日本の理数科教育をサポートする

No.4
MAY

第4回

2013

マイケル・ファラデーの電磁誘導リング（英国王立科学研究所所蔵）「電気文明」の時代といわれる現代。光源，熱源，動特 集力源などさまざまな形で電気が私たちに便利で快適な生活を提供してくれています。写真はそうした生活の実現に重要な役割を果たした「電磁誘導リング」です。２本© The Bridgeman Art Library/アフロのコイル状の銅線が互いに，また鉄の輪とも絶縁状態で鉄の輪に取りつけられ，１本の銅線は電池とスイッチ，
もう１本の銅線は検流計につながるようになっています。
1831年，職人気質のイギリス人科学者マイケル・ファラ
デー(1791〜1867年)が「電気が磁気を発生させることができるなら，その逆もできるはず」（電磁誘導現象）と考え，試行錯誤の末に生み出した実験装置です。ここには「発電機」の原理が潜んでいます。ファラデーの「創造性」に思いを馳せながら，人間にとっての「電気文明」の意味

防災教育における
理科教育の役割 Ⅰを考えていただければ幸いです。
大阪教育大学名誉教授 鈴木 善次

No.4

（リムス）

編集・発行 （財）
理数教育研究所
大阪オフィス〒543-0052

大阪市天王寺区大道4丁目3番23号

TEL.06-6775-6538
東京オフィス〒113-0023/

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http : //www.rimse.or.jp※本冊子は，上記ホームページでもご覧いただけます。

印刷所：岩岡印刷株式会社

デザイン：株式会社 アートグローブ

本文イラスト：株式会社 アートグローブ
表紙写真 : 人型 コラージュ©orion/amanaimages©Rimse 20132013年5月20日発行（財）
理数教育研究所

C O N T

E N T

S

巻頭言
数学の何をいかに伝えるか ………………… 表紙裏
東京理科大学 理数教育研究センター長

特 集

秋山 仁

防災教育における理科教育の役割 Ⅰ

Ⅰ 防災教育と理科教育 −総論−……………… 2

京都大学防災研究所巨大災害センター教授

矢守 克也

Ⅱ これだけは知っておきたい−地震・津波災害を生き抜くために− ……… 9
奥村 与志弘京都大学大学院地球環境学堂助教

連 載

数学は人とともにある

第3回

数学は役に立っている …………………………
横浜国立大学大学院教授

連 載

根上 生也

理科を活かして考えよう 第 3 回

見えないもの ……………………………………
高知工科大学教授

連 載

社会の中の科学技術

第3回

大阪大学全学教育推進機構准教授

地域教育で活躍する人々

21

中村 征樹

第3回

埼玉県が発信する新たな挑戦「中学生思考力チャレンジ大会」………………
埼玉大学教育学部准教授

科学史の散歩道

18

八田 章光「トランス・サイエンス」 ………………………

広 場

15

秋山

理数教育研究センター長仁 / あきやま じん

1946 年東京都に生まれる。上智大学大学院

24

松嵜 昭雄

数学専攻修士課程修了。日本医科大学助教授，
ミシガン大学数学科客員研究員，東海大学教授，米国 AT ＆ T ベル 研究 所 科 学コンサルタ
ント（非常勤），文部科学省教課審委員などを経て，2007 年に東海大学教育開発研究所所

第4回

マイケル・ファラデーの電磁誘導リング ……裏表紙
大阪教育大学名誉教授

東京理科大学鈴木 善次

長。現在は東京理科大学理数教育研究センター長。中国南開大学客員教授，（NPO 法人）体験型科学教育研究所理事長，（社）全国幼児教育研究協会理事。理学博士。専門は離散幾何学，
グラフ理論。1999 年第 1 回 “ 坊ちゃん賞 ” を受 賞。2008 年にヨーロッパ科学アカデミー
会員に推挙される。現在 NHK 数学講座の講師。共著書は，『Factors and Factorizationsof Graphs』（Springer Verlag），『A Dayʼs
Adventure in Math wonderland』（WorldScientiﬁc）など多数。

数学の何をいかに伝えるか
子供たちの心に溶け込み，脳裏に刻み込むように，数学や欠である。それは，これまでのようにハードな修行や訓練を

理科の複雑な概念や法則を教えることは意外と難しい。“ 人に積まなくてもそれぞれの現場で道具としての数学をもっと手教えること” と “自分が理解すること” は全く異なることだ

軽に使えるような方策を IT 技術などを駆使して実現し，「こが，“人に教えること” が上手であるためには，まず十分に自んなところでこんな風に使うと，もっとこんなことが可能に分が理解していなければならないのは事実であろう。物理学

なりますよ」ということを伝え，数学の需要を拡大していく

者アーネスト・ラザフォードは，教える立場の人たちが肝にことも大切だ。

銘じなければならない次の言葉を残している。
「難解で抽象的Ⅲ−研究者が美しい，素晴らしい，面白いと感じている真理

な数式や理論で表現されている定理や法則であっても，それをラザフォードの指摘に従い “単純で平易な言葉” で言い直を単純で平易な言葉で言い換えて説明できないというのなら，したり，“五感に訴える表現” を用いて表現したりすることもその人はその定理や法則の本質を本当の意味では理解しては大切だ。すなわち，多くの人々にとって無味乾燥にしか写らいない」。

ない定理や公式，抽象的で難解な最先端の数学の理論についこの言葉を噛み締めながら，数学の何をいかに教えるべきても，表現方法を変えて，それらの本来の意義を伝えたり，なのか，私見を述べよう。

実際にその理論を応用した身のまわりの製品やシステム等をⅠ−実際の生活で数学の知識をそれほど必要としていない人

紹介したりして，数学の多面的な魅力を伝える工夫が必要だ。

たちにとって，数学を学ぶことでどんなメリットがあるのか，

欧米では，研究者が象牙の塔に留まらずに抽象的，難解な数学の何が彼らの生活にどう役に立つのかを伝えていくこと理論をできるだけわかりやすい言葉で，またすべてを正確にが必要だ。例えば古代ギリシャの時代より数学が学ぶべき大は伝え切れなくても，その本質的な美しさや意義だけはきち

切な学問とされてきたのは，数学の知識そのものよりも，数んと伝える目的で良質な本を多数著している。また，サイエ

学の学習を通して培うことのできる「ものの見方や分析のしンスライターや教育活動に協力し汗をかいている研究者が日かた，考え方」の習得が期待されていたからだった。だから，本よりもはるかに多いようだし，またそういった活動や挑戦，

従来のように学年を進めるごとに数学の知識を増やしていく

努力に対する評価も高い。

数学の伝え方ではない方法で数学を伝えることも必要だ。すユネスコの活動の一環として，筆者はこれまで製作してきなわち，“ 数学の世界だけでなく，実生活やビジネスシーン

た数学の作品を集めて世界各国を巡回してきたが，どの国もなどで出くわす問題の解決にも応用できるような考え方や発数学嫌いは多い。しかし，数学は嫌いだ，苦手だったと言い想を養うことができ，さほど多くの数学の知識を必要とせず，ながら，この展示会に足を運び，作品に目を輝かして心底楽

かつ，誰にとっても興味深く良質な問題やトピック ” を紹介

しんでくれる人もまた多いことも事実だ。このことからも，していくことが大切だと思う。

実は潜在的に数学に関心を持っている人が多く，また，数学

Ⅱ−医療，映像，編集，印刷，音楽，デザイン，料理，ファッの持つ本来の魅力は多くの人々にとって，とても面白いもの

ションなど，さまざまな分野で，かつては何年もの修業を積なのだと考えられる。ということは，教え方，伝え方の良し

んだプロにしか使えなかった技術が，ハイテク機器の誕生に悪しが数学の未来に関わっていると言わざるを得ないのであ

よって，一般の人でも手軽に使えるようになった。数学につる。数学従事者の責任は極めて重大である。

いても同様な方法を考えるべきだと思う。従来から数学を用

一般財団法人 理数教育研究所が，数学や理科が学びがいいてきた理工系や経済の分野に加え，会計や医療，福祉の仕のある，とても興味深いものであることを多くの若者たちに事やマーケティングなどの多くのビジネス現場で数学を道具伝える理数教育の発信基地に発展することを心から期待するとして使う必要がある人々のための数学教育法の確立が不可次第である。

❖

No.4

1

特 集

防災教育における
理科教育の役割 Ⅰ
Ⅰ 防災教育と理科教育 −総論−
京都大学防災研究所巨大災害センター教授

矢守 克也 / やもり かつや

1963年大阪府に生まれる。1988年大阪大学大学院人間科学研究科博士後期
課程単位取得退学。奈良大学社会学部助教授，京都大学防災研究所巨大災害研究センター助教授を経て，現在に至る。京都大学阿武山観測所教授、京都大学大学院情報学研究科教授，人と防災未来センター上級研究員などを兼任。博士（人間科学）。専門は，防災心理学。主著に，『防災ゲームで学ぶリスク・コミュニケーション』，『増補版〈生活防災〉のすすめ』(以上，ナカニシヤ出版)，『夢みる防災教育』(晃洋書房)，『ワードマップ：防災と減災の人間科学』(新曜社)など。その他,
共同開発した防災教育教材に『クロスロード』など。

1 はじめに − 防災教育の現状と課題

国民的な関心の低迷−に，さらに，東日本大震災によって生A 順風と逆風

信感−「想定外だと言い逃れるつもりか」−も加わった。

じた地震学を中心とする防災学一般や原子力技術に対する不今，防災教育と理科教育に，順風と逆風の両方が吹いていこの結果として，少なくとも，これまでどおりの内容やスる。この現状認識には，大方の賛同を得ることができるだろ

タイルをもった防災教育や理科教育に対して，その有効性をう。

疑問視する向きもある。また，その渦中にある学問分野の側

順風とは，阪神・淡路大震災（1995 年），東日本大震災（2011から「我々は社会に役立つ研究をしてきたか」といった反省

年）をはじめとする近年の大災害の頻発を受けて，防災教育の弁が呈されているのも事実である（例えば，日本地震学会 ,の重要性を指摘し，それに期待する声が高まってきているこ2012）３）。

とを指す。例えば，2011 年（平成 23 年）に本格始動した「新B これまでの取り組み

学習指導要領・生きる力」では，防災教育に関する事項が従

順風はよいとして，逆風には対処しなければならない。そ来よりも増強された。また，2012 年に発表された防災教育にのための取り組みは既にいくつか展開されており，成果もあ関する有識者会議の最終報告（文部科学省 , 2012）１） でも，がっている（矢守 , 2011）４）。

防災教育の指導時間の確保と系統的・体系的な整理の必要性

例えば，第一に，災害や防災研究に関わる学会や研究機関が強く謳われている。これは政府に限ったことではなく，地の肝煎りで，防災教育のためのプログラムが実施されたり，方自治体，教育機関，地域社会，家庭からも手厚い防災教育

教材が作成されたりしている。

を求める声は多くあがっている。
しかし他方で，逆風も存在する。「理科離れ」，「工学嫌い」

・「地震火山こどもサマースクール」（日本地震学会・日本
火山学会 , 1999 年度開始）５）など，防災対策のベースとなる研究領域に対する評価や人気

６）・「日本に住むための必須 !! 防災知識」（土木学会 ,2005）

は，特に近年，厳しい状況にある（例えば，岩田 , 1999）２）。

・「自然災害と防災」（北海道立教育研究所附属理科教育セ

理科（物理，地学）に対する子供たちの関心の低迷−つまり

2

No.4

ンター , 2009）７）

特 集

防災教育における理科教育の役割 Ⅰなどは，その代表的なものである。
第二に，防災教育を推進するための全国レベルの支援や交2 敵を知り己を知る

流の枠組みが近年相次いで立ち上がり，大きな成果をあげてA 高知県四万十町興津地区

いる。

ここで紹介する個別避難訓練「タイムトライヤル」は，京・「防災教育チャレンジプラン」（防災教育チャレンジプラ

都大学防災研究所の「減災社会プロジェクト」（代表者：筆ン実行委員会，2001 年度開始）者）の一環として，筆者らと高知県四万十町興津地区（特に８）・「ぼうさい甲子園」（毎日新聞社，2004 年度開始）

