■報告■―45―

ぐんま天文台子ども天文学校「少年少女研究員」2004
太陽の観察～手作業で身につける科学の手法～
濵根寿彦，倉林勉（県立ぐんま天文台）

群 馬 県 立 ぐ ん ま 天 文 台 に お い て 、2004 年 11 月 か ら 2005 年 2 月 ま で 、「 太 陽 」を テ ー マに「尐年尐女研究員」活動を実施した。太陽黒点の位置をスケッチ等により記録して測定し、日毎の位置の変化から太陽の自転周期を求めた。得られた周期を文献値と比較し、自分たちが得た結果との違いを考察することによって、地球の公転を実感することをねらった。紙と鉛筆と電卓、そしてグループ討議によって進められた学習活動を報告する。
少年少女研究員とは2004 年度の活動「尐年尐女研究員」は、2006 年度の報告で2004 年度は、群馬県在住の小学生 21 名、述べたように[1]、小学校 4 年生から高校 3 年

中学生３名、高校生４名の計 28 名が参加し、生までの子どもたちを対象に、自然現象の観計 6 回の活動を行った。実施日と実施内容は察や観測から結果の考察に至るまでを一連の表 1 の通りである。

流れとして体験する活動である。そのねらい

表1

は、観察の観点の絞り方や観測データのとり方、その処理の仕方、考察や討論の進め方、結果の提示の仕方などの探究活動に必要な態度や手法を子どもたちが身につけ、この活動を終えた後も、自らの力でさまざまな探究活動を進められるようにすることにある。
2004 年度のテーマとねらい2004 年度は「太陽黒点」に着目した。“黒実施日および実施内容

回

実施日

実施内容

第1回

11 月 20 日(土)オリエンテーション

第2回

12 月 18 日(土)望遠鏡操作実習

第3回

12 月 19 日(日)

観測実習①

第4回

1 月 22 日(土)

観測実習②

第5回

1 月 23 日(日)

観測実習③

第6回

2 月 19 日(土)まとめ各回午前 10 時から午後 4 時まで（初回のみ午後 2 時から）で、実施場所はすべてぐんま天文台である。

点の動き”から太陽の自転に気づき、“見かけの自転周期”と“本当の自転周期”が違うこ

黒点観察は、現行指導要領では中学校で扱とから地球の公転を実感することを目指した。

われる。紙と鉛筆と電卓を使ってこの“使い目の前の現象を説明しようとすることによ

古された課題”に取り組んだ子どもたちが得って、“知っていること”を実感を伴った本物

た量的な成果は、日毎の黒点の位置とこれかの知識、すなわち“わかっていること”とすら導き出した太陽の自転周期のみであった。

ることが尐年尐女研究員事業での一貫したね

結果そのものに目新しいものは何もないし、らいである。

最新技術やデジタルデータに触れることもない。天文学の最新の話題や知識も出てこない。
このような活動ではあるが、子どもたちが得
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たものは尐なくないと思われる。
以下、時系列に沿って実施内容を紹介する。
第 1 回：オリエンテーション

ち解けあう雰囲気を作ってから、グループ単位で講習・実習に入った。
使用したのはドイツ式赤道儀に載せたオリエンテーションのみ親子で参加する。

10cm 屈折式望遠鏡である。午前中は設置やテーマ、日程の説明を行い、続いて太陽の簡操作の方法を講習し、慣れてきたところで、単な学習活動を行った。

アイピースを取り替えたりファインダーの取付調整をしたりしながら、地上の風景などを自由に覗いた（図 3）。
午後は太陽投影板を装着し、スケッチの仕方や東西線の取り方などを覚えながら、一人ずつ太陽面のスケッチを行った。小さな黒点がぼつりぽつりとあるだけで、どちらかといえば初めてのスケッチには不向きな太陽面で

図 1 サムラート・ヤントラでの観察あり、そのためか“個性的な”スケッチが揃った。

学習には屋外モニュメント（図 1，2）と太陽展示コーナーを利用した。巨大日時計（サムラート・ヤントラ）の影が移動する様子を観察して太陽の規則的な動きを実感したり、ストーンサークルを使って日の入りの位置の季節変化を学んだり、太陽投影像で太陽表面を観察して黒点に注目したりして、太陽に関する興味・関心・探究意欲を引き出すことをねらった。

