演示 実験 を用い た授 業の学 習効 果 の 分析の 分析

本 章 で は

,

演 示 実 験 を 導 入 し た 教 師 主 導 の 授 業 の 設 計 と 評 価 の た め の 基 礎 的 な デ ー タ を 得 る た め

,

【 演 示 】 と 【 板 書 】 の テ ス ト の 結 果 を 比 較 す る こ と に よ っ て

,

演 示 実 験 を 用 い た 授 業 の 学 習 効 果 を 調 べ る

.

3. 1 学 習 効 果 を 調 査 す る た め の 授 業 の 設 定

本 章 で は

,

太 陽 電 池 の 動 作 を 学 習 の テ ー マ と し

,

知 識 の 定 着 度 を 調 べ る

.

太 陽 電 池 の 動 作 は

,

生 徒 に と っ て は 比 較 的 早 い 時 期 か ら 取 り 上 げ ら れ て い る

テ ー マ で

,

小 学 校 に お い て 光 電 池

^{1 )},

中 学 校 に お い て も エ ネ ル ギ ー 変 換

²⁾,

の 中 で 学 習 し て い る

.

し か し

,

太 陽 電 池 の 動 作 原 理 を 誤 っ て 理 解 し て い る 中

学 生

^{3 )}

と 高 校 生

^{4 )}

の 例 が 報 告 さ れ て い る

.

板 橋 ら は

,

中 学 生 の 持 つ 太 陽 電 池

の 動 作 原 理 に つ い て の 誤 っ た 理 解 を 解 消 す る た め

,

生 徒 の 誤 っ た 理 解 に 対 す

る 反 証 例 を 含 む い く つ か の 実 験 授 業 を 実 践 し た

⁵⁾.

そ の 結 果

,

太 陽 電 池 に つ

い て 誤 っ た 理 解 を 保 持 し て い た 生 徒 の ほ と ん ど は

,

太 陽 電 池 の 働 き を 正 し く

捉 え 直 す こ と が で き た と さ れ る

^{3 )}.

さ ら に

,

電 流 の 量 に 関 す る 誤 っ た 理 解 に

つ い て

,

山 縣 は

,

演 示 実 験 が 正 し い 理 解 に 導 く の に 有 効 で あ っ た と 報 告 し て

い る

^{6 )}.

本 章 で は

,

太 陽 電 池 の 動 作 原 理 に つ い て の 誤 っ た 理 解 を 解 消 す る こ

と を 目 的 に

,

工 業 科 目 の 一 部 と し て

,

板 橋 ら の 行 っ た 実 験

^{7 )}

を 基 に 設 計 し た

演 示 実 験 を 用 い た 授 業

(

【 演 示 】

)

を 実 施 し

,

【 演 示 】 と 【 板 書 】 の 場 合 に つ

い て の 学 習 効 果 を

Hake

ゲ イ ン

^{7 )}

に よ っ て 比 較 す る

.

50

3. 1. 1 【 板 書 】 の 概 要

【 板 書 】 で は

,

黒 板 と チ ョ ー ク を 教 育 メ デ ィ ア と し て 太 陽 電 池 の 学 習 を 行 っ た

.

こ の 授 業 の レ ッ ス ン プ ラ ン を 表

3. 1

に 示 す

.

こ の 授 業 で は

, 1

単 位 時 間 で 学 習 活 動 を 終 え る た め に

, 9

教 授 事 象 の う ち

,

事 象

5, 6, 7

に つ い て は 省 略 し た

.

学 習 内 容 は 以 下 の

4

項 目 で あ っ た

.

学 習 内 容

1:

太 陽 電 池 は 光 エ ネ ル ギ ー を 電 気 エ ネ ル ギ ー に 変 換 す る

.

学 習 内 容

2:

太 陽 電 池 は 光 の 強 さ に 対 し て そ の 短 絡 電 流 は 比 例 す る

.

学 習 内 容

3:

太 陽 電 池 は 光 の 強 さ に 対 し て そ の 開 放 電 圧 は 比 例 し な い

.

学 習 内 容

4:

太 陽 電 池 か ら 取 り 出 せ る 電 流 と 電 圧 は 負 荷 の 大 き さ に 対 し て 一 定 で は な い

.

表

3. 1:

【 板 書 】 の レ ッ ス ン プ ラ ン

.

事 象 教 授 方 策 教 材

1 ・ 太 陽 電 池 を 生 徒 に 見 せ る こ と で 生 徒 の 注 意 を 引 く. 実 物 2 ・太 陽 電 池 で は ど の よ う に エ ネ ル ギ ー 変 換 が 行 わ れ て い る の か を 明 ら

か に す る こ と を 目 標 と す る.