興津小学校）などが共同で開始した新しい津波防災訓練兼防９）10）・「ぼうさい探検隊」（日本損害保険協会, 2005 年度開始）

災教育の手法である。より詳しくは，近藤ら（2012）14)，孫などが，その代表的なものである。こうした枠組みに後押しら（2012）15)，孫ら（印刷中）16)，矢守（2012）17) などを参照

される形で，学校における防災教育も，従来に比べて盛んにされたい。

なりつつある。

この取り組みの舞台となっている興津地区は，人口約第三に，大学，高校などに，防災を専門に学ぶ機関や部門

1,000 人で，漁業と農業を中心とした集落である。この集落

等が新たに整備され始めて，多くの在校生や卒業生が地域防は，現在，その発生が懸念されている南海トラフの巨大地震

災や災害復興の現場で力を発揮している。例えば，兵庫県立が起きれば，最悪の場合，震度 7 の震動に見舞われ，かつ舞子高等学校環境防災科や，神戸学院大学防災・社会貢献ユ

25 メートルもの波高の津波が襲うと予想されている。しかニット，関西大学社会安全学部，静岡大学防災総合センター

も，避難の障害となる程度の高さ（30 センチメートル）の津などは，その先駆的かつ代表的事例である（矢守・諏訪・舩木,波が，最も早い場合，地震発生からわずか 15 分程度で人々2007が暮らす居住域にまで入ってくるという厳しい想定である。

; 諏訪 , 201111）

; 神戸学院大学学際教育機構防災・

12）

しかも，図 1 に示したとおり，この地域は三方を海で囲

社会貢献ユニット , 2012 ）。
13）C さらに求められる 2 つのこと

まれ，近隣の地域とは山越えの隘路 1 本で結ばれているだ

上記の取り組みは大きな成果をあげてきたが，しかし，そけである。巨大地震・津波だけでなく，台風や地盤災害によれでも課題は依然存在する。筆者は，特に理科教育の視点かる交通遮断も日常的に懸念される厳しい地理的環境にある。

ら防災教育を見たとき，以下の二つのことが今後さらに重要

このことも，地域の災害に対する脆弱性を高める一因となっ性を増すと考えている。

ている。

第一は，
「敵を知ること／己を知ること」のバランスである。これは，「敵」としての自然現象を知ることと，「己」としての人間行動を知ることの両立が，防災教
育には欠かせないとの意味である。この点，これまでの防災教育が前者に偏っていたことは否めない。
第二は，「教え／学ぶ」から「共にする」への移行である。防災教育としての理科教育は，単なる知識・技術の移転（教える者から学ぶ者への移転）ではなく，防災という活動を現場で「共にする」（専
門家も非専門家も大人も子供も「共にする」という）スタイルへと重点を移す必要がある。
以下，筆者自身が最近取り組んでいる防災教育の事例を紹介しながら，以上の 2 点について具体的に説明しよう。

図1

高知県四万十町興津地区 正面が太平洋，左側の入り江が漁港，右側にももう一つ浜が見える。手前の山道が集落への唯一のアクセス道路である。

No.4

3

Ⅰ 防災教育と理科教育 −総論−

特 集

こうした地域固有の事情から，この集落では従前から避難場所の整備，小学校を舞台とした防災教育や避難訓練（図 2）など，災害への備えが活発に展開されてきた。それでも，あまりに過酷な津波想定を前にあきらめ感を漂わせる住民も出始めた。今回，「タイムトライヤル」の試みを開始した背景には，こうした事情が存在する。

図2

興津小学校で行われている

避難訓練 子供たちが高台に駆け上がっている。

B 個別避難訓練「タイムトライヤル」

・左上の画面には 1 台目のカメラ映像

通常の避難訓練では多くの人が一斉に避難することが多・右下には 2 台目のカメラ映像

い。しかし，この個別訓練は個人または家族で行う。訓練者
は，自宅の居間などふだんいる場所から高台など自分たちが逃げようと思う避難場所まで，所要時間をストップウォッチ
で計りながら実際に逃げてみる。この一部始終を，地元の小・右上には訓練参加者のつぶやき（上欄）と子供たちから参加者へのメッセージ（下欄）・左下には上述の地図が映し出されている。

学生たちがビデオカメラで撮影する。2 台のカメラを用い，

地図中，丸印が現在位置，そこへと至る太線が移動経路で，1 台は逃げる人の表情を，もう 1 台は周囲の状況を撮影する。

画面中央左手が高台の避難所である。また，画面中央に時計

さらに別の子供が，避難の最中，時々の状況をメモする。例

表示があって，4 つの画面はスタートからゴールまでずっとえば，「（訓練者が）そろそろ疲れてきた」，「ブロック塀が崩

連動して動く。

れる危険性あり」といった具合である。
こうした作業をすべて小学生に依頼したのは，訓練を支援すること自体が，絶好の防災学習にもなるからである。また避難する人には，GPS のロガーを装着する。これによって，避難開始から何分後にどこにいたか，海抜何メートルの所まで到達していたかといった大切な情報を，後から電子地図上に表示することができる。

C 「動画カルテ」
以上の結果を，「動画カルテ」と呼ぶ映像にまとめる（図 3）。
画面は 4 分割されている。

4

No.4

図 3 「動画カルテ」のサンプル

制作：京都大学防災研究所矢守研究室，タニスタ，NHK 大阪放送局，ゼンリン（株）

特 集

防災教育における理科教育の役割 Ⅰ

さらに，この地図には，最新の想定に基づいた津波浸水シ（なお，「動画カルテ」の上で，専門家と非専門家の知恵も重ミュレーションの映像が，訓練者の実際の動きと重なって表

なり，地域住民と子供たちとが関係づけられ，それによって，示される仕組みになっている。地図の右の部分には海が見え

次にとりあげる本稿の 2 つめのポイント，「共にする」ことる。津波はまずこちら側からやって来る。だから，例えば，も同時に実現している点にも注目いただきたい。）「ここまで逃げたときに，自宅には既に津波が押し寄せてきている，間一髪だった！」といったことが一目瞭然でわかる。
これを，「動画カルテ」と呼ぶのは，一人一人の避難の課
題がここに集約されているからである。医師が患者の状態を

3 「教え／学ぶ」から「共にする」へ

個別にカルテに記録するイメージである。これを通じて，住A 「満点計画」による防災教育プログラム

民一人一人に寄り添って，本当に逃げられるのか，どこに注

防災のための知識や技術の高度化に伴って，近年，防災と意が必要かについて細かく探り，問題解決を図っていこうと

いえば専門家や実務者が担うもので，非専門家はそれに従っいうねらいである。まだ数人分だけであるが既に個別訓練をていればよいとの考えが拡大してきた。この考え方のもとで実施し，それぞれの「動画カルテ」ができあがっている。いは，“防災教育は，専門家が獲得ないし開発した正しい知識

ろいろな発見があった。意外に速く歩けると自信を深めてくや高度な技術を非専門家に指導・伝達することだ”，あるいは，れた高齢者がいる。逆に，思ったよりも時間がかかったと反“そのための教材を開発することだ” と位置づけられがちで省し，少しでも早く家から逃げ出せるよう家具固定などの重ある。要するに，「教え／学ぶ」というスタイルである。

要性に気づいてくれた方もいる。

しかし，そのような防災教育では，かえって，防災専門家

他方，子供たちも，自分たちが逃げることだけでなく（小と非専門家の間の障壁を高め，例えば，行政・専門家依存（「防学生の避難訓練はほとんど月 1 回のペースで別途実施されて災は行政や専門家がやることだ」との意識の増大）や，情報

いる，左ページの図 2），集落全体のために何が必要かとい待ち（災害情報が質・量ともに充実するにつれて，逆に人びう視点をもってくれた。“この橋は多くの人が避難に利用しとが情報を待って, 迅速に避難を行わない）といった問題をて大切だから地震で落ちないように補強が必要”，“坂道で引き起こす恐れがある（矢守 , 2009）18）。よって，今後は，非お年寄りと一緒になったら自分たちが助けられる” など，い専門家が，防災を，自分たちも専門家と共に担うことができ

ろいろな提案や心強い意見が出た。

る，あるいは共に担うべき活動（「共にする」こと）だと実感

D

津波と人間 −「敵を知り己を知る」「動画カルテ」という新しいツールの上で，津波（敵）とできる形式の防災教育が重要となる。また同時に，専門家（研究者）も同じ認識を共有する必要もある。

人間（己）が重なっていることを感じとることは，容易であ

そこで，筆者らは，一つの試みとして，専門家（大学）がろう。実際の学習では，まず，子供たちに，どのくらいの高行う最先端の研究活動（具体的には，「満点計画」と呼ばれるさの津波がどの程度の時間でこの地域に押し寄せると想定さ稠密地震観測活動）と小学生を対象とした初歩的な防災教育

れているのかについて，その理由も含めて繰り返して説明しという両極をあえて連携させる取り組み−「満点計画学習プている。これは，「敵」について知ることに相当する。しかし，ログラム」−を開始した。このプログラムも上述の減災社会

他方で，自分たちや高齢者を含む地域住民が避難することにプロジェクトの一環である。より詳しくは，飯尾ら（2012）19），

伴う課題や解決法も，「動画カルテ」には映し出されている。

岩堀ら（2011）20）などを参照されたい。

こちらは，「己」について知ることに相当する。

「満点計画」とは，新たに開発された小型・安価で保守の

津波からの避難は，この両者がクリアされてはじめて成功

容易な地震計（「満 点地震計」）を数多く（「万 点」）に設置して充する。したがって，（津波に関する）防災教育にも，どうし実した観測網を作ることによって，理想的な，つまり，「満点」てもこの両側面が必要である。「個別訓練−動画カルテ」は，の地震観測を行おうという計画である。しかし，観測点数がこの両側面を同じ舞台の上で重ね合わせる試みなのである。

膨大になる分，設置場所の確保や設置後のメンテナンスが課

No.4

5

Ⅰ 防災教育と理科教育 −総論−

特 集

題となった。そこで，例えば，小学校に設置場所を提供してもいたためでもある。

らい，メンテナンス作業を通じて小学生が観測活動に参加す

また，両校とも，おもに 6 年生の児童がこのプログラム

ること（「共にする」こと）を促せば，最先端の研究の推進と理に参加しており，年度の終わりに下の学年（次年度の 6 年生）

想的な防災教育の両方が実現可能になると考えたのである。

に引き継ぐ形がとられている。言いかえれば，両校とも「地B 地震計のある小学校

震計のある小学校」として継続的にこの活動に参加している

具体的には，まず，2009 年，京都府京丹波町の下山小学ということである。この意味で，本プログラムは，一過性の校に，次いで 2010 年，鳥取県日野町の根雨小学校に，満点

防災教育ではなく，息長く，自然災害や防災に関心を持ち続地震計が子供たちの手によって設置された（図 4）。

けてもらうための工夫でもある。

C おもな学習カリキュラム
上述のうち③の出前授業は，大学側のスタッフが小学校に出かけて，原則として，子供たち自身が観測した地震データを活用しながら行う授業である。地震計のメンテナンスに合
わせて，年 4 回程度実施している。おもなカリキュラムは，
以下のとおりである。
(a)「満点計画」と満点地震計の紹介
最初の授業では，満点地震計の働きについて学習する。地
震計が実際に微小な振動をキャッチするようすを，オシロス
コープを通した地震計の波形デモで実際に体験しながら授業を進める ( 図 5)。あわせて，地震計のメンテナンス方法を現
図4

小学生によって設置される満点地震計( 京都府京丹波町立下山小学校 )場で教示する。
(b) P 波と S 波－緊急地震速報

その後，現在に至るまで，地震観測とそれに連動した防災

過去の地震災害事例から，地震動に見舞われた人のようす

教育が継続されている。両観測点では，子供たちが設置からを映し出した映像と，満点地震計が実際にとらえた波形を見

メンテナンスまですべてに関わり，測定されたデータは他のせながら，P 波と S 波について紹介する。あわせて，両波の観測点のデータと合わせて実際に研究に活用されている。そ

伝播速度の違いを利用した仕組みが「緊急地震速報」であるの結果，既に，遠地地震を用いたレシーバ・ファンクション

ことやその利用法も解説する。

解析を通してモホロビッチの不連続面（地球の地殻とマント(c) 地震学者になって土地の揺れを調べてみよう

ルとの境界面で，ここを境に地震波の速度が変わる）の深度

満点地震計のデータを使ったグループワークで，数日分のについて詳細なマッピングが実現するなど，具体的な研究成データから，地震による揺れを見つけだす体験を行う。さら果もあがっている（京都大学防災研究所 , 2011）21）。

