ナトリウムの性質に関する観察・実験を事例にして
Author(s) 中塚, 茜; 長根, 智洋; 中山, 雅茂; 中川, 雅仁; 渡邊, 理実
Citation 北海道教育大学紀要. 教育科学編, 72(1): 287‑299
Issue Date 2021‑08
URL http://s‑ir.sap.hokkyodai.ac.jp/dspace/handle/123456789/12028
Rights
生徒の論述力に関する分析とパフォーマンス課題作成における提案
―ナトリウムの性質に関する観察・実験を事例にして―
中塚 茜・長根 智洋＊・中山 雅茂＊・中川 雅仁＊＊・渡邊 理実＊＊＊
北海道教育大学大学院教育学研究科理科教育学研究室
＊北海道教育大学釧路校理科教育学研究室
＊＊北海道教育大学釧路校物理学研究室
＊＊＊北海道釧路湖陵高等学校
AnalyzingStudents’WritingSkillsandSuggestionsfor ImprovingPerformanceTasks:ACaseStudyof ObservationsandExperimentsonthePropertiesofSodium
NAKATSUKAAkane,NAGANETomohiro＊,NAKAYAMAMasashige＊,NAKAGAWAMasahito＊＊
andWATANABEMasami＊＊＊
GraduateSchoolofEducation,KushiroCampus,HokkaidoUniversityofEducation
＊DepartmentofScienceEducation,KushiroCampus,HokkaidoUniversityofEducation
＊＊DepartmentofPhysics,KushiroCampus,HokkaidoUniversityofEducation
＊＊＊HokkaidoKushiroKoryoHighSchool
概 要
国際学力調査の結果から日本の生徒は記述式・論述式問題に課題があることが明らかになっ ており，学習指導要領解説理科編には，実験の結果を分析し解釈する学習活動や科学的概念を 使用して考えたり説明したりする学習活動などの充実を図ることが重要であると記載されてい る。本研究では高等学校で実践したナトリウムに関する観察・実験における生徒の記述を分析 し，生徒の論述力を育成するためのパフォーマンス課題について探究することを目的とした。
分析の結果，ナトリウムと水の化学反応による生成物について考察することや，ナトリウムに 関する事象と日常生活を結び付けることは困難な生徒が多いことが明らかになった。また，十 分な説明ができていない記述が多く見られるなど生徒の論述力にも課題が見られた。この結果 を受け，ナトリウムの性質に関する観察・実験における考察の論述過程例およびパフォーマン ス課題における終末の学習活動を提案する。
1．はじめに
1．1 研究の背景
国際学力調査の結果から，日本の生徒は思考 力・判断力・表現力等を問う読解力や記述式問 題，知識・技能を活用する問題に課題があること が明らかになっており，理科においては観察・実 験などの結果を整理・分析した上で，解釈・考察 し，説明することなどの資質・能力に課題がある ことが指摘されている（中央教育審議会，2016）。
こうした課題を受け，高等学校学習指導要領（平 成30年告示）解説理科編 理数編（文部科学省，
2018）および中学校学習指導要領（平成29年告示）
解説理科編（文部科学省，2017）では思考力・判 断力・表現力等を育成するため，実験の結果を分 析し解釈する学習活動や科学的概念を活用して考 えたり説明したりする学習活動などの充実を図る ことが重要であると記載されている。
1．2 本研究において着目する点と先行研究 本研究では生徒の思考力・判断力・表現力を育 成することを目指し，実際に高等学校の化学基礎 の授業において，観察・実験および記述活動を含 むパフォーマンス課題を断続的に実施した。その 結果，生徒の記述に課題が見られたため，特に生 徒の論述力の育成方法に着目した。
先行研究（隈元ら，2006）ではTIMSS1995年 調査の論述形式回答データの分析から，児童・生 徒の論述力の特徴として「現象の要因を見定める ことができずに，短い文で現象面のみを答えてい るものが多い」「説明するだけの知識はもってい るものの自分の考えをしっかりと記述しようとせ ず，短い言葉を記述したことで説明をしたと考え ている」といった点を挙げている。上述した原因 になりうる授業の形態として，「短い言葉で教師 の期待する答えを言わせる授業が多く，多面的に 考える習慣に結び付きにくい」「生徒が短い文で 答え，教師が長い説明を加えるという授業が多く，
生徒自身が文章を書く機会が限られている」と いったことが指摘されている。
また，児童・生徒の科学的記述力を育成するた めの学習指導法開発も行われている。隈元ら
（2007）は実験の「結果」と「考察」を明確に区 別して生徒の発言を求め記述させる活動，兼重ら