図3

望遠鏡の使い方を覚える

第 3 回～第 5 回：観測実習
第 3 回は天候が下り坂だったため、午後に予定していた太陽表面のスケッチを午前中に繰り上げて行った。前日の体験で慣れており、どのグループも戸惑うことなくスケッチしていた。薄曇りでしかも小さな黒点しかなかったため細部までスケッチするには不向きな条件であったことを差し引いても、相変わらず

図2

ストーンサークルでの観察

第 2 回：望遠鏡操作実習
観察と観測に使う機材の操作講習と実習を行った。

“個性的”であった。つまり、見たままあるいは見えたと思ったままに描いたという意味
では各人とも正確だったかもしれないが、像の忠実さあるいは正確さという観点から見ると首を傾げたくなるスケッチが尐なくなかっ始めに 4 人の高校生をリーダーとして子どたのである。そこで、鏡筒先端に太陽観測フもたちを 4 グループに分け、グループごとにィルターを装着し減光して、特に黒点を拡大簡単な自己紹介やゲームなどをして互いに打Vol.20 No.2して眼視観察することにした。自分のスケッ

■

報

告■

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チと眼視拡大像を比較することによって、ス測定方法が必要なことを再認識できた。測定

ケッチに正確さに欠ける部分があることに気に適した正確な記録には写真が有効であるこづくことができた。とも再度実感した。

午後はスケッチをグループごとに比較し、その後、あらかじめ天文台で記録した数日同じ太陽を記録したはずなのに、黒点の形、分の画像データを利用して、黒点の位置や形大きさや位置などのばらつきが大きくて、記の変化の様子を観察し、どうしてそのような録としての信頼性に疑問が生じることを認識変化がみられるのかを考えた。一例を挙げるした。ここで、「観測」という言葉の意味内容と、太陽は自ら輝いておりいつでも丸く写るを考えたところ、測るより以前に正確に記録ことから球体であろうこと、どの黒点も相対されていることが重要であるということに思的な位置をほぼ保ちつつ同じ向きに移動してい至った。これにより、人間の感覚に頼らないるように見えることを考察の出発点に置き、いで、写真などで記録することの意味が理解

黒点は太陽表面にへばりついていて太陽が自できたようである。そこで、一眼レフカメラ転しているために移動するように見えるのでの操作講習を行い、その後、シャッタースピはないかという推論を展開できた。そして、ードや絞りを変えて風景などを撮る撮影実習

この推論が正しければ、黒点の移動量を測っを行った。て太陽の自転周期が求められるだろうという予想を立てることができた。

第 4 回は大雪のため欠席者が多かった。観測ができなかったため、前回撮影した風景等の写真の撮影記録整理を行った。対象物それぞれについてシャッタースピードや絞りを変えて複数枚撮るよう指示した結果、適正露出でない写真が数多くあった。測定に値する信頼性の高い記録を取るには、条件を適切に判図4断して適正露出を工夫する必要があることをグループで考える認識するに至った。また、シャッタースピー

第 5 回も天候不良で観測できず。前日利用

ドと絞りの両方を一度に変えてしまうと、どした天文台の画像データから、太陽面経緯度ちらの変化が効いて露出が変わっているのか図を用いて黒点の位置を測定した。使用したわからなくなることから、ある量に着目する

画像は 5 日分で、認識できる黒点すべてにつ場合、条件を変える時は一つの条件だけ変えいて位置を測った。その後、黒点の移動量をるのが良いことにも気づいた。

一日当たりの緯度経度の変化として求め、求この後、2 日間のスケッチを重ねて太陽黒めた割合で太陽が回転しているとして太陽の点の位置を比べ、黒点が移動していることを自転周期を算出した。各自まちまちな周期が確かめた。しかし、位置を測ろうとするとス出てきたが、グループで平均化することによケッチの精度が悪いために正確に測れないこって、どのグループもほぼ 27 日前後の値にと、観測者によって測った移動量にばらつきなった。

が出ることが判明した。このことから、この種の観測にはスケッチは適さず、個人差が入りにくい正確な記録方法とばらつきの尐ない

第 6 回：まとめ
最終日も天候不良のため観測はあきらめ、
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これまでの結果を考察することにした。そこで、理科年表に掲載されている太陽の自転周期がおよそ 25 日であることを示し、なぜ 2日違うのかをグループ単位で考えさせた（図4）。どのグループもなかなかうまく説明でき

オリエンテーション
屋外学習（屋外モニュメント） [60 分]
太陽の一日の動きの規則性
日の入りの位置の季節変化
屋内学習（太陽投影展示）る案が出てこなかったが、地球の公転が関係望遠鏡操作実習しているらしいことに高校生が気づいたグル