に，列車や自動車の振動による揺れ，強風や雨による揺れ，

具体的な教育プログラムを簡単に紹介する。基本となるプ
ログラムは，① 満点計画について学び，満点地震計を設置する導入部分② その後の継続的なメンテナンス（データカードや電池の交換・更新など）と観測③ 地震や防災をテーマとする出前授業

川の流れによる揺れなど，学校周辺で観測できる微小な振動データを利用して，地域学習も進める。
(d) 長周期の揺れと短周期の揺れ
長周期の揺れと短周期の揺れの違いを，東日本大震災を引き起こした地震動データ（両小学校で実際に観測された）と，近地の小規模地震のデータとを比較して学習する。また，教の 3 つからなる。①と②が可能となったのは，満点地震計が，室に地震計を持ち込み，実際に地震計を揺らしながら，2 つ

小学生にでも取り扱い可能なほどに，小型化・簡素化されてのタイプの揺れの違いを体感する。

6

No.4

防災教育における理科教育の役割 Ⅰ

図5

特 集

オシロスコープを使って満点地震計がとらえた振動を見る子供たち ( 鳥取県日野町立根雨小学校）

D 「阿武山地震観測所」−防災サイエンス

ミュージアムとの連携

人が共に地震学の普及・啓発の役割を担っているわけである。
また，満点計画学習プログラムに参加している２つの小学校

この満点計画学習プログラムは，「満点計画」本体の基地のうち，下山小学校は実際に阿武山地震観測所を訪れての校である京都大学防災研究所阿武山地震観測所のサイエンス

外学習を既に 2 回実施済みで，根雨小学校の子供たちはイ

ミュージアム化プロジェクトと連動して進めている（図 6）。

ンターネット通信を介した遠隔授業で，この観測所を訪問しこのプロジェクトは，80 年余りの歴史をもつ同観測所を，ている。

その資産（約 80 年前から歴代の地震計群や長年にわたる観E 「満点計画学習プログラム」の意義測記録）を生かして，地震学（研究活動や研究者）と一般の最後に，まとめを兼ねて，「満点計画学習プログラム」の方々との距離を縮めるための場，つまり，地震学のミュージ

意義を箇条書きにしておこう。

アムとしても活用しようとする計画である。

〈1〉「共にする」ことの実現
最先端の地震研究に子供たち自身が参加することで，専門家のみが担ってきた防災実践を，専門家と非専門家の両方が担う防災実践（「共にする」こと）へと変える。そのためには，「子供だからこの程度で…」は望ましくない。子供だからこ
そ，一端であるにしても，「本物」の地震研究に関与させる
形での教育が必要である。
〈2〉 継続性

図6

京都大学阿武山地震観測所（大阪府高槻市）

子供たち自身が防災実践の一角を長期間担うことで，1 回幸い，プロジェクト開始後わずか１年余りで，一定の訓練限りのイベント型の防災教育に終わらせない。年度代わりにを経た一般の方々が，この観測所に保管されている歴史的なは次学年に引き継ぎ，学校にも継続的な関与をお願いする。

地震計の数々や地震学のイロハを来館された方々にレク〈3〉 地域や身のまわりへの関心を喚起

チャーする役割（サイエンス・コミュニケーター）を担える観測に参加することで，以前とは違った視点（この場合，ところまで，プロジェクトは進展してきた。専門家と一般の身体には感じない地面の揺れ）から地域を “ 見る ” 目を養う

No.4

7

Ⅰ 防災教育と理科教育 −総論−

特 集

ことができる。地震観測のためのツールも，工夫次第では，

いて，広く一般の人びとと理解を共有することは，地震学に当初の目的とは別に，子供が地域の自然や社会を観察する動対する不当な誤解や過度の期待を抑止しつつ，地震学の社会機を与える役割を果たし得る。両校に設置した満点地震計は，的プレゼンスを高める効果がある。この点で，満点計画と連

例えば，東日本大震災を引き起こした地震や北朝鮮の地下核

動した学習プログラムは，地震研究そのものにもプラスに作実験による振動のほか，大雨による振動や学校近隣の列車走用する可能性がある。

行振動なども感知していた。
〈4〉「理科離れ／科学嫌い」対策への糸口
科学には失敗がつきものであり，筆者らも子供たちもメン

4 まとめ

テナンスをする際にいくつかの失敗をしている。しかし，そ第一に，「敵を知ること／己を知ること」のバランス，第のような経験を通して，防災や災害への興味・関心と「科学二に，「教え／学ぶ」から「共にする」へ。この 2 点は，理する面白さ」を喚起し，理科離れ，科学嫌いの傾向を払拭する。

科教育を真の防災教育に磨きあげ，かつ，防災教育に確かな〈5〉 地震学の「アウトリーチ」

理科教育を伴わせるために必要な，重要な柱である。本稿でアウトリーチは，非専門家のため（だけ）ではなく，専門紹介した事例だけでなく，本特集を構成する他の論考で取り分野（この場合，地震学）の安定的な継続にとっても重要で扱われている教育事例にも，ここで強調したことが生かされある。地震学が何を見いだし，何を克服できずにいるかにつていることを感じていただければ幸いである。

❖

参考文献
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12) 諏訪清二著：『高校生，災害と向き合う−舞子高等学校環境防災科の10年−』岩波ジュニア新書，岩波書店(2011年)
13) 神戸学院大学学際教育機構防災・社会貢献ユニット編：『災害ボラン
ティアを考える−東日本大震災ノート』，晃洋書房(2012年)

2) 岩田弘三：「理工系人材養成をめぐる問題−理工系離れ，科学技術離14) 近藤誠司・孫英英・宮本匠・谷澤亮也・鈴木進吾・矢守克也：「高知れ，理科離れ−」，中山茂・後藤邦夫・吉岡斉（編）『[通史] 日本の科県興津地区における津波避難に関するアクション・リサーチ（2）〜避学技術 5-Ⅱ 国際期 1980〜1995』，学陽書房(1999年)，pp.586-

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ターンに着目〜」，災害情報学会第14回研究発表大会予稿集(20124) 矢守克也：「防災教育の現状と展望−阪神・淡路大震災から15年を経て」，自然災害科学, 29(2011年), pp.291-302
5) 日本地震学会・日本火山学会：「地震火山こどもサマースクール」ウェブサイト[http://www.kodomoss.jp/]
6) 土木学会編：『DVD 日本に住むための必須!! 防災知識（小学校低学年）』，土木学会(2005年)
7) 北海道立教育研究所附属理科教育センター(2009年)：「自然災害と防災」[http://exp.ricen.hokkaido-c.ed.jp/tobira/htdocs/?page̲年), pp. 370-373
16) 孫英英・矢守克也・谷澤亮也・近藤誠司(印刷中）：「南海トラフの巨大 地震・津 波を想定した防災意 識と避 難行動に関する住民意 識 調査」，災害情報, 1117) 矢守克也：「動画カルテ」がつなぐ避難訓練〜高知県興津地区でのとりくみから，ウォロ（Volo）, 478(2012年),pp.14-15
18) 矢守克也著：『防災人間科学』，東京大学出版会(2009年)
19) 飯尾能久・矢守克也・城下英行・岩堀卓弥：「東北地方太平洋沖地震と地 震 防災に関する最 先 端の研 究」，物理 教育, 6 0 - 4 (2 012 年),

id=1226]
8) 防災教育チャレンジプラン実行委員会：「防災教育チャレンジプラン」
ウェブサイト[http://www.bosai-study.net/]
9) 毎日新聞社：「ぼうさい甲子園」ウェブサイト [http://www.mainichi.
co.jp/event/edu/bousai]
10) 日本損害保険協会：「ぼうさい探検隊」ウェブサイト[http: //www.
sonpo.or.jp/protect ion/bousai/index.html]11) 矢守克也・諏訪清二・舩木伸江著：『夢みる防災教育』，晃洋書房(2007年)

815) 孫英英・近藤誠司・谷澤亮也・矢守克也：「高知県興津地区における委員会報告）」(2012年)

No.4

pp.282-288
20) 岩堀卓弥・城下英行・矢守克也：「正統的周辺参加理論に基づく防災
学習の実践−「満点計画」を通して−」，第30回日本自然災害学会学術講演会(2011年)
21) 京都大学防災研究所：『歪み集中帯の重点的調査観測・研究プロジェ
クト平成22年度成果報告書』(2011年)，pp.98-117

防災教育における理科教育の役割 Ⅰ

特 集

Ⅱ これだけは知っておきたい−地震・津波災害を生き抜くために−
京都大学大学院地球環境学堂助教

奥村 与志弘 / おくむら よしひろ
1980 年京都府に生まれる。2008 年京都大学大学院情報学研究科博士後期課程修了後，阪神・淡路大震災記念人と防災未来センター主任研究員を経て，2012 年より現職。博士（情報学）。専門は津波防災，巨大災害。おもに津波や津波被害の発生メカニズム，巨大災害時の最適な災害対応に関する研究を展開。東日本大震災では，宮城県庁に常駐し，政府現地
災害対策本部，宮城県災害対策本部などに対する支援を実施。また，南海トラフ巨大地震の脅威に直面している地域に対しては，自治体の防災会議の委員としての活動や，子供たちと被災地に行くなどの防災教育など，防災・減災のための活動に力を入れる。

1 はじめに

2 災害事例

日本は，これまでに何度も地震災害，津波災害を乗り越えA 阪神・淡路大震災てきた。近年では，学術面の進歩によって，将来の災害の長2013 年 1 月，神戸で開催された阪神・淡路大震災の行事期的な予測ができるようになり（数時間後の発生確率○％との中で神戸の被災者から発せられた言葉は「あの地震からいうような短期的な予測ではなく，30 年以内の発生確率○％

18 年間生きてきたという事実，必ず乗り越えられるときがといった予測），地震や津波といった災害を実際に起きる前くるという事実を東北の被災者に知ってもらいたい」というから想定し，それに備えることができるようになった。今やものであった。会場にいた東北の被災者の存在がこうした言

地震・津波災害とどう向き合うべきかという問題は，一部の葉を引き出したのだろう。地震から 18 年後の被災地の姿は，

防災専門家や経験した人々だけの問題ではなく，日本で生きまだ被災して間もない東北の人びとにとって未来の自分たちていく限り誰もが向き合うべき一般的な問題となっている。

の姿を思い描く大きな手がかりとなり得る。一方，被災してしたがって，地震・津波災害の基礎的な知識もまた，一部の間もない東北の存在は，19 年目を迎えた阪神・淡路地域に，特別な人々にとってではなく，全国民にとって不可欠なもの

東北に希望を与えられる 19 年目にしなければという思いをであろう。とりわけ社会に出る前の子供たちにとっては，自抱かせるのではないだろうか。

分たちの将来や自分たちが生きる地域や国の将来の姿を思い

さて，阪神・淡路大震災をもたらした直接的な原因は，言描くために欠かせない知識である。筆者は，地震災害や津波

うまでもなく ｢平成 7 年 (1995 年 ) 兵庫県南部地震｣ である。

災害がこれまでになく身近な問題となった現在の社会においしかし，災害による被害は，自然の外力だけでは発生しない。

て，こうした社会を生き抜くために必要な，これらの災害のその外力が作用した場所に人間社会の営みがあってはじめて，基礎的な知識について書き記したい。本稿では，まず具体論

被害が発生する可能性が生まれるのである。したがって，災として，最近の地震・津波災害，並びに今後発生が懸念され害による被害は，“ 自然の外力 ” と “ 社会がもつ災害に対す