3 ・ 小 学 校 理 科 で 学 ん だ 太 陽 電 池(光 電 池)の 動 作 に つ い て 発 問 す る.

・ 中 学 校 理 科 で 学 習 し た エ ネ ル ギ ー の 種 類 に つ い て 発 問 す る.

・エ ネ ル ギ ー 変 換 に よ っ て エ ネ ル ギ ー に は い ろ い ろ な 種 類 が あ り 互 い に 移 り 変 わ る こ と を 説 明 す る.

黒 板

4 ・ 太 陽 電 池 が 衛 星 通 信 に 用 い る 人 工 衛 星 の 電 源 で あ る こ と を 説 明 す る.

・ 太 陽 電 池 の 特 性 に つ い て, 以 下 の 学 習 内 容 を 板 書 を 用 い て 説 明 す る.

① 太 陽 電 池 は 光 エ ネ ル ギ ー を 電 気 エ ネ ル ギ ー に 変 換 す る.

② 太 陽 電 池 は 光 の 強 さ に 対 し て そ の 短 絡 電 流 は 比 例 す る.

③ 太 陽 電 池 は 光 の 強 さ に 対 し て そ の 開 放 電 圧 は 比 例 し な い.

④ 太 陽 電 池 か ら 取 り 出 せ る 電 流 と 電 圧 は 負 荷 の 大 き さ に 対 し て 一 定 で は な い.

黒 板

8 ・ 太 陽 電 池 の 動 作 原 理 に 関 す る テ ス ト を 行 う. プ リ ン ト 9 ・太 陽 電 池 が 光 エ ネ ル ギ ー を 電 気 エ ネ ル ギ ー に 変 換 し て い る こ と を 強

調 す る.

黒 板

51

3. 1. 2 【 演 示 】 の 概 要

(1)

１ 単 位 時 間 の 授 業 と し て 設 定 し た 場 合

(

以 後

,

【 演 示

/1

】 と 記 す

. )

【 演 示

/1

】 の 学 習 テ ー マ は 【 板 書 】 の 学 習 内 容 １ と 同 じ に 設 定 し た

.

こ の 授 業 は 演 示 実 験 を 主 た る 教 育 メ デ ィ ア と し て

1

単 位 時 間 を 費 や し た

.

こ の 授 業 の レ ッ ス ン プ ラ ン を 表

3. 2

に 示 す

.

こ の 授 業 で も 【 板 書 】 と 同 様 に 教 授 事 象 の う ち

,

事 象

5, 6, 7

を 省 略 し た

.

事 象

4

の 中 で

,

以 下 に 示 す ４ 通 り の 演 示 実 験 を 実 施 し た

(

詳 細 は 付 録

H

を 参 照

).

実 験

1:

白 色

LED

の 懐 中 電 灯 を 光 源 に し て

,

太 陽 電 池 の 短 絡 電 流 と 開 放 電 圧 を 測 定 す る

.

実 験

2:

太 陽 電 池 を ア ル ミ ホ イ ル に 包 み

,

太 陽 電 池 の 短 絡 電 流 と 開 放 電 圧 を 測 定 す る

.

実 験

3:

太 陽 電 池 を ア ル ミ ホ イ ル に 包 み

,

ヘ ア ド ラ イ ヤ ー で 加 熱 し た 状 態 で

,

太 陽 電 池 の 短 絡 電 流 と 開 放 電 圧 を 測 定 す る

.

実 験

4:

室 内 照 明 を 光 源 に し

,

ド ラ イ ヤ ー で 約

80

℃ ま で 加 熱 し た 状 態

で

,

太 陽 電 池 の 開 放 電 圧 を 測 定 す る

.

52

表

3. 2:

【 演 示

/1

】 の レ ッ ス ン プ ラ ン

.

事 象 教 授 方 策 教 材

1 ・ 太 陽 電 池 を 生 徒 に 見 せ る こ と で 生 徒 の 注 意 を 引 く. 実 物 2 ・太 陽 電 池 で は ど の よ う に エ ネ ル ギ ー 変 換 が 行 わ れ て い る の か を 明 ら

か に す る こ と を 目 標 と す る.

3 ・ 小 学 校 理 科 で 学 ん だ 太 陽 電 池(光 電 池)の 動 作 に つ い て 発 問 す る.

・ 中 学 校 理 科 で 学 習 し た エ ネ ル ギ ー の 種 類 に つ い て 発 問 す る.

・エ ネ ル ギ ー 変 換 に よ っ て エ ネ ル ギ ー に は い ろ い ろ な 種 類 が あ り 互 い に 移 り 変 わ る こ と を 説 明 す る.