（2009）は発達の段階に合わせたキーワードを提 示して文章化・説明させる活動，阿部ら（2010）
は学習を振り返る段階において学習した事象と同 様の原理・原則にもとづく新たな事象を提示し科 学的な概念を使用した説明活動の，生徒の記述力 育成への寄与を報告している。
1．3 研究の目的
本研究では高等学校で実践したナトリウムの性 質に関する観察・実験課題における生徒の記述を 分析し，生徒の論述力における課題を見出すこと，
また，先行研究における学習指導法開発の報告を 参考にしながら生徒の論述力を育成するためのパ フォーマンス課題の作成法について探究すること を目的とした。
2．研究の方法
2．1 実践の概要
高等学校でナトリウムの性質に関する観察・実 験，ワークシートへの記述を含むパフォーマンス 課題を実施した。授業後，事前に作成したルーブ リック表を用いて生徒の記述を評価し，計量テキ スト分析の手法で記述内容を分析した。
2．2 対象・時期
授業は北海道内の公立高等学校2年文系1クラ ス45名のうち当日欠席を除く43名を対象とし，
2018年6月に実施した。
2．3 観察・実験および記述活動
生徒を4～5名のグループに分け，ナトリウム の性質に関する観察・実験を行った。観察・実験 の進行に伴い，事前に配付したワークシートへの 記述を行わせた。観察・実験の内容とワークシー トの設問を表1に示す。
2．4 ルーブリック評価
事前に作成したルーブリック表に従い生徒記述 の評価を行った。評価は中塚（a）および長根（b）
の2名でそれぞれ行った。互いの評価が異なった 場合には，その原因を協議した。
2．5 計量テキスト分析
生徒の記述をテキストデータ化し，計量テキス ト分析の手法を用いて分析した。計量テキスト分 析とは，対象とするテキストデータの中に含まれ る語句を抽出し，その出現回数や出現傾向，語句 間の相関などを統計的に処理する分析方法であ る。本研究では計量テキスト分析を行うため，樋 口（2014）によるKHCoderを使用した。生徒の 記述をデータ化する際，明らかな誤字・脱字は分 析者が修正した。また，「フェノールフタレイン 溶液」と「フェノールフタレイン液」は「フェノー ルフタレイン溶液」に，「ふれる」と「触れる」
は「触れる」にといったように，同じ意味の語は
同一の記述になるよう，文脈を確認したうえで統 一した。また，KHCoderでは句点によって文章 が区切られ1文として抽出されるため，生徒記述 の1文と思われる区切りに句点がない場合は分析 者が追加した。記号や下付き文字は抽出されない ため，「＋」は「プラス」に，「H2」は「H2」に 変換するなどの修正を行った。語の抽出において は「蒸留水」「水酸化ナトリウム」など複数の語 として分解される語を一語として抽出する，一般 的な助詞や動詞を分析目的に応じて非抽出にする 等，語を取捨選択するよう設定した。
3．結果と考察
3．1 設問③の結果と考察 3．1．1 記述内容の全体傾向
表1の実験I⑵で線香の火は音を立てて燃え，
試験管内の水溶液はフェノールフタレイン溶液を 滴下すると赤色に変化した。この結果をもとに設 表1 観察・実験の内容とワークシートの設問
観察・実験内容 ワークシートの設問
観察
灯油中で保管していたナトリウム片の表面およびカッ ターナイフで切断した際の断面の様子を観察する。
設問①
切る前のナトリウムの表面と切った後の断面の様子を 観察し，気づいたことを書きなさい。
実験I
⑴生徒実験
試験管内の蒸留水にナトリウム片を入れる。
⑵演示実験
①試験管内の蒸留水にナトリウム片を入れ，ゴム栓 を試験管の口に置いて発生した気体を試験管内に ためる。
②ナトリウム片がすべて溶けたのち，ゴム栓を取っ て火のついた線香を試験管口に近づける。
③試験管内の水溶液にフェノールフタレイン溶液を 滴下する。
設問②
ナトリウム片を水に入れるとどのような反応が起こる と考えられるか述べなさい。※ナトリウムはアルカリ 金属であるが，アルカリ土類金属と似た性質を持って いる。アルカリ土類金属の反応を参考に考えよう。
設問③
演示実験の結果をもとに，どんな反応が起こったか述 べなさい。
実験II
ビーカーの底に濡らしたろ紙を敷いてナトリウム片を 置き，別のろ紙をビーカー口に置いて蓋をする。
設問④
ナトリウム片はどのような様子だったか述べなさい。
観察・実験終了 設問⑤
アルカリ金属は灯油中で保管する。その理由を，今回 の実験を踏まえて考察しなさい。
設問⑥
この実験を通して新たに疑問に思ったことを述べなさ い。
問③「演示実験の結果をもとに，どんな反応が起 こったか述べなさい」に対する回答を記述させた。