る地震・津波災害の特徴を述べ，その後一般論として，地震る強さや弱さといった要素 ” を変数とする関数として表現で災害，津波災害の特徴を述べる。

きる。後者は，社会の防災力や脆弱性と言われている。
災害による被害 ＝ f ( 自然の外力，社会の防災力）

No.4

9

Ⅱ これだけは知っておきたい −地震・津波災害を生き抜くために−

特 集

このことから我々が理解すべきは，自然の外力の大きさは火災がなければ地震災害による犠牲は減る？

阪神・淡路大私たちの力で制御できないが，災害による被害は制御できる

震災は “ 減災の原点 ” であると述べたが，一方で，防災研究余地があるということである。つまり，社会の防災力を高めとその対策が本格化した “ 防災の原点 ” となった災害が何かたり，脆弱性を小さくしたりすれば，同一の外力が作用してご存じだろうか。その災害は旧東京市の約 45％を焼失させ，も被害を小さくできる。このことを，地震災害・津波災害と向約 10 万 5 千人もの犠牲者を出した関東大震災 (1923 年 ) でき合ううえで最も基本的な知識として，はじめに述べておく。

ある。この災害は当時の専門家の間でも火災の印象が強く，

戦後 20 年ほどの災害多発時代を経

震災予防調査会の幹事であった今村明恒博士は ｢自分ガ今回て，自然災害による被害は減少傾向にあった。そのような中ノ地震ニツキ特ニ印象ヲ深クシタノハ家屋ノ耐火能力デアル｣

で，もはや日本においては一度の災害で死者が千人を超すよと述べている。そして，「火災がなければ震災による犠牲はうな災害 ( このような災害を巨大災害と呼ぶ ) は起きないだ

減る」との教訓が引き出されてしまい，その後 70 年近くの間，ろうと考えられていた。しかし，6,434 名の死者が出た阪神・地震対策として火災対策が重視されることとなった。しかし，淡路大震災の発生によって，私たちはそうした認識の誤りに

阪神・淡路大震災によって，地震災害対策の考え方は大きく気づいたのである。上記の自然災害に関する関係式を念頭に変わった。すなわち，地震災害対策として最も重視すべきは，

おけば，1995年以前の約35年間に一度も死者千人を超すよ

建物の耐火能力ではなく耐震性だと考えられるようになった

うな災害が起きていなかったのは，単に都市という災害に対のである。こうした考え方は，東京大学の目黒公郎教授の調して極めて脆弱な社会に，一定規模以上の自然の外力が作用

査研究によって示された。同教授は阪神・淡路大震災で犠牲していなかったというだけのことであり，決してそのようなになられた方々の亡くなられた原因を丁寧に調査し，全体の規模の災害を克服したわけではなかったのである。阪神・淡犠牲者のうちの約 12％を占める焼死や全身火傷を死因とす

路大震災は，巨大災害の存在を認知する契機となった災害とる犠牲者の大部分が建物の倒壊に根本的な原因があることをいえる。

明らかにした。また，瓦礫の下敷きになった人々の 75％が巨大災害の存在の認知

戦後の自然災害による犠牲者数の推移から巨大災害による住民の手で助け出されたという話から，共助の重要性がよく

犠牲者数を除けば，災害による犠牲者数は単調減少しており，言われるが，一方で，救助活動に住民の手が取られ，地震時

戦後の 20 年ほどは年間 700 名規模の犠牲を出していたのが，の同時多発火災に最も重要な住民による初期消火活動が後回

ここ 20 年ほどは年間 100 名規模にまで減少している。筆者

しにされてしまった側面もあると指摘されている。なお，同は，中小規模の災害に対しての対策の効果の現れであると解教授らによって，関東大震災の火災についてもその根本的な釈している。一方で，巨大災害に目を向ければ，犠牲者数が原因は建物倒壊にあるとの研究結果が示されている。詳しく減少傾向にないことは誰の目にも明らかである。阪神・淡路

は，一般向けにわかりやすく書かれている教授の著書１） が大震災によって，巨大災害対策をどうするのかという新たなあるので，そちらを参照されたい。

災害対策の視点が必要であることを我々は学んだ。それが “ 減B 東日本大震災

災 ” という考え方であった。すなわち，災害による被害をゼロ

広域巨大災害というタイプの災害 東日本大震災は，2011 年にするための対策だけではなく，被害を少しでも小さくする

3 月 11 日午後 2 時 46 分に発生した。当日，筆者は阪神・淡ための対策にも目を向けるべきであるという考え方である。

路大震災記念人と防災未来センターの研究員として，近い将

阪神・淡路大震災は “ 減災 ” の原点であり，この災害以降，来の発生が懸念されている東海，東南海・南海地震対策に関減災研究が本格化した。なお，明治から現在までの約 145

するシンポジウムを神戸で開催していた。このシンポジウム

年の間に，風水害による巨大災害が 17 回，地震や津波によで最も重要な論点は，阪神・淡路大震災でも経験していない

る巨大災害が 17 回発生しており，両者の発生頻度は同数と複数の府県で同時に千人を超す犠牲が出たときにどのようななっている。単純に平均化すれば 5 年に一度は風水害か地震・困難が待ち受けているのかということであった。4 年間にわ津波による巨大災害が発生していることになる。

たる実務者との協働研究プロジェクトによって，巨大災害の

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防災教育における理科教育の役割 Ⅰ

特 集

中でも我が国がほとんど経験していない “ 広域巨大災害 ” と

約 12〜13 mの標高の高台に設置されており，津波が発生しいうタイプの災害の特殊性が少しずつ明らかになってきていたときに地域の人々が避難すべき場所として指定されていた。

た。例えば，津波によって使えない避難所が多く発生するな

当日も住民が避難をしてきている。結果として，津波が海岸どして，避難所を被災市町村内で確保できなくなり，内陸のに到達するまでに地震発生から約 45 分あったが，当然，その市町村へ集団避難をしなければならなくなるのではないかと間に避難行動を取ることはできず，さらにその約２分後，津いうことや，物流業者とうまく連携しなければ，救援物資が波が鉄道盛土を越え始めてやっとさらなる高台を目指そうと末端の避難所まで十分に行き渡らなくなるのではないかなど

いう判断になった。しかし，この時点からこの施設に津波がといったことが示された。詳細は，同センターのホームペー

到達するまでの時間はわずか 2 分 40 秒程度であった。こうジからシンポジウム資料が閲覧できるので，参照されたい。

した中での避難では，初めに危機感を抱いた人間の「もしかそして，シンポジウムの終盤を迎えようとしていたときにしたらここも危険かもしれない」という雰囲気をいかに早く

東日本大震災が発生した。この災害は，まさにこのシンポジ

その場にいる全体に波及させられるかが重要になる。ここでウムで議論していた東海，東南海・南海地震による災害と同は，大きな声で叫びながら施設内を通って避難したことが効

じ “ 広域巨大災害 ” であった。広域ではない巨大災害である

果的であった。また，当時，施設利用者やスタッフが取って阪神・淡路大震災からは全く想像もできないような問題がいいた施設内での余震対策のための態勢や外に出やすい大きな

くつも発生した。例えば，上記のシンポジウムで議論されて扉が多数設置されていた建物の構造も有効であった。結果といたことが実際に起きたことをはじめ，他にもさまざまな問して，この施設の利用者 69 名のうち 28 名が避難に成功し題が発生した。岩手，宮城，福島を中心とする被災地にガソている。想定を超える津波からの避難においては，初めの数

リンなどの燃料が行き渡らず，県や国の職員が被災市町村や十秒単位の時間の違いが避難の成否を大きく左右する。

２）

避難所へ行くことさえ困難となり，広域的な支援をなかなか平時においては，予測浸水範囲の外側エリアに津波防災対本格化させることができなかった。また，遺体の火葬が間に策を実施することは容易ではない。南三陸町のこの施設では，

合わず，応急的な措置として土葬が行われたり，東京都など

介護福祉の教育や世代間交流事業の一環として，この施設との協力を得るなどの対応が取られた。

さらに高所にある高校との間に階段が設置されていた。それ
東日本大震災の特徴でが想定を超える津波からの避難に有効であった。この階段が特に重要なものとして，発生した津波がそれ以前に想定されなければほとんどの方々が命を落としていた可能性がある。

ていた規模の 2 倍から 3 倍に達していたことがあげられる。

これから想定を超える津波に対して柔軟に対応できる社会を

筆者らの最近の研究により，想定を超える津波からの避難の作っていかなければならない。そのためには，津波防災対策

困難さが少しずつ明らかになってきた。この種の津波避難にだけに頼ってはいられないと考えている。

想定を超える災害への対応の困難さ

は，想定の範囲内の規模の津波から避難をする場合とは全く異なる困難さがある。すなわち，浸水予測範囲の外側にいる

C 将来の地震・津波災害（南海トラフ巨大地震など）場合，自分たちがいる所は安全であるということになるため，

ここまでは，実際にこれまでに発生した地震・津波災害のなかなかそこからさらに避難行動を取ることができない。筆

事例を紹介してきた。ここでは近い将来の発生が懸念されて者らが調査した南三陸町のある施設スタッフの話では，市街いる地震・津波災害について一つだけ事例を紹介しておきた地で砂埃があがったり，電柱が倒されているようすからは行い。既にご存じの方も多いと思うが，南海トラフ沿いで発生動を起こせなかったという。見慣れたスーパーの看板が横にする東海，東南海・南海地震である。2012 年 8 月，東日本

動いているようすが見えたり，市街地を横断する鉄道の盛土

大震災を受けて，新たな想定が政府から発表された。それはを越える津波のようすを見て初めて「ここも危ないかもしれ

従来の想定よりもずいぶん大きな規模となり，“ 南海トラフない」と感じたと当時を振り返られている。ちなみに，彼ら

巨大地震 ” と名づけられた。現状のままでは最悪 30 万人にの施設は従来から想定されていた津波の高さ約 7 mに対しても及ぶ死者が見込まれている。この規模の地震・津波が発生

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Ⅱ これだけは知っておきたい −地震・津波災害を生き抜くために−

特 集する確率についてはよくわかっていない。しかし，毎年必ず海底地盤が大きく変動するため，津波を伴うことが多い。東冬がやってくるように，近い将来，必ず南海トラフ沿いで巨

日本大震災を引き起こした地震がこのタイプである。プレー

大地震が発生する。したがって，これからの社会を担う世代

ト境界地震が発生する前後は，陸側のプレートが大きく変形には，私も含めてこの災害の発生を織り込んだ人生設計が求しているため，直下型地震が発生しやすくなる。南海トラフ

められる。そして，少しでも被害が小さくなるように社会の沿いの巨大地震の発生が迫っている西日本と，東日本大震災

脆弱性を小さくし，そして防災力を高める取り組みが必要とが発生したばかりの東日本は，いずれも当面日本海側を含めされている。なお，過去 300 年程度の記録を踏まえて比較て直下型地震への警戒を強める必要がある。

的発生する可能性が高いと考えられる従来の想定であってⅱ 地震の発生源は点ではなく面であるも，避難者数は最大で 500 万人と見積もられている。これ

震源とは，地殻内地震であれプレート境界地震であれ，たは約 50 万人であった東日本大震災の 10 倍，約 30 万人であっ

まったひずみを解放するために破壊が始まった断層面上の点た阪神・淡路大震災の 17 倍である。こうした数字を見れば，を指す。震源から始まった破壊は，地震波を出しながらしだ

応急的な避難所生活をどのように乗り切るのかという問題をいに周囲へ広がる。したがって，地震の発生源は点ではなくとっても，これまでの対策の延長線上に解がないことは明ら面である。たとえ震源が遠くても，断層面が読者の皆さんのかである。例えば，いずれのコミュニティーも自立して乗り近くまで延びてくれば，地震波の発生源は遠くないのである。

切れる体制を準備するといった“自立した防災”ともいうべき

例えば，南海トラフ沿いの巨大地震であれば，紀伊半島や四方針を徹底したうえで広域支援体制を構築するといった，次国の下まで断層面が延びてくる可能性がある。もし仮に震源元の異なる対策と向き合わざるを得ないのではないだろうか。

