高等学校で行う魅力的な材料教育
木浪信之

頃は誰もが理科が大好きで，自然科学的なことに興味を持.

は じ

めにち，実験の授業では時間の過ぎるのも忘れて取り組みました．それなのに，どうして理科離れが進むのでしょうか．理

現在 ，世 界の 人口 は 70 億人(1) に到 達し よう とし てい ま

由はいくつか考えられますが，「考える理科」が実践できなす．日本の人口は1.3億人弱(1)ですから，人口比率は1.9，くなったからかもしれません．答を急ぐあまり，「考える理国土面積においては世界の0.28(2)足らずです．資源も乏し科」から「覚える理科」へ学習がシフトしているのではない

くエネルギー資源をはじめ，工業資源など，そのほとんどをでしょうか．答はいつもすぐに得られるわけではありませ

輸入に頼っている国が私たちの日本です．このような状況にん．それどころか，社会に出ると答のないことばかりで，やもかかわらず，わが国の GDP はアメリカ合衆国に次いで世ってみなければわからないことも多くあります．何か問題に界第 2 位(3) であり，世界の GDP の 8を占めています(3) ．

直面したとき，どうすれば期待した答が得られるのか，ま近年，不況とはいえ，日本の人口比率や面積の割合を考えるた，答だけではなく問題の解決方法も，自分で考えなければと，わが国は世界的にも繁栄した豊かな国です．このようななりません．考えられる選択肢の中からひとつひとつ検証

社会で生活しているため，世界各地で問題になっている紛争

し，求めるものを探し出す喜びや，とことん考え抜くことのや貧困や病気，飢饉のニュースを見ても危機感を抱きにくい面白さを体験してほしいと思います．こうした経験を学生時のかもしれません．ましてや，数十年先の未来の課題などは代にしておくことは非常に重要なことです．いまの教育環境

思いもよらないことでしょう．

は答がないと動きの取れない若者をつくってしまっているか

ではなぜ，国土がこんなに狭く，資源も乏しい日本が世界のトップ水準の繁栄をしているかといえば，日本の科学技術もしれません．今回のテーマについて，高校の現状を踏まえながら述べていきたいと思います．

が極めて発達しているからです．つまり，日本の繁栄は科学.

技術が支えているということを忘れてはなりません．だか

融合型学習と理系進学

ら，工業立国とか科学技術立国と言われているのです．ところが，近年になって，理科離れという言葉を耳にするよう高校と大学が連携して教育活動を行う高大連携は，多くのに，理系を志望する生徒が減少傾向にあり，特に工学部志望高校が取り組み，実施しています．特に，夏季休業期間を利の高校生の減少が目立ちます．理系の学部を卒業し，社会に用して，大学の先生を高校に招いて行う出前授業は活発で出ればすべて研究者や技術者となって，日本の技術発展に関す．このような中，本校では独立行政法人科学技術振興機構わるわけではありませんが，社会を支える技術力の基盤にな(以下 JST )が支援する，サイエンス・パートナーシップ・ることは間違いありません．しかし，このまま理系進学者のプロジェクト事業(4) (以下 SPP )に参加することで，高大連減少が進めばその基盤が崩れ，日本の技術力の後退が起こ

携を理系教育の一環として位置づけた学習活動を行っていまり，これまで築いた繁栄や技術力は過去のものになってします．本校 SPP では，大学の施設を利用した実験実習と企業うかもしれません．冒頭で述べたように，資源や国土の乏し研究所で行うキャリア教育を取り入れた実習に加え，本校でい日本が繁栄するためには世界をリードする技術力が必要不

開講する理系進学者向けの特別講座の 3 つを融合し，教科可欠です．この技術力の基礎になるものが理系教育です．近

学習に結びつけています．これが鎌倉高校の理系融合型学習

年の学生の理科離れに危機感を感じたとき，何とかしなくてです．

はいけないと思って始めたのが理系融合型学習でした．

融合型の高大連携を行うことで，高校生が大学や企業研究

理科は元来面白い教科です．私たちの知的好奇心を刺激室など，連携研究機関にある最新の施設を利用して実験実習し，「なぜ」という疑問に答えてくれるからです．子供のを行う機会を得ることができました．実際に生徒を連れて行神奈川県立鎌倉高等学校教諭(〒2480026 鎌倉市七里が浜 2211)
The Attractive Education on Materials in High School; Kinami Nobuyuki(Kanagawa Prefectural Kamakura High School, Kamakura)
Keywords: cooperation, materials education, engineering course, physical science, voluntary, fusion
2010年 4 月25日受理