まず，全体としてどのような記述内容が多かっ たのか分析するため，共起ネットワーク図の描画 を行った。共起とは任意の文章や文において，あ る文字列とある文字列が同時に出現することであ る。共起ネットワーク図は語同士の共起の度合い を数値化し，共起の強い語同士を線で結んだネッ トワークを描く。本研究ではKHCoderを用いた 共起ネットワーク図の作成において，共起が強い 上位60の共起関係を描画するよう設定した。語の 出現数と円面積は比例し，共起関係が強い語ほど 濃い線で結ばれる。また，比較的強くお互いに結 び付いている部分は自動的に検出され，グループ 分けが行われる。このグループをサブグラフと呼 ぶ。共起が強い語のうち同じサブグラフに含まれ る語同士は実線で，異なるサブグラフに含まれる 語同士は破線で結ばれる。出現回数3回以上の語 を対象に，句点で区切られる1文を集計単位とし て共起ネットワーク図の作成・サブグラフ検出を 行った結果を図1に示す。
図1より，5つのサブグラフが検出されたこと がわかる。
サブグラフ①は「ナトリウム片が音を出して水 面上で回りながら溶けた」「ナトリウム片が音を 出して溶けて，気体（白い煙）が発生した」「シュー という音が鳴って白い煙が上がった」「シュワシュ ワしながら蒸留水の表面を走り回り，その後溶け て消えた」など，ナトリウムが溶ける様子や気体 が発生する様子についての記述から得られた結果 である。
サブグラフ②は「フェノールフタレイン溶液を 入れると赤くなる→アルカリ性」「蒸留水がアル カリ性の水溶液に変化した」など，水溶液がアル カリ性に変化したことについての記述から得られ た結果である。
サブグラフ③は「ナトリウム＋水→水素＋水酸 化 ナ ト リ ウ ム 」「2H2O＋2Na→H2＋2NaOHか な？」「水とナトリウムが反応し，水素が発生した」
「ナトリウムが水に溶けて，その水溶液はアルカ
リ性を示した」など，化学反応の全容についての 記述から得られた結果である。
サブグラフ④は「気体が発生した」「火を近づ けるとポンッと音が鳴るので，発生した気体は水 素である」など，気体・水素の発生についての記 述から得られた結果である。
サブグラフ⑤については，「動く」「溶液」が同 時に出現した文は「白い煙（水素が発生）を出し て水面で激しく動きながら音を出して溶けた（ア ルカリ性の溶液になった）」のみであった。2語 ともに出現回数は3回と少なかったため，この1 文で共起関係が描画されたと考えられる。
3．1．2 記述内容の評価
生徒の記述を，事前に作成したルーブリック表 を用いて評価した。ルーブリック表（表2）およ び評価者である中塚（a）および長根（b）の評 価分布（図2）を示す。
この設問は生徒が「演示実験の結果を分析しナ トリウムと水の反応による水素と水酸化ナトリウ ムの生成を考察すること」を目標に設定した。水 素が発生したこと，水溶液がアルカリ性を示した こと，水酸化ナトリウムが生成したことについて の記述を評価対象とし，S～C基準を設定した。
図1 共起ネットワーク図・サブグラフ検出
評価の結果，A評価の記述が最も多く，次にB評 価，S評価と続く。C評価の記述もあった。
3．1．3 評価のキーワードに関する記述 まず，評価基準の3つのキーワードである「水 素」「アルカリ性」「水酸化ナトリウム」について それぞれ何人の生徒が記述したのかを分析するた め，コーディングを行った。コーディングとはテ キストデータに含まれる語をいくつかのカテゴ リーに分類する作業である。ある文章や文中に特 定の語が含まれていた場合，その文章や文を特定 のカテゴリーに分類するといった基準（以下，コー ディングルール）を作成し，コーディングルール に則って語を分類する。コーディングルール（表 3）およびコーディング集計結果（表4）を示す。
表4より，9割以上の生徒が「水素」を，約7
割の生徒が「アルカリ性」を記述したが，「水酸 化ナトリウム」を記述した生徒は約1割と少ない ことが明らかになった。
続いて，生徒はどういった文中でこれらのキー ワードを使用したのか詳細に分析するため，階層 的クラスター分析を行った。階層的クラスター分 析では出現パターンが似通った語の組み合わせに はどういったものがあるのかをデンドログラム
（樹形図）で示す。クラスター化の方法はWard法，
距離はJaccard係数を用いて実施した。出現回数 3回以上の語を対象に，句点で区切られる1文を 集計単位とした階層的クラスター・デンドログラ ム（図3），クラスター併合水準（図4）を示す。
併合水準とは，クラスター内の語の非類似度を示 す。クラスター数の決定においては図4より，ク ラスター14と13の間で非類似度が大きく上昇して いることから，14に設定した。
図3より「水素」はクラスター③，「アルカリ性」
はクラスター④，「水酸化ナトリウム」はクラス ター⑬に含まれることがわかる。
「水素」を含むクラスター③は次の階層におい てクラスター②と併合する。クラスター②には
「火」「鳴る」などが含まれており，「水素」を記 述した生徒の多くは試験管に火を近づけた結果か ら水素発生を考察したと考えられる。
「アルカリ性」を含むクラスター④には「フェ 表2 ルーブリック表
S基準
（4点）
水素の発生と水酸化ナトリウムの生成の 両方について書かれている。
A基準
（3点）
水素の発生と，水溶液がアルカリ性を示 したことの両方について書かれている。
B基準
（2点）
水素の発生または水溶液がアルカリ性を 示したことについてどちらかが書かれて いる。