が紀伊半島の沖合にあったとしても，地震の発生源は自分の真下にあるかもしれない。

3 地震災害の基礎知識

ⅲ 断層の破壊は複雑である
同じ規模の地震であっても，断層面内のどこに強い地震動

ここでは地震災害について知っておいていただきたい基本を出す領域があるのか（近くにあるのか，離れた所にあるの的な事項を５つ紹介する。特に，発生メカニズムに関する部

か），また断層の破壊はどのような方向に進んでいくのか（自分は，理科教育の中で防災上の意味と合わせて指導していただ

分に向かってくる方向か，離れていく方向か）によって，揺ければ，生きた知識として生徒に習得していただけるだろう。

れの大きさは変わってくる。残念ながら，現在のところ，こⅰ 地震はプレートの動きに伴う断層の破壊が原因

れらの条件がどのようになるのかは起きてみなければわから

今，読者の皆さんはほとんどの方が北米プレートかユーラ

ない。したがって，ある一つの想定の結果を見て，それが唯シアプレートの上に立たれている。これらの陸側のプレート

一の可能性だと考えることは間違いである。断層の破壊は非は海側のプレートである太平洋プレートとフィリピン海プ

常に複雑なのである。

レートからそれぞれ圧縮される方向に大きな力を受けている。

ⅳ 柔らかい地盤で地震波は増幅する

もう少し丁寧に言えば，海側にあるプレートは年間 5 〜 10 cm

地震の発生源から広がる地震波は比較的硬い地盤内を伝程度のオーダーで陸側のプレートの下に沈み続けているが，わって地表面付近に到達する。地表面付近には柔らかい地盤

同時に陸側のプレートの端を引きずり込む方向に引っ張って（表層地盤）があり，地震波はそこで増幅される。増幅されいる。その結果，陸側のプレート内のひずみが成長し，しだやすさは地盤によってさまざまである。やや難しく聞こえる

いにプレート内の弱い部分にひび割れが入る。これがいわゆかもしれないが，簡単に言えば，揺れやすい地盤と揺れにくる “ 地殻内地震 ” であり，直下型地震ともいわれている。阪い地盤があるということである。先述した断層の破壊の複雑神・淡路大震災を引き起こした地震がこのタイプである。

さから，どのような地震波が生成されるかがわからなくても，揺一方で，海側のプレートと陸側のプレートの境界が大きくれやすい地盤の上で生活している場合には特に耐震対策や家ずり動く場合がある。これを “ プレート境界地震 ” と呼び，具の固定を徹底するべきであろう。なお，この表層地盤の増

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防災教育における理科教育の役割 Ⅰ

特 集

幅率は防災科学技術研究所が運営する「J-SHIS Map 地震ハになるのである。津波は海面から海底まですべての水が動く。

３）
ザードステーション」
から約 250 m 四方の地図で確認できる。

海面付近の水しか動かない台風時には，海の生物たちは海底ⅴ 建物によって揺れ方が違う

付近に避難することができる。しかし，津波の場合にはそれ表層地盤で増幅された地震波が同じであっても，その上にができず，海の生物や海底の土砂などが陸域に流されてくる。

建っている建物がどれだけ揺れるのかは建物の高さや構造な泥かきのボランティアをした学生たちから，床下の泥からたどによって異なる。一般に，高層マンションや高層オフィス

くさんの腐った魚が出てきて非常に臭かったという話を聞いビルなどはゆっくりと揺れる周期の長い波に弱く，そのようたが，筆者もまた岩手県内の被災地でカメを目撃している。

なタイプの地震波が作用した場合に大きく揺れる。逆に，木造２階建てなど低層の建物は小刻みに揺れる周期の短い波に弱い。東日本大震災をもたらした東北地方太平洋沖地震はプ
レート境界地震であり，断層の長さは 500km にも及ぶ。このような大きな断層をもつ地震では，高層建築物を大きく振動させるやや長周期の地震波が生成されやすい。そして，この種の地震波はエネルギーを弱めることなく遠くにまで伝わる性質がある。大阪にあるワールドトレードセンタービル（55階建て，現在は大阪府咲洲庁舎）はこの長周期の地震波による被害が報告されている。

図１ 津波で打ち上げられたウミガメ( 筆者撮影：2011 年 5 月 10 日，岩手県宮古市 )ⅱ 被害が面的に広がる
東日本大震災前の被害データから，木造家屋は津波の深さ

4 津波災害の基礎知識

が 2 m を超えると全壊・流出することがわかっている。１階部

ここでは津波災害について知っておいていただきたい基本

分の半分がつかる程度の津波に襲われれば，2 階へ逃げても的な事項を６つ紹介する。海の近くに生活圏がなくても，四助からないと考えなければならない。こうした規模を超える津方を海で囲まれた日本では，どのような機会に津波に遭遇す

波が来襲すれば，木造家屋は軒並み同様の被害となるため，るかわからない．理科教育などの機会を通じて誰もが津波の被害は面的に生じる。地震災害による建物の被害が弱い建物特徴を学んでおく必要があろう．また，流れとしての津波のを中心に離散的に発生するのとは，大きく被害の様相が異なる。

怖さは，ゲリラ豪雨等の風水害とも共通する部分がある。

ⅰ 津波は大きなエネルギーをもった“ 流れ ” である

ⅲ 被災程度にコントラストが出る
建物の被害の程度は，津波の深さがおもな要因となって決まるため，被災地に被害程度のコントラストがはっきりと現“ 流れ ” としての津波のイメージは，東日本大震災の津波れることも津波災害の特徴であろう。例えば，海岸付近からの映像などからほとんどの方々に定着したのではないかと想

内陸に向かって標高が高くなっている場合，津波の浸水深は像される。津波は長波に分類される波であり，水深に対して内陸に向かって小さくなる。したがって，この場合，海岸付

非常に長い波長をもっている。津波は，確かに山と谷をもっ近に木造家屋が全壊・流出するエリアができ，その内陸側にた波の形をしているが，あまりにも波長が長いために目で見浸水被害のエリアが続く，そしてさらに内陸側に全く被害のてこれを波だと認識できる人はいないであろう。例えば，京ないエリアが続く。海岸付近のエリアは学校などの避難所施都から名古屋までの距離で数 ｍの高さの山があったとして，

設が使えないため，内陸にそのような施設を求めなければな

それを山だと認識できる人がいるだろうか。しかし，こうしらないが，浸水被害エリアのそうした施設はそのエリアのた波も水深の浅い海域にまで伝わってくると，流れも高さも人々によって使われているため，さらに内陸の無被害エリア

大きく増幅される。そこで初めて津波の姿を確認できるようにまで行かなければならない事態となる。無被害エリアは，

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Ⅱ

特 集

防災教育における理科教育の役割 Ⅰ

これだけは知っておきたい−地震・津波災害を生き抜くために−

特 集

そうした人々によって学校が避難所として使われなければ，た。消防がヘリでつり上げ救助を行ったり，自衛隊がボート

通常どおり学校教育が行えるため，避難者は学校再開のタイで救助活動を行ったりしたが，救助活動が追いつかず，海水

ミングでさらに別の避難所へ移動しなければならなくなり，が引くまで建物内にとどまらざるを得ないケースも少なくな負担がいっそう大きくなる。

かった。海岸堤防の被災と地殻変動に伴う地盤沈下が重なり，ⅳ 流された方々が見つからない

満潮のたびに市街地に海水が流入する地域もあった。海水が地震災害は，建物が全壊しても，もともとそこにいた人，

市街地に滞留した状況ではあらゆる復旧作業に着手ができな

そこにあったものはその場所にとどまり続ける。一方で，津

いため，復旧・復興に向けた対応に遅れが生じる。なお，海波災害は，建物が全壊・流出すれば，人であろうと，家財道

水が市街地に溜まったままになるという被災形態は，1959

具であろうと津波の流れに飲まれ流されてしまう。そのため，

年伊勢湾台風災害でも発生している。当時は，この問題に集

津波災害では，流された方々や流されたものが見つからない

中的に取り組むために，関係省庁，関係市町村並びに関係団という，地震災害では問題にならないことが大きな問題とな体からなる連絡小委員会が政府の現地災害対策本部内に設置る。津波に飲み込まれた方が住まわれていた町から離れた所された。3 つ設置された連絡小委員会の 1 つがこれであるこに漂流してしまった場合には，遺体が発見されても身元を特とからも，この問題がいかに重視されていたかが窺える。

定することが困難になる。その遺体が安置されている場所に，家族などが容易にたどり着けなくなるからである。
行方不明者の捜索が行われている中では，瓦礫の撤去作業

5 最後ににも慎重さが求められる。また，家族が行方不明のままでははじめにも述べたが，我が国においては今や地震災害，津心に区切りをつけることができず，復興に向けて動きだすこ

波災害のことを考えずに生きていくことは不可能である。ことが難しくなる。このように，流された方々が見つからない

れからの時代は，理科教育などを通じてこれらの災害に関すという問題は，応急・復旧対応，復興対応に大きな影響をもる知識を習得し，一人一人がこのような時代をうまく生き抜たらす。東日本大震災でも同様で，今なお懸命の捜索活動がく力を養わなければならない。また，誰もがこれらの災害を続いている。

乗り越えられるような社会を構築するため，それを実践でき

ⅴ 被害が広域になるる人材をさまざまな分野に育てていかなければならない。も

津波は，エネルギーを減衰させることなく比較的遠方にまちろん，我々にとってのリスクは地震災害や津波災害だけでで伝播する。そのため，津波災害は，津波の規模によって被はない。また，リスクを回避するために生きているわけでも害が広域となる可能性がある。1960 年のチリ津波は，約 24ない。したがって，適切なバランス感覚も求められるだろう。

時 間 か け て 日 本 に ま で 到 達 し 142 名 の 死 者 が 出 た ほ か ，

本稿ではそのような時代を生き抜くために最低限必要である

2004 年のインド洋大津波でもスリランカやインド，タイ，と思われる基礎的な事項について述べた。これをきっかけに

インドネシアなどインド洋沿岸諸国に甚大な被害をもたらし

いろいろな文献を手に取っていただき，知識の絶対量を増やた。東日本大震災における津波もまたアメリカにまで達し，していただけたら幸いである。また，教育の最前線で活躍さ

カリフォルニア州に 1 名の死者が出ている。日本国内では，れている読者の皆さまの教育を通じて，多くの学生にも役立

岩手，宮城，福島の 3 県を中心に 5 m を超える津波が来襲し，ててもらえれば幸甚である。

いずれも千人を超える死者・行方不明者が出た。

ⅵ 海水が市街地に溜まったままになる
津波は，氾濫した海水が市街地から排水されずに滞留したままになる場合がある。東日本大震災では，滞留した海水の中に津波避難ビルなど鉄筋コンクリート構造物へ避難した
人々が取り残され，孤立してしまうという事態が多数発生し

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❖

参考文献
１）目黒公朗著：『間違いだらけの地震対策』，旬報社(2007年)
２）阪神・淡路大震災記念 人と防災未来センター：「スーパー広域災害」の応急期における課題の特徴と災害対応のあり方[http://www.dri.ne.jp/tohokusp/]，2013年2月現在
３）防災科学技術研究所:J-SHIS Map 地震ハザードステーション[http://www.j-shis.bosai.go.jp/map/]，2013年2月現在

連 載

数学は人とともにあるある意味で，形式的に問題が解決できることは，数学のよさの一つです。例えば，小学生のころには，鶴亀算や旅人算

第3回のようなやり方をたくさん覚えなければいけなかったのに，数学は役に立っている中学生になって連立方程式を勉強すると，すべてが統合されて，機械的に答えが出せるようになる。そういう理解に至れれば，数学も楽しくなります。
反対に，なぜわからない数を x と置くのか，なぜ２つの式の係数を揃えて引くのか，なぜ移項していいのか，などなど，
具体的な意味を求めるあまり，形式的な数式の操作に気持ちがついていかない生徒もたくさんいます。そういう生徒たち
は授業についていけず，だんだん数学が嫌いになっていくのでしょう。落ちこぼれたら最後，数学の授業は忍耐の時間でしかありません。そして，決して自分の人生の役には立たな
いと思うようになっていきます。
しかし，本当に数学は人生の役に立たないのでしょうか？

撮影：宮島正信

横浜国立大学大学院教授

根上生也 / ねがみ せいや

カーナビは数学のかたまり
いずれにせよ，数学が世の中で役に立っていることは，ま1957年東京都に生まれる。東京工業大学理工学研究科博士課程情報科学専攻(1983年中退)。理学博士。東京工業大学助手を経て，現在，横浜国立大学大学院環境情報研究院教授。「計算しない数学」を提唱する数学者。独特な数学の世界を展開する啓蒙的な論説や著作多数。「頭がしびれるテレビ」「和算に恋した少女」などを監修。

