令和４年３月２日
福岡県教育委員会教育長 殿
在籍校名
職・氏名
指導者名

福岡県立朝倉光陽高等学校
教諭 木下 竜一
長畑 理恵

研 修 報 告 書
このたび、長期派遣研修員として、下記のとおり研修をしましたので報告いたします。
記
１

研修種別
Ｄ 福岡県教育センター研修員
２ 主題研修について
研究主題 「自然事象に対する気付きから化学の概念を獲得する生徒を育てる高等学校理科学習指導―物質とその変化を実体的に捉える活動を通して―」(1) 研究のねらい
ア 課題の背景
高等学校学習指導要領(平成 30 年告示)理科編には、「化学の概念や原理・法則といった抽象化された事項も、単に記憶するだけでなく、常に物質の示す具体的なふるまいと結び付けて理解させることが求められる」とある。今までの私の授業実践では、内容を教え込むことが多く、観察・実験などを通して、自然事象と単元で扱う知識を結び付けて学ばせることはできていなかった。そこで、生徒が自然事象から物質とその変化を見いだして、それを追究していく過程で、物質の具体的なふるまいと結び付いた化学の概念を獲得していけるように授業を改善したいと考え、本主題を設定した。
イ 研究の目的高等学校理科学習指導において、自然事象に対する気付きから化学の概念を獲得する生徒を育てるために、物質とその変化を実体的に捉える活動の有効性を究明する。
ウ 研究の仮説高等学校理科学習指導において、物質とその変化を実体的に捉える活動を位置付けることは、生徒が物質とその変化に対する気付きと疑問を追究することを促し、化学の概念を物質とその変化に関連付けて理解することにつながるだろう。
(2) 研究の構想
ア 主題の説明(ｱ) 主題について本研究で扱う自然事象は、物質とその変化に関する化学的な事物・現象である（以下、自然事象とする）。
「自然事象に対する気付き」とは、自然事象を観察して得られた情報についてそれらの関係性を見いだすことである。関係性とは、得られた情報を比較することを通して、見いだすことができる共通点や相違点のことである。
「化学の概念」とは、物質とその変化を、物質を構成する原子やイオン、分子などの粒子の構造や組替等に注目して捉えることで得られる知識である。
「自然事象に対する気付きから化学の概念を獲得する」とは、観察・実験を通して、物質とその変化に気付き、それを追究していく過程で、物質の構造や変化の仕組みを物質とその変化に関連付けて理解することである。
そこで、本研究では、自然事象に対する気付きから化学の概念を獲得する生徒の姿を以下のように設定する。
- 1 -

〇

物質の構造及び変化の仕組みを理解し、物質の構造を化学式で表すことができる生徒【知識・技能】〇 自然事象に表れる物質とその変化を物質の構造及び変化の仕組みと関連付けて説明することができる生徒【思考・判断・表現】〇 自然事象に表れる物質とその変化について、自らの学習内容を振り返ったり他者の考えを参考にしたりして、追究しようとする生徒【主体的に学習に取り組む態度】(ｲ) 副題について
本研究では「物質とその変化」を、観察・実験などから確認することができる色やにおいなどの物質の特徴やその様子とする。「実体的に捉える」とは、目に見えない原子や分子などの粒子に注目して、物質の構造及び変化の仕組みについて思考・判断することである。生徒は物質とその変化を実体的に捉えることで化学の概念を理解することができる。また、理解した知識を活用することで、物質とその変化との結び付きを強化することができる。そこで、「物質とその変化を実体的に捉える活動」とは、物質の特徴やその様子に気付くこと、物質の構造及び変化の仕組みを理解すること、物質の構造及び変化の仕組みについての理解を深めることをねらいとした活動のことである。生徒が単元の学習において、これらのねらいを達成していくことで、化学の概念を物質とその変化に関連付けて理解することができると考える。
イ 研究の内容（図１）

図１

研究構想図

表１

活動の位置付けとねらい(ｱ) 物質とその変化を実体的に捉える活動を位置付けた単元構成
本研究では、生徒が自然事象に対する気付きを追究することで、化学の概念を物質とその変化に関連付けて理解していくことができるように、表１のように単元に活動を位置付ける。このようにすることで、生徒が段階的に学習に取り組めるようにする。
段階
導入展
開発展

