理科教育における粒子概念について（?） ― 最も 小さいもの、粒子について ―

奈良教育大学学術リポジトリNEAR

理科教育における粒子概念について（?） ― 最も 小さいもの、粒子について ―

著者 池尾 和子, 植田 正家, 岩橋 恭子

雑誌名 奈良教育大学教育研究所紀要

巻 16

ページ 51‑62

発行年 1980‑03‑23

その他のタイトル On The Concept of Particles in Science Education (I) ― The smallest things, The particles ―

URL http://hdl.handle.net/10105/6436

理科教育における粒子概念について（I）＊

一最も小さいもの、粒子について一

泡尾和子榊植田正家＊榊岩橋恭子榊榊

（理科教育教室）   （県教育委員指導主事） （大阪市立東ノ』、橋小学校）

11はじめに

 本教室では、現職教員研修のため、本学卒業生を主会員とする研究会（奈良教育大学理科教育 研究会）1）を昭和50年12月に発足させた。春期・夏期休業以外に毎月一度の例会をもってい

る。この研究会の特色は、小学校・中学校・高校・大学（時には幼稚園）の教師が一堂に集まっ て、講演を聞いたり、共にテーマを決めて実験をしながら、小・中・高・大学の一貫教育におけ る問題点を、その関連においてお互いに討論することである。また、外人講師により外国理科教 育の現状を紹介し研究を進めている。

 この研究のきっかけは、昨年6月例会でテーマとして粒子概念をとりあげ、小・中・高・大学 の一貫教育の過程の中でこれがどの様に取り扱われているか討議したことに始まる。最初、物理 の教官よりr中学校理科の中で取り扱われる粒子モデルとしての原子・分子について」物理の立 場より話題の提供があった。次に現場の中学校より 実験・観察を通じて生徒に理解させる過程 での問題点、108を具体的にどんな数と説明すれば生徒が納得するか、吏にアボガドロ数や薄膜 の厚さの測定実験が新学習指導要領からなくなるのは生徒の興味をそぐので困る等 の発言があ った。高校の現場からは、 実験・観察の結果から理論を推定してゆく時間はないので、中学校 とは逆に教え込む事の方が多いこと、更に生徒により程度にばらつきが多く困る等 、更に小学 校より  学校教育にいつ頃から粒子概念が取り扱われる様になったか児童に対して理解させ

る様努力してはいる狐具体的に目にみえないものが存在するということを体験させる苦労や、

また1人1人の理解度の差が大きく全員に理解させるのはむつかしい等 の発言があった。その 際、中西康雄が、この会のため現行6社の教科書中の挿絵（粒子モデル図）を参考資料として まとめられたものを提出された。最後に大学教官より、小・中・高校のまとめも兼ねてr大学で は、一貫教育のしめくくりとして 物質は粒子よりなる…という粒子概念・物質観を徹底して教 えるべきである」と結論されねその蜜・参加者の活発な質疑応答があっれ

 この研究会を期に、理科教育の上で重要な基本概念の一つとしての粒子概念の理解の現状を幼

・小・中・高・大学で調査したものを報告する。（イギリスの義務教育は5才より始まるので、

  On The Concept of Partic1es in Science Education（I）

   ＿The sma11est things，The p虹tic−es＿

｝  Kazuko Ikθo （Dept of Scle口。e Educat1on．Nara Umverslty of Educatlon，

       Nara）

＊榊Ma軸e Ueda （Nπa Pref㏄tura1Board㎡Education，Teacher Comaltmt）

榊榊Kyoko Iwahashi（Higashiobase Elementary school，Osaka）

幼稚園の年長組を比較研究のため・対象とした。）

2．小学校教科書にみられる粒子モデル

 物質の粒子性については、学習指導要領の段階では中学校で始めて取り扱われている。ただし 前項中西氏の提出した資料（妻1）より小学生に対しても粒子概念を直観的に理解させる試みが みられた。

（表1）

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一52一

 一方、隣国の韓国においては小 学校5年生（韓国においては小学 校より大学まで同一科学用語を用 いるとの方針で、小学校より分子 を教材にとり入れている。）より、

アメリカでは2年生より教えるプ ロジェクトもあり、イギリスでも 6年生（日本の5年生相当）で、

既に分子を扱っているところもあ る。この事実から日本でも小学校 に粒子概念の導入ができるかどう か検討した結果理科学習の中にお いて粒子概念を用い、児童の理解 を助けることができると考えられ た。そこで学習指導要領を改訂せ ず粒子概念を育成しうる小学校教 材の一覧表（表2）2）3）を示す。