黒 板

4 ・ 太 陽 電 池 の 動 作 原 理 を 知 る た め に 以 下 の 演 示 実 験 を 行 う.

① 白 色 LEDの 懐 中 電 灯 を 光 源 に し て, 太 陽 電 池 の 短 絡 電 流 と 開 放 電 圧 を 測 定 す る.

② 太 陽 電 池 を 市 販 の ア ル ミ ホ イ ル に 包 み, 太 陽 電 池 の 短 絡 電 流 と 開 放 電 圧 を 測 定 す る.

③ 太 陽 電 池 を ア ル ミ ホ イ ル に 包 み, ヘ ア ド ラ イ ヤ ー で 加 熱 し た 状 態 で, 太 陽 電 池 の 短 絡 電 流 と 開 放 電 圧 を 測 定 す る.

④ 室 内 照 明 を 光 源 に し, ド ラ イ ヤ ー で 約 80 ℃ ま で 加 熱 し た 状 態 で, 太 陽 電 池 の 開 放 電 圧 を 測 定 す る.

・ 演 示 実 験 の 結 果 を 板 書 す る.

・ 太 陽 電 池 の エ ネ ル ギ ー 源 は 何 か 発 問 す る.

・ 自 分 の 考 え を ま と め る 時 間 を 生 徒 に 与 え る.

・ 数 名 の 生 徒 を 指 名 し て, 解 答 を 求 め る.

・光 電 効 果 で 発 生 し た 電 子 が 移 動 す る こ と で 太 陽 電 池 に 接 続 し た 回 路 に 電 流 が 流 れ る こ と を 説 明 す る.

演 示 実 験 黒 板

8 ・ 太 陽 電 池 の 動 作 原 理 に 関 す る テ ス ト を 行 う. プ リ ン ト 9 ・太 陽 電 池 が 光 エ ネ ル ギ ー を 電 気 エ ネ ル ギ ー に 変 換 し て い る こ と を 強

調 す る.

黒 板

(2)3

単 位 時 間 の 授 業 と し て 設 定 し た 場 合

(

以 後

,

【 演 示

/3

】 と 記 す

. )

【 演 示

/3

】 も 【 板 書 】 の 学 習 内 容 １ と 同 じ 学 習 テ ー マ を 設 定 し た

.

こ こ で は

,

【 演 示

/1

】の 内 容 に 事 象

5, 6, 7,

を 加 え

,

時 間 を か け て 丁 寧 に 学 習 指 導 を 行 っ た

.

そ の た め

,

【 演 示

/3

】は

3

単 位 時 間 で 構 成 し た

.

そ れ ぞ れ の 単 位 時 間 の レ ッ ス ン プ ラ ン を

,

表

3. 3,

表

3. 4,

表

3. 5,

に 示 す

.

1

単 位 時 間 目 は 事 象

1

か ら

4

で 構 成 し た

. 2

単 位 時 間 目 は 教 授 事 象

1, 5, 6, 7, 8, 9

で 構 成 し

, 3

単 位 時 間 目 は 事 象

9

で 構 成 し た

. 3

単 位 時 間 目 に は 事 象

9

の 後 に

, ARCS

評 価 シ ー ト

(

こ の 調 査 結 果 は 第

4

章 と 第

5

章 で 使 用 す る

. )

に よ る 生 徒 の 動 機 づ け の 度 合 い の 調 査 を 行 っ た

.

教 授 事 象 に 沿 っ た 授 業 の 流 れ は 以 下 の と お り で あ る

.

ま ず

,

事 象

1

か ら

3

で は 【 演 示

/1

】 と 同 様 の 内 容 を 実 施 し た

.

53

事 象

4

で は

,

次 の 演 示 実 験 を 行 っ た

(

詳 細 は 付 録

H

を 参 照

).

実 験

1:

ソ ー ラ ー モ ー タ ー を 接 続 し た 太 陽 電 池 を お 湯 に 浸 け て 発 電 し な い こ と を 確 認 す る

.

実 験

2:

実 験

1

の 状 態 で

,

白 熱 電 球 の 光 を 太 陽 電 池 の 表 面 に 照 射 し て

,

発 電 す る こ と を 確 認 す る

.

実 験

1

と

2

の 結 果 か ら

,

太 陽 電 池 は 光 エ ネ ル ギ ー を 熱 エ ネ ル ギ ー に 変 換 す る こ と を 確 認 す る

.

事 象

5

で は

,

光 エ ネ ル ギ ー と 熱 エ ネ ル ギ ー の 違 い を 説 明 し た

.

