科学教育事業への参加が理工系学生の学習意識に及ぼす影響に関する調査
大橋 淳史１），隅田 学１），中原 真也２），林 秀則３）
１）愛媛大学教育学部
２）愛媛大学工学部
３）愛媛大学先端研究・学術推進機構プロテオサイエンスセンター

Investigation of promoted will to study for the science andengineering students in the teaching project of science
Atsushi OHASHI １），Manabu SUMIDA １），Masaya NAKAHARA ２），Hidenori HAYASHI ３）
１）Faculty of Education, Ehime University
２）Faculty of Engineering, Ehime University３）Proteo-Science Center, Institute for the Promotion of Science and Technology, Ehime University

１．はじめに工系学生が普段用いている科学技術用語が伝わらない対象を設定することで，用語ではなく，その概念を対象に伝え科学技術研究において，もっとも重要とされるのは，こなければならない。学生は科学教育事業において，実験結れまでとは異なった新たな知見を得ることである。たとえ果の不確実性を生徒に指導補助する経験を通して，正誤をば，ノーベル賞が与えられるのは，その分野でもっとも活判定するのではなく，なぜそうなるのかを思考する必要性躍した者ではなく，初めて扉を開いた者である。そのため，に気づき，学習意欲を向上させることが期待される。

理工系学部における学習の最終目標は，既存の知識を知り，その知識を援用する思考力を駆使して，新たな知見を生み出すことにある。しかしながら，学習内容を正誤で判断す

２．取組概略る教育を受けてきた学生は，知識を覚えることを目標の達学生が指導する実験として，著者らが協力している松山成だと考える傾向が強く，正誤問題には強いが考察や記述

市教育委員会・松山市中学校理科主任会の主催する理科好を苦手とする。この傾向は，すでに中学校段階で現れておきな中学生への理科体験授業「おもしろ理科教室（１）」り， 全 国 学 力・ 学 習 状 況 調 査（ 国 立 教 育 政 策 研 究 所，および著者らが実施している国立研究開発法人科学技術振2015）における理科の分析から，生徒が考察や記述を苦手

興機構次世代科学者育成プログラム事業「科学イノベーとすること，また，OECD生徒の学習到達度調査（文部科ション挑戦講座（２）」を利用した（表１）。学生が教える

学省，2009）から日本人は考察や記述に無答率が高いこと

対象は，中学校第１学年から第３学年である。中学校段階が明らかになっている。これらの原因は，生徒や学生が知は，もっとも学習内容の変容が大きくなる時期であり，観識の正誤にしか興味を持たず，思考力を養う訓練を積んで察を主体とした初等教育から，原理や法則に裏打ちされたいないことに起因するのだろう。

科学理論を学んでいく段階である。第１学年と第３学年のそこで本研究では，表層的な正誤では対応できない状況

学力差は非常に大きく，対象にあわせた概念の平易化や言を設定し，思考力の必要性を理解させることで理工系学生語選択が極めて重要となる。たとえば，化学では第１学年の学習意識の変容を促すことを計画した。そして，教える

は物質を粒子としてしか捉えていないが，第３学年は原子経験を通した学習の必要性の理解（Fosnot, 2005）に注目が原子核と電子に細分化できることを学習している。また，

し，理工系学生が志望する科学技術分野との親和性の高い

公立中学校は受験による学力の均質化が起こらないため，方法として，学力差の大きな中学生を対象にした実験講座

内容への理解度の個人差が極めて大きく，画一的な指導がの指導を補助する手法を採用した。他人に教えるためには，通じない。そのため，学生は，個人に応じた概念の平易化対象の学習到達段階にあわせた言語選択が重要になる。理をしなければならず，現象をさまざまな角度から捉える必大学教育実践ジャーナル 第15号 20179大橋 淳史，隅田 学，中原 真也，林 秀則