小特集

くと大きな衝撃を受けるのが見てわかります．何か新しいこ

材料科学こそが科学技術のイニシアチブを持っていることをとをしてみたいという気持ちが湧いてくるのでしょう．それ現在の高校生は知るすべがないのです．

に対して，一斉に同じ作業で進める授業では，時間の都合で高校生の進路決定の要素はいま述べたような状況です．モ

試料や機器があらかじめセットされていることが多く，手順ノから専門分野を見つけても，そこは多岐に渡る分野があるを記したプリントの通りの実験なので生徒の知的好奇心を駆ため，自分の思った通りに進むことができずに，やがて工学り立てることは困難です．実験は複雑で難しいことを行うこに興味をなくしてしまうのではないかと危惧しています．ことが重要ではありません．数百年前のファラデーと同じ実験のように，高校生は工学の専門分野の情報を十分に得ることをしてワクワクする気持ちになったり，望遠鏡を使ってケプなく学部学科選びをすることに加えて，自分に潜んでいる専

ラーと同じ天体を見て，ケプラーはどんなことを考えたのだ

門性を確認できないまま工学に進むことで，挫折してしまう

ろう，などと思い巡らせることが高校生にとって重要なことという状況も工学離れを加速しているのではないかと思うのだと思います．こうした，科学者や研究者に憧れる想いを体です．つまり，高校生は情報過多の社会にあって，「情報不験できる実験実習は生徒の理科に対する関心を非常に高め，足」になっているのです．

顕著な教育効果をもたらしました．体験的な学習プランを導また，普通高校の教育課程で学習する教科には工学部以外入することで，自然科学の原理を考えるよう心がけていまの学部に関する内容はありますが，工学に関わる内容はありす．事前学習では実験の目的を理解させて結果を予測し，事ません．希望した学科に進学しても，大学ではじめて受講す

後学習では得られた結果を検証することで「考える理科」をる工学の専門科目に戸惑うこともあるでしょう．だからこ実践したのです．このような姿勢が自分自身に潜んでいた専

そ，工学部志望の生徒にとって，融合型学習を取り入れた高門性を生徒自ら発見することにつながっていくのです．

大連携は，専門分野の情報を得ることのできる貴重なチャン

理系志望の高校生が自分の専攻する学科をどのように決定スなのです．

していくのかご存知でしょうか．現在の「情報過多」の時代

そこで，本校では，大学の先生の出前授業を受けたり，企であっても，高校時代に自分の専門性を見つけることは簡単

業の見学を行うだけにとどまらず，細分化されている理系専なことではありません．それは，大学の理系学部には，理学門分野の実験実習や企業研究を体験させることに重きを置く部，工学部，理工学部があり，さらに，数学，物理，化学，ことで，漠然としていた理系の進路や研究内容を生徒が肌で機械，電気，建築，材料系など，多くの専門学科が設置され感じ取れるようにしました．具体的な体験重視の融合型学習ているので，ごく一部の学科を除いて，大学の専門学科では活動によって，生徒は潜在的に持っていた自分の専門性を発どのようなことを学ぶのか，よくわからないからです．生徒

見することになりました．自分の進路を意識した生徒はそのはロボットや自動車に興味があるから機械工学科，コンピュ実現に向けて主体的に努力し，本校 SPP 参加者 25名のうちータが好きだから情報工学科，建築物なら建築科…というよ

21名が国立大学，4 名が有名私立大学という希望の大学の理うに，目に見えるモノから自分の興味のある専門分野を関連系学部へ進学するというかたちになって現れたのです．

付け，理系進学の選択をしているように見受けられます．高校の先生の中にも，同様の進路指導を行っている方も少なく.