望遠鏡操作講習・実習

ープが現れ、地球と太陽の相対的な動きを考

太陽スケッチ[120 分][60 分]

観測実習

慮することによって 2 日のずれを定量的に説

太陽スケッチ[50 分]

明することができた。

黒点眼視観察[30 分]

スケッチ比べ[30 分]

この後、黒点の形が変化することからわか[30 分]

太陽表面の観察「観測」の意味の考察

る太陽の性質の考察も行った。考察といって一眼レフカメラ操作講習・実習 [150 分]

も、黒点がなぜ生じるかという類のものでは記録取得には工夫が欠かせないこと

撮影記録整理[60 分]

なく、現象を見て気づいたことや気づいたこ変化を見たり調べたりするときの着眼点とから推測できることをまとめ、太陽の概観複数日の太陽表面の観察と考察を掴むことを主眼としたものである。
午後は、考察したことをグループ単位で発表した（図 5）。内容や程度に差があったものの、グループ討論を通して一人ひとりが考察

画像データの観察[60 分]

太陽はどんな星か？
黒点の位置の測定と太陽自転周期の算出[180 分]

測定誤差
確からしい値の出し方

まとめ求めた自転周期と文献値の比較、考察[180 分]を進めたためか、最後に職員が統一的な解説

地球の公転の認識を行ったときには、それぞれの理解度に応じ発表[40 分]て、解説を受け止められたようである。

（※）所要時間は休憩や機材運搬、道具の準備等に要する時間を除いた“正味の”学習活動時間である。

図6

事業の流れと所要時間

探究活動に必要な手法と態度
この活動では、正確なはずの記録を使って黒点の位置を測定したのに、同じ黒点でも一人ひとりの測定値にばらつきがあった。この
図5

考察結果を発表する

ばらつきは、多くの子どもたちの得た結果の平均値を取ると小さくなり、得られた値の信最後に、職員による講義形式で、太陽は恒頼性が上がることがわかった。このことが、星の仲間であることや太陽の研究は恒星の研

理科年表の掲載値との差が自分たちの測定の究の基礎にあることを学習して、今年度の尐まずさに由来するのではなく、本当に差があ年尐女研究員の終了とし、「望遠鏡使用資格るのだという確信を呼び、測定値と文献値と証」と「修了証」を授与した。図 6 にここまの違いが生じる原因を考察する活動に結びつでの事業の流れと所要時間を示しておく。

いた。そして、「地球は太陽の周りを公転している」という頭にあるだけの情報―知っていること―を、考察を通して生きた認識―わかVol.20 No.2

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報っていること―として獲得するに至った。
このような活動から子どもたちが得たであろう認識や態度は尐なくない。
①知識は地道な泥臭い手仕事を経て得られるものであり、知識の確からしさはデータの告■―49―れない。最先端の画像や知識に直接触れて研究者がするのと同じ研究の流れを体験する方が良いのではないかという意見もあるかもしれない。
しかし、この尐年尐女研究員事業の目的は、正確さや考察の深さによって左右されること、知識体系の構築でもなければ研究者のするこ②データの正確さは記録の正確さと読み取りとの追体験によって学習の動機づけを行うこの正確さに左右され、それぞれの正確さを改とでもない。自ら探究活動を行うことができ善するには細心の注意と工夫が要ること、③る力をつけることにある。そのためには、そ考察の深さは多様な視点と議論からもたらされなりの結果が得られるはずの整えられたデれること、④手持ちの情報を詳らかに公開しータを与えるのではなく、自らの手で、自ら合って多人数で議論することにより、ひとり準備した機材を操作し、すべての取得過程をで探究するよりも内容豊かな知識がもたらさ振り返ることができるデータを手にすることれること等々である。

が必要であった。そして、データ処理と解析に内在する問題、すなわち、記録の精度、測

本物の体験

定時の読取り精度や考慮すべき種々の観測条

学習指導要領に長らく採用されてきた“使件を各自が明確に認識できるようにするためい古された課題”を、紙と鉛筆と電卓、それには、手作業でできることはすべて手作業でに望遠鏡と太陽観測に必要な尐々の小道具と行う必要があった。手作業でやってこそ、知いう道具立て（図 7）で取り扱った。測った