要が出てくるため，教える経験を積む対象として相応しい。

対する自由記述，選択肢は５段階評価（１：全く理解できなかった，２：あまり理解できなかった，３：どうにか理表１

評価分析した実施内容
事業１２

（１）

解できた，４：ほぼ理解できた，５：全て理解できた）とタイトルした。

愛媛の岩石について学ぼう
ハイブリッドロケットを組み立てよう３. １．おもしろ理科教室

３

化学反応を制御しよう！

４

遺伝子の分析に挑戦しよう！

市内公立中学校の理科好きな中学生向けの理科体験授業で

５

都市金属鉱山を発掘しよう！

ある。松山市中学校理科教員の研修を兼ねる事業であり，コンピューターケミストリーに挑戦しよう！

各回に中学校教員が５名程度参加している。実施対象は，

６（２）

おもしろ理科教室は，松山市教育委員会が主催する松山

光合成の秘密を解明しよう！

主として中学校１〜２年生であり，50名弱を各中学校で選

８

中学生に成果を発表しよう！

抜している。年９回実施され，３時間／回で土曜日に開講

９

光で色の変わる結晶の秘密を解明しよう！

される。授業者は中学校教員や大学教員が行う。本研究に10

高校生と一緒に発表しよう！

参加した学生は第１回（後述の科学イノベーション挑戦講

７座第１回と同時開講），第３回と第９回に参加した。本報
告では第３回（実施１）と第９回（実施２）を評価した。

３．評価分析
測定対象になったのは，本学スーパーサイエンス特別

実施１：愛媛の岩石について学ぼうコース（以下，SSCとする）１回生７名，教育学部生（教授業者：中学校退職教員

育学研究科１回生１名，理科教育専修２回生４名，４回生

内容：愛媛県は４つの地層体によって構成されるきわめ

６名），理学部生（化学科３回生１名，４回生１名），工学て特殊な地形をしいている。そのため，愛媛県ではさま部生12名（大学院生７名，４回生５名），以上32名である。

ざまな変わった岩石が露出している。それらの岩石を，学生の任意による参加形式をとっていること，実施が休日

顕微鏡を使って分類し，岩石の構成から愛媛県の不思議であることから，各実施における学生には入れ替わりがあを考える。

る。

参加生徒：48名
参加学生：SSC，理学部，教育学部計13名

表２

評価項目
回答法

設問

１

記述

本日の活動内容を以下の枠に収まるように要約して下さい。

２

選択肢

本日の活動内容を自分がどの程度理解できたか，答えてください。

３

記述

今回の活動に参加して新しくわかったこと。

４

記述

今回の活動内容についてわかりづらかったこと。

アンケートの評価分析
実施後に学生にアンケートを行った結果のうち，選択評価である設問２，５，９について，選択肢をそのまま点数として平均値を算出し，５点満点を100点満点に換算した（表３）。学生の自己評価では，SSC学生は理解，支援，自信のいずれもが高い傾向を示した。一方で，教育学部生は，理解が高い傾向を示したものの，支援と自信はそれほど高くない傾向を示した。学生の記述分析から，学生は岩石に選択肢

参加生徒からの質問への対応や学習支援について答えてください。

６

記述

自分が特にうまく答えられたと思う質問とその回答。

７

記述

自分が答えるのに困った質問とその時の対応。

８

記述

参加生徒の発言や記述等で特にすごいと思ったもの。

９

選択肢

本日のアシスタントを通してどの程度自分に自信を持ちましたか，答えて下さい。

問10で地学，地質学，鉱物学を学ぶ必要性を挙げた。

10

記述

今回のアシスタント活動を経験してさらに勉強してみたい・勉強する必要があると思ったこと。

表３５

ついての知識を得たことに満足する一方，岩石の分類の知識が薄く，生徒からの分類に関する質問に答えることができなかったと記述した。とくに教育学部生で設問５の評価が低いのは，岩石の分類ができずに苦労したためであった。
教える経験を通して，学生は自らの知識不足に気づき，設