C基準
（1点） 設問に沿う考察が書かれていない。
0点 記述がない。
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
0 1 2 3 4
生徒数（人）
評価（点）
a b
図2 評価分布
表3 コーディングルール
コード名 対応する語
水素 水素，H2
アルカリ性 アルカリ性
水酸化ナトリウム 水酸化ナトリウム，NaOH
表4 コーディング集計結果 コード名 記述した
生徒数（人） 記述した 生徒割合（％）
水素 40 93.0
アルカリ性 29 67.4 水酸化ナトリウム 5 11.6
ノールフタレイン溶液」が含まれており，「アル カリ性」を記述した生徒の多くはフェノールフタ レイン溶液を滴下した結果から水溶液がアルカリ 性に変化したことを考察したと考えられる。しか し，「アルカリ性」を含む文には「アルカリ性の 気体が発生した」「ナトリウムはアルカリ性」と いう内容の記述も含まれていた。塩基の中で水に 溶けたものをアルカリといい，その水溶液の性質 をアルカリ性というが，これらの記述をした生徒 は「アルカリ性」が固体や気体の性質も意味する と捉えている可能性がある。この点は記述の評価 にも影響し，「アルカリ性」という語が水溶液以 外のものと結びついている場合に「水溶液がアル カリ性を示したこと」の記述とみなすかどうかで 評価者2名の評価に差が生じた。
生徒の「アルカリ性」に関する理解については，
隈元ら（2006）が指摘している「生徒が短い文で 答え，教師が長い説明を加えるという授業が多く，
生徒自身が文章を書く機会が限られている」こと が生徒の論述力に関する課題の一因ではないかと いう点と照らし合わせて考えられる。例えば，中 学校で「気体のアンモニアは水に溶けるとアルカ リ性を示す」という内容を学習するときに教員が キーワードになる短い言葉のみを生徒に求めたと すると，生徒は「アンモニア」と「アルカリ性」
という語だけを結びつけ，「アンモニア（気体）
＝アルカリ性」という不十分な理解を得た可能性 がある。
「水酸化ナトリウム」を含むクラスター⑬には
「ナトリウム」「水」が含まれる。「ナトリウム＋
水→水素＋水酸化ナトリウム」などの記述が見ら れた。しかし，「水酸化ナトリウム」は出現回数 が少なかったことに加え，同一の意味の語である
「NaOH」が出現回数3回以上の条件を満たさな かったため，「水酸化ナトリウム」「NaOH」を含 む文を個別に分析することにする。この2語を含 む文章を表5に示す。表中の下線は筆者が加筆し たものである。
続いて，表5の生徒①～⑤はどのような考察を 経て水酸化ナトリウムの生成について記述したの
図3 階層的クラスター・デンドログラム
図4 クラスター併合水準
か分析するため，KHCoderの関連語検索を用い てこの生徒が他にどんな内容を記述したのか分析 した。「水酸化ナトリウム」もしくは「NaOH」
を記述した生徒5名が文章中で使用した他の語に ついて，各語を何人が記述したか集計した結果を 表6に示す。表6から「水酸化ナトリウム」
「NaOH」を記述した5名中，全員が「水素」を，
4名の生徒が「アルカリ性」を記述したことが明 らかになった。また，3名の生徒は「＋」を含む 文を記述しており，化学反応式に近い形の記述が みられる。この結果から，「水酸化ナトリウム」
「NaOH」について記述した生徒の多くが演示実 験において水素が発生したこと，水溶液がアルカ リ性になったことを考察し，さらに化学反応に着 目して生成物質を考察した生徒もいることが明ら かになった。
3．1．4 生徒に水酸化ナトリウムの生成を考 察させる方法の検討
「水酸化ナトリウム」「NaOH」を記述した生
徒の記述傾向を参考に，他の生徒も水酸化ナトリ ウムの生成を考察するためのパフォーマンス課題 を検討した。
パフォーマンス課題の作成においては，先行研 究（隈元ら，2007）の結果から，観察・実験で結 果と考察を分けて記述させることが生徒の科学的 記述力を高めるために効果的であるとされてい る。この点を踏まえ，本研究で実施したパフォー マンス課題において生徒に「水酸化ナトリウムの 生成」を考察させるための方法を考える。
本実践では設問③を「演示実験の結果をもとに，
どんな反応が起こったか述べなさい」と設定して おり，記述欄を【結果】と【考察】に分けていな いことから，生徒に【結果】と【考察】を区別さ せられなかったと考える。実験では「ナトリウム を蒸留水に入れると気体が発生すること」「水溶 液にフェノールフタレイン溶液を滴下すると赤色 に変化すること」「発生した気体に火のついた線 香を近づけると音を立てて燃えること」が【結果】
であり，これを踏まえて「水素が発生した」「水 溶液がアルカリ性を示した」「水酸化ナトリウム が生成された」ことを【考察】できる。隈元らは
【結果】と【考察】を分けて生徒に記述させるこ とに加え，考察を【結果】から考えられる【考察 1】，さらに【考察1】から考えられる【考察2】
などに分けることも効果的であると報告してい 表5 水酸化ナトリウム・NaOHを含む文章
