地球環境研究，Vol.19（2017）

水文環境教育におけるアクティブ ・ ラーニング導入の試み＊
李盛源＊＊

下岡順直＊＊

白木洋平＊＊

北沢俊幸＊＊

キーワード：水文環境教育、アクティブ ・ ラーニング、リアル教材、ICT 教材、地下水流動モデル
科学の一分野である。水文科学の基本概念である水循環

１ ．はじめに
1.1

プロセスを細かく分けると、降水→蒸発 ・ 蒸散→浸透→

大学教育におけるアクティブ ・ ラーニング導入

地下水流動→河川（湖沼）流出→河川流動→蒸発 ・ 蒸散

大学の教員は小中高教員に比べ、教育や授業準備に比→降水、というように分類できる。水文環境教育におい較的多くの時間を割くようになっており、授業改善のたては、水文科学の基本概念である水循環をどのように体めの様々な工夫も進んできている。しかし、国民や企業験させ、正しいイメージを形成させるのかが重要な課題を中心とする一般社会および大学生自身の学士課程教育であり、そのためには、学生自ら水循環に関連する諸現に対する評価は総じて低い状況にある。これには種々の象 ・ プロセスを体験 ・ 確認する必要がある。しかし、水要因が関係しているが、特に、高校教育までの受け身の循環プロセスの中で、降水、浸透、河川流出、河川流動、勉強とは、質的に異なる主体的な学びのための学修時間

蒸発 ・ 蒸散などはある程度日常生活や野外観察の中で確が今日においても少ないというのが大きな問題である（文認 ・ 認識できる場合も多く、その理解やイメージ形成が部科学省，2014）。また、大学教育の課題が学生数および比較的容易である。その一方、地下水流動に関しては、卒業者数という「量」から、教育の「質」へと転換してその理解やイメージ形成に苦しむ場合が多い。その理由いる背景とも重なっており、今まさにこの状況を踏まえとしては、地下水は私たちが直接見ることのできない空た大学教育の質的転換への早急かつ効果的な取組が求め間を流れており、そのため、イメージを掴むことが困難られている。

であり、学生たち（一般市民を含む）が間違った解釈や上記のような大学教育の「質」への転換を達成するたイメージを持つことも多い。特に、近年都市化された環めの有効な手法の一つとして「アクティブ ・ ラーニング」

境の中で育った学生たちにとって、生活用水は水道水とが挙げられている。アクティブ ・ ラーニングとは、一方認識しており、水は蛇口をひねれば出るものであると認的な知識伝達型講義を聴くという（受動的）学習を乗り識している場合も多い。実際、生活 ・ 農業用水としての越える意味での、あらゆる能動的な学習の総称である。

井戸を見たこともない学生も多く、そのような学生たち能動的な学習には、書く ・ 話す ・ 発表するなどの活動へに、地下水の流動やそれに伴う物質循環を理解させるのの関与と、そして生じる認知プロセスの外化を伴う（溝は、非常に困難である。今まで見たこともない現象を理上，2014）。

解することは、だれにとっても難しいものである。しか上記のような背景の中で、立正大学は文部科学省の「大しながら、地下水がどのように流れるのかは陸上の水循学教育再生加速プログラム（AP：Acceleration Program

環 ・ 物質循環を理解するうえで重要なテーマであり、そfor University Education Rebuilding）」に採択され、2014の地下水の流動が理解できない限り、それに伴う物質循

年度から2018年度まで５年間、アクティブ ・ ラーニング

環や汚染プロセスなどを理解することも無理である。ま（テーマⅠ）の推進をすることになっている。

た、地下水という各種物質（汚染物質を含む）の「運び１）屋」としての働きをどのように教えるのかは、今後の環1.2

水文環境教育における背景

水文科学とは、一言で言うと、水循環およびそれに伴境教育および環境保全において重要なテーマの一つであると考えられる。そこで、本研究では、地下水の流れを可 視 化 で き る 教 材 で あ る Groundwater Flow Model
う物質循環を基本概念とする学問であり、自然（環境）＊		 本稿の内容の一部はパーソナルコンピューター利用技術学会2016年合同研究会にて発表した。
＊＊
立正大学地球環境科学部

