてはまらない あてはまらない
あてはまる
あてはまる
①pre‐post 分析（アンケート）の実施
11 月と３月に，質問に対して４件法での回答と記述（入力）をするアンケートを実施した。４月にアンケートを実施しなかったのは，本実践の前であり，質図１ 11 月のアンケートの選択イメージ
問によっては回答できないものがあるため，11 月のpre 調査で，４月の自分と現在（11 月）の自分を回答する方式で実施した。
（図１）②生徒が主体的に地域社会に発信する機会の提案数とその機会に挑戦する人数の集計
生徒たちが理科の探究の中で，問題解決をしてきた成果を本校以外の人たちに発信することを提案した
り，立候補したりするのかを１年間計測した。なお，計測していることは，生徒には触れておらず，教師が働きかけもしていないため，発信したいという発案は，すべて生徒の純粋な主体性である。
（２）研究の成果
本実践では，８つのテーマで 25 授業分（種類）の実践事例をつくり，実践例についての成果と課題を資料として，研修に来校した教員へ配付することできた。
（３．研究の内容に記載したものは，その中の一部である。
）これらの実践を行った上で，STEAM 教育に関わる生徒の意識の変容結果を図２，３に示す。
また，紙面の都合上，表１にその他の集計結果の一部を示す。なお，全校生徒数は，41７名であるが，変容をはかるため，２回のアンケートに両方とも回答した 358 名を分析対象とした。生徒が学んだことを地域社会へ発信することの提案数とその機会に挑戦する人数の集計結果は，表２に示す。
AB

CDA
B

４月

11 月

３月

A B C DA B C DA B C D

CD
４月

11 月

３月

A B C DA B C DA B C D

図３ 理科の授業をいかし，現代社会や日常生活に関わる課題について自分なりに納得する回答を考えることができる の回答の変容（n=358）

図２ 現代社会や日常生活に関わる課題について探究すると理科の力が身に付くと思う の回答の変容（n=358）

表１ 各質問項目に対する４月，１１月，３月の生徒の変容（n=358）
ABC
D
教科の枠に捉われず，１時間だけでなく，単元な４月
45 186 112 15
様々な教科の学びを合 ４月
どの大きなまとまりで課題
11 月
172 159 24
3
わせて，課題の解決に 11 月を探究することは楽しい。
３月
３月
198 142 16
2取り組んでいる。
AB
C
D
教科の枠に捉われず，様々１時間だけでなく，単元な125 170 56
7な教科の学びを合わせて， ４月
どの大きなまとまりで課題 ４月
245 99131
課題の解決に向かう学びは 11 月を探究することで理科の力 11 月
価値があると思う。
３月
274 7482が身に付くと感じる。
３月

A122
202
243
A
155
250
269

B
162
126
90
B
151
90
79

C
66
26
21
C
44
125

D844
D
865

表２ 生徒が主体的に地域社会に発信する機会の提案数とその機会にチャレンジする人数の集計結果

No.
12345678910

STEAM 教育に関わる生徒発案の企画
学習指導法研究会の生徒発表（ごみ問題改善）
学習指導法研究会の生徒発表（ビオトープ活動）
学習指導法研究会の生徒発表（自由研究の取組）
学習指導法研究会の生徒発表（プログラミングによる植物の育成）
環境学習の重要性と附属中学校のビオトープ活動の紹介
ふくしまビオトープ子どもサミットの主催
福島県立福島高校 SSH ポスター発表会への参加
地域のごみ問題に関する附属中学校の取組の発表
大地の変化に関わる「福島の魅力ポスター」発表会
福島日産から防災を学ぶ～災害時の EV 車の活用～の運営