生徒番号 文章
① 水素とアルカリ性の水溶液になった。
2H2O＋2Na→H2＋2NaOHかな？
②
ナトリウム＋水→水素＋水酸化ナトリ ウム。
実験後の溶液がアルカリ性であるか ら，水酸化ナトリウムが発生したと考 えられる。
③
水素が発生し，アルカリ性の溶液に なった。
水＋ナトリウム→水素，水酸化ナトリ ウム。
2H2O＋Na＝H2＋NaOH2。
④
水素が出る。水溶液がアルカリ性。
きっと水酸化ナトリウムに違いないも のが出来た。
⑤
水面でシュワシュワしていた。
気体が発生していた（→音が鳴る，水 素）。
音が聞こえた。水酸化ナトリウムに なった。
表6 水酸化ナトリウム・NaOHを記述した 生徒の他の記述語と記述した人数 記述語 記述した
生徒（人） 記述語 記述した 生徒（人）
水素 5 ナトリウム 2
アルカリ性 4 NaOH2 1
＋ 3 違い 1
H2 2 考える 1
溶液 2 実験 1
H2O 2 出来る 1
Na 2 聞こえる 1
水 2 シュワ 1
水溶液 2 出る 1
る。本実践においては，「水素」「アルカリ性」に 関する考察が【考察1】，「水酸化ナトリウム」に 関する考察が【考察2】に当たる。表5，6より
「水酸化ナトリウム」「NaOH」を記述した生徒 は【考察1】【考察2】の過程を踏んだ可能性が 高いと考えられる。
先行研究結果と本実践における生徒の記述分析 結果を踏まえ，生徒がNaOHの生成を考察する論 述過程および生徒の論述を支援するための発問・
教師の活動例を表7に整理した。
まず，【結果】について，隈元ら（2007），兼重 ら（2009）は「結果は現象面のみを答え，記述す る」「結果は五感でわかること」としており，こ の指標によって生徒は【結果】と【考察】を区別 しやすくなると考える。そのため，支援方法とし て「結果は五感でわかる現象だけを書こう」といっ た発問が考えられる。
次に，【考察】について，表4より「水素」は 93.0％，「アルカリ性」は67.4％の生徒が記述して
いるため，本実践では【考察1】についてはおお むね達成されたと言える。しかし，【考察2】に ついての記述をした生徒は少なかったため，生徒 が【考察1】から【考察2】を行うための支援が 必要である。支援の方法としては，「水溶液がア ルカリ性を示したのはなぜだろう」「水溶液をア ルカリ性に変化させた物質は何だろう」「水溶液 をアルカリ性に変化させた物質を，化学反応式を 立てて考えてみよう」といった発問が考えられる。
発問は机間巡視によって生徒の記述状況を見なが ら，生徒の到達度に合わせて選ぶと良いだろう。
化学反応式の立式に関しては，中学校で学んだ「化 学反応の前後では物質全体の原子の種類と数は変 わらない」ことを生徒に思い出させ，反応前の物 質を構成する原子の種類から反応後の物質の構成 粒子を考えさせる発問を提案する。生徒は中学校 で水酸化ナトリウム水溶液がアルカリ性であるこ とを学習しており，本実践では「実験後の溶液が アルカリ性であるから，水酸化ナトリウムが発生
表7 NaOHの生成を考察する論述過程および生徒の論述を支援するための発問・教師の活動例 論述過程の例 生徒の論述を支援するための発問・教師の活動
【結果】
①気体が発生した。
②試験管に線香の火を近づけるとポンと音が鳴って燃えた。
③水溶液にフェノールフタレイン溶液を加えると赤色に変 化した。
・五感でわかる現象だけを書こう。
【考察1】
①線香の様子から，発生した気体は水素だと考えられる。
②フェノールフタレイン溶液を加えると水溶液が赤く変化 したことから，水溶液はアルカリ性だと考えられる。
・結果からすぐに考えられることを記述しよう。
【考察2】
①ナトリウムと水の反応によって水素が発生し，また，水 溶液をアルカリ性に変化させる物質も生じたと考えられ る。
②水溶液をアルカリ性に変化させた物質の正体を探るため には，化学反応式を考え，反応前後の物質について考える。
③反応前の物質はNaとH2O，反応後の物質はH2,と水溶液を アルカリ性に変化させた物質Xであると予想されること から「Na＋H2O→H2＋X」という化学反応式を考える。
④反応前の物質の原子の種類より，水溶液をアルカリ性に 変化させた物質はNa，H，Oの中から組み合わせた物質 であると考える。
⑤化学反応式「2Na＋2H2O→H2＋2NaOH」を完成させ，
NaOHの生成を結論づける。
・水溶液がアルカリ性を示したのはなぜだろう。
・水溶液をアルカリ性に変化させた物質は何だろう。
・水溶液をアルカリ性に変化させた物質を，化学反 応式を立てて考えてみよう。
・化学反応式の前後で変わらないものは何だろう。
・水溶液をアルカリ性に変化させた物質にはどんな 原子が含まれるだろう。
・この原子の中から組み合わせた物質で水溶液がア ルカリ性になる物質は何だろう。
・化学反応の前後では物質に含まれる原子の数は変 わらないことを再度確認し，化学反応式の係数を 合わせながら立式させる。