ぎれもない事実です。コンピュータが登場して以来，その様相はますます顕著になってきました。実際，さまざまな情報
機器の内部は数学的な仕組みでいっぱいです。例えば，情報通信を行う際に，ノイズによって乱されたとしても，正しい情報が取り出せるような仕組みや，途中で悪意を持った第三者に傍受されても情報が読み取られないようにする仕組みが生徒たちの悲鳴あります。前者は符号理論，後者を暗号理論と言います。
もちろん，専門的な勉強をしてからでないと，そういう仕「こんな数学，何の役に立つのさ」

掛けを厳密に理解することは難しいでしょう。そういう難解

以前も書きましたが，たくさんの高校でこんな声が聞こえな数学なら，自分は理解しなくてもよいと思っても当然です。

ています。決して「何の役に立つのか？」という質問ではあ専門家だけが理解していればよいのであって，私には関係なりません。「こんな数学をするのは嫌だ」という悲鳴です。

い。それはそのとおりです。

生徒たちがそんな気持ちになってしまうのも，数学の先生

しかし，細かいことにまでは踏み込まずに，仕掛けの原理たちが，受験指導を急ぐあまりに，数学の意味を伝えずに，を知ることにすると，思わず「なるほど」とうなずいてしま

公式の暗記とその適用問題の反復練習を生徒に強いているかうことも多いはずです。例えば，『数学活用』の中でも紹介さらでしょう。実際，大学の新入生たちに高校時代の数学の授れているカーナビの仕組みを知ると，数学が役に立っている業について事情聴取してみると，「どうしてそういう公式が成ことを感じてもらえるでしょう。

り立つのか」と数学の先生に尋ねると，「いいから，公式を覚えろ」と怒られるのだと吐露する学生がたくさんいます。

まず，カーナビの基本的な機能の一つに GPS があります。
これは Global Positioning System の略で，日本語では「全

No.4

15

連 載

数学は人とともにある

地球測位システム」というようです。つまり，あなたが地球もし手元に 3 つの基地が載っている地図とコンパスがある

上のどこにいるのかを特定する仕掛けです。簡単に言うと，のなら，縮尺に合わせて 3 つの基地の点を中心に円周を描け

地球のまわりの宇宙空間にある人工衛星から発信される電波

ば，その 3 つの円周が交わる点があなたの車の位置に対応しを使って，人工衛星からあなたの車までの距離を測定し，そています。しかし，カーナビにはそういうことができないのれをもとに地球上の位置を特定するというものです。

で，この解法を機械的な操作に置き換える必要があります。

では，なぜ人工衛星からの距離がわかると，自分の車の位

ここまでは幾何の問題として GPS の仕組みを考えました

置がわかるのでしょうか。その原理を理解するために，手始が，それを代数の問題にしてみましょう。地図上の地点は緯めに平面上の位置を特定することを考えてみましょう。まず，度と経度とを使って指定できます。それは中学校で習った平平面上に基地があり，そこから電波が発信されていて，それ面上の座標にほかなりません。そこで，あなたの車の座標をによってその基地から車までの距離がわかるとします。
（どう(x, y)，基地 A の座標を (a, b)，基地 A から車までの距離をやって距離がわかるのかは後述します。
）

r とすると，次の方程式が成り立ちます。

仮に，基地 A から車までの距離が 100 km だとすると，その車は基地 A を中心とする半径が 100 km の円周上のどこか

22(x－a) + (y－b) = r

2にいることになります。しかし，その円周上のどこなのかまもちろん，これは高校生のときに学ぶ円の方程式です。そのでは決定できません。

円の中心の座標が (a, b) で，半径は r です。

そこで，基地をもう１つ用意して，そこからの距離も考えます。仮に基地 B から車までの距離が 150 km だったとすると，車は基地 B を中心とする半径 150 km の円周上にいるこ

上の式を展開すると，

x 2 － 2ax + a 2+ y 2 － 2by + b 2 = r 2とになります。すでに，基地 A を中心とする半径 100km のとなります。基地 B と C に対しても同様の 2 次方程式が得

円周上にいることもわかっているので，この 2 つの円周が交られますが，どの方程式においても x と y の係数はともに 1わる地点に車がいることになります。

になっています。そのおかげで，2 つの方程式の差を作ると，

22x 2 と y 2 が消去されて，x と y を未知数とする 1 次方程式が得られることになります。
例えば，基地 A と B，基地 A と C の方程式の差を作れば，2 つの 1 次方程式が得られます。つまり，2 つの式からなる連立 1 次方程式が得られることになります。その連立方
程式は中学校で習ったやり方で簡単に解くことができますね。
もちろん，その解があなたの車のいる地点の座標です。
図１ カーナビの原理

しかし，一般的には，2 つの円周の交点は 2 個あるので，実際の GPS は，平面ではなく，3 次元空間で問題を解くことになりますが，基本的な原理は平面の場合と同じです。宇
宙空間に浮かぶ人工衛星からの電波を頼りに距離を計算して，このままではそのどちらの交点に車がいるのかは確定できま

方程式を立て，それを解く。１つの人工衛星からの距離がわせん。そこで，さらにもう１つ基地を用意します。基地 C をかれば，人工衛星を中心に，車までの距離を半径として描い中心とする円周も考えれば，車の位置は 3 つの円周が同時にた球面の上にあなたの車がいることになります。

交わる地点にいることになります。ただし，基地 A, B, C が

一般に 2 つの球面の交わりは円周なので，2 つの人工衛星

直線上に並んでいると，3 つの円周の交点は 2 点のままです。

からの距離がわかっただけでは，車の位置の候補は無限にあしたがって，3 つの基地は三角形を作るように配置されていります。さらに 3 つ目の球面を考えれば，交点は 2 点になりる必要があります。そのような配置を一般の位置といいます。

ます。そのどちらに車がいるのかを確定するために，さらに

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もう 1 つ人工衛星が必要です。つまり，4 つの人工衛星から

4 つの人工衛星の位置と車までの距離をもとに，4 つの球面の距離がわかれば，あなたの車の位置が確定できることになの方程式を考えれば十分でした。時計に遅れがある場合は，るのですが…。

その時間差も未知数の 1 つとして，人工衛星から車までの距離を補正した方程式を考えればよいのです。しかし，未知数

速さと時間と距離の関係

が 1 つ増えるので，方程式も 1 つ追加する必要があります。

ところで，人工衛星から車までの距離をどうやって計算すいても車の位置を特定できます。実際の GPS では，車が地ればよいのでしょうか。
おそらく多くの人が勘違いしていると思うのですが，人工

つまり，5 つの人工衛星が利用できれば，宇宙空間のどこに球表面にいることを前提に，４つの人工衛星からの距離だけ
から車の位置を決めているそうです。

衛星から車までの距離を計算しているのは，人工衛星ではな

この GPS のほかにも数学が利用されているカーナビの機

く，あなたの車に搭載されているカーナビのほうなのです。

能はたくさんあります。例えば，目的地までの経路を探索す

そもそも，地球上には何万台，何億台という車が存在するでるためには，グラフ理論という数学が利用されています。ましょう。その世話を数限られた人工衛星がしているとしたら，

た，カーナビの画面に現れる立体的な街並みの CG を実現す処理が追いつかないでしょう。

るためには，高校で学ぶベクトルや行列，三角関数などの数

実は，個々の人工衛星は，人工衛星の位置と電波を発信した時刻のデータを送り続けているだけなのです。前者は 3 次

学が関係しています。カーナビに限らず，いろいろな情報機器の背後に潜む数学を探してみると面白いでしょう。

元空間内の球面の中心の座標に相当します。となれば後者が「距離」に相当しているはずですが，実際に送信されているデータは「時刻」です。
ここで思い出してほしいのが，小学校の算数で学んだ速さと時間と距離の関係です。
距離 ＝ 速さ × 時間
つまり，速さと時間がわかれば，距離がわかります。
電波は光と同じ電磁波なので，その速さは光速（およそ秒
速 30 万 km）です。ということは，人工衛星が電波を発信し役に立つかではなく，役立てる
さて，皆さんは，ここまでを読んで心の中で何回「なるほど」とつぶやいたでしょうか。あえて細かいところまで解説しませんでした。論理や計算のすべてを理解しなくても，数学が役に立っていることを感じ取ることができたと思います。
要するに，数学の問題を厳密に解くスキルを身につけていな
くても，数学が楽しめたというわけです。
なるほど。数学は確かに世の中の役に立っているようだ。

た時刻とそれをカーナビが受信した時刻の差を求めて，それでも，やはり自分の人生には役に立っていない…。依然としに光速を掛ければ，人工衛星から車までの距離がわかることてそう思っている人がいるかもしれませんね。しかし，心のになります。実際，人工衛星が発信した電波にはその発信時中で何回も「なるほど」とつぶやき，数学が役立っているこ

刻のデータが載っているので，それとカーナビの時計とを比とを知り，それを楽しむことができた自分自身を自覚するべ

較すればよい。なるほど。

きです。あなたはすでにそういう数学が楽しめる世界で生きとはいえ，この考え方が成立するためには，人工衛星とカーナビの時計が完全に合っている必要があります。しかし，個人が所有している車のカーナビの時計が人工衛星に搭載されているのです。その世界では，あなたが教養として知っていた数学が役に立っています。
大切なことは，数学が自分に役に立つかどうかではなく，ている原子時計とぴったり同じ時刻を告げているなんて，望あなた自身が数学を役に立てるかどうかです。理工系の技術

み薄ですね。

者になって直接的に役立てなくてもいい。あなたの教養の世

そこで，どうするのかというと，カーナビの時計の遅れも界を広げるために，数学を役立ててください。

❖

未知数として方程式を立てるのです。時計に遅れがなければ，

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連 載

理科を活かして考えよう
理科では電気が苦手という先生も多いようですが，電気に第3回

見えないもの

ついてわかりやすく教えるのは難しいことです。正直なとこ
ろ，筆者の専門分野である，電気電子工学の専門を目指す大学生でも，電気回路を理解するのは容易なことではありません。それは電流も電圧もまったく見えない現象，物理量であるからです。豆電球や LED を光らせることで電気が見える，というのは誤った理解で，見えるのは電気によって発生した光です。本当にわかってもらいたいのは，実体の見えない電流や電圧という「もの」の本質です。
「見えない」ことは「何もない」ことではありません。そこに何かがあっても人間の視力では見えないものがたくさんあります。
「見る」というのは光の空間的な分布を感じとることです。
「もの」が光に対して作用しないと見えません。また大きさがあまりに小さいと人間の視力では検知できません。

高知工科大学教授

八田

細菌やウィルスなど病原となるものの多くは非常に小さく，

章光 / はった あきみつ

顕微鏡でなければ見ることができません。顕微鏡を使ってさ1963年愛知県に生まれる。京都大学工学部電子工学科卒業，同大学院修士課程電子工学専攻修了，博士後期課程単位取得退学。大阪大学工学部電気工学科助手，高知工科大学電子・光システム工学科助教授を経て，現在は同システム工学群教授，
ナノテクノロジー研究所長，国際交流センター長。
2012年より高知県教育委員会教育委員を務める。
博士（工学）。専門は放電プラズマ工学，薄膜電子材料，エネルギー環境教育。

世界に知られています。目に見えない病原体を精力的に顕微定量的なものの見方
見えないもの

まざまな病原体を明らかにした野口英世博士の活躍は，広く鏡観察で見いだしたことが医学の大きな進歩につながりました。そして今も私たちは目では見えない病原性大腸菌や，胃腸炎，インフルエンザを引き起こすウィルスとの戦いを続け
ています。

微粒子
大気汚染は国境や海を越えて深刻な問題となっていますが，窒素酸化物（NOx）や硫黄酸化物（SOx）等のガスに加えて，「見えないもの」はいろいろありますが，なんだか少し怖PM2.5 と呼ばれる微粒子状物質の，健康への影響が懸念されい感じがします。そもそも何も見えなければ，お化けを怖がています。花粉症の要因であるスギ花粉や肺炎の原因にもな

る必要もないのですが，声はすれども姿は見えずとか，誰もるカビの胞子など，自然界にもさまざまな微粒子が存在していないのに物音が聞こえたりすると不安になります。超常現

いて健康を脅かすこともありますが，人間の活動で大量に放象，それは理科を活かして考えることで，ちゃんと理解でき出された微粒子は，自然界の微粒子とは性質や大きさが異なるはずの現象が，さまざまな要因で誤解，誤認されているもり，また大量であるが故に，人体にどのような影響を及ぼす
長さと距離の知覚のと考えます。