立候補人数
22 名
10 名
4名
6名
12 名
25 名
3名
14 名
30 名
26 名

発表相手
教育関係者(約 330 名)
教育関係者(約 330 名)
教育関係者(約 330 名)
教育関係者(約 330 名)
教育実習生(約 60 名)
県内小中学校の生徒（約 50 名）
福島高校の生徒・保護者（約 900 名）
福島中央テレビの視聴者・保護者
福島市役所職員・保護者（約 30 名）
日産自動車職員（10 名）（３）結果を踏まえての考察
STEAM 教育に関わるアンケートの項目は，すべて肯定的な意見が増加したことは，実践の積み重ねによるものであると考える。また，令和４年度は，本校の生徒が外部の方々に学びを発信した機会は，生徒会役員の２回の活動のみであった。しかし，今年度は，理科を中核として様々な教科と関連し，探究していく
STEAM の実践に生徒が価値を見いだし，その学びを地域に発信していきたいという姿が表２のように見られた。多くの生徒たちが STEAM 教育によって，学びの成果に自信をもち，学んだことを地域に生かそう，実社会にある問題について理科の学びを生かし，解決のために実行しようとする観点でも STEAM 教育を地域に波及させていくの観点でも成果である。
（４）研究の課題
本実践の今後の課題は，短い期間あるいは１実践（１授業）に対する教育的効果についても分析し，整理することと，公立学校へ波及させるために，理科教員の研修参加率を上昇させることである。また，研修参加者からの要望にあった「１つの実践に対して必要な機器と価格の一覧表」も作成したいと思う。

3

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５．今後の展開（成果活用の視点、残された課題への対応、実践研究の可能性や発展性など）
今年度は，「県内外公立学校への波及を見据えた」というテーマがあり，理科を中心として STEAM 教育を展開していく際，どのような実践が中学校の教育課程で実施できるかを整理した。次年度は，「公立学校への発信による波及」がテーマである。そこで，今年度時点での波及効果を分析した。分析対象は，令和５年度の２日間の学習指導法研究会への参加者約 330 名のうち，申込時アンケート（９月），当日アンケート(11月)，年度末アンケート(２月)の計３回のアンケートすべてに回答の協力をした 165 名の教員である。[申込時]，[年度末]，[当日] の質問の項目は，下記の通りであり，集計結果を表３～表５に示す。現行の学習指導要領では，教科等横断的な学習を充実することが推進されており，令和３年度の全面実施から２年半の経過で教科等横断的な実践をされた教員が 18 名と少ない状況であった。しかし，学習指導法研究会の効果もあり，年度末アンケートでは，３カ月間で 44 名の教員が実施したと回答している。これらのことから，波及について成果を出すことができている。次年度については，STEAM 教育の実践事例についてステップ１～ステップ３のような実践しやすさのレベルを階層により整理していき，研修会の参加者へリーフレットとして配付する。また，今年度と同様に３回のアンケートを実施し，STEAM 教育の波及の分析を行っていく。
（n=165）（n=23）[申込時]令和３年度から令和５年９月までにSTEAM 教育等の教科等横断的な学習を実践されましたか。
[年度末]学習指導法研究会から現在までの約３ヶ月間の中で STEAM 教育等の教科等横断的な学習を実践されましたか。
[当日]学習指導法研究会に参加して，STEAM 教育等の教科等横断的な学習に興味・関心が高まりましたか。
表３ 全教科教員の回答（n=165）[申込時] [年度末]実施した
18 名
44 名
実施していない 147 名
121 名

表４ 理科教員の回答（n=23）[申込時] [年度末]
実施した
2名
10 名
実施していない
21 名
13 名

表５ 全教科教員の回答（n=165）
とても高まった。
どちらかというと高まった。
どちらかというと高まらなかった。
まったく高まらなかった。

89 名
75 名
１名
０名

生徒のアンケート分析で肯定的意見の大きな伸びという成果があったが，アンケート分析の結果以外にも，外部試験の偏差値の伸びに影響しているのではないかという仮説が生まれた。４月に実施した NRT 試験(外部試験)の偏差値を基準として，学年末に実施した実力テスト(外部試験)との偏差値との差を表６に示した。
さらに，外部試験の伸びに差が大きい１年生を例にして，「各教科で独自に行うテストの回数」と「宿題の回数」を整理して表７に示した。また，１年生の生徒のうち，理科の力が身に付いたの問い(表１)に「とてもあてはまる」と回答している生徒 108 名に対して，その要因は何かを記述式で入力させたもの（計 9296 文字）を研究委員の教員３名でラベルを付与した。生徒の要因の記述から付与したラベルは表８の通りである。
表８ 生徒が回答した要因の記述に付与したラベル（n=108）