（一表2）

3 粒子概念に対する実態調査  分子・原子という科学用語は中 学校より取り扱われる。まず、最 近3度にわたって改訂された学習 指導要領において、粒子概念に関する表 現がどのように推移しナこかを（表3）に 示す。

  すべての物質は原子・分子・イオン などの粒子からなりたっている との粒 子概念：物質観が理解されているかどう かを調査するにあたり京都教育大学4）5）

が、それについて研究発表されていたの で、同じ問題形式で許可を得て実態調査 を行った。

 問題 r食塩を水にまぜると食塩水が

粒子量念育成の小学校検輔 旧学習脂須要領        新学習指書暮傾 1．検賃は幅分できることを休業させる

2年 石けんのとけ方 2年 もののとけ方 3年 ほう登のとげ方と水の置度 （とかし方の工夫）

4年 会均の水に溶ける日度 4年 もののとけ方（置度1〔よる とけ方のちがい）

5年 水溶液の盤質 5年 固体の水に着ける■

（水にとけるもの〕 （水溶検の■さと重さ）

6年 水溶検の舳賃

（とけているもの〕

2一日に見えないものも存在することを休業させる 2年 せ旬けんのとけ方 2年 窒気の存在

空気の存在（ふうせん） もののとけ方 3年 1量50のとげ方 3年 とじ込めた空気の，盤

とじ込めた空気の○性

4年 空気や水の■度 ζよる鉢着 4年 室気や水のヨ度による休標

変化 実化

水・水・水業気 氷・水・水量気

倉む水 もののとけ方

5年 水浴検の盤資 5年 固体の水に書ける■

（○・アルカ｝性）

6年 水移検の券化 6年 水管着の盤資

a 鏡質と電気との間に屯にか■係があるらしいζとを購きせる 5 F カk渥検 D中1！1■，一舳〕

4．粒子の大きさに1オ、いろいろあるζとを先見釣に言うておく 4年 いもやたねの8分

6年 書9の消化と量収

業 1．〜4一の満1≡1標1オ、文縦制による。

（表3）

  中学校指導饗領（理科）の維移（粒子馬念）

匝コ第2 各学年の目標および内容   第1学年  目標

  11い・・……・・一および物質の状態や化学変化の説明   に分子・源子の馬念が役だつことを理解させる。

［亘≡亜コ第2 各分牙の圓壕および内容   窮工分野  目優

  131・……・……・粒子的モデルがいろいろだ現象の考   実に役だつことを理解させ……… ・…。

［璽＝…＝コ策2 各分野の目蟹および内容   第1分野  目管

  121……・…・…・物資1オ原子・分子・イオンなどの粒   子から成りたっていることなどを理解させ・…・・o

   できます。できた食塩水のようすを絵に書いて下さい。言己号や符号をつかってもよろし    い。またその説明（絵のお話）も書いて下さい。」

大学生（小学校免許取得希望学生）140名中、イオンになってわかれて溶けているとの正解

者は78名55．7％であった。高校では87名（2年）で全員正解、中学校3年生については、

奈良県全県一区の高校入試の成績結果を用いた。（表4）の問題で、公表正解率は552％であ

った。

 （表4）

       奈良県高校入試問題

ロコ食塩を用いて、次のω、12〕の実験を行った。   ω 略

 ② 食塩水に硝酸銀の水溶液を加えると白く濁り、しばらくすると沈でんし、さらに硝   酸銀の水溶液を加えても、白く濁らなくなったので加えるのをやめ、その液をろ過し   たところ透明な液が得られた。これについて、次の①、②の問いに答えなさい。

  ①下のア〜カに示すモデルのうち、食塩が水にとけているようすを表したものはど    れか。正しいものを一つ選んで・その記号を書きなさい。

  ② ■各

    7  イ  ウ  ェ  オ  カ   oナH帆付ソロ舳付ソ山仙ソ

       ●十｝リウム課子 ■o素重子  ○順一イオソ

   圃園睡固固圃 舳舳榊舳

 また、京都教育大付高、鈴木孝6）の京都における中・高・大学での粒子概念の調査結果も我 々の結果と同様、高校での正解率が最もよく、中学校・大学での正解率が共に高校より悪かった。

理科教育の基本概念としての物質概念ですら蛍なる暗記事項としてのみ覚え、根本的に理解され ていないことによる結果と考えられる。現在の理科教育の問題点の一面がうかがえた。（図1）