21水文環境教育におけるアクティブ・ラーニング導入の試み（李・下岡・白木・北沢）

Fig.3
Fig.1

リアル教材（GFM）を用いた授業風景Groundwater Flow Model（GFM）の構造１台しか導入できなかったため、教員による演示実験形式に止まっていた。しかし、2015年３月に大学教育再生加速プログラム（AP）の予算で、新たに３台追加導入することができ、合計４台になったことで、受講者が主体となって行う能動的な実験形式へと変更することが可能になった（Fig.3）。また、本リアル教材（GFM）は堆積構造や河川の流量などを変化させることができ、各井戸や地表面から汚染物質（色素）を流すことも可能であるのなど、受講者が自ら工夫して様々な自然条件を作り上げながら、自然現象を再現 ・ 確認できるため、能動性やFig.2 「リアル教材（GFM）
」を用いて撮影 ・ 編集した
「ICT 教材」（李，2016）（GFM）（Fig.1）を用い、地下水流動およびそれに伴う物思考力を養うアクティブ ・ ラーニングの教材として用いられる仕組みとなっている。
2.2

リアル教材（GFM）を用いた ICT 教材の製作

質循環を理解させるための授業を大学専門基礎教育とし授業後のアンケート結果を受け、リアル教材のデメリッて行った。授業後に、受講者に対してアンケートを実施

トをクリアするために、リアル教材（GFM）を用い、撮し、アンケート結果に基づいて本リアル教材の有効性に影 ・ 編集を行った「ICT 教材」（李，2016）を製作した。

関する定性的な検討を行った。その結果をここに報告す

李（2016）による ICT 教材は動画のみで使用しても十分る。また、授業後のアンケート結果を受け、GFM とい理解できるが、学生がより理解しやすいように、字幕解う「リアル教材」を用いて動画撮影を行った「ICT 教材」

説をつけた。また、本リアル教材（GFM）による地下水（４倍速再生）（李，2016）（Fig.2）を製作した。

流動および土壌 ・ 地下水汚染プロセスの再現には、時間を要するという意見も多かったため、今後の授業時間や２ ．リアル教材（GFM）の導入およびリアル教材用
いた ICT 教材の製作
2.1

リアル教材（GFM）の導入

予習 ・ 復習の時間などを考慮し、４倍速に編集した。現在は、復習用の教材として用いているが、今後、講義形式の授業や予習 ・ 復習、反転授業用の教材として用いる予定である。

導入されたリアル教材（GFM）は、Iowa State University の Prof. Dr. Richard M. Cruse に依頼し、製作されたものである。実際、同大学の授業に使われているものと３ ．授業実施

同 様 の も の で あ る。 ま ず、2013 年 ４ 月 に リ ア ル 教 材

立正大学地球環境科学部環境システム学科の「環境水（GFM）を導入したが、教材導入に関する予算の関係で文学実験」（学部２～４年生対象）という科目で、目に見22地球環境研究，Vol.19（2017）

Fig.4

 講者によるリアル教材（GFM）と事前講義で用いた ICT 教材に関する受講者受の評価（重複するコメントを除く）えない地下水の流れとそれに伴う物質循環を可視化できる教材としてリアル教材（GFM）を導入し、地下水流動に関する自然現象の正しいイメージ形成を試みた。
✓授 業 名：環境水文学実験

４ ．結果および考察
4.1

受講者によるリアル教材（GFM）の評価

授業後、受講者にアンケート実施し、事前講義で用い✓授業形式：実験 ・ 実習形式（３時間：２コマ連続）た従来の ICT 教材（アニメーション付きパワーポイント✓受講対象：立正大学地球環境科学部環境システム学科、スライド、写真、動画）とその後の実験で用いたリアル