測定結果（100点満点）
設問２

設問５

設問９

理解

支援

自信

学生が指導補助を担当する実験講座の実施後にアンケー

全体（N=13）77

6566

ト調査で実施内容への自己評価を行い，その評価分析を

SSC（N= ５）

80

7672

行った。評価項目は，表２の10項目である。記述は設問に教育学部（N= ８）

75

58

6310

大学教育実践ジャーナル 第15号 2017

科学教育事業への参加が理工系学生の学習意識に及ぼす影響に関する調査

平成25年度より受託している事業である。日本のトップ層

実施２：ハイブリッドロケットを組み立てよう
実施者：工学部を目指す理工系人材育成事業として，愛媛県下の中学生を中原真也教授

内容：使用したハイブリッドロケットは，実用ハイブ対象にして，年間22回開講された。主として土曜日に３時リッドロケット同様の，２種類の推進剤を使った本格的間／回で実施された。本研究の対象となった工学部生を除なロケットであるにも関わらず，ペットボトルなどの身くTA学生は22回の実施に継続的に参加した。本報告では，近な物を使っていることが特徴である。実施では生徒がこのうち海外研修，学外研究所見学，学外での学会発表，自身で組み立てたロケットを金属製のガイドの中で打ち講演聴講を除く８回を評価した。

上げた。
実施３：化学反応を制御しよう！

参加生徒：20名
参加学生：工学部12名（大学院生７名，４回生５名）

実施者：教育学部

大橋淳史准教授

内容：酵母菌の呼吸と発酵，ニホンコウジカビの発酵，コウジカビ由来のアミラーゼによるデンプンの分解の３

アンケートの評価分析
実施後に学生にアンケート調査を行った結果のうち，表つの実験から，菌類の活動の制御を探究した。
参加生徒：21名

３と同様に平均値を算出した（表４）。

参加学生：SSC，教育学部計11名
表４

実施４：遺伝子の分析に挑戦しよう！

測定結果

工学部（N=12）

設問２

設問５

設問９

実施者：プロテオサイエンスセンター

林秀則教授

理解支援自信

内容：大腸菌のDNAを電気泳動によって分析し，生物8980

72の設計図である遺伝子について理解を深める実験を行った。

工学部生は得意分野について教えたこと，大学院生が多参加生徒：22名いことから，設問２および設問５は高い傾向を示した。一

参加学生：SSC，教育学部計７名

方で，設問９，教える自信の評価は高くない傾向を示した。

実施５：都市金属鉱山を発掘しよう！

学生の記述分析から，とくに打ち上げに失敗した場合の実施者：田中貴金属工業株式会社湘南工場

原因をどう考えるべきかという質問に苦労したことが示さ

奥田工場長，鯖江マネージャーれた。工学部生は，自らの知識と経験に自信を持っている

内容：PCパーツやスマートフォンなどを対象に貴金属が，科学技術用語を使えない対象に自らの知識や経験を教回収について講演と模擬実験を実施していただいた。

える立場になったときに，概念を平易化することに苦労し参加生徒：12名ていることが示唆される。これは理論と現実の間にある不参加学生：SSC，理学部，教育学部計６名

確実性の問題である。学校教育では正解が求められるため，

実施６：コンピューターケミストリーに挑戦しよう！

生徒や中学校教員は「失敗の原因（正解）は何ですか」と実施者：教育学部

質問する。一方，学生は，科学技術は何事も理論通りに進内容：コンピューターの分子軌道計算法から予測されるまないことを経験として良く知っている。失敗の原因は無化合物の分析結果と赤外吸光光度計で測定した実測の分数に存在するため，ひとつひとつの作業について確実かど析結果を比較して，分析した化合物を同定した。