習得活
用

ねらい活動

物質の特徴やその様子に気付く

観察・実験を行う （観察する）
・粒子モデルを操作する（操作する①）

物質の構造及び変化の仕組みを理解する

・操作を化学式に表す（表す）物質の構造及び変化の仕組みについて理解を深める

・化学式を操作する（操作する②）
・検証する・化学式に表しなおす（表しなおす）(ｲ) 粒子モデルの活用
物質の構造及び変化の仕組みを理解するためには、物質を構成する粒子の構造と構造が変化する過程を可視化して捉え、捉えたことを処理する必要がある。そこで、粒子モデル（本単元では、分子模型とする）を操作する活動と操作を化学式（本単元では、構造式とする）に表す活動を設定する。粒子モデルとは、目に見えない原子やイオン、分子などを可視化するための教材である。生徒は粒子モデルを- 2 -使って物質の構造を可視化することができる。また、粒子モデルを組み替えたり元に戻したりして構造が変化する過程を捉えることや、捉えたことを化学式に表すことで、物質の構造及び変化の仕組みを理解することができると考える。ここでは、生徒が活動を始めるための教師の働きかけとして、既習の物質の性質や構造を提示する。
(ｳ) 化学式を操作する活動の設定
発展段階では、物質の構造及び変化の仕組みについての理解を深めることをねらいとする。そのためには、得られた知識を活用する場面が必要である。そこで、化学式を操作する活動を設定する。この活動では、生徒が展開段階で得られた知識を使って化学式中の原子等を操作することで、物質の構造を予測する。生徒が化学式を操作するために、ＩＣＴ
図２ ＩＣＴの活用を活用する（図２）。原子等を操作できるように設定したデジタルホワイトボードを準備して、生徒が展開段階で捉えた物質の構造及び変化の仕組みを活用できるようにする。
(3) 研究の実際
ア 実証授業の学年及び単元計画（全６時間） 福岡県立Ａ高等学校第３学年食品類型２１名
単元名「官能基をもつ化合物の反応 エステルの合成とその特徴」〇

エステルの構造及びエステル化の仕組みについて理解し、分子模型の操作等から導かれる生成物の構造を構造式で表すことができる生徒【知識・技能】〇 観察・実験で気付いた物質のにおいとその変化をエステルの構造及びエステル化の仕組みと関連付けて、説明することができる生徒【思考・判断・表現】〇 観察・実験で気付いた物質のにおいとその変化ついて、学習内容を振り返ったり他者の考えを参考にしたりして、追究しようとする生徒【主体的に学習に取り組む態度】

目標段階

目標・学習活動○手立て

１

身のまわりのエステルに気付くことができる。
・物質のにおいと含有物を比較する。
・複数の果実の香気成分である物質の構造を比較する。

導入
習
得展
開発
展

イ

活用

無果汁の飴のにおいと含有物を比較する場面を設定する。
○ 複数の構造式を比較する場面を設定する。
２ 物質のにおいとその変化に気付くことができる。 ○ 物質のにおいとその変化が表れる観察実験を設定する。
・酢酸とエタノールから酢酸エチルを合成して、反○反応前後で、においの記録をとる場面応前後のにおいを比較する。
【観察する】
を設定する。
３ エステルの構造及びエステル化の仕組みを理解す ○ 分子模型を操作する活動を設定する。
ることができる。
○ 変化後の構造にいきつくように、既習・分子模型を操作し、観察した物質の変化を可視化の物質の性質や構造を提示する。
する。
【操作する①】・反応前後の物質の変化を構造式に表し、記述で説明する。
【表す】
４ エステル化の仕組みを活用して他のエステルにつ ○ 構造式を操作する活動を設定する。
いて類推することができる。
（ＩＣＴの活用）
・酢酸イソアミル(バナナ)、酢酸アミル(洋ナシ)、 ○ 構造式と物質名が対応した一覧表を配プロピオン酸ブチル(パイナップル)を合成するた布する。
めに、反応物の構造式を予測して反応の予想を立てる。
【操作する②】５ 予想を確かめることができる。
○ 反応前後で、においの記録をとる場面・予想した反応を検証するための観察・実験を行い、 を設定する。
反応前後のにおいを比較する。
【検証する】
６ 検証した物質の変化を説明することができる。
○ 前時までの学習の振り返りを促す。
・検証した物質の変化を構造式に表しなおす。
【表しなおす】・検証した物質の変化を記述で説明する。