したと考えられる」という記述があった。このこ とから，生徒は水溶液をアルカリ性に変化させた 原因物質として水酸化ナトリウムの生成を考察で きるのではないかと考える。なお，本実践では「Na
＋H2O→H2＋NaO ？？」という記述があった。
原子の組み合わせを考えると，このように生徒は
「NaO」を記述する可能性がある。この点につい ての支援としては「NaO」という化学式は存在し ないことをヒントとして明示することが考えられ る。その理由については次単元の「粒子の結合」
でイオン結合を学ぶ際に明らかになるので，単元 間の学習をつなげる役割も果たす。このように，
生徒に考察させたい事象を具体的に示し，必要な
【結果】と【考察】の過程を細分化して整理する こと，またワークシートの作成においては記述欄 を【結果】と【考察1】【考察2】などに分ける ことが生徒の論述力を育成するためのパフォーマ ンス課題の要素として考えられる。
また，全体傾向としてキーワードの記述はある ものの単語のみが書かれているなど，伝わりやす い説明ができていない記述も多く見られた。これ は隈元ら（2007）が指摘している「児童・生徒が 説明するための知識はあるものの，短い言葉で説 明した気になっている」という課題と合致する。
こういった課題も，パフォーマンス課題の中で生 徒に【結果】と【考察】を分け，最終的に「○○
という結果から，△△ということが考察できる」
といった形で論述する活動を設定することによ り，改善できる可能性があると考える。
3．2 設問⑥の結果と考察 3．2．1 記述内容の全体傾向
全実験が終了した後，設問⑥「この実験を通し て新たに疑問に思ったことを述べなさい」につい ての回答を生徒に記述させた。この設問は生徒が 実験から発見したことを日常生活と結びつけ，視 野を広げて科学に関する新たな疑問を得ることを 目的として設定した。しかし，記述をおおまかに 見ると「○○ということがわかった」など疑問の 形式ではない感想等の文章が多かった。これが，
中塚（a）および長根（b）の評価に差が生じる 原因となった。そこで，ここでは疑問・感想など の記述の形式によらず，生徒が実験内容に関係す る語句のみに注目して分析を行うことにした。
まず，全体としてどのような記述内容が多かっ たのか分析するため，共起ネットワーク図の描画 を行った。語の取捨選択においては，「思う」「何 故」などの語を非抽出とした。出現回数2回以上 の語を対象に，句点で区切られる1文を集計単位 として描画した共起ネットワーク図・サブグラフ 検出の結果を図5に示す。図5より，11のサブグ ラフが検出されたことがわかる。それぞれのサブ グラフに含まれる語が文中でどのように使用され ているか確認しながら各サブグラフにコードを付 与し，各コードに関する文を記述した生徒数およ びその割合をコーディングによって集計した結果 を表8に示す。
出現が一番多かったコードは「③他の金属・液 体との反応，その他」であった。次に「④灯油中 での保存」「⑩実験IIで生じた気体」と続く。こ れらのコードに対応する文は実験内容そのものに 関わる記述であった。
個別に見ると，本実験と日常生活を関連させた 内容の文を記述した生徒は表9のとおりであっ
図5 共起ネットワーク図・サブグラフ検出
た。ここから，ナトリウムと日常生活を関連させ た生徒は，食品中の食塩や海・水中の塩化ナトリ ウムの危険性，雨や空気中の水分とナトリウムの 反応，ナトリウムやその反応の利用方法について 記述したことがわかる。これらの記述をした生徒 は43人中9人と少なかった。これは，日常生活に おいてナトリウムが含まれている物質や利用され ているものなどが思いつきにくかったことや，実 験に直接関わる疑問の方が浮かびやすかったこと
が原因だと考えられる。
また，ナトリウムを結び付けた記述も記述内容 が限定的であることがわかった。生徒は中学校で 炭酸水素ナトリウムの反応を学習しており，高校 化学基礎でも炎色反応について学習した際にナト リウムランプといった日常での利用を確認してい るが，ナトリウムと日常生活の事象を結びつける ことは困難であると考えられる。
次に，生徒の記述内容から明らかになった，高
表8 コーディング集計結果
コード名 記述した生徒（人） 記述した生徒（％）
①断面の様子・空気との反応・発生気体，その他 9 20.9
②他のアルカリ金属 4 9.3
③他の金属・液体との反応，その他 15 34.9
④灯油中での保存 11 25.6
⑤ろ紙と試験管内でのナトリウムと水の反応の違い 4 9.3
⑥実験IとIIで発生した気体の違い・ろ紙と試験管でのナトリウム
と水の反応の違い 3 7.0
⑦海中・食品中の塩化ナトリウム 3 7.0
⑧有毒な煙 3 7.0
⑨塩化ナトリウムの危険性 6 14.0
⑩実験IIで生じた気体 10 23.3
⑪ナトリウムの腐食性 4 9.3
表9 実験と日常生活を関連させた記述
生徒番号 文章
① 食塩など，ナトリウムが含まれている食品は，ナトリウムの反応を起こさないために，どのような工 夫がされているのか知りたい。
② 塩化ナトリウム（食塩）は何故腐らないのか。水に入っているイメージがあったので水にも多少有毒 なものがあるのか。