うかを自分で検証してほしいと考えている。しかしながら，参加生徒：11名

工学部生の指導に対して，生徒や中学校教員は「答えを知っ参加学生：SSC，理学部，教育学部計７名ているんだから教えてほしい」と要望する。不確実性の問

大橋淳史准教授

実施７：光合成の秘密を解明しよう！

題に直面した工学部生は，答えを求める対象者に，より有実施者：教育学部

効な助言を出す必要性を感じ，今後勉強すべきこと（設問

内容：カラムクロマトグラフィーを使って，クロレラ（緑大橋淳史准教授

10）に，ロケットの仕組みや部品への理解の深化を挙げた。

藻類）とスピルリナ（藍藻類）の緑色の色素クロロフィ

これらの結果から，１回の実施であっても，実験結果の不ルを単離し，クロロフィルの中心に配位している金属マ

確実性を生徒に指導補助する経験を通して，正誤を判定す

グネシウムを金属銅や金属亜鉛に交換し，それらを分光るのではなく，なぜそうなるのかを思考する必要性に気づ学的に分析した。

き，学習意欲を向上させる可能性が示された。

参加生徒：６名
参加学生：SSC，教育学部計７名

３. ２．科学イノベーション挑戦講座
科学イノベーション挑戦講座は国立研究開発法人科学技術振興機構次世代科学者育成プログラム事業として本学が大学教育実践ジャーナル 第15号 2017

実施８：中学生に成果を発表しよう！
実施者：松山市教育委員会
内容：科学イノベーション挑戦講座での成果を報告し，11大橋 淳史，隅田 学，中原 真也，林 秀則

かれらの行ってきた共同研究から「水あめづくり」の実して「モルとは何か」を説明するのに窮したという記述が験を中学生25人に体験させた。

あった。モルは高等学校化学基礎で学習する概念であり，参加生徒：30名

すべての学生が既習の概念であるが，教える対象である中

参加学生：SSC，教育学部計５名

学生は未習の概念である。いままで，当たり前だと考えて

実施９：光で色の変わる結晶の秘密を解明しよう！

いた概念について，未習の生徒に対することで，正誤では大橋淳史准教授

ない理解とは何かに気づいたことが示唆された。高度な概内容：現在も活発な研究が続くホトクロミズムを有する

念を平易化する過程では，正確さが犠牲になるが，わかり分子を合成し，その構造を分析する方法を検討した。

やすく正確性を保つにはどうすればよいかという課題に到

参加生徒：５名

達し，学習の必要性を挙げている。そして，正誤を判定す

参加学生：SSC，教育学部計４名

るのではなく，なぜそうなるのかを思考する必要性に気い実施者：教育学部

実施10：高校生と一緒に発表しよう！

たことが，支援の評価を下げたようだ。

実施者：愛媛県教育委員会
内容：国立研究開発法人科学技術振興機構採択事業「中高生の科学研究推進プログラム」の成果報告会で，県内13校の高校生とともに成果発表を行った。

３. ３．全実施の評価
全実施について，学生の評価の平均値を学部ごとに示す（図２）。

参加生徒：５名
参加学生：SSC，理学部，教育学部計11名
表３と同様に処理した設問２，５，９の平均値の推移を以下に示す（図１）。科学イノベーション挑戦講座では，毎回の実施内容が大きく異なるために，内容による上下が大きく出る傾向がある。そこで，直線近似によって，傾向を測定した。
図２

学生の評価比較

得意な内容を指導した工学部生と幅広い内容を指導した
SSC，理学部，教育学部生を比較すると，工学部生は理解できたか，支援ができたかの項目で，他学部と比較して高い傾向を示した。一方で，指導を通して自信を持ったかという項目では，工学部生は他学部と大きな違いはない。工学部生は１回だけの参加であるため，単純な比較はできな
いが，不得意な分野も指導した他学部の学生が，得意な分野のみ指導した工学部生と同程度の評価をしている。学生は，継続的な参加を続けることで，実験結果の不確実性を
図１

参加学生全員の推移

生徒に指導補助する経験を通して，本研究の目的とする正誤を判定するのではなく，なぜそうなるのかを思考する習内容によって，理解度は高低する傾向が示された。これ

慣が身に付き自信が向上した可能性が示された。

は実施内容が異なることによる学生の得手不得手に加えて，学生が入れ替わっていることが影響している可能性がある。各回の学生の入れ替わりがあること，参加学生が少４．まとめないことから，限界があるが，学生の入れ替わりがありな

