教科「理数（理数探究基礎）」における ICT 活用の取り組み２
岐山高等学校竹中諒

１

研究のねらい平成 30 年告示の学習指導要領では新教科「理数科」が新設された。以下本稿では，教育課程における専門学科「理数科」と区別するために，教科「理数科」を「教科理数」と表記する。
昨年度の実践報告では理数科１年生が履修している「教科理数」の理数探究基礎（１単位）における前期実施プログラムである物理及び化学分野の「実験観察基礎」の内容について，ICT 活用を中心に報告した。
現在，本校の理数探究基礎では大きく以下の４つのプログラムを，理科と数学科で連携して実施している。
４～６月①実験観察基礎（物理・化学分野）
７～８月②野外実習・ポスター制作 （生物・地学分野）
９～１２月 ③科学トレーニング（数学・理科全般）
１～２月④データ分析講座
（数学分野）
これらの内容は，理数科１年生が履修している「理数物理」及び「理数化学」，「理数数学」を相互補完する役割を果たしており，２，３年生で履修する理数探究（各１単位）と繋がっている。
今回は，③科学トレーニングについて，全体構成と運営形態，図１ 理数探究基礎の教科書
特に地学分野の内容について紹介すると共に，タブレットなど（本校で今年度採用した版）ICT 機器の活用と生徒の変容について報告する。
２ 実践した内容（１）科学トレーニングの全体構成と運営形態
科学トレーニングは，２，３年生に向けて，教員が設定した身の回りの自然や科学技術に関する研究テーマについて，タブレット端末など ICT 機器を活用したポスター制作・発表まで含めた「ミニ課題研究」という位置づけで実施している。教員提示テーマ（表１）からの選択，発表がポスターセッション形式，実施期間が考査を挟んで実質３カ月弱であること以外は，３年生で行う「課題研究」と同様である。
今年度は表２の日程で理科・数学 10 名の教員が指導に当たった（詳細は添付資料参照）。
なお，理数探究基礎の授業時数に加えて「情報Ⅰ」の「問題解決とその方法」単元における問題の明確化，情報の収集，情報の整理・分析，解決案の判断，実施・評価の手順に沿って考える場として，４時間分を振り替えて計 17 時間（発表会を除く）で実施している。

表１

令和５年度の科学トレーニング研究テーマ
研究テーマ
１
重力加速度の大きさを精度よく測定するには？（物理）２
ゴムの弾性力を測定してみよう！（物理）３
オリジナルカイロをつくろう（化学）４
割れないシャボン玉をつくる（化学）５植物ホルモン：エチレンの魔力（生物）６酵 素 を 失 活 さ せ る に は ～ 季 節 の フ ル ー ツ ゼ リ ー を つ く ろ う ～ （生物）７
砂山を高くするためにどうすればよいか（地学）８クレーターを深くするためにどうすればよいか（地学）＊数学テーマは割愛