表６ 全学年全教科の１年間での偏差値の伸び
１年生
２年生
３年生

理科＋7.8+1.1+3.5

国語-0.6-0.4+0.9

数学+3.3+1.0+2.3

英語+3.5+0.6+1.1

ラベル付与の例「デジタルを活用し，アナログではできないような授業を行ったことや，教科横断的に福島県の地域課題を通して理科の学びを深めていったことが大きな理由として挙げられると思います。」という回答の場合は，「教科等横断的な」「地域をテーマに」「ICT を活用する」のラベルを付与している。

社会+4.8+0.8+0.7

表７ １年生の全教科のテストと宿題の回数(1 年間)
教科名
理科 国語
数学
英語社会
テストの回数 ４回 ６回 10 回 11 回 ５回
宿題の回数
０回 ０回 90 回以上 120 回以上 10 回以上※担当教員へのヒアリングにより算出

理科では，テストや宿題が少ないにも関わらず，偏差値の伸びが大きく見られた。このことは，教員の授業観や指導観の変革につながると考える。具体的には，理科の授業のように実社会や日常生活，自分たちの地域に目を向け，様々な教科と連携し，級友と協働しながら主体的に探究するという問題解決型の授業が大切であると考える。教員が教え込むのではなく，生徒の気付きや疑問を大切にして，学習課題を設定し，生徒と一緒に探究する授業観の効果についても今後，追跡していきたい。

６．成果の公表や発信に関する取組◆［研修会］福島大学附属中学校学習指導法研究会を２日間実施（約 330 名の教育関係者が来校）
理科を中心とした STEAM 教育の実践をカラー版のパンフレットにし，来場者へ配付。

◆［研修会］上記の研修会とは別に理科単独の研修会を１年間で６つの授業を自主公開（約 90 名の教育関係者が来校）
理科の授業に関わる STEAM 教育の実践授業を，福島県内の希望する教員に授業公開を行った。

◆［メディア］福島民報新聞，福島民友新聞への掲載（計 17 回）①～⑥がその主な分野である。

①ビオトープ活動 ②理科の授業公開 ③研修で来校した教員へ代表生徒が STEAM 発表 ④理科の大地の変化から考える福島の魅力の発信～ポスター発表会～ ⑤理科の防災教育 ⑥理科の学習のつまずきをプログラミング（micro:bit を使用）で解決◆［メディア］福島中央テレビ，福島テレビの報道：（2023 年 10 月 2 日放送，2023 年 11 月 13 日放送
理科の学習を生かしたごみ排出量改善への取組を福島市へ提言（理科・社会科・家庭科・総合的な学習の時間の連携）◆［メディア］民放テレビ局５社，NHK の報道（2024 年２月４日，５日）
全国学校・園庭ビオトープコンクール 2023 で文部科学大臣賞受賞し，代表発表校として東京国立博物館で約 400 名の関係者に事例を発表。

◆［メディア・企業］教科書出版制作企業 東京書籍からの取材（2023 年 12 月 8 日，2024 年 2 月 7 日）
「プログラミングで制作した光源装置による凸レンズの像のでき方の授業」，「３D 地形図を用いたハザードマップの考察の授業」，「生徒インタビュー」，「教員による授業解説」を撮影した。2024 年 5 月に冊子が全国の中学校に配付され，動画も一般公開される予定。

７．所感
日産財団の理科教育助成を受けたことで，全学年の理科の様々な分野で活用する機材や教材を購入できました。そのため，理科を中核とした STEAM 教育の実践を多岐にわたり実践する（8 テーマで 25 時間〈種類〉分）ことができ，理科の学びを生かし，社会問題に挑戦する資質・能力を高めることができました。その結果，本校教員と生徒たちが福島県内の教員と生徒に実践を発信し，少しずつ波及効果が出ているところです。次年度も引き続き，公立学校への波及を目指し，理科教育の発展に努めていきたいと思います。

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