識抽出の地道な泥臭い過程が理解でき、のち量は太陽黒点の位置だけで、出した結論は太のち自ら探究活動を行う力に結びつく「本物陽は自転していてその周期は地球から見て約の体験」になると考えたのである。整えられ27 日ということだけである。

たデータは、その形になるまでの泥臭い重要な思考過程や工夫を隠してしまう恐れがある。
尐なくとも、データ取得時の種々の条件や誤差をいかに考慮して処理するかという体験はできない。ここが知識構築過程の土台となる最も基礎的な部分であるにもかかわらず。
その先にある具体的な作業の例としては、記録として優れていると思われる画像から太陽黒点の位置座標を直接読み取る作業があった。この作業で、子どもたちは誰もが同じ測定値を得られるわけではないことに戸惑って図7道具立ていた。しかし、測定に使う太陽面経緯度図の目盛り刻みやその精度、あてがい方、黒点の「太陽は自転していてその周期は約 27 日選び方などで差が生じることに思い至ると、であるという“事実”を教えれば良いではな戸惑いが解消され、どうすれば測定精度を上いか。6 日間も使うならもっと大事なことをげられるかを考える姿勢が生まれた。各自が教えられるだろう」という批判があるかもし測定した値を一覧にまとめ、明らかにずれが天文教育 2008 年 3 月号

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大きいものを取り除き、平均値を取るという測定に限れば、尐々の小道具以外は特別な準方法で太陽黒点の移動量の確からしい値を出備をする必要がないので、同様の活動を学校し、これを用いて太陽の自転周期を出した。

でも他施設でも行うことができるだろう。

文献値との差が明らかになったとき、筋道立てて導いた自分たちの測定値がおかしいのではなく、何か理由があるはずだという確信をおわりに自然に関する体系的な知識や現代の自然観、持ってその原因を探求する態度が見られた。

宇宙観を身につけることは大切ではある。しそして、単に情報として持っていたにすぎなかし、一つの課題をじっくりと探究し、幾つい知識―地球の公転―に思い至り、これを利もの過程を経て一つの知識を手にする「知識用してうまく説明できないかと考えを巡らせ、の抽出体験」を抜きにして体系的な知識を教算出した太陽自転周期と文献値との差を定性えられても、“日常感覚としての自然観”を得的にではなく定量的に説明できたとき、子どられるようには思えない。

もたちは、「 自分たちがどこからどのように宇すべての知識の抽出過程を一つ一つ追体験

宙を観測しているか」を認識し、「本当に地球するのは不可能である。できることは、一つが太陽の周りを回っているのだ」と実感できか二つ、“ありふれた課題”で良いから手を抜たようである。

かずに知識抽出の過程を追体験し、その体験教科書の片隅にあるささやかな“事実”ををもって、種々の知識の背後にある地道な泥確かめる活動ではあったが、得られた果実は臭い人間の知的作業を感じ取ることである。

一生のものである。今後どのような科学的知この感覚の有無によって、その後の知識体系識―時には抽象的な描像―に触れようとも、の構築や、氾濫する情報や知識の確からしさその背後にある活動を想像し、自分の日常生を見分ける能力の鍛錬に大きな差が生じるで活に溶け込んだ知識として吸収する可能性をあろう。

広げることができたのではないかと思う。

追体験から得られる思考態度や感覚は、何物にも代え難いものではないだろうか。

学校や他施設ではできないのか？
このような学習を学校その他の施設で行うことはできないのだろうか。

本事業は倉林を主担当として、濵根、登坂一彦（現所属：群馬県利根教育事務所）が実施の補助に入った。基本的な構想は倉林によ

図 6 に示したように、黒点の位置を測り、る。本稿に記述した子どもたちの様子は、著

太陽の自転周期を出すまでの活動時間は、正者らが現場で肌で感じた感触であり、客観評

味 3 時間ほどである。含まれる内容は、天文価に基づくものではないことをご承知おき願台で用意した画像の配布と説明、太陽面経緯いたい。また、年齢に幅を持たせたグループ

度図が必要なことの説明とその使い方、測定での共同作業の様子については、紙面の都合作業、計算である。文献値を提示して算出値で記述を省いたことをお断りしておく。との違いが生じる理由の考察には、正味 3 時間ほどかけた。観測実習を省くと、約 6 時間

参考文献＝360 分が必要だったことになる。時数にし[1] 濵根寿彦他、2007、天文教育 88 号、p.51て 9 時間ほどであろうか。
この活動は天候に恵まれず、用意した画像を使わざるを得なかった。結果から言えば、
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濵根寿彦