のかまだわかっていないことが多く，心配されています。

放射線は目に見えないし，低線量では何も感じません。見

空気中を漂う微粒子状物質を調べる場合，フィルターを通えない，感じない，ということが場合によっては必要以上にして大きなごみや塵を取り除き，微粒子だけを集めて分析し不安を煽る要因になるでしょう。正しく理解し，正しく恐れます。フィルターの孔のサイズで捕集する微粒子のサイズをることが大切で，放射線教育は重要です。

選別しています。直径が約 2.5μm 以下の非常に小さな微粒

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No.4

子のみを捕集し，一定体積の空気中に微粒子がどれだけ浮遊を感じさせるのが「ブラウン運動」です。理科で勉強したとしているかを微粒子の質量で示した値が PM2.5 と呼ばれる

おり，コロイドの微粒子を顕微鏡でよく観察すると，ランダ値です (PM は，粒子状物質：Particulate Matter の略 )。

ムにピクリ，ピクリと動いていることがわかります ( 図２)。

このような微粒子を直接目で見ることはできませんが，青

目に見えない大きさの分子が，見えている微粒子に衝突した

空や山の緑が白っぽく霞んで見える，あるいは深刻な場合にとき，その衝撃で微粒子が動くという説明を聞いて，改めては太陽の光が遮られて昼でも薄暗くなることがあります。理よく見ていると，なんだか見えないはずの分子が見えてきた科で「コロイドのチンダル ( ティンダル ) 現象」を学習しましような気になります。

たが，これは光が微粒子で散乱される現象です。
小さな微粒子に光が当たると必ずしも直進せず，図１のようにさまざまな方向へ散乱されます（微粒子の大きさによって，レイリー散乱とミー散乱があります）。微粒子が浮遊している空気中や溶液中に光が入射すると，微粒子によって散乱された光が本来の光路とは異なる方向に散乱されることで，
図 1 のように光路に沿って光の筋が見える，チンダル現象が© ミラージュ

観察されます。澄んだ空気では光はほとんど散乱されず，光路を見ることはできません。このように個々の微粒子を見ることはできませんが，チンダル現象によって微粒子の存在を知ることができます。

図２ ブラウン運動 牛乳１ｍL を水 7 ｍL に入れてよくかき混ぜ，顕微鏡 (400 倍 ) で観察すると，牛乳に含まれている脂肪球のブラ© 遠藤孝悦©Elke Roebken/plainpicture/amanaimages

ウン運動が観察できる。

図１

散乱とチンダル現象

どこまで見えるのか
さて，人間の目はどこまで小さなものを見分けることができるのでしょうか。髪の毛の太さは個人で異なりますが，一般的には直径100μm = 0.1mm 程度です。きれいに掃除した床やテーブル，白い紙の上などに髪の毛がたった 1 本でも落ちているととても気になります。これで髪の毛の太さである 100μm くらいまではよく見えるということがわかります
が，その 1/10，10μm となるとかなり難しそうです。花粉

原子や分子物質の構成要素である原子や分子はこれらの微粒子よりも症の要因であるスギ花粉は 30 ～ 40μm，カビの胞子は数μm～数 10μm で，一つ一つでは見ることが難しいですが，多数集まると存在がわかります。

さらに小さく，原子と原子の距離は 0.1 nm( ナノメートル ) 程

普通の紙の厚さは髪の毛と同じ 100μm 程度ですが，紙の度（1mm の 1/1000 が 1μm，その 1/1000 が 1nm）です。

表面を虫眼鏡や顕微鏡で観察してみると，図３のように，細個々の原子や分子を目で見ることはできず，また光学顕微鏡，

い繊維が絡み合ってできていることがわかります。しかしこ

レーザーを用いるレーザー顕微鏡でも 0.1μm = 100 nm がのような繊維のようすを目で直接確かめることは難しいで限界で，原子や通常の分子は全く見えません。

しょう。人間の目の限界はどうして決まるのでしょうか。目

ところがこのような小さな分子が確かにいる，ということの仕組みを思い出しながら考えてみましょう。

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連 載

理科を活かして考えよう
拡大するほど狭くなる視野
当然のことながら，顕微鏡も望遠鏡も倍率を上げて拡大するほど視野が狭くなります。狭い領域だけしか見ていない，

0,2 mm

隣の空間は見ていない，また顕微鏡では焦点の部分しか見ていないということに常に注意しておくことが大切です。顕微
図３ 紙の繊維 顕微鏡で観察した紙の表面のようす ( 筆者撮影 )鏡観察では，小さな試料片であってもそこに散りばめられた

眼は角膜と水晶体が凸レンズの役割を果たし，水晶体の厚さまざまな情報をしっかりつかむには時間が必要です。低倍みを調整して焦点距離を変化させ，網膜上に物体などの像を率で視野を広くして観察することも大切ですが，低倍率では自動車のスピード感

結像させます。網膜にある視細胞のうち，形状認識するため見えないものもあり，見逃してしまうかもしれません。せっの錐体は 1 mm2 あたり 10 万～30 万個なので，仮に縦横に整かくそこにある面白い発見を見逃さないためには，倍率を高然と並んでいるとすれば，その隣り合う間隔はくするほど時間をかけてじっくり観察することが必要です。

1√
100000≒ 0.003(mm)，1√300000≒ 0.002(mm)顕微鏡では被写界深度にも気をつけなければなりません。
特に光学顕微鏡ではピント（焦点，フォーカス）が合っていであり，およそ 2 ～ 3μm ということになります。網膜上でる領域は奥行方向に非常に薄い領域だけに限定され，その手

これ以上小さな像を結んでも，隣り合った錐体がその違いを前も奥もピントがずれてしまい何も見えません ( 図 5)。理科

認識することができません。

の実験で顕微鏡観察を行う際，スライドガラスの傷やカバー

図 4 のように凸レンズで結像するとき，もとの物体の大ガラスの上に付着したごみにピントを合わせてしまって，一きさと像の大きさは，それぞれ凸レンズまでの距離に比例し，生懸命観察したけれども，肝心な試料を見ていなかったとい

L 1:L 2 = d 1:d 2 となります。眼球の大きさは直径 25mm 程度なう失敗があります。試料に厚みがある場合，視野の移動だけので，水晶体 ( 凸レンズ ) から網膜までの距離はほぼ 25mm

でなくピントを前後にずらして見ることも大切です。

で一定と考えられます。近くのものを見るときは水晶体をぐっと厚くして凸レンズの焦点距離を短くする必要がありますが，筆者の場合，約 15 cm までが限界で，これ以上近づいてピントを合わせることができません。このとき対象物と網膜上の像の大きさの比は 150 : 25 = 6 : 1 となり，網膜上で認識できる最小サイズが 3μm であれば，認識できる物体の最小サ

図 5 光学顕微鏡での観察の深さ© 遠藤孝悦老眼になると水晶体の弾性が低下して難しくなります。今のそして大発見へ！

イズはその 6 倍，約 20μm 程度ということになります。

見えなかったものが見えるようになることは，科学技術に画期的な進歩をもたらします。しかし「見えない」のではな
く，実は「見ていない」ことも多いのです。自分の視野が狭© 遠藤孝悦いのだということ，限定されているということを理解したう

図 4 凸レンズによる結像と眼の仕組み

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No.4

えで，一生懸命「見ようとする」努力や忍耐力，きっと何かがあると信念をもって観察することによって，いろいろな大発見のチャンスに遭遇することでしょう。

❖

連 載

社会の中の科学技術
科学技術が私たちに計り知れぬ利益をもたらすと同時に，

第3回

さまざまな限界をもち，多くのリスクをもたらし得ること。
科学技術のもつそのような両義性を，私たちはどう理解すればよいのだろうか？

「トランス・サイエンス」

さらにそのことを見据えたうえで，私たちは今後，科学技術とどのように付き合っていけばいいのだろうか？
そのような問題について考えるうえで，震災後，注目を集めているコンセプトがある。今から 40 年ほど前にアルヴィン・ワインバーグという米国の核物理学者の提唱した「トラ©AIP Emilio Segrè Visual Archives, Physics Today Collection

ンス・サイエンス」である。

大阪大学全学教育推進機構准教授

中村征樹 / なかむら まさき

1974年神奈川県に生まれる。1997年東京大学教養学部教養学科科学史・科学哲学分科を卒業，2005年東京大学大学院工学研究科先端学際工学専攻博士課程終了。博士(学術)。東京大学先端
科学技術研究センター助手，文部科学省科学技術政策研究所研究官を経て，2007年より現職。専門は科学技術社会論・科学技術史。最近の編著に『ポスト３・１１の科学と政治』（ナカニシヤ出版，
2013年）。

図１ アルヴィン・ワインバーグ（1915 ～ 2006 年）

ワインバーグは，学位取得直後よりマンハッタン計画で原子爆弾の開発に携わり，後には，マンハッタン計画の一翼を担うべく設立されたオークリッジ国立研究所の所長も務めた人物である。原子力の研究に生涯を捧げながら，同時に，原子力に対する社会からの批判を正面から受け止めて活動を展開した。また，戦後の米国の科学研究体制に対して積極的に震災が問いかけるもの
東日本大震災で私たちは，科学技術の抱えるリスクと限界を目の当たりにした。
なによりも福島第一原子力発電所の事故は極めて衝撃的であった。このような事故がよりによってこの日本で起こるこ問題提起を行うなど，科学研究の在り方についても先鋭的な問題意識を抱いていた研究者だった。
今回は，ワインバーグが提唱した「トランス・サイエンス」
について解説し，科学の限界をどう理解し，科学の限界を超えた問題とどのように付き合っていけばいいのかについて考えたい。

とはあえり得ない，ほとんどの人びとがそう考えていたに違「トランス・サイエンス」

いない。私自身も，地震列島の日本に原子力発電所が立ち並ぶことの危険性について一抹の不安を覚えていたものの，正直なところ，まさか現実にこれほどの事態が起きるとは思っていなかった。

科学者は社会に対してどのように責任を負うべきなのだろ
うか。

No.4

21

連 載

社会の中の科学技術

そのことを考える際の一つのモデルは，科学は判断材料や題としてあり得るのだろうか。そのような事態に備えて，何手段を提供し，決定を下すのは政治であるというものだろう。

らかの対策をとる必要があるのだろうか。あるいは，そのよ具体例としてワインバーグがあげるのは，超音速旅客機をうな可能性は無視しても構わないのだろうか。

開発するべきか否かという，今となってはやや時代を感じさ

そのような問題になると，専門家の間でも見解が分かれ，せる問題である。超音速旅客機を利用することによって皮膚答えることが困難になる。もちろんそのような事故の起こるがんの可能性が高まるのか否か。その点について科学は何が確率が極めて低いという点については，専門家の誰もが合意しかの知見を与えてくれるだろう。政治は科学のもたらす知するだろう。しかし，安全装置が同時に故障する可能性が無見に基づいて，超音速旅客機の開発を進めるのか否かを決定視し得るか否かという点については，専門家の間でも評価がする。科学者の責任は，判断の前提となるような信頼できる分かれる。ある面で科学的な問題でありながら，科学（だけ）

科学的知見を提供することであり，その先は政治が考えるとでは解決できない。このような問題は科学の領域を超えておいうモデルである。科学は客観的事実に関わり，価値の問題

り，「トランス・サイエンス」と呼ばれるのである。

は政治や社会が扱う，そのように言い換えることができるかもしれない。

福島第一原子力発電所では，想定外の巨大地震により送電鉄

しかし，現実の科学と政治の関係はそれほど単純だろう
か？

この事例は，福島第一原子力発電所の事故を彷彿させる。

塔が倒れ，外部からの電力供給がストップした。さらに，想そうではないとワインバーグは指摘する。両者の境界定を大きく上回る津波が命綱の非常用電源を襲った。その結はしばしば曖昧であり，より複雑である。政治的・社会的な果，原子炉を冷却するための電源がすべて失われ，深刻な事問題だと思われていたものが実は科学的な分析を必要とした故へと至ったのであった。福島第一原子力発電所の事故ではり，あるいは逆に科学的な事実の問題と見なされている問題「想定外」という言葉が繰り返されたが，発生頻度が極めてが，科学的にはあまり意味がなく，むしろ政治的な検討を必

