昆虫の体のつくりに関する認識状態の分析
－小学校教員志望学生・小学校現職教員を対象にして－
Analysis of Recognition about Morphology of Insects :
For Preservice Elementary School Teachers and Inservice Elementary School Teachers 塚 原 健 将*
佐々木 智 謙**
松 森 靖 夫**
TSUKAHARA Kensho SASAKI Tomonori MATSUMORI Yasuo
要約：本研究の主目的は，小学校教員志望学生，及び小学校現職教員を対象に，昆虫 の体のつくりに関する認識調査を行い，得られた調査結果に分析を加えるとともに， 科学的認識を促す学修フローチャートを提案することにある。本研究で得られた知見 は，以下の３点である。（1）計９種類の生き物を昆虫とそれ以外の生き物に判別でき た小学校教員志望学生は約 70％，小学校現職教員では約 50％であったこと。（2）昆虫 の体のつくりを頭部・胸部・腹部に正しく分けることができた小学校教員志望学生は 約 20％，小学校現職教員は約 45％であり，いずれも 50％に満たなかったこと。（3）こ れらの調査結果の分析に基づき，小学校教員志望学生，及び小学校現職教員の科学的 認識の向上を志向した，３つのステップで構成される学修フローチャートを提案した。 キーワード：昆虫，科学的認識，学修フローチャート，教員養成，教員育成
Ⅰ はじめに
従前までに，小学校期の子どもを対象にした昆虫の体のつくりに関する認識調査が，多数遂行さ れてきた。例えば，松森（2000）は，小学校第２学年を対象に，カブトムシやアリといった具体的 な昆虫の体のつくりに関する認識を問うている。また，日置・星野（2007）は，小学校第３学年を 対象に，２種類の昆虫（チョウ・トンボ）の描画を使用しながら，６本のあしのつく位置に関する 認識を明らかにしている。Shepardson（2002）では，アメリカ合衆国の子ども（小学校第１～５学年） を対象にして，昆虫概念の調査を行っている。内外を問わず，いずれの研究においても，昆虫の体 のつくりに関して低い認識状態が明らかになっている。さらに，近年の研究としては佐々木・佐藤・ 塚原・松森（2018，2019）を挙げることができ，依然として，低い認識状態が改善されていないこ とが指摘されている。 上述したように，昆虫の体のつくりに対する子どもの低い認識状態を鑑みるとき，その学習指導 をつかさどることになる小学校教員志望学生や小学校現職教員には，昆虫概念の科学的認識の保持 が要求される。しかしながら，両者を対象にした昆虫の体のつくりに関する認識調査は殆ど行われ ていない。わずかながら，小学校教員志望学生の低い認識状態の一端を指摘している松森・菅沼・ 佐久間（2013）が挙げられる程度である。 そこで，まず，本調査研究では，将来教壇に立ち，理科学習指導を行うであろう小学校教員志 望学生と，小学校現職教員を対象として，昆虫の体のつくりに関する認識状態を調査する。次に， * 学校教育専攻大学院生 ** 科学教育講座調査結果を分析するとともに，得られた知見に基づき，両者を対象にした昆虫概念の学修フロー チャートについて提案する。
Ⅱ 調査の概要
１．調査目的 本調査の主な目的は，以下の２点である。 （1）昆虫の体のつくりに関する小学校教員志望学生と小学校現職教員の認識状態を明らかにするこ と。 （2）目的（1）で明らかになった知見を踏まえながら，小学校教員志望学生・小学校現職教員を対 象にした昆虫概念の学修フローチャートを提案すること。 ２．調査期日及び対象 2017 年５月及び８月に，山梨大学在籍の小学校教員志望学生 111 名と山梨県内の現職の小学校教 員 70 名の計 181 名を対象に実施した。なお，以下，小学校教員志望学生を「学生」，小学校現職教員 を「教員」と略記する。 ３．調査内容及び方法 調査は計９問からなり，身近な生き物に対する見聞経験，昆虫の判別，及び昆虫の体のつくり に関する認識調査を質問紙によって実施した。質問文と質問内容の詳細は，以下に示す通りであ る（表１）。なお，表１中の質問１～３については佐々木ら（2018）を，質問４～９については佐々 木ら（2019）をそれぞれ踏襲した。また，調査対象とした生き物の種類とその描画は，佐々木ら （2019）と同一のものを使用した（図１）。 実際の調査用紙はB４判２枚の質問紙から構成される。１枚目には，質問１～３の質問文，及び図 １に示した計９種類の生き物の描画を，２枚目には，質問４～９の質問文，及び図１に示した計９ 種類の生き物の描画を掲載した。回答に際しては，時間制限は設けず，各回答者に必要なだけ与え た。 表 1：質問文と質問内容（佐々木ら（2018，2019）から引用，一部修正）図 1：調査対象とした計９種類の生き物（佐々木ら（2019）から引用）