進路のチャンネルと自発的な疑問ありません．このような進路選択をしている生徒が多くを占めているとすれば，金属学科をはじめとする材料系学科を志自分では明確に意識していなくても，潜在的に好きなこと望する学生が増えたり，人気の学科になることは期待できなや興味のあることを体験すると，直ちに好感を持った反応をいでしょう．なぜなら，材料はモノとして見られることはなすることは誰にでもあることでしょう．進路選択についてもく，モノの素材でしかないからです．ニュースや新聞報道な同様で，体験によって生徒が進む方向性を見出すこと，つまどで新素材の開発など，材料について取り上げられると，一り，自分はこのようなことに向いているんだ，このような勉

時的に材料系の人気が高まるかもしれませんが，そのような強をしたい，というように感じることは少なくありません．

こと自体多くありません．いまの時代，自動車やコンピュー

私はこのような体験を「進路のチャンネル」を合わせると呼タ，高性能モニタなどのように，製品としてカタチになったんでいます．

モノは脚光を浴びるのですが，その土台を支えていてもカタ進路のチャンネルが合った生徒たちにとって，高校の勉強チにならない材料科学が注目されることがないのです．まは問題を解くだけの作業的なものではなくなります．同時

た，時代の要求によって，主役となってきた電気系や機械に，学習内容を単に語呂で覚えるゲーム的なものでもありま系，建築系，化学系と肩を並べることもありませんでした．

せん．自分の未来につながる学習の基礎として，意識を持っこうして，材料系は特に注目されることもなく，世間一般にて行うようになります．このように，高校時代に進路のチャはあまり知られることのない分野となっていました．

ンネルを合わせる機会があるかどうかは，自分の人生行路をところが，材料科学に関する研究は理系技術に関するすべ進むうえで重要なことなのです．カタチになったモノから専ての分野と深く関わり，いまや材料開発を無くして新製品や門分野を見るのではなく，実験実習を通してモノを眺めるこ新技術の発展はないのです．つまり，科学技術立国であり続とで，自分に潜んでいた専門性を発見し，人生設計をするこける日本の未来を左右するカードは材料系が握っています．とができるようになります．何より，それを自分で納得してま て り あ 第49巻 第 9 号(2010)Materia Japan進むことができることが最大の収穫です．

ら専門分野を眺め，進路を決定していく生徒が少なくありま高校 3 年生になると，いよいよ進学先を決めなければな

せん．これでは，材料系に目を向けることなくその時期が過りません．仲間と情報を交換したり，自分で調べたりするこぎてしまいます．また，高校の教科書には材料に関する内容とで，物理系や機械系，建築系などさまざまな専門分野に進もわずかであり，学ぶ機会や話題になることも多くはありま

路を決定します．進路を決めて，オープンキャンパスや体験せん．たとえ話題になったとしても，破断や応力ひずみなど授業に参加してみたらどうもしっくり来ない，進路に迷いが聞き慣れない言葉のため取っ付き難く，材料系を避けられて生じて学習意欲もなくなり，勉強が手につかない，このようしまっているかもしれません．しかし，実験実習の工夫で，なことは決して稀な例ではありません．

生徒の興味関心を引き出すことができた事例を紹介します．

生徒の学習意欲を引き出す最も効果的な方法は，良質なアルミ管の中にネオジム磁石を落下させると，磁石は磁極を「自発的な疑問」を生み出させることです．自発的な疑問と上下方向にしてゆっくりと落下するので，円盤型の磁石の場いうのは妙な日本語ですが，人に言われて疑問を持つのでは合，ゆらゆら揺れながら落下するのが観察できます．簡単ななく，自分自身の中からこみ上げてくる知的好奇心を駆り立

電磁誘導の実験ですが，通常の理科実験ではネタはこれだけてる疑問のことです．放電管を黒い紙で覆っていたのに，蛍なので，この現象に驚いて終わってしまいます．材料教育の光板が発光するのを見て不思議に思ったことが放射線の発見

面白さはここからです．アルミ管を銅管に替えたら落下に関につながったことや，りんごが木から落ちるのを見て万有引して何か違いがあるでしょうか．真鍮管ではどうでしょう

力を発見したように，自発的な疑問は自分自身で行う観察やか．さらに，ネオジム磁石をガスバーナーでしばらく熱した実験という体験によって生まれてきます．当たり前とか，そ前後では変化があるでしょうか．すぐに実験したい気持ちをういうものだと思って終わりにするのではなく，「なぜだろこらえて，生徒に質問します．生徒は理科の授業で勉強したう」と疑問に気づくことが重要です．この疑問が良質であれ知識を総動員して，結果を予測し，自分の仮説を立てて答えばあるほど，その謎解きはすばらしい結果をもたらします．

ます．時間をかけて生徒間で議論することもよい方法で，自そのとき，私たち教員は生徒の心に浮かんだ自発的な疑問の分の意見や考えを論理的に説明する習慣が身につきます．ひ