配○２１１１１

抽出生徒の実態観点

思考・判断・表現

生徒Ａ

導入段階１での様子

果実の香りとなる構造式の比較から、直接的に見たり体験したりしたことから、既習である官能基の構造を見いだすこ考えが進む生徒とができていなかった。

- 3 -ウ 実証授業の実際と考察(ｱ) 導入段階（観察する）
第２時では、物質のにおいとその変化に気付くことをねらいとした。そこで、カルボン酸（酢酸）とアルコール（エタノール）からエステル（酢酸エチル）を合成する観察・実験を設定した。また、反応前後の試験管内の様子とにおいについて記録をとる場面を設定した。
生徒は、学習プリントに「においが変わった」や「酢のにおいが消えた」という結果と、「なぜ、においが変わったか」などの物質のにおいに関する疑問を記述した。このことから、生徒は物質のにおいとその変化に気付くことができたと推察した。そこで、展開段階での学習の目標を「物質が変化した仕組みを明らかにすること」とした。
以上のことから、観察・実験は物質のにおいとその変化に気付く上で有効であったと判断する。
(ｲ) 展開段階（操作する①、表す）
第３時では、エステルの構造及びエステル化の仕組みを理解することをねらいとした。そこで、分子模型を操作する活動と分子模型の操作を構造式に表す活動を設定した。また、酢酸とエタノールの反応について記述で説明する場面を設定した。分子模型を操作するきっかけとして、水分子とエステル結合の分子模型を提示して「濃硫酸の脱水作用により水分子ができること」と「変化後にエステル結合ができること」を想起させた。分子模型の操作を構造式に表す
際には、表出例を提示し、活動が止まっている生徒に対して変化前の物質に戻してもう一度操作するように促した。
生徒Ａは、提示内容を手掛かりに水分子ができる箇所について周りの生徒と協力して取り組み、水分子とエステル（酢酸エチル）の分子模型を完成させた。分子模型の操作を構造式に表す活動では、分子模型の各原子を記号に置き換えて構造式に表した。その後、資料１のように分子模型を変化前の物質に戻したり、もう一度変化後の物質を作ったりしながら、変化した箇所を確認して、エステル化の仕組みを構造式に表した。酢酸とエタノールの反応については資料２のように、水分子ができることを記述した。
このように、生徒Ａが生成物（酢酸エチルと水）の分子模型を完成させて、その構造やエステル化の仕組みを構造式に表したことは、分子模型を操作して構造式に表す過程で、エステルの構造やエステル化の仕組みを理解することができ
資料１ 生徒Ａが分子模型の操作を構造式に表す様子たからだと推察する。また、この段階では、物質のにおいとその変化を構造の変化と関連付けて記述されていないといえる。
資料２ 生徒Ａの記述
以上のことから、分子模型を操作する活動と分子模型の操作を構造式に表す活動は、エステルの構造及びエステル化の仕組みを理解する上で有効であったと判断する。
- 4 -(ｳ) 発展段階（操作する②、検証する、表しなおす）
発展段階では、エステルの構造及びエステル化の仕組みについての理解を深める（類推する）ことをねらいとした。
そこで、第４時では、まず、果実の香気成分である複数のエステルの構造式を提示して「どのような反応物を使えばこれらの物質がつくれるか」と問いかけた。次に、生徒が展開段階で理解した知識を活用して反応物（カルボン酸とアルコール）の構造を予測できるように、構造式を操作する活動を設定した。その際、各エステルの構造式をデジタルホワイトボードに張り付けておき、タブレットで原子と価標を操作できるようにした。そして、生徒が予測した構造式から反応の予想を立てる場面を設定し、構造式と物質名の対応表を配布した。
生徒Ａは、提示されたエステルの中から１つ選択して（パイナップルの香気成分）、資料３のように、展開段階で自身が構造式に表したものを参考にしたり、他者と動かす箇所を確認した
資料３ 生徒Ａがタブレットで原子等を操作する様子りしながら、デジタルホワイトボード上にある原子や価標を動かして、反応物の構造式を完成させた。その後、対応表を基
資料４ 生徒Ａの予想に構造式を物質名に置き換えて、資料４のように反応の予想を立てた。全体では 19 名中 18 名の生徒が反応物の構造式を予測することができた。これは、タブレットで構造式中の原子等を操作できるようにしたことにより、生徒が展開段階で構造式に表したエステル化の仕組みを活用することができたからだと推察する。
第５時では、第４時で立てた予想を検証する活動を設定した。生徒Ａを含むすべての生徒が、実験結果として「パインあめのにおいに変化した」のように、においの変化について記述した。このことか