＊なお，図中の生き物の種名は，「ナナホシテントウ（a）」，「ヤマトカブトムシ（b）」，「ショウリョウバッ タ（c）」，「オオカマキリ（d）」，「ジョロウグモ（e）」，「モンシロチョウ（f）」，「アキアカネ（g）」， 「ヒトツモンミミズ（h）」，「オカダンゴムシ（i）」である。
Ⅲ 調査結果とその分析
１．質問１の回答分析 質問１（計９種類の生き物に対する見聞経験）の 単純集計を図２に示す。学生，教員の 80％以上が， （b）～（i）の計８種の生き物に対する見聞経験を有 していた。一方，（a）のナナホシテントウに対する 見聞経験は 80％に満たなかった。その原因の一つ としてナナホシテントウの生態を挙げることができ る。ナナホシテントウは４月から 11 月頃にかけて 活動するが，夏休みなどの昆虫採集の時期，酷暑の 日々には活動しないため，子どもの目（学生や教員 の幼少期）につきにくかった昆虫の一種であるため だと推察される。 ２．質問２の回答分析 図３に，質問２（昆虫と他の生き物との判別）の 単純集計を示す。学生，教員のいずれにおいても約 90％以上が，ナナホシテントウ（a），ヤマトカブト ムシ（b），ショウリョウバッタ（c），オオカマキリ （d），モンシロチョウ（f），アキアカネ（g）の計６ 種の生き物を昆虫と判断することができた。その一 方で，ジョロウグモ（e）とオカダンゴムシ（i）を 昆虫と認識している学生は，約20％にも及んだ。昆 虫単元をはじめとする小学校理科を実際に教えてい る教員に比べ，小学校当時の学習内容が長期記憶化 されていない学生たちであると推察される。ヒトツモンミミズ（h）については，昆虫のようなあし や外骨格のない環形動物であるため，学生及び教員の双方が容易に判別できたものと考えられる。 ３．質問３の回答分析 質問３（計９種類の生き物の名称）の単純集計 を図４に示す。本調査で使用した描画は佐々木ら （2019）と同一であり，種の同定は困難であること から，目レベル以下での名称が示されている回答を 正答とした。ナナホシテントウ（a）以外の計８種 の生き物に関しては，約 80％以上の正答率を示し ており，これらの生き物がなじみのあるものである ことがうかがい知れる。その一方で，ナナホシテン トウ（a）では，学生，教員の正答率が 70％未満と なった。上述したように，学生，教員のいずれで あってもナナホシテントウ（a）の見聞経験が80％未満であることからも，頷けるところである。な お，誤答としては，腹面からの描画を使用したことにより，形態的特徴の類似している「コガネム 図２：質問１の単純集計 図３：質問２の単純集計 図４：質問３の単純集計シ（学生女 40 ほか５名）」や，「カナブン（学生男１ほか 15 名）」などが散見された。 ４．質問４～９の回答分析 （1）回答の全体的傾向 質問４～９では，図１中の昆虫計６種の頭部・胸部・腹部の判別をそれぞれ問うた。表２には， 各昆虫の頭部・胸部・腹部のすべてを科学的に正しく判別することができた人数とその割合を示す。 モンシロチョウ（f）とアキアカネ（g）の正答率を除くと，学生・教員の如何にかかわらず，ど の正答率も約 70％以下となった。特に，ヤマトカブトムシ（b）とオオカマキリ（d）の学生の正答 率は 30％前後となった。この２種類の昆虫については，提示した他の昆虫と比べて，腹面からの描 画における前胸と中胸の間の境目が明確であるため，６本のあしのつく部分（胸部）に着目するま でには至らなかったものと推察される。なお，計６種すべての昆虫のからだを頭部・胸部・腹部に 正しく分けることができた調査対象者は，学生では 23 人（20.7％），教員では 31 人（44.3％）であ り，教員の正答率が学生を上回った（両側検定p<.01）。 表２：質問４～９の単純集計（科学的に正しい回答） 人数（％） （2）質問４～９の回答分析 質問４～９の回答分析に関しては，計３名の理科教育学研究者（筆者ら）の協議のもと，かつ 佐々木ら（2019）の回答類型を参考にしながら，頭部・胸部・腹部のそれぞれにおいて，回答の分 類を行った。その結果，表３～５の縦軸に示したように，頭部を計５類型（A～E），胸部を計９類 型（A～I），腹部を計４類型（A～D）とした。以下において，頭部・胸部・腹部の各類型について 分析を加える。 １）頭部についての分類及び回答分析（表３参照） 胸部及び腹部を含まない回答及び，頭部に加えて頭角や触角を含む回答も正答とした。計６種す べての昆虫において，正答の類型A に該当する学生・教員はともに 70％以上であった。これらの昆 虫に関する誤答の大半は，頭部が胸部の一部（主に前胸部）を含むという誤認識（類型D）に基づく ものであった。また，ヤマトカブトムシ（b）とオオカマキリ（d）の類型 A の正答率は，学生・教 員の両者で差異が見られた（両側検定p<.01）。これは，既述した２種の昆虫の頭部と前胸部の境目 が不明瞭で，「昆虫の胸には６本のあしがある」という命題の適用に至らなかったことに起因するも のだと推察される。その一方で，計６種いずれの昆虫においても，頭角もしくは，触角を頭部とす