 さて、小学校についても同じく食塩水のアンケートによる実態調査を行った。4校624名中 467名（748％）は水の中に溶けてみえなくなる、水とまざる、目にみえない粒子になると答 えている。溶けてなくなると思っているものは、わずかに624名中9名（O．01％）にすぎなか

った。ある小学校では食塩の溶けている絵の表現に、溶けた食塩が粒子になっていると・○口車 印で書かれていたのが110名中105名（95％）もあった。小学生の  （図1）

中にも粒子になって溶けていると理解している者も多数あり、目に見え ない粒子になったと表現ができるなど粒子概念の一部をよく理解してい る子供のいることがわかった。

 10年前、島根大学教育学部で研究された結果7）では当時の小学生に 調 は、食塩・砂糖の粒が最小量として認識される限度であると報告されて い乱これと比較して・情報化社会という大きな変化の中で生活する小 学生の小さいものへの認識が変化したものと思われた。さらに、地域性 はないと述べられていたが、調査の結果、かなりの地域差がみられた。

 さて・ここで本研究会は粒子概念をもっと異なった角度で調査してみ

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ることとして・次のアンケート（表5）による実態調査 を試みた。

 一番の問題は、最も小さいものとして物質概念の構成 単位が粒子（原子・分子・イオン）であることが理解さ れているかどうかを調査するために設定した。二番の問 題は・前回同様絵と言葉の表現で粒子やイオンになって 溶ける状態をどのように理解しているかを調査するため、

同じく三番目は せんたく物が乾く という目に見えな い状態変化についてどう理解しているか、生活経験に密 着した問題として設定した。外国教科書には 晴れてい る日には洗濯物が乾くのに、どうして雨の日には乾きま せんか と必ずわかりきったと思われることでも問題と して出されるのに比べ、日本では生活に関連するものは すべて省略されているので取りあげた。回答の中に 水

（表5）

大．録大・凹・中・・I・工 〕早男・左氏名工    〕 1．島吐止 O，τいるらのの，ちτ一■小さいもの 何■すか・

④ 貝た6のの，ち一1 oでサか．

◎見た仁と1 伽・舳。 tいるも刎圭何ですか．

な｛それが一■小さいと見，の一fか・

④o電由

◎ω■曲

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｛．5圧■●、て下さ●、1 日号中執口をつか｛1＝も』＝ろしい。

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邑 廿んだく，，岳ほして古くとかわ＾iす。水はどうなりてど仁へ 行，たωモし ，・

モ。水 、今どん世ようfをして、 どこにあるのでし』う。

が蒸発する ととらえているものが多かった。この蒸発する（目にみえない）という現象の説明 に筆者らは粒子概念を用いることにより児童がよりよく理解した授業経験を得ている。

4 「最＝も I・さいもの」に対する実態請査

 rあなたの知っているものの中で一番小さいもの」についての調査結果を（表6・7）に示す。

⑦見たものの中で、◎見たことはないが知っているものの中で、とに分けてグラブ表示する。

（2，3の実態調査の結果は次回にゆず乱）

 小・中・高・大学と学年が進むにつれ、最も小さいと考えるものの大きさが小さくなっていく ことがわかった。一方、大学生が恨も小さいもの を実際の大きさとしてどう理解しているか 調査した。旺O分子を球体とみなし、水（液体のとき）が1個ずつばらばらに存在すると仮定し、

計算により水分子1個の直径を授業で説明し、その後、水分子の大きさのオーダーを求めさせた。

10．『ωのオーダーの解答はわずか29・7％、10」㎞〜1脇の範囲内の解答は3q2％で・これ までの教育の中ではものの大きさについての授業がやや乏しいことがわかった。

 そこで、現行の小・中学校の理数科教科書中に ものの大きさ についてどの様に表現されて いるかを調査した。その結果を（表8・9）に示す。

 学習指導要領によれば、小学校の算数においては1年〜6年の間に ものの大きさ 量 に ついての学習を完了する。

 表8・9より ものの大きさ川について理科教科書の中では殆んど取り扱われていないことが わかった。図に示して何倍というのは視覚を通しては確かに大きさを教えていることにはなる狐 算数と理科とが融合されていないので、児童生徒はバラバラに理解していても、ものの大きさと

しては理解していない。今後、 ものの大きさ についての認識が科学及び生活の重要な要因の ひとつであるので、数学科と理科が何らかの形で協力研究を進める必要があると考える。