ら、生徒は予想を確かめることができたと推察する。
第６時では、第５時での検証の結果について、構造式に表しなおす活動と記
資料５ 生徒Ａの記述述で説明する場面を設定した。生徒Ａは、展開段階の自身の表出（前頁資料１）を振り返りながら反応前後の物質を構造式に表し、それに線を書き足して物質の変化を表した。また、説明する場面では、資料５のように、脱水縮合が起こったことやエステル結合が形成したことをにおいの変化と結び付けて記述した。このことから、生徒Ａは、エステル化の仕組みを他のエステルの合成に適用することや、エステルの構造及びエステル化の仕組みを、観察・実験で気付いた物質のにおいとその変化に関連付けて説明することができたといえる。
以上のことから、発展段階に、構造式を操作する活動や検証する活動及び構造式に表しなおす活動を設定したことは、エステルの構造及びエステル化の仕組みについての理解を深める上で有効であったと判断する。
(4) 全体考察展開段階（第３時）と発展段階（第６時）における生徒の表出を評価した。資料６（次頁）は物質の- 5 -変化について説明した記述内容を、資料７は構造式に変化の仕組みを表したものを、それぞれ評価して、その推移を示したものである。評価基準は各資料の下部に示した。
「思考・判断・表現」については、資料
６から、生徒Ａの記述（前頁資料５）のように、においとその変化と、エステルの構造及びエステル化の仕組みとを関連付けて記述した生徒が増えた。このことから、物質とその変化を実体的に捉える活動を単元
資料６ 物質の変化についての記述したもの（評価推移）の各段階のねらいに応じて位置付けたことは、自然事象に表れる物質とその変化を物質の構造及び変化の仕組みと関連付けて説明することにつながったといえる。一方で、においとその変化をエステルの構造及びエステル化の仕組みと関連付けられていない記述も見られたことから、学習の目標や観察・実験の内容を振り返るための手立てが必要だと考える。
「知識・技能」については、資料７から、資料７ 構造式に変化の仕組みを表したもの（評価推移）
発展段階において、全ての生徒が構造式を用いてエステル化の仕組みを線や矢印などを書き込んで表していた。このことから、物質の構造及び変化の仕組みについて理解できたと判断する。また、展開段階において、全ての生徒が分子模型で完成させた生成物の構造を構造式に表していた。このことから、物質の構造を化学式に表すことができたと判断する。
「主体的に学習に取り組む態度」については、分子模型の操作やデジタルホワイトボードの操作をする過程で、他者に助言を求める姿や展開段階の学習プリントを振り返る姿が見られた。これは、物質とその変化について、自らの学習内容を振り返ったり他者の考えを参考にしたりして、追究しようとする姿だといえる。
以上のことから、単元の学習に、物質とその変化を実体的に捉える活動を位置付けることは、自然事象に対する気付きから化学の概念を獲得する生徒を育てる上で有効だったと判断する。
(5) 研究の成果と今後の課題
ア 研究の成果○ 単元の各段階に、物質とその変化を実体的に捉える活動を位置付けたことは、生徒が化学の概念を物質とその変化に関連付けて理解することに有効に働いた。
○ 化学式を操作する活動を位置付けて知識を活用する場面を設定したことは、物質の構造や変化の仕組みを物質とその変化に関連付けることを促し、理解を深めることにつながった。
イ 今後の課題○ 学習の目標や各活動における自らの学習内容を振り返ることができるように活動内容を工夫することで、自己調整を図ることを促し、生徒が化学の概念を物質とその変化により結び付けやすくなると考える。
＜参考文献＞
・ 佐巻 健男

他(2019) 『新訂授業に活かす理科教育法中学・高等学校編』 東京書籍

・ 田村 学(2018) 『深い学び』 東洋館出版社
・ 今井 泉他(2018) 『中等教育における化学の基本概念』- 6 -【添付資料】○ 生徒Ａの学習の過程
導入段階＜観察・実験＞

におい
におい

展開段階
＜操作する活動＞☆濃硫酸の脱水作用→ 水Ｈ2Ｏができる

酢酸エチル☆エステルができる→ エステル結合を含む

水＜表す活動①＞

変化の仕組みを表している
生成物の構造式を表している- 7 -操作から理解したことのみを記述している
発展段階＜類推する活動＞＜検証＞＜表す活動②＞

変化の仕組みを表しているにおいの変化とエステルの構造及びエステル化の仕組みを関連付けて記述している- 8 -