③ 何故塩化ナトリウムは食べても安全なのか。海の水はナトリウムを含んでいるが，塩素を分解するも のを地中にかけたら，海の中の生物はすべて死ぬのか。
④ ナトリウムは何に利用されるのか。
⑤ 雨とナトリウムが触れることはないのかどうか。
⑥ 油ならなんでもいいのか。サラダ油とかオリーブオイルじゃだめなのか。湿度が高かったら空気中で も水素が発生するのか。
⑦ 水とナトリウムの反応は，何に利用されているのか。
⑧ ナトリウムは危ないのに塩化ナトリウムは食べられるのが不思議。
⑨ 何故塩化ナトリウムは食べられるのか。
校生が獲得している科学的知識の現状について考 察する。ナトリウムを含む物質に関する記述の中 で「ナトリウムは腐食性があるのに何故食塩は大 丈夫なのか」「海の水は危険なのか」など，塩化 ナトリウム・食塩がなぜ危険ではないのかという 疑問の記述があった。この記述は単体の金属ナト リウムと，塩化ナトリウムなどのナトリウム化合 物では性質が異なることへの疑問である。この事 象に関連することとしては，中学校で炭酸水素ナ トリウムの分解による炭酸ナトリウムの生成実験 や，鉄と硫黄の化合による硫化鉄の生成実験を通 して「化学反応が起こると物質は異なる物質に変 化し，その性質も変化する」ことを学ぶ。生徒に よっては理解が定着しておらず，上記のような記 述をした可能性がある。この点も，3.1.3で述べた，
生徒の「アルカリ性」への理解と中学校学習との 関係についてと同様に考えることができる。例え ば生徒が中学校で化学反応前後の物質の性質が変 化することを学ぶ際に，反応前後の物質の性質を それぞれ暗記するといった学習活動のみが行われ ると，生徒は「化学反応では元の物質が異なる物 質に変化している」という本質的な理解を得てい ない可能性がある。また，「ナトリウムという語 を含む物質が同じ性質を持つという誤概念，つま り化学式などを根拠にした物質の科学的性質では なく，言葉が先行した誤概念が生徒の中で形成さ れている可能性も考えられる。しかしながら，こ うした生徒の誤概念は否定的に捉えるのではな く，生徒の素朴な疑問・理解の現状を示す指標と して分析し，学習活動に活かすべきだと考える。
例えば本実践で生徒が疑問に思った「ナトリウム
と塩化ナトリウムの性質が異なる原因」は，物質 を構成する粒子の結合の仕組みを一つの視点とし て考えることができる。この内容は次単元の「物 質の結合」に含まれるため「課題を通して生じた 疑問を解決する」ことを次の学習の課題とするこ とができ，中央教育審議会答申（2016）で目指す としている問題解決能力の育成に繋がると考える。
3．2．2 パフォーマンス課題作成における提案 設問⑥に関する分析結果を踏まえ，パフォーマ ンス課題における終末の学習活動の提案を行う
（表10）。本実践では，生徒は「名前の似ている 物質を同じ性質をもつ物質として捉える場合があ る」「ナトリウムと日常生活の事象を結び付けて 考えるのは困難である」ということが明らかに なった。このような生徒の現状を受け「名前の似 ている物質の性質には違いがあるのか」「ナトリ ウムは何に含まれているのか」「ナトリウムは日 常生活においてどのように利用されているのか」
といった新たな課題を設定し，生徒に調査させる ことで，学習内容が実験内に留まらず，日常生活 にも還元されると考える。この点は先行研究（阿 部ら，2010）で効果的だとされている「獲得した 知識の活用を図る事象の提示」にも繋がると考え る。
4．研究のまとめと今後の展望
4．1 生徒の論述力に関する課題
記述を評価する過程で，文の中にキーワードと なる語は含まれているものの箇条書きや矢印を用
表10 パフォーマンス課題終末活動の提案
活動 ナトリウムの課題事例
観察・実験を通して新たに得た疑問から調べるテーマ を決定する。
テーマ例
・名前の似ている物質の性質に違いはあるのだろうか。
・ナトリウムは兄に含まれているのか。
・ナトリウムは何に利用されているのだろうか。
グループで調べ学習または観察・実験を行う。 図書・インターネット等で調査する。
成果を発表する。 プレゼンテーション等で発表する。
いた文章や，現象を擬音語のみで表現するなど，
伝わりやすい説明ができていない生徒が多く見ら れた。この点は先行研究（隈元ら，2006）で指摘 されているTIMSS調査において「誤答した生徒 の多くは説明するだけの知識はもっているものの 自分の考えをしっかりと記述しようとせず，短い 言葉を記述したことで説明をしたと考えている」
という点と類似する。隈元ら（2006）の研究は小・
中学生を対象としたものだったが，高校生にも同 様の課題を抱えている生徒が多く存在することが 明らかになった。
4．2 科学的な事象の理解に関する課題 生徒記述の中にアルカリ性と言う性質が水溶液 以外の性質も示すという誤概念や，ナトリウムは 危険性があるにもかかわらず，なぜ塩化ナトリウ ムは安全なのかという記述から，中学校での学習 内容への理解が不足している生徒の存在が予測さ れる。原因の一つとして，中学校での学習方法に 課題がある可能性が考えられる。中学校での理科 の学習における課題は，高校生が抱える課題に影 響を及ぼしている可能性が示唆された。