科学教育事業への参加を通した理工系学生の学びへの意

がらも，回数を重ねることで，変化が現れている。学生一欲を調査分析した。測定の限界はあるが，学生の入れ替わ般的な傾向としては，継続的な教える経験を通して，実験りがありながらも，複数回の科学教育事業に参加して指導結果の不確実性を伝達する難しさに気づき支援が若干低下補助を行う経験を通じて，学生は自らへの自信を高めたこ（図１二重線）する一方で，不確実性を伴う結果を指導補とが示唆された。また，いずれの学生も事後アンケート設助することで，自らがなぜそうなるのかを考える習慣が身問10「今回のアシスタント活動を経験してさらに勉強してにつき，自信が向上（図１実線）したようだ。

みたい・勉強する必要があると思ったこと」に学習不足と学生の記述分析に，実施10の研究成果発表への支援に関

12

理解の向上のための課題を挙げた。本研究で，学生が知識

大学教育実践ジャーナル 第15号 2017

科学教育事業への参加が理工系学生の学習意識に及ぼす影響に関する調査の伝達を行う対象は，学力差がとくに大きい中学校第１〜内閣府（2007）『低年齢少年の生活と意識に関する調査報告書』３学年である。そのため，学生が得意としている学術用語Retrievedは通じず，学生は学術用語が定義する概念を平易化しなけ

http://www8.cao.go.jp/youth/kenkyu/teinenrei2/zenbun/

ればならない。概念の変換では，かならず不確実性が伴う。
また，実験結果も同様に不確実性を含んでいる。正誤に慣れて，正解を得ようとする中学生に対して，正解ではなく，目の前の現象をどう理解するべきかを指導する経験が，な（2016, 7/10, 現在）
日本青少年研究所（2005）『高校生の学習意識と日常生活調査
報告書

日本・アメリカ・中国の３ヶ国の比較』

Retrieved
http://www1.odn.ne.jp/youth-study/reserch/（2016, 7/10, 現在）

ぜそうなるのかという疑問に繋がり，学習意欲を向上させたようだ。
学生の記述内容は，得意分野を教える場合に増加する傾向が認められた。たとえば，工学部生は研究分野に関する内容，教育学部は発表における指導助言などの教育分野で評価が高く，記述が増加する傾向を示した。そのため，教える体験を通じた学習においては，学生の得意分野を扱うことが効率的である。一方で，得意分野のみを伸ばす学習法は，歪な学力構成を助長する可能性がある。科学イノベー
ション挑戦講座では学生が得意としていない分野の内容も多く，自己評価は上下があったが，教える経験による自信は全体として増加傾向を示した（図１実線）。学生にとって必ずしも得意ではない分野を教える経験は，その分野のおもしろさに気づき，また得意分野でなくても教えられるという自信が，全体への理解を深め，理論と現実の間の不確実性への理解の促進が期待される。
以上，科学教育事業への参加を通した理工系学生の学びへの意欲の向上の可能性を示唆した。本手法は，さまざまな形の地域貢献で地域の子どもたちに得意分野を指導する機会の多い，理工系学生の学習方法のひとつとして期待される。本研究は本学における予備的試行であり，今後，本手法を学生の学習指導に繋げるためには，自己評価以外の評価を開発し，クロスチェックを行うことで，評価精度を上げることが期待される。
謝辞
本調査にあたり，実施にご協力いただいた松山市教育委
員会および松山市中学校理科主任会おもしろ理科実行委員会，それらに参加した生徒に深く感謝します。また，実施の場を提供していただいた，国立研究開発法人科学技術振興機構次世代科学者育成プログラムに感謝いたします。本
調査は，愛媛大学教育学部長経費の支援を受けました。
引用文献
C.T.Fosnot（2005） Constructivism-Theory, Perspectives, andPractice Teachers College Press.
国立教育政策研究所（2015）『平成27年度全国学力・学習状況
調査報告書・調査結果資料』
文部科学省（2009）『PISA調査（読解力）の結果分析』
Retrieved
http://www.mext.go.jp/a̲menu/shotou/gakuryoku/siryo/05122201/010.htm（2016, 7/10, 現在）

大学教育実践ジャーナル 第15号 201713