る回答（類型B）や頭部及び頭部の一部の欠損（類型B，Dを除く回答）（類型C）に該当したものは 学生・教員の如何に関わらず５％未満であった。 表３：質問４～９の回答類型（頭部）1) （人数（％）） ２）胸部についての分類及び回答分析（表４参照） 頭部及び腹部を含まない回答を正答とした。回答の類型は表４に示した通りである。ナナホシテ ントウ（a），ヤマトカブトムシ（b），ショウリョウバッタ（c），及びオオカマキリ（d）の計４種の 昆虫における学生・教員の正答率を比較すると，いずれの昆虫においても，教員が有意に高く（両 側検定p<.01），また，モンシロチョウ（f），アキアカネ（g）は学生・教員間で正答率に有意な差は 認められなかった。学生においては，とりわけ，ヤマトカブトムシ（b）とオオカマキリ（d）の正 答率が他の昆虫と比較すると低率であった（両側検定p<.01）。特に，オオカマキリでは約65％もの 学生が，前胸部のみを胸部（類型B）としていた。ヤマトカブトムシ（b），オオカマキリ（d）は腹 面から観察した際の体節が明確であることから，これをもとに判別を行ったことに起因すると考え られる。これは教員においても同様である。また，胸部を前胸部・中胸部・後胸部の３つの部分に 分けたとき，前胸部のみを胸部とした回答（類型B），中胸部のみを胸部とした回答（類型C），中胸 部＋後胸部を胸部とした回答（類型F）に該当した学生が全６種の昆虫に見られた。このことから， 「昆虫の胸には６本のあしがある」という命題を適用するまでには至っていない学生の存在を読み取 ることができる。
その一方で，例えば，ヤマトカブトムシ（b）とオオカマキリ（d）において，前胸部のみを胸 部とした回答（類型B）に該当した割合を見ると，教員より学生の方が有意に高かった（両側検定 p<.01）。教員にあっては実際の理科指導の中で，既述した命題を再確認することが可能なためである と推察される。 しかしながら，学生における胸部の正答率の全体的傾向として，頭部の正答率を有意に下回った （質問４～９：両側検定p<.01）。この一因として，松森ら（2013）や佐々木ら（2019）が指摘してい るように，胸部が前胸部・中胸部・後胸部の３つに分かれた複雑な構造をしており，頭部を胸部の一 部を含み合わせたものとして認識している学生（表３の類型D）が多数存在することが挙げられる。 表４：質問４～９の回答類型（胸部）2) （人数（％））
３）腹部についての分類及び回答分析（表５参照） 頭部及び胸部を含まない回答を正答とした。各６ 種の昆虫の腹部に対する正答率は，学生で約 30 ～ 80％，教員で約 55 ～ 85％を推移した。学生におい ては，胸部と同様，ヤマトカブトムシ（b）とオオ カマキリ（d）の正答率が他の計４種の昆虫と比較 すると低率であり（両側検定p<.01），胸部及び胸 部の一部を含む腹部（類型C）に該当した学生は約 50％にも上った。これまで再三にわたって述べてき たように，この２種の昆虫においては，体節が明確 であるため，腹部を中胸部・後胸部を含むものとし て捉えたことが原因の一つであると推察される。ま た，モンシロチョウ（f）やアキアカネ（g）におい ては，他の計４種の昆虫と比較すると，腹部が長い構造をしていることから，図５に示す教員の回 答のように，頭部・胸部・腹部に加えて尾部の存在を想起しているものと推察される回答が散見さ れた。こうした回答は小２・小３の子どもを対象にした佐々木ら（2019）の調査においても見られ たことから，子どもたちに理科指導を行う立場にありながら，昆虫のからだを「頭・胸・腹の３つ の部分」に分けることができない教員の存在は，今後再考すべき課題の一つであると言える。 一方，教員の正答率については，計６種の昆虫の種間における有意な差は見られなかった。また， 胸部及び胸部の一部を含む腹部（類型C）に該当した教員の割合は，いずれも低率であり，床効果と 判断される。しかしながら，実際の授業場面において，これら計６種の昆虫を扱う機会はある一方 で，種によってはその形態的特徴にとらわれてしまい，胸部に対する命題「昆虫の胸には６本のあ しがある」を適用することができない教員がいることが明らかになった。 表５：質問４～９の回答類型（腹部）3) （人数（％）） 図５：アキアカネ（g）の誤答例（教員 30）