さ ら に

,

光 電 効 果 と

, pn

接 合 を 用 い た 太 陽 電 池 の 構 造 に つ い て 説 明 し た

.

事 象

6

で は

, 2

つ の 問 題 を 生 徒 に 課 し た

. 1

つ 目 の 質 問 は

,

「 晴 天 の ま ま 雨 が 降 っ て 太 陽 電 池 が 濡 れ た ら 太 陽 電 池 の 発 電 量 は ど う な る か

.

」 で あ っ た

.

こ れ は

,

太 陽 電 池 で は 熱 エ ネ ル ギ ー が 電 気 エ ネ ル ギ ー に 変 換 さ れ な い こ と を 確 認 す る た め の 質 問 で あ る

. 2

つ 目 の 質 問 は

,

「 住 宅 用 太 陽 電 池 パ ネ ル 上 に 積 雪 が あ る 場 合 に 電 力 を 取 り 出 す こ と が で き る か

.

」で あ っ た

.

こ れ は

,

光 エ ネ ル ギ ー が 無 け れ ば 太 陽 電 池 か ら 電 気 エ ネ ル ギ ー が 取 り 出 せ な い こ と を 確 認 す る 質 問 で あ る

.

事 象

7

で は

,

事 象

6

で 課 し た

2

つ の 質 問 の 解 答 を 示 す た め に 演 示 実 験 を 実 施 し た

(

詳 細 は 付 録

H

を 参 照

). 1

つ 目 の 質 問 の 解 答 は 次 の 手 順 で 演 示 実 験 を 行 っ た

.

① 太 陽 電 池 と ソ ー ラ ー モ ー タ ー を 接 続 す る

.

② 白 熱 電 球 の 光 を 太 陽 電 池 に 照 射 す る

.

③ ソ ー ラ ー モ ー タ ー を 回 転 さ せ る

.

④ 霧 吹 き で 太 陽 電 池 表 面 を 濡 ら す

.

⑤ ソ ー ラ ー モ ー タ ー が 停 止 し な い こ と を 確 認 す る

.

54

2

つ 目 の 質 問 の 解 答 は 次 の 手 順 で 演 示 実 験 を 実 施 し た

.

① 太 陽 電 池 と ソ ー ラ ー モ ー タ ー を 接 続 す る

.

② 白 熱 電 球 の 光 を 太 陽 電 池 に 照 射 す る

.

③ ソ ー ラ ー モ ー タ ー を 回 転 さ せ る

.

④ 雪 の 代 わ り に シ ュ レ ッ ダ ー で 細 か く 刻 ん だ 白 い 紙 を 太 陽 電 池 の 上 に 降 り 積 も ら せ る

.

⑤ ソ ー ラ ー モ ー タ ー が 停 止 す る こ と を 確 認 す る

.

再 び 事 象

6

を 設 け

,

太 陽 電 池 の 動 作 原 理 で あ る 光 電 変 換 に 関 す る

5

つ の 問 題

(

解 答 を 選 択 肢 か ら 選 ば せ る

. )

に つ い て 解 答 さ せ た

.

2

回 目 の 事 象

7

で は

,

問 題 の 解 答 を 授 業 者 が 口 頭 で 行 っ た

.

次 に 事 象

8

を 設 け

,

太 陽 電 池 の 動 作 原 理 で あ る 光 電 変 換 に 関 す る

5

問

(

解 答 を 選 択 肢 か ら 選 ば せ る

. )

に つ い て 解 答 さ せ た

.

事 象

9

で は

,

問 題 の 解 答 を 授 業 者 が 口 頭 で 行 っ た

.

そ の 際

,

保 持 と 転 移 を 促 す た め に 解 答 を 強 調 し た

.

さ ら に

,

生 徒 に 太 陽 電 池 の 動 作 原 理 で あ る 光 電 変 換 に 関 す る

5

問

(

解 答 を 選 択 肢 か ら 選 ば せ る

. )

を 宿 題 と し て 課 し た

.

3

単 位 時 間 目 に 設 け た 事 象

9

で は

,

宿 題 の 解 答 を 行 っ た

.

次 に

,

再 び 太 陽 電

池 の 動 作 原 理 で あ る 光 電 変 換 に 関 す る

5

問

(

解 答 を 選 択 肢 か ら 選 ば せ る

. )

に

つ い て 解 答 さ せ た

.

続 い て

,

保 持 と 転 移 を 促 す べ く

,

こ れ ら の 問 題 の 解 答 と

コ メ ン ト を 行 な っ た

.

ドキュメント内 工業科目における動機づけの研究　－演示実験を取り入れた一斉学習指導による授業の設計と実践－ (ページ 57-69)