関西地区

教育システム情報学会

2017年度学生研究発表会

Unity を用いた化学学習ゲーム開発
Educational material for understanding chemical reactions developed with Unity
水杉渉暉、 藤井研一

Fuki MIZUSUGI and Ken-ichi FUJII
大阪工業大学情報科学部

Faculty of Information Science and Technology, Osaka Institute of Technology
Email: e1q14081@st.oit.ac.jp
中等教育における理科は、分野としては生物、化学、物理の幅広い知識を学ぶことになる。これらは異なる体系の学習であり、用語も背景となる概念も異なっている内容を学ぶことになる．したがって、単なる知識の集積として暗記主体の学習で学ぶのでは、それぞれの領域の知識体系形成には寄与せず、理科本来の面白さを理解することもできない. 暗記ではなく、体系立てた理科の学習を支援する教材として、タブレット

PC を用いて化学反応を学ぶための教材を開発した. 画面上で分子を示す立体構造図を併記し反応の前後の分子数を直感的に理解でき、反応の係数理解を促すことを目指した. 本研究では、このような化学における学習の基礎を与える上で、タブレット PC のグラフィックスとインターフェースがどのように寄与出来るかを考え、独習でも利用可能なアプリケーションソフトウェアの開発を行なった．

Keywords: インターフェース、化学教材、化学反応、タブレット PC

1

はじめにいる [3]. にも関わらず、同時に実施された中学生へのアンケートでは、理科を面白い、得意と回答した

近年、スマートフォン、タブレット PC が普及しスマートフォン上の教育アプリケーションも多数開発されるようになっている. 文部科学省も学校教育への情報機器 (ICT) 機材導入に関する実証研究を行なっている [1]. この背景に、スマートフォン等の直感的な操作性とインターネットを用いた広範囲情報への割合は小学生に対し３０ポイント前後の大幅な下落を示している. このような学年に伴う理科への関心と自信の低下は、体系化された知識の獲得自体の不理解も原因と考えられる. このため、暗記ではなく、体系立てた理科の学習を支援する教材の開発が急務と思われる.

アクセスの容易さが、学習意欲の向上や多角的な学

本研究では、Unity を用いてタブレット用の化習を可能にするとの期待がある. 平成２８年度の政府学教材の開発を行い、化学反応および化学反応にお統計 [2] を見ても、小学校では導入されたコンピュー

ける保存則についてゲーム形式で学べるものを目指

タの 2/3 にあたるおよそ２０万台がタブレット PCした.となっていることが分かる. このように教育現場へのタブレット導入と利用は急激に進んでおり、タブレッ
ト PC 用学習アプリケーションを導入する小、中、高2等学校も増加している. このような状況で、良質な教材開発は急務と思われる.

開発環境
本ソフトウェアの開発においては、現在タブレッ

ト PC で広く使われている２つの OS、Android と一方、国際的な数学および理科の理解に関する国iOS の双方での使用が可能となることを考えた. 現

際数学・理科教育動向調査（TIMSS）の結果では、理在、様々なゲーム開発で統合開発環境である Unity

科に対する日本の中学生の成績結果は参加３９カ国が広く利用されている.Unity[4] を用いるならば、OS中２位と非常に良いものであったことが報告されての違いを意識することなく、Android および iOS の159

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開発が可能となる.Unity 上では、プログラム言語と出題される問題は、16 問用意しており、ランダムにして Java が利用可能であり、教育効果を高めるため表示させることも可能である. 学習者は、問題の正答のグラフィックスや効果音の利用も用意であり、開発率の確認が可能で、これより学習者は自らの理解度が容易であると考えられる. 汎用性のみならず、開発を確認できる. 一つの問題を理解できたならば、他のの効率化も考え、本アプリケーションの開発環境と問題を選択できるようにしてある、また誤答であっして、Unity を使用した. グラフィックス、I/F のデた問題中からランダムに次の問題を表示することがザインは直感的な操作が可能であるように工夫してできるようにして、学習者の理解度向上のサポート実装した.

が可能なように設計している.

3

化学反応

4

まとめ

中学校では、分解、化合、中和、酸化、還元といっ中学校での理科学習を支援するために、化学反応た主要な反応を具体的な分子の反応としてとして学をゲーム的に理解するソフトウェアを作成した. 化学

ぶ. また生成物として、気体発生を伴う反応や固体の式と同時に対応する分子の図を示し、原子の保存お沈殿物を生じる反応についても学ぶ. これらの反応のよび比例関係の適用が身につくことを目指した. 化学

主要なものとしておよそ３０種類の反応式が教科書式に現れる記号を対応する図により直感的に理解可には記載されている. 学ぶべき化学反応の典型的な例

能とし、化学的思考の獲得の支援を行えたと考えらとしては水素分子と酸素分子から水分子が生成されれる. 化学学習にも、タブレット PC の I/F の積極的るものが挙げられる. この例で、学習者がまず学ぶべ活用が有効と考えられ，タブレット PC の教育用ときものとして次のような問いが考えられる.

への利用で意味をもつと考えられる．開発と同時に

O2 →

H2 +

このような効果の検証も進めている．

H2 O

ここで、学習者は上の反応式が成り立つために分子参考文献

を構成する原子数が反応前後で保存することを理解しなければならない. このため、上の問題で各分子の前にある係数項[1] 文 部 科 学 省

ICTに よ る「 新 し い学 び 」学 び の イ ノ ベ ー ション 事 業 、の中に適切な分子数を答えら

http://jouhouka.mext.go.jp/school/innovation/

れなければならない. 学習者は次のように答える必要[2] 学校における教育の情報化の実態等に関する調査 平成がある.

2

H2 +

1

O2 →

2

２８年度 調査結果、 https://www.e-stat.go.jp/statsearch/files?page=1&layout=datalist&toukei=

H2 O

00400306&tstat=000001045486&cycle=0

このような原子数が保存することを理解し、それぞ&tclass1=000001110975&tclass2=000001110995

れの化学反応式の係数を正しく決定しなければなら&stat infid=000031661337

ない. 化学学習においては、例題を通して、化学式の各反応分子の係数の関係を原子数保存の観点から正[3] 文 部 科 学 省,
動 向しく理解する必要がある. この保存の関係を学習者

調

国 際 数 学・理 科 教 育査（TIMSS）の 調

査

結 果,

が理解するためには、それぞれの分子の立体構造図

http://www.mext.go.jp/a menu/shotou/gakuryoku-を示すことでより直感的に化学反応を理解できるよchousa/sonota/detail/1344312.htm

うにし、原子数の保存則が無理なく理解できるよう[4] unity, https://unity3d.com/jpに設計した.
タブレット PC を用いることで、指による直感的操作が可能となり簡単な操作で学べるようにした.

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