図６：昆虫概念の学修フローチャート
Ⅳ 学生・教員用の学修フローチャートの提案
１．昆虫の体のつくりの科学的概念の達成を志向した学修フローチャートについて 本調査研究によって，学生・教員の双方が昆虫の体のつくりに関して非科学的認識を保持してい ることが明らかになった。教員のみならず，学生においても実際の授業場面で理科指導を行うこと を考慮すると，昆虫の体のつくりに関する学修は喫緊の課題であるといえる。そこで，短時間で の振り返りが可能な簡易的な学修フローチャートを考案した。なお，作成に際しては，佐々木ら （2019）において提案されている学習指導方策を一部参考にした。 ２．学修フローチャートの概要 筆者らが考案した，昆虫概念の学修フローチャートを図６に示す。まず，本調査で使用した計６ 種の昆虫の体のつくりを分けたのち，正答との比較・照合を行う（STEP1）。続いて，昆虫の概念規 定を導出できた学生・教員と，できなかった学生・教員とによる学び合いを通して，昆虫の概念規 定の命題化を行う（STEP2）。具体的に，命題化された昆虫の概念規定とは，新学習指導要領（文部 科学省，2017a；文部科学省，2017b）に記載されている昆虫の体のつくりに関する２つの命題（命 題①「昆虫の体は，頭・胸・腹の３つの部分に分かれていること」，及び命題②「昆虫の胸には６本 のあしがあること」）を指す。STEP2を終えた学生・教員に対して，佐々木ら（2019）において小２・ 小３の子どもに最もよく見られた昆虫の体のつくりに関する誤答例を提示し，命題化された昆虫の 概念規定を適用し，その修正を求める（STEP3）。Ⅴ 結語に変えて
本調査研究において，計６種すべての昆虫の体のつくりを正しく分けることができた学生は 20.7％，教員は 44.3％といずれも 50％に満たない結果となった。今後は，本調査結果を踏まえたう えで作成した学修フローチャートの実用化に向け，準備を進めていきたい。また，本調査研究で用 いた昆虫以外の描画も使用するなど，「昆虫の体は頭・胸・腹の３つの部分に分かれていること」や 「胸には 6 本のあしがあること」の両命題の適用場面を拡大しつつ，学生・教員の学修機会を増やし ていく必要がある。加えて，学修フローチャートの有効性の検討や改良を施す中で，学生・教員に 昆虫の体のつくりに関する科学的認識が定着するような実践を遂行していかなければならない。こ れらを，今後の自らの課題としたい。 附記 本研究はJSPS科研費17K12932，17K01024の助成を受けたものである。 註 １) ２) ３) 表中の回答類型は，佐々木ら（2019）に加筆・修正を施したものである。 引用文献 有馬朗人ほか（2017）『新編楽しい理科３年』大日本図書． 日髙敏隆（1989）『昆虫たちの驚異』アスク講談社． 日置光久・星野昌治（2007）『シリーズ日本型理科教育／第２巻「子ども」はどう考えているか－と らえやすい自然認識と科学概念－』東洋館出版社．石塚小太郎（2014）『ミミズ図鑑』三松堂． 石浦章一ほか（2017）『わくわく理科３』啓林館． 癸生川武次ほか（2017）『楽しい理科３年』信州教育出版． 松森靖夫（2000）『子どもの本音を知ろう！新しい評価方法はこれだ『自然』についての見方・考え 方の調査と分析』学校図書． 松森靖夫・菅沼美奈・佐久間理志（2013）「小学校教員志望学生の「昆虫の体のつくり」に関する認 識状態の分析－「昆虫の体のつくり」に関する教授方策の再考－」『山梨大学教育人間科学部紀要』 第 15 巻，223-233． 文部科学省（2017a）『小学校学習指導要領（平成二十九年告示）解説理科編』東洋館出版社． 文部科学省（2017b）『中学校学習指導要領（平成二十九年告示）解説理科編』学校図書． 毛利衛ほか（2017）『新編新しい理科３年』東京書籍． 佐々木智謙・佐藤寛之・塚原健将・松森靖夫（2018）「「昆虫の体のつくり」の学習前後における児 童の認識状態の評価－自由記述法と描画法を併用して－」『理科教育学研究』第 58 巻，第４号， 403-410． 佐々木智謙・佐藤寛之・塚原健将・松森靖夫（2019）「小学校理科生物分野における子どもの資質・ 能力の育成に関する一考察－腹面から描いた「昆虫の体のつくり」の認識状態に基づいて－」『理 科教育学研究』第 60 巻，第１号，１-13．
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