（表6）

「知。ているものの中で一番小さいもの」1こついての調査絡県

種 幼確■ 小  学  校 ^{中学校 高9学校} 大学

覚 位 ^{学年 ◎}

（ω） 項目 ^{◎ ⑦ 1年 2年 3年 4 5 6年 計 ⑦ ◎ ⑦ ◎ ④ ◎}

3 以上 ^{小さいもの 23 8 工2 6 3 4 25 i} 1 以上 ^{小さいもの 18 12 4 工3 2 4 1 2 26 1}

以上 花 ． 他 ^{5 2 4 4}

士以上 ^{昆虫1 η 36 3 8 1O 10 4 2 37 1 1 4 1} 1一会 小  石 ^{9 8 2 1 4 2 9}

晶〜島 あり1 ^{25 165 17 22 勿 1O 5 7 85 η 9}

米  粒 ^{1 7 9 1 1 11 1 1}

〜 砂 8 141 1O 21 5 30 7 4 77 勤 ^{1 12 2 6}

の   み ^{12 4 21 8 23 9 65 2 7 6 2}

一 たね（ごま） ^{2 別 7 9 2 1 1 1 21 1 3}

卵 ^{7 2} 4 2 1 2 11 1 1

ビーズ・仁丹 ^{3 19 3 1 4 2}

も の

の 八 ^{7 3 2 5 8 3 4}

50出 詰品1 ^{14 3 1 3 4 3 14 21 6 8 2}

由以下 ^{土・火山灰 12 2 1 3 1 1}

〜 花  粉 ^{1 2 2 5 4 2 4}

品一 _{i・ジンコ）}^{フン・トン 1 69 19 9 36 勿 測 120 8 29 3 3}

〜 胞  子 ^{15 2 2 16 7 2 5}

細  胞 ^{6 1 9 10 43 12 58 4 82}

｝ 微生物 ^{5 3 1 50 14 25 93 37 38 2 1 13 1}

由一 ^{ユこり ちり 2 55 3 3 2 4 6 1 19 44 1 33 2 25 1} でんぷん ^{11 3 2 5 4 1 1 1}

■ の

つ 1 24 2 2 3 7 7 1 22 30 3 11

粉 一1 ^{2 3 5 3 10 10 31 92 5 34 3 1}

賃の粒 ^{3 5 2 2 2 1 12 10 3 4 1 3}

由〜 磨  種 ^{3 3 3 1 1}

〜 ばい菌・細菌 ^{5 7 15 4 30 29 59 12 149 19} ㎎ ^{2 29 21 2}

舟〜紳 _血  球 ^{3 3 16 7 3 1 4}

〜 書の粒子 ^{！ 1 1 9 5 】O}

〜 コロイド粒子 ^{49 2 4}

脂 肪 登 ¹⁴

棉一分 ^{葉練休・染色体 2 1 1 1 9 19 3 16}

｛〜小 _空気の泣 ^{1 3 1 6 10 8 2 27 7 13 7 1}

分子・原子 ^{1 16 7 η 50 18 266 14 82 39 83}

， 以下 原子 核 ^{1 1 21 2 13 2 4}

電子・陽子 ^{1 1 3 5 1 135 1 102 2 151}

光  子 ^{1 1 3 4}

中間子・桑粒子 ^{1 1 1} 3 13 4 9 1 15

そ の 他 ^{15 9 14 12 12 17 13 η 20 21 勿 20 4 1}

納  答 ^{2 13 棚 6 7 12 12 76 18 η 20 33 9}

計 152 110 155 160 240 246 165 1．076 702 702 318 318 264 264

一56一

（表7）

（％）

60

40

20

   間．あなたの知っているものの中で一番小さいものは何ですか X〃XXXXX幼稚園

    H小学校     F中学校

一一一一・一一一… m高校

一・一・一・一・一 蜍

．＿ 1，1  1

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（イ）見たことのあるものの中で回答

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（口）見たことはないが知っているものの中で回答

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小学校の教科書（理科・算数）にみられる大きさ（1次元、3次元）に対する表現方法

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中学校教科書（理科・数学）に見られる大きさの表現方法

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5 硬貨の大きさについての実態罰査

 さて、生活に最も関係のある1円・5円・1O円・

50円・100円硬貨の大きさがどの程度理解されてい るかについて（表10）のアンケートによる実態調査を 行った。調査の結果は毎日使用している硬貨について関 心が少ないことがわかうた。この調査の結果は（表11）