２～４年生✓受講者数：29名

教材（GFM）との比較評価を行った。その回答の一部を下記に紹介する。

✓授業時期：2015年５月18日、４～５限✓授業内容：地下水流動、地下水と河川水の交流、汚染【設問】他の講義資料（例えば、印刷物、パワーポイン

物質の拡散、土壌汚染など

ト、写真、動画など）と比較して、「地下水流動モデル」✓授業目的：目に見えない地下水の流動とそれに伴う物のメリットとデメリットを教えて下さい。

質循環のプロセスを理解すること✓授業形式：従 来の ICT 教材（アニメーション付きパメリット（Fig.4）：

ワーポイントスライド、写真、動画）を用✓自分なりに予想をたてることができる。

いた事前講義形式（約１時間）、その後、リ✓立体的にみることができる。

アル教材（GFM）を用いた実験 ・ 実習形式

✓実際に自分の手で実験を行うことで、ただ頭へ詰め込（約２時間）✓利用したリアル教材（GFM）の台数：４台

むだけでなく、考えながら学べる。
✓イメージしやすい、楽しい、興味がわく。
✓人間は耳で聞くより目で見た方が理解しやすい。
23

水文環境教育におけるアクティブ・ラーニング導入の試み（李・下岡・白木・北沢）✓リアルタイムで地下水の流れが理解できる。
✓地下水の流れや汚染状況の理解度が深まる。
✓地下水の動きを実際に自分たちで再現することができ、より理解が深まった。

4.2

リアル教材（GFM）と事前講義で用いた ICT 教材に関する比較検討

上記のアンケート結果を踏まえ、リアル教材（GFM）と事前講義で用いた従来の ICT 教材がもつそれぞれの特✓今まで目に見えなかった汚染水（物質）の流れを再現

徴を比較し、今後のリアル教材（GFM）の活用方法につしてみて、実際はこういう感じで流れているというこいての検討を行った。リアル教材（GFM）と事前講義でとを知ることができた。

用いた従来の ICT 教材との主な特徴は表１のようにまと✓地下水を着色させることによって、地下水の流れる場所やスピードが視覚的に理解できる。
✓あまり地下水自体に興味がない人でも、「おお」と思えるものに感じた。

めることができる。リアル教材（GFM）は比較的高価であり、ある程度の専門的な技術や知識も必要で、事前準備や片付け、自然現象の繰り返し再現に時間を要するなどの授業形式への制限を有するが、その一方、受講者の✓自分たちで、降雨や地下水の流れを変えたり、汚染物思考力を高揚させ、能動的にさせる優れた教育的効果が質を入れることができ、目で見えない地下水の動きをあると考えられる。そこで、上記のようなリアル教材に確認できたなど。

関するデメリットの改善策として、リアル教材を ICT 教材化させることが有効であると考えられる。それによっデメリット（Fig.4）：て、事前準備や片づけの時間や手間に関する改善が可能✓現象を再現するのに時間が掛かる。になると考えられる。また、教育環境や授業形式などの✓その時限りの記憶になってしまいそう。

必要な場面に応じて使い分けることによって、リアル教✓手元に試料が残らないので、後々忘れた場合苦労しそ材とそのリアル教材を用いて撮影 ・ 編集した ICT 教材とう。の併用が可能となり、上記のようなデメリットを改善す✓機材の後片付けに時間を使う。また、実験中に汚れる。

ることが可能であると考えられる。例えば、授業形式や✓片づけや下準備が大変で、コストが掛かるなど。

受講者数、授業目的などによって、実験 ・ 実習形式の際その他、事前準備や片付けの時間に関するコメントが多にはリアル教材を、講義形式の際には教員による演示実数あり。