低い事象を「想定しなかった」こと，「想定から外した」こ

要とすることがある。

とが，深刻な事態を引き起こしたのであった。

科学か政治かといった線引きを前提とするのではなく，両ワインバーグの描き出す原子炉の安全性をめぐる議論では，者が重なり合う領域に注目し，問題をとらえていく必要があ

科学的事実の領域と政治的・社会的判断の境界は明瞭ではな

るのではないか。それがワインバーグの主張である。彼によい。原子炉の安全性の評価は，価値判断が関わるからといっれば，科学と社会の界面で発生している問題の多くが「事実て政治の領域に丸投げできるわけではない。むしろその評価に関する問題であり，科学の言葉で述べることができるもの

において，科学だけでは答えられないにもかかわらず，科学の，科学では答えることができない」。ワインバーグはそのを無視できない。科学と政治の境界で考えることが求められような問題領域を「トランス・サイエンス」と名づける。

るのである。

ここで「トランス・サイエンス」の事例として引き合いに出されるのが，原子炉の安全性に関わる問題である。

原子炉の安全性

トランス・サイエンス的問題群
一面では科学の問題でありながら，科学の領域を超え，科学だけでは解決できない問題領域であるトランス・サイエン

原子炉の安全性は，科学的に答えることのできる問題であス。その実態は多様であるが，ここではワインバーグの指摘る。運転中の原子炉の安全装置がすべて同時に故障した場合，するトランス・サイエンス的問題群の中からいくつか特徴的

何らかの対策がとられなければ深刻な事故に至ることは議論な事例を紹介しよう。

の余地がない。これは原子炉のメカニズムの問題であり，科1 低線量被ばくの影響学の問題であって，専門家の間に異論はない。

低線量被ばくの人体への影響は，福島第一原子力発電所事

しかし，すべての安全装置が同時に故障することは現実問

22

No.4

故後，我が国でも注目を集めている。地域によっては依然として一定の放射線量が記録されているところもあり，関心は3 人間を対象とする研究高い。

社会科学など，人間を対象とする研究では，対象の挙動がさて，低線量被ばくによる発がん性の評価は，自然放射線による影響を取り除けないため，一定線量以下の被ばくにつ複雑すぎるために，自然科学の世界のように，厳密な知見を得ることが困難である。

いてリスクを評価することが原理的に困難である。動物に照

物理学では物体に働く力と初期条件がわかっていれば，

射実験をする場合も，極めて低線量の被ばくリスクを評価し個々の物体の運動を正確に予測することができる。しかし人ようとすると，十分に信頼性のある結論を得るには数十億匹間の行動を対象とする場合，一個人の行動を正確に予測するの実験動物が必要とされ，実験が実際上不可能となる。すな

ことは困難であり，できてもせいぜい平均的な個人の行動をわち，低線量被ばくの生物学的影響をめぐっては，科学的にある程度予測できるにとどまる。多様性があり，意識をもつ

信頼し得る知見を得ることが現実問題として困難である。

個々の人の行動を物理学のように予測することは不可能であ

2 想定外の事故が起こる可能性－原子炉の設計る。

発生頻度が極めて低いものの，いったん事故が発生すると

1 ，2 が科学的に厳格な結論を得ることがコスト面・実

深刻な影響を及ぼす問題もまた，それをどう評価するかをめ

務面で無理であるという問題だとすれば， 3 は研究対象のぐって大きな課題がある。

あまりの多様性に由来する問題である。

原子炉の安全性の分析にあたっては，特定の箇所に不具合

ワインバーグがトランス・サイエンスを提唱したのは 1970が発生したときに，それがどのようなかたちで波及していく

年代初頭である。その時代状況もあり，ワインバーグはあまか（あるいは影響の拡大が防げるか）を評価するため，イベ

り触れていないが，バイオテクノロジーの発展に伴って，出ントツリーが作成される。原子炉など事故発生時に深刻な影

生前診断をはじめとした倫理や価値が深く関わる問題も，今響がもたらされる場合には，何重もの安全装置・機能が用意

ではトランス・サイエンス的問題群の大きな一翼を担うようされている。それらが作動した場合，作動しなかった場合，になっている。

それぞれどのような帰結がもたらされるかがツリー状に描きだされる。それぞれの安全装置・機能について，どの程度の確率で不具合が生じるかを算定することで，深刻な事態に至る確率が計算される仕組みである。
先に見た原子炉の安全性のトランス・サイエンス的問題と科学のもつ制約への理解
以上，「トランス・サイエンス」をめぐるワインバーグの議論の一端を紹介してきた。

しては，ここで最終的に算出された安全性をどう評価するか

これらの事例から見えてくるのは，トランス・サイエンスがカギとなっていたわけだが，実はそこに至る段階にもいく的問題に取り組んでいくためには，科学によって生み出されつもの問題がある。ワインバーグによれば，そのようなかたる知見を盲目的に受け入れるのでは不十分であり，さらに進ちで算出される事故の発生確率は極めて低く，本当に信頼しんで，そのような知見が産み出されるプロセスにどのような得るものか疑わしい。発生し得るあらゆる問題が見落とされ制約が潜んでいるのかを見極めることが重要という点である。

ていないことが証明できない。さらに，事故の発生確率が極

そして，科学的知見がある種の不確実性を抱えていることをめて低いため（原子炉 1 基あたり 1000 万年に 1 度など），踏まえた，科学に対するより深い理解が，今後，ますます必

その計算結果を実証的に確かめるすべもない。

要になってくるだろう。

❖

低線量被ばくの事例と同様に，この事例もトランス・サイ
エンス的である。なぜなら，もし十分な時間と資金があれば，科学的な手法に厳密にのっとって信頼し得る知見を産出することは原理的には可能であるものの，現実問題としては不可能だからである。

No.4

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広 場 地域教育で活躍する人々 第3回

埼玉県が発信する
新たな挑戦「中学生思考力
チャレンジ大会」
埼玉県の取り組み

埼玉大学教育学部准教授

松嵜昭雄 / まつざき あきお

第 1 回大会は，二段階で実施されました。まず，2011 年
11 月 13 日に地区大会が開催され，979 名が参加しました。

埼玉県（教育行政区分ではさいたま市を除く）では，県内

そして，12 月 3 日に県大会が開催され，地区大会の成績上

すべての小・中学校の児童・生徒を対象として，「学力」，

位者 191 名が参加しました。第２回大会は，2012 年 11 月

「規律ある態度」，「体力」の３分野について「教育に関する18 日に県大会のみが開催され，1066 名が参加しました。

３つの達成目標」を掲げ，学力向上を目指したさまざまな取り組みを行っています。その一つに，埼玉県教育局市町村支
援部義務教育指導課が主導する，「埼玉県中学生思考力チャ
レンジ大会」があります。筆者は，平成 23 年度に問題作成出題された問題の例
例えば，第１回の県大会では，「日常生活に関連した問題」
として，図２のような問題が出題されました。

検討委員会副委員長として，また，平成 24 年度に問題検討委員として，本取り組みに携わる機会がありましたので，簡単に紹介いたします。

「中 学生思考力チャレンジ大会」の概要「埼玉県中学生思考力チャレンジ大会」は，平成 23 年度
より始まりました。この大会は，埼玉県内の公立中学校に通う中学生を対象に，思考力と学ぶ意欲の向上を図ることを目的とした取り組みで，以下のような特色があります。
・「日常生活に関連した問題」や「教科の枠にとらわれない問題」等が出題されていること

図２ 第１回県大会の問題

この問題では，生徒はどのような方法で三つ折りにするのかを解答用紙に記入するとともに，配布された【手紙文の用紙】を実際に三つ折りにします。解答例は，「手紙文の用紙を・１～３年生すべてを対象としていること線の入ったページに斜めに置き，線を13本（線の間隔が・問題は，参加生徒全員が共通の問題に取り組むため，中学

12）利用して３等分できるようにする」となります。この問

１年生の第１学期までに学習した内容で解決ができること

題のねらいは，「与えられた条件を把握・活用し，紙を３等分に折る方法を見つけだし，説明する力を見る」ことであり，平行線の性質を利用して解決することができます。この問題の正答率は 17.8％で，県大会全問題のうち２番目に低い数値でした。参加生徒のアンケートには，「実際に紙を折りな

図１ 埼玉県中学生思考力チャレンジ大会のリーフレット

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No.4

がら考えたところが面白かったから」，「ふだん，何気なく３等分しているが改めて考えるとよくわからなかったから」，「いつもはきれに３等分できなかったから」，「今後使えそう

イツリーを話題にして，「景観写真と地形図を関連づけて位だから」とあり，45.0％の参加生徒が興味・関心を示して置関係を把握する力を見る」ことをねらいとした問題が出題いました。

されました。第１回の県大会では，県東部にある首都圏外郭

第２回大会では，古代エジプトの象形文字であるヒエログ

放水路を話題にして，「自然災害を防ぐ県内設備に関する資

リフで表された友達の名前を，【表】「日本語の五十音をヒエ料から必要な情報を読み取り，条件に当てはめて説明する力ログリフで表したもの」を参考に，読み取る問題が出題されを見る」ことをねらいとした問題も出題されました。また，ました ( 図３)。

第１回大会は地区大会と県大会の二段階で実施されたため，同様の話題が難易度を上げて出題されたものもありました。

今後の取り組みへの課題「埼玉県中学生思考力チャレンジ大会」では，さまざまな思考力を試す問題が出題されています。例えば，OECD のPISA 調査のリテラシ－についての枠組み等を参照しながら，ねらいとする思考力を包括的にとらえていく枠組みを整備していくことが必要となるでしょう。第１回大会の問題作成検討委員会には，県内の公立中学校の各教科の先生方，学習塾の先生方，県教育局指導主事の先生方，そして埼玉大学関係
者と，さまざまな立場の方々が参画し議論を行いました。出
題傾向を見ると，数学科，理科，社会科に関係する問題が比較的多く出題されています。各教科の学習内容を総合的に駆使して問題解決に取り組むような問題の作成を期待するとともに，今後の取り組みを全面的にサポートしていきたいと思います。
出題された「問題」，「解答」，「出題のねらい」等の情報は，埼玉県ＨＰ内「埼玉県中学生思考力チャレンジ大会について」［ http://www.pref.saitama.lg.jp/page/shikouryoku.
図３ 第２回大会の問題

html ］に掲載されています。

❖

解答は，「さとうたかのり」となります。日本語の五十音表と対応させて友達の名前を読み取るためには，ヒエログリ
フの規則性や対応関係を確認することが必要となります。
他にも，第１回の地区大会では，（当時）建設中の東京スカ

参考文献
埼玉県教育委員会：『平成23年度埼玉県中学生思考力チャレンジ大会実施報告書』平成24年３月

編集後記
東日本大震災から 2 年が過ぎましたが，被災地の復興は福島第一原発の事故処理をはじめとして前途多難な状況です。今号と次号では，「防災教育における理科教育の役割」をテーマに特集を組みます。理科教育においても，防災教育の視点を加味することが必要ではないでしょうか。学校で取り組んでおられる防災教育の参考になれば幸いです。

（財）理数教育研究所 事務局

No.4

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日本の理数科教育をサポートする

No.4
MAY

第4回

2013

マイケル・ファラデーの電磁誘導リング（英国王立科学研究所所蔵）「電気文明」の時代といわれる現代。光源，熱源，動特 集力源などさまざまな形で電気が私たちに便利で快適な生活を提供してくれています。写真はそうした生活の実現に重要な役割を果たした「電磁誘導リング」です。２本© The Bridgeman Art Library/アフロのコイル状の銅線が互いに，また鉄の輪とも絶縁状態で鉄の輪に取りつけられ，１本の銅線は電池とスイッチ，
もう１本の銅線は検流計につながるようになっています。
1831年，職人気質のイギリス人科学者マイケル・ファラ
デー(1791〜1867年)が「電気が磁気を発生させることができるなら，その逆もできるはず」（電磁誘導現象）と考え，試行錯誤の末に生み出した実験装置です。ここには「発電機」の原理が潜んでいます。ファラデーの「創造性」に思いを馳せながら，人間にとっての「電気文明」の意味

防災教育における
理科教育の役割 Ⅰを考えていただければ幸いです。
大阪教育大学名誉教授 鈴木 善次

No.4

（リムス）

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理数教育研究所