答を簡単に言ってはいけないのです．生徒がその答に自分でと通り意見交換したあとで，確かめるために実験すれば，自たどり着くように導くことが重要です．答を言ってしまえ分の仮説を実証するよい機会にもなります．銅やアルミニウば，それで考えることを終えてしまうからです．良質の疑問

ム，真鍮という素材の違いによって，現象は変化するのか，は，ひとつの疑問を克服すると，さらに厄介な疑問が新たにしないのか．そして，それはなぜなのか．同様に，磁石を加生じてくるものです．良質の疑問とはそういうものです．謎

熱した前後では変化があるのか，ないのか．その理由は何なは深まるばかりですが，ひとつひとつ辛抱強く向き合っていのか．電磁誘導の実験ですが，視点を変えれば，こんな簡単けば，やがて，断片的だった知識は線となり，面となってつな実験でも材料に対する興味を次々と引き出すことができまながっていくことでしょう．疑問に向き合う姿勢を育てていす．特に，真鍮を例にして合金の説明をしたり，磁石から磁くことこそ理系教育の重要な使命です．「なぜだろう」とい性を関連付ける良いきっかけです．また，管の中の落下時間

う疑問は知的好奇心を刺激し，真理を知りたい気持ちが自分を正確に測定しようとすれば，測定方法も工夫しなければなで調べる行動を起こします．これが「考える理科」の始まりりません．このように，体験は自発的な疑問を生み，自ら真なのです．理系に興味がある生徒にとって研究室や実験室の理を知ろうという気持ちが実験装置の工夫につながり，生徒体験は自発的な疑問の創出の場です．当たり前と思っているの興味関心を引き出す重要な機会となります．ちょっとしたことを当たり前と思わせることなく，疑問の迷宮に迷い込まきっかけが，生徒の中に眠っていた専門性を呼び起こすのでせたいものです．

す．

実験は予想された結果が得られたら良いとされるものでは金属材料が持つ性質，つまり，電気抵抗や融点，密度，延ありません．それどころか，歴史的な発見の中には意外な結性，粘性などはその金属に固有のもので，私たちはその性質果からもたらされたものも少なくありません．

から金箔や鉄骨などに利用しています．この金属固有の性質

高大連携で行える実験は，高校にはない設備で実験ができを知りうまく加工することで，素材の持つ能力を最大限利用ます．せっかくなので，少し背伸びをしていろいろな実験をすることができます．しかし，金属の性質をすべて知り尽くすることによって，生徒は自分の隠れた専門性を発見するかしているわけではなく，加工についても課題が残されていまもしれません．やがて，素粒子を勉強したいから物理学科にす．鉄は私たちの生活に非常になじみのある金属です．その行く，材料物性を勉強したいから材料工学科に行く・・・と性質は硬く，錆びやすく，酸に侵されます．しかし，きわめいうように，生徒が次々と言い出したら，教師冥利に尽きるて純度の高い鉄は大気中ではほとんど錆びず，条件によってというものです．

は塑性変形するほど柔らかいということが，最近の研究でわかってきました(5)．ということは，私たちが認識していた鉄.

材料教育の魅力の性質は，鉄合金の性質なのでしょうか．つまり，完全といえる純粋な物質をつくり出すこと自体が非常に困難なため，繰り返しになりますが，高校生の中には身の回りのモノか

純粋な鉄の性質を知ることができなかったのです．精製技術

小特集

や方法の開発によって新しい事実がわかってきました．合金

く，中学校も小学校も同じです．

についてもまだまだ研究すべきテーマが残されているのです．

近年の理科離れを危惧した世相を感じ取ったからでしょう

今年の本校 SPP(4) ではこの材料物性に取り組みます．数か，理科実験や科学番組がテレビで放映されることが以前よ

種類の金属材料が錆びることによってその電気的性質や力学り多くなったように感じます．メディアを利用したアピール的性質がどのように変化するのか，数ヶ月の腐食試験を実施

としては有効ですが，理科実験はパフォーマンスではないのして調べます．錆は私たちの生活において避けて通ることがで，理科離れの問題解決にはなりません．見て面白いもの，できません．実験試料がどのように変化するのか，予想した驚くもの，派手なものだけを取り上げているのでは，それだ