表２
9 月 13 日

水６限

9 月 27 日

水

６限

10 月 11 日

水

６限

10 月 18 日

水

５・６限

10 月 25 日

水

５・６限

11 月１日水

５・６限

11 月８日

水５・６限

11 月 15 日

水

５・６限

11 月 22 日

水５・６限

12 月６日水

５・６限

12 月９日土

令和５年度の科学トレーニングの日程
全体オリエンテーション
各テーマに分かれて仮説の設定，実施計画（１時間×２回）

実験・観察および考察（２時間×５回）※ 作業の進み具合でポスター制作に移行

ポスター制作および発表練習（２時間×２回）
ポスター発表会（保護者を含めて外部公開）（２）地学分野の実施内容
筆者が担当する地学分野では，「砂山を高くするために，どうすればよいか？」と「クレーターを深くするために，どうすればよいか？」という２つの研究テーマを提示した。
砂山を例に説明する。コップ 1 杯の砂（実際には材質は任意）を使って「○○すると山が高くなるのではないか」という仮説を２人で設定し，教員と実験計画について相談することから活動が本格的に始まる。全体オリエンテーション時に，「仮説－検証－考察」の流れを説明するが，最初の授業段階では多くの生徒が課題と仮説を混同したり，データ比較が不可能または困難な仮説を提案してくる。
例えば「水を加えると高くなる」という仮説は，一見もっともらしく実験によって検証可能な仮説に感じられるが，加える前の砂に含まれる水分量など実験室の温度・湿度環境に左右されるため，実際には様々な条件設定が必要である。このような諸条件の統一のためには，粒度や材質などの検討のための複数の予備実験を行わなければならないことが予想される。教員はこのようなリスクを伝えた上で、生徒たちが実験方法を決定し、結果をもとに随時条件を変更してさらに実験を進めることとなる。
生徒たちにとって，このように自分たちで適した実験方法を計画・決定することは小中学校までの理科の実験ではほとんど未経験である。教員を交えた議論を時間をかけて行うことで，２，３年生で自分たちが課題設定を行う際の基礎となる力を養っている。
もちろん，教員側も結果を見通すことはできないため，これらの試行錯誤は教員にとっても苦労が多い。再現性・検証可能性といった要素を説明しながら，生徒と共に計画を立てても，実験を進める中で思いがけない壁に当たることもしばしばである。「探究を進める中で常に振り返り，必要に応じて前に戻る」という作業は，生徒にとってはそれまでの労力が否定されるように感じて抵抗感を示すことが多い。生徒に対して丁寧に「仮説－検証－考察」が確実に進んでいることを伝え，励ましていく伴走者のような役割が求められていると感じる。
（３）実験・考察場面でのネットワークも含めた ICT 機器の活用
前述のように，「仮説－検証－考察」を進める中で，生徒タブレットが配備されていなかった従来の授業形態では，各班の実験状況について把握することが難しく，ポスター作成段階でも紙媒体で提出された原稿を，放課後等の課外で添削・返却することが多かった。
現在，生徒タブレット配備に伴い，manaba や校内ネットワークによるレポート提出など授業内及び生徒－教員相互が任意の時間に状況把握が可能となっている。これにより，「仮説－検証－考察」のサイクルを短時間で試行的に行い，結果の見通しが持てた段階で測定数を増やしてデータの信頼性を高める，といった取り組みも可能となっている。また今後，タブレットに連動した測定機器などの整備によって，検証困難だった実験も可能になってくると思われる。

３

実践中および実践後の生徒の変容
今年度は 12 月の土曜に保護者を含めて外部公開する形でポスター発表会を行い，表３のような４段階のルーブリックを用いて，Forms によるアンケート機能を活用した相互評価を行った。
表３

発表会での相互評価ルーブリック
評

発表評価項目4

3

発表者が立てた仮説・アプ 発表者が立てた仮説・アプ
ローチに関して数式や図表 ローチに関して数式や図表①

ポスター内容が効果的に使われ、見るべ が使われ、方法・結果から

価

2

1

発表者が立てた仮説・アプ 発表者がどのような仮説・ローチに関して説明があっ アプローチを立てたのかがたが、どのような方法・結 曖昧で、方法・結果・考察→仮説・検証の流れ きポイントが自然と伝わっ 考察や結論に至る研究の流果から結論に至ったのか説 から結論に至る説明が不十てきた。考察や結論にも説 れについて説明がなされて明が不十分だった。
分だった。
得力があった。
いた。

②

発表技術
→質疑応答を含む

聞き手の反応を見ながら、 聞き手を意識しながら、ポポスターを効果的に使って スターをもとに研究内容を発表している。

適切な声量や話すスピード③

スピーチで、説得力のある発表である。

伝えようとしている。

ところどころ内容につまったり、ポスターを確認しながら内容を伝えるなど、聞き手への意識が薄い。

原稿やポスターを逐一確認しながら話している。聞き手への意識も薄い。

声量や話すスピードが適切 声量や話すスピードに適切 声量や話すスピードが適切である。

でない部分がある。

でない。

Forms によるアンケート集約で発表会後，ペアの自己評価に加えて参観者からの評価を生徒個々がすみやに確認することができ，客観的な振り返りに繋がっている。
なお，評価については上記の振り返り時に入力する以下のレポートを加味して行っている。

科学トレーニングを終えて以下の３点について回答しなさい。
（１） どのような課題・テーマのもと観察・実験等を行ったのか。
→ ポスターの【仮説】【実験概要】を参考にすること（２） 上記観察・実験等の結果から，どのような【考察】が得られたのか。
→ ポスターの【結果】【考察】を参考にすること（３） 10 月からの科学トレーニングを通して，【どのようなことを学んだのか】。
→ 12/9 に聴講した他班の内容などから学んだことも含めて良い。

４

研究のまとめ本校理数科１年生の「理数探究基礎」の実践について，「科学トレーニング」を中心に ICT 機器を活用した探究の過程について紹介した。生徒タブレットなどの ICT 機器や校内ネットワークによる状況把握，アンケート集約による客観的な振り返りなど，実験・考察場面での活用が進んでいる。その一方で，探究における「仮説－検証－考察」の流れを考えると，その前半部分の仮説と検証方法の立案については，ICT 活用によってできた余裕の中でより一層時間をかけ，伴走者としての役割を果たすことが求められていると感じている。
教科として観点別学習評価のさらなる整備・改訂など，理科・数学・情報の各科が連携して取り組まなければならない課題は多いが，校内の自然科学分野の探究的な学びを担う中心的科目として一層の充実に努めていきたい。