4．3 課題作成における改善点
本研究を通し，課題の作成において改善点が判 明した。本研究で作成したワークシートでは【結 果】と【考察】を分けて記述させるべきところを，
両者を混合して生徒に記述させてしまった。育成 を目指す科学的論述力には観察・実験の結果を分 析し考察したことを論述する力が含まれる。その ため【結果】と【考察】は明確に分けて記述させ るべきであった。
この課題を踏まえ，本研究では先行研究（隈元 ら，2007）の結果を参考に，ナトリウムと水の反 応を確かめる実験において「NaOHの生成」を考 察するための【結果】と【考察】の論述過程およ び生徒の論述を支援する発問・教師の活動例を提 案した。観察・実験において【結果】と【考察】
を分けて論述することは，生徒の科学的論述力を 育成することに繋がると考える。
4．4 今後の展望
本研究を通し，論述活動における高校生の抱え る課題や，パフォーマンス課題の作成における問 題点を明らかにすることができた。この結果を踏 まえ，今後，中学校段階の理科の授業においてど のような指導が必要なのか検討し，実践していき たい。
また，本研究を通して，対象となった生徒全体 の課題が見えるとともに，生徒一人一人の論述力 に大きな差があることが明らかとなった。先行研 究では，対象生徒全体の分析を行っている実践は 多く見受けられるが，生徒一人一人の達成度に合 わせた課題・学習指導方法を開発している実践は 見当たらなかった。よって今後は本研究の成果を 踏まえ，生徒個人に目を向けたパフォーマンス課 題，とりわけ生徒の科学的論述力を育成すること を目的とした課題に関して研究をしていきたい。
謝 辞
本研究の実施にあたり，授業実践に際しご協力 いただきました北海道釧路湖陵高等学校の教職員 の皆様，ならびに生徒の皆様に深く感謝申し上げ ます。
付 記
本研究は，日本理科教育学会北海道支部大会（北 海道教育大学函館校，2018年9月）において発表 した「高校化学基礎におけるパフォーマンス評価 に関する研究―ナトリウムの性質に関する実験を 事例に―」および，令和2年度北海道教育大学大 学院教育学研究科修士論文「生徒の科学的論述力 を育成するためのパフォーマンス課題に関する研 究」を元に再構成を行い，さらなる論考を加えて 発展させたものである。
参考文献
阿部直人・兼重幸弘・福山聡恵・横倉康浩・小石紀博・
火宮一功・衣笠高広・小林博典・山口悦司・中山迅
（2010）「児童・生徒の科学的記述力を育成するための 学習指導法開発⑷」『宮崎大学教育文化学部附属教育実 践総合センター研究紀要』第18号，167-175．
樋口耕一（2014）『社会調査のための計量テキスト分析 内容分析の継承と発展を目指して』ナカニシヤ出版 兼重幸弘・横倉康浩・小石紀博・火宮一功・阿部直人・
山元善貴・衣笠高広・小林博典・山口悦司・中山迅
（2009）「児童・生徒の科学的記述力を育成するための 学習指導法開発⑶」『宮崎大学教育文化学部附属教育実 践総合センター研究紀要』第17号，67-75．
隈元修一・福松東一・中山迅・猿田祐嗣（2006）｢中学生 の科学的記述学力の評価に関する研究⑼｣『日本科学教 育学会研究会研究報告』第21巻2号，47-50．
隈元修一・福松東一・岡田能直・中山迅・山口悦司・小 石紀博・兼重幸弘（2007）「児童・生徒の科学的記述力 を育成するための学習指導法開発」『宮崎大学教育文化 学部附属教育実践総合センター研究紀要』第15号，67- 73．
文部科学省（2017）『中学校学習指導要領（平成29年告示）
解説理科編』Retrievedfromhttps://www.mext.go.jp/
component/a_menu/education/micro_detail/__
icsFiles/afieldfile/2019/03/18/1387018_005.pdf
（accessed2021.03.21）
文部科学省（2018）『高等学校学習指導要領（平成30年告示）
解説理科編 理数編』Retrievedfromhttps://www.mext.
go.jp/content/1407073_06_1_2.pdf（accessed2021.03.21）
中央教育審議会（2016）「幼稚園，小学校，中学校，高等 学校及び特別支援学校の学習指導要領等の改善及び必 要な方策等について（答申）」Retrievedfromhttps://
www.mext.go.jp/b_menu/shingi/chukyo/chukyo0/
toushin/__icsFiles/afieldfile/2017/01/10/1380902_0.pdf
（acce-ssed2021.03.21）
（中塚 茜 釧路校大学院研究科 令和2年度修了）
（長根 智洋 釧路校講師）
（中山 雅茂 釧路校講師）
（中川 雅仁 釧路校教授）
（渡邊 理実 釧路湖陵高等学校教頭）