り，感覚的に答えることは簡単ですが，正確に答えることがけで終わってしまいます．理科離れを食い止め，理系教育をできるのは，材料科学を学び，地道に電気抵抗の測定や破断発展させるには，答ばかりを追求するのではなく，考える重試験を繰り返し行ってきた人だけです．

要性を再認識しなければならないのです．

高校の授業で実験実習を行っていると生徒たちの変化に気

いまの高校生が社会の中枢になって活躍するころには，多がつきました．現在の高校生にとって，実験実習は成績に直くのエネルギー資源や鉱物資源は枯渇寸前かもしれませ結するため，実験結果やレポート，締切日が気になってしまん(6)．さらに，食糧問題やゴミ，温暖化問題をはじめとするい，自分の適性や興味関心を引き出すものではなくなってし環境問題など，解決しなければならないことが山積しているまいました．私がかつて経験したように，授業が終わってもことでしょう．これらの問題を解決するには理系の力が必要

やり足りない思いや，実験し続けたい気持ちはどこに行って不可欠であり，現在その解決方法が模索されているところでしまったのでしょうか．それは，どこに行くこともなく，生す．この地球規模の問題を解決しなければ人類はもとより，徒の心にあり続けています．評価を急ぐ教員の心から消えてすべての生物の生活を脅かすことに発展してしまいます．こしまっただけなのです．子供は本来理科が大好きで，不思議の難問を解決するのは，材料系を中心にした理系研究者や技なことは飽かずに見ています．理科離れを子供のせいにして術者たちなのです．未来に向けて問題解決し，新しいものをはならないのです．学校教育を考え直さなければならない時

創造する姿勢を持ち続けることが，理科系人(りかけいびと)だと思います．の誇りと責任なのです．

小さな子供に自転車の乗り方を教えるときに，お父さん

文が，よろよろ走る子供の自転車の横を一緒に走って付いてい献く姿をよく見ます．少しすると，子供は自分でこつを理解してハンドルを自由に操るようになります．理系教育も同じで成です． 30 年後の未来に活躍する人材を育成しなければな( 1 ) 総務省統計局「国勢調査」2008年．
( 2 ) 外 務 省 「 キ ッ ズ 外 務 省 」． http: // www.mofa.go.jp / mofaj /world/ 2010年 4 月アクセス．
( 3 ) 総務省統計局「世界の国内総生産」2008年．
( 4 ) 講座型学習活動(2007年～ 2010年)本校の連携研究機関は東京工業大学，横浜国立大学，神奈川工科大学，京都大学，神奈川大学，湘南工科大学，NTT(横須賀，厚木研究所)，パイ
オニア，島津製作所(京都研究所)．
( 5 ) 安彦兼次超高純度鉄の作製，167(2), (1997), 347356.
( 6 ) 独立行政法人 物質・材料研究機構「2050年までに世界的な資源制約の壁」筑波研究学園都市記者会資料，文部科学記者会資料2007年 2 月15日，1～4.

りません．未来の人材育成には，公立高校もなければ私立高★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★

す．学生に一緒に付き合う先生がいて，学生が自分で進めるようになるまで並走して行くことが重要です．手取り足取りしていく必要はありません．

.

理科系人(りかけいびと)の誇りと責任私たち高校教員の最も重要な仕事は，教育を通した人材育校もないのです．どこの高校を卒業しようと，研究者や技術者になれば，大学や企業研究室で同じチームを組んで，同じ目標に向かって研究を進めることになるからです．実際，本校 SPP 連携機関(4)には高校も違えば大学も違う，国籍さえ違う人たちが同じ研究室に集まり，世界をリードする研究に取り組み，未来に向けた新技術を発表しています．教育を通した人材育成は生徒と関わる 3 年間だけを考えるのではな
く，彼らが社会で活躍する長い年月を考えて進めることがす
べての教員に求められています．それは，高校だけではな

ま て り あ 第49巻 第 9 号(2010)Materia Japan

木浪信之

1983年 電力会社勤務を経て神奈川県教育委員会職員(教諭)
2005年 4 月より現任校
専門分野固体物性◎教育用コンテンツデジタル化研究事業(神奈川県，パイオニア共同研究)
科学技術・理系教育のためのデジタル教材活用共同研究(独立行政法人科学技術振興機構，神奈川県，パイオニア，NTT 共同研究)
学校に来られない子供のオンライン学習システム研究開発(神奈川県，パイオニア，NTT 共同研究)
理系融合型学習の開発(神奈川県立鎌倉高等学校)★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★