に示す。小・中・高・大学と学年が進むにつれて正解率 が向上するわけでもなく、ただ小学校1年生と6年生と だけを問題にすると正解率は向上している。

（表10）

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①1円玉と10円玉

◎ 5円玉と50円玉

◎10円玉と100円玉

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（表11）

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6．おわリに

 物質が原子から成り立つという確証8）は、（数10年前に得られたにすぎない）次の2つの根拠 から与えられた。その1つは化学結合の際の質量と気体体積との間の法則性で、これは分子と原 子の概念にほぼ到達し、原子の質量比を与えた。いま1つ物質の物理的性質にある決まった量が

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現われることから、原子の質量や他のそれに関する大きさについて推算が得られた。こうして、

物質の巨視的な性質は、10』目伽程度の間隔、101伽静電単位程度の電荷をもつ原子から構成され ているとして説明された。そこで物質の構成単位としての原子の大きさが計算され、ものの大き さについての基準が確立された。

  ものの大きさ が科学の上で重要であることはいうまでもない。必要にせまられる省エネル ギー対策にとっても、その量についての認識が基礎になる 戦前から日本の科学教育の欠点は数 のオーダーに弱いことであるといわれてきた。この際、小・中学校でのものの大きさに関する内 容を改め、日常生活経験と学校教育及び理科教育と算数教育との関連をよりいっそう強め、もの の大きさの認識を促進させるべきだと痛感した。

 来年度より使用される小学校の理科教科書には学習指導要領に関係なく、粒子モデルの挿絵は 殆んどみあたらない。

 既にピアジェの発達心理学の学説が確立されてからかなりの年月が経った。人間の自然認識の 発達過程を科学的思考の発達過程及び身体的発達過程を合わせ、考慮すれば、物質保存、重量保 存が各々7・8才〜10才位より可能になる。児童自身、食塩が溶けて目にみえない粒になると いうことは、小学校4年生の教材（物の温度と体積変化）において独力で理解できるという事例 は多く発表されている。筆者らも、小学校に粒子概念の導入の授業を試み、成果9）をあげている。

 粒子概念は基本概念として重要であると同時に、理科に興味をもたせるきっかけを作ると考え られる。すべてを粒子概念で説明するということでなく、必要な一部分にでも利用されれば、中 学校において、抵抗なく分子という用語がうけ入れられると考える。諸外国では分子を子供の自 然認識過程の上で可能な限り、できるだけ早く教材として取り上げているのに対し、日本は依然

として中学校から分子を扱っていることについては今後の研究課題と考える。

 日常使用している川硬貨の大きさ にさえ興味がない児童生徒に対しては 最も小さいもの または川粒子の大きさ を推測させるために、日本独特のカリキュラムが必要なのではないかと 考えられる。日常生活が情緒的で ものの大きさ について興味を示さないのか、或いは他の原 因によるのかを今後調査する予定である。敗戦直後の 科学教育の普及に努力する川というr新 教育方針」は、 35年後の今も必要であると調査の結果より考えられた。引き続き、諸外国との 比較研究を進めているので次回に報告す乱

 この研究の一部を日本理科教育学会第29回全国大会に於て発表した。

 おわりに、資料を提供いただいた中西康雄教諭、実態調査に協力いただいた理科教育研究会の 先生方及びこの調査・結果の集計等に協力された本学専攻生、今村礼子、高野美保子、西尾光代、

前田溝、字田泰子、仲俣清子に深く感謝する。

 注

 I）池尾和子r大学における現職教育について」

      第27回日本理科教育学会全国大会 発表要項P55（1977）

 2）岩橋恭子、池尾和子、今村礼子、高野美保子、西尾光代r大学生の考える教材」

      日本理科教育学会近畿支部大会 発表要項P86（1978）

3）化学教育専門委員会r化学教育専門委員会報告」 化学教育P41 22巻1号（1974）

4）京都理科教育部会  京都教育大学教育研究所所報P193 20号（1974）

5）京都理科教育部会  京都教育大学教育研究所所報P160 21号（1975）

6）鈴木孝r中学校・高校・大学の粒子概念の調査」

       日本理科教育学会近畿支部大会 発表要項D−6（1977）

7）井藤芳喜、井川紀子  島根大学教育学部紀要P63 2巻（1969）

8）F．フント  物質構造論  犬井鉄郎訳  吉岡書店（1971）

9）池尾和子、植田正家、岩橋恭子r 最も小さいもの に対する理解と粒子概念について」

       第29回日本理科教育学会全国大会 発表要項P91 （1979）

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