験としてのリアル教材を用いることやあらかじめ事前にリアル教材を用いて撮影 ・ 編集した ICT 教材を利用する

上記の結果をみると、メリットに関しては、概ね期待ことで、授業形式や受講者による制限を克服することがしていた結果が得られた。特に、「地下水の流れる場所やできると考えられる。それによって、両教材が持つそれスピードが視覚的に理解できる」という意見や「目で見ぞれの有効性を最大限引き出すことができる。さらに、えない地下水の動きを確認できた」などの意見もあり、自然現象の再現時間に関する問題もリアル教材を撮影 ・本リアル教材（GFM）を用いた授業の定性的な有効性が編集した ICT 教材（動画）を約２～４倍速で上映するこ示された。また、「自分たちで、降雨や地下水の流れを変とで改善することができ、見落とした部分や拡大したいえたり、汚染物質を入れることができ」という回答から部分などについても ICT 技術を用いることでクリアできも分かるように、水循環プロセスに関する理解度や受講ると考えられる。また、「その時限りの記憶になってしま者が自ら実験条件を変えるなど、能動的な思考力を養ういそう。」（Fig.4）という意見からも分かるように、リア効果も示唆され、アクティブ ・ ラーニング教材としてのル教材を用いた場合は、手元に資料が残らない。その改有効性も示唆された。
「興味が湧く」という意見などもあ善策としては、自然現象の再現の前に地下水の流動や汚り、受講者の知的好奇心を刺激させ→自ら考えるように染物質の動きを予測させ、その予測結果を図として記録なり→教育効果を向上させるなどの教育のポジティブなさせたり、学生たちの携帯電話を用い写真や動画として循環プロセスも期待できると考えられる。

記録させることも有効であると考えられる。さらに、リ一方、デメリットに関しては、特に、事前準備や片づアル教材を撮影 ・ 編集した ICT 教材を Web 上に公開すけの時間や手間に関する回答が多かった。上記についてることで、反転授業や予習 ・ 復習用の教材として用いるは、今後改善する必要があると考えられる。また、「そのことも可能であると考えられる。

時限りの記憶になってしまいそう。
」という意見もあった。
24

地球環境研究，Vol.19（2017）

表１

4.3

リアル教材（GFM）と従来の ICT 教材の定義および主な特徴

リアル教材（GFM）の社会的な評価

ンターネット経由で知ったテレビ局からリアル教材を用

受講者によるアンケート結果を受け、リアル教材いての演示実験およびその解説の依頼を受けた（日本テ（GFM）の社会的評価や受講者の復習のために、リアルレビ，2016）（Fig.5）。テレビ局による放映後、番組プロ教材（GFM）を撮影 ・ 編集した ICT 教材（字幕解説付

デューサーから、「土壌 ・ 地下水汚染プロセスを解説できき）（李，2016）を製作し、インターネット（YouTube）る専門家は国内にも数多くいる。しかし、解説のみではにアップロードした。その後、東京都の豊洲新市場の土なく、目に見えない地下水の流れを、リアル教材（GFM）

壌 ・ 地下水汚染が社会的な問題になり、地下水流動や汚を用いて可視化させながら、そのプロセスを解説した結染プロセスに関する社会的なニーズが高まった。そこで、果、幅広い年齢層をもつ一般視聴者にも分かりやすく伝リアル教材を撮影 ・ 編集した ICT 教材（李，2016）をイわった。
」とのコメントを頂いた。このような依頼および25

水文環境教育におけるアクティブ・ラーニング導入の試み（李・下岡・白木・北沢）

Fig.5

リアル教材（GFM）を用いた演示実験および解説のキャプチャー（日本テレビ，2016）

評価をもらったことは、リアル教材（GFM）による地下材（GFM）を撮影 ・ 編集した ICT 教材（実験の解説動

水流動の可視化や教育効果、有効性を一般社会が評価し画（字幕付き））を複数本製作し（例えば、得水河川と失た一つの根拠であるともいえる。

水河川のプロセス、自噴井のプロセス、土壌汚染プロセスなど）、より多くの方に環境教育および環境保全の重要５ ．今後の課題
今後の課題としては、リアル教材とリアル教材を用いて撮影 ・ 編集を行った ICT 教材との定量的な比較 ・ 評価性をアピールする必要もあると考えられる。

６ ．まとめが可能な授業評価アンケートを実施し、より詳細な解析

本研究では、アクティブ ・ ラーニングの一つの手法とを行うことで、両教材の併用の可能性を定量的に比較 ・して、GFM というリアル教材を用い、水文環境教育に評価する必要があると考えられる。また、リアル教材をおける「リアル教材」と従来の「ICT 教材」についての用いた実践事例も年齢別（小 ・ 中 ・ 高校 ・ 大学生 ・ 一般）

比較 ・ 検討を行い、リアル教材（GFM）の定性的な有効に増やしながら、年齢別による定量的な評価やデータの性を示した。また、受講者によるアンケート結果を受け、蓄積も必要であると考えられる。さらに、今後リアル教リアル教材（GFM）のデメリットの改善策の一つとし26

地球環境研究，Vol.19（2017）て、リアル教材（GFM）を撮影 ・ 編集した ICT 教材の大学を支援することを目的としている。立正大学地球環境製作も行った。

科学部で推進する大学教育再生加速プログラムには、① タ

さらに、「リアル教材」と従来の「ICT 教材」についての比較 ・ 検討の結果、両教材のメリットおよびデメリットは相反するものが多いことが示唆された。そのため、両教材のメリットおよびデメリットを教育環境の必要なブレット PC を利用した双方向教育、② 予習用動画作成と公開、③ 学生主体のフィールドワーク、④ リアル授業資料の収集と活用の４つの柱がある。本研究における取り組みは、上記の内、「リアル授業資料の収集と活用」の一部分として行われた（立正大学，2014）。

「場面」において使い分けることで、両教材が持つ教育的効果を最大限引き出すことができると考えられる。

参考文献
李 盛源（2016），Groundwater Flow Model，
謝辞
本研究は、文部科学省の大学教育再生加速プログラム（AP）による成果の一部である。また、本研究の推進にあたり、Iowa State University の Prof. Richard M. Cruse

https://youtu.be/1_igs6R1Ho8, 2016. 12. 1, Access.
日本テレビ（2016），Zip!－News，豊洲の水は地下水－，2016.
9. 26，放映．
溝上慎一（2014） アクティブ ・ ラーニングと教授学習パラダ
イムの転換，東信堂，p196．

および IOWA WATER CENTER の皆様に多くの協力と文部科学省（2014） 文部科学省中央審議会大学教育部会の審助言を頂きました。ここに記して感謝の意を表します。

議のまとめについて，http://www.mext.go.jp/b_menu/shingi/chukyo/chukyo4/015/attach/1318247.htm，2016.

注１）大学教育再生加速プログラム（Acceleration Program for
University Education Rebuilding: AP Program）「大学教育再生加速プログラム」とは、国として進めるべき大学教育改革を一層推進するため、教育再生実行会議等で示された新たな方向性に合致した先進的な取組を実施する

12. 2, Access.
文部科学省，大学教育再生加速プログラム，
http://www.mext.go.jp/a_menu/koutou/kaikaku/ap/，
2016. 12. 2, Access.
立正大学（2014），立正大学における AP の取り組み，
http://www.ris.ac.jp/ap/ap/index.html，2 0 1 6 . 1 2 . 2 ,Access.

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水文環境教育におけるアクティブ・ラーニング導入の試み（李・下岡・白木・北沢）

Approach of Active Learning in Hydrological Education
LEE Seongwon ＊ , SHITAOKA Yorinao ＊ , SHIRAKI Youhei ＊ and KITAZAWA Toshiyuki ＊＊Faculty of Geo-environmental Science, Rissho University

Abstract:
Making students understand groundwater flow is a very important theme. In the“experiment of hydrologicalenvironment”subject that we teach, by installing the GFM as an educational tool that visualizes the invisible flow ofgroundwater and material cycle associated with it, we attempt to improve the image of the natural phenomenon
related to groundwater flow. And, we made ICT educational materials of using GFM（Subtitled in Japanese）, it wasuploaded to YouTube.
We could see from the results that all students could deepen their understanding of groundwater flow and thematerial cycle associated with it. As can be seen from the aforementioned results, since the class where the GFM isused are extremely effective, we would like to actively introduce it to more classes as well as to elementary, juniorhigh, and high school students.
Key words: Hydrological Education, Active Learning，Real-based educational tool, ICT-based educational tool,Groundwater Flow Model28