小学校理科における空気教材の歴史的研究一「空気の弾性」を中心に一

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小学校理科における空気教材の歴史的研究一「空気の弾性」を中心に一

来栖公明＊・高瀬一男纏

（1989年9月9日受理）

ASt。dy。f Teachi・g M・teri・1・R・1・t・d t・Ai・

in Elementary Science Education from a Historical Viewpoint：

Elasticity・f Air

Koumei KuRusu and Kazuo TAKAsE

（Received September 9，1989）

1 はじめに

空気教材は，児童を科学の世界に導く優れた教材である・また・「空気・についての教育は・比較的初歩の段階でも教えることができ，昔から最も重要な科学教材となっているD・しかし・児童が空気を理解しようとした場合，その本質を自然の状態において知覚することは困難である・児童が見たり澗いたり，さわったりして矢口覚できるのは泊然の事物現象でしかな・・森2鳳小学校第3学年・空気でっぽう、の教材を一例にして，児童1こ空気の難を教えるために・空気でっ゜ま

うを教材として与えても，玉が飛び出槻象に見えるにすぎな・・と述べている・つまり・児童に見

えるのは，空気でもなければ，ましてや「空気の弾性」でもない。

・現象から本質へ、と言う諜はよく側・れるが，現象を引き起こすのは必ず事物であるから・

児童は現象から実体を知り本質について追求し浬解するわけである・学習の核心にせまる現象を

教材とし本質を指導内容と考えると，児童は，教材力・ら指導内容を学び取るわけである・しカΣし・

必ずしも学習における教材が学習者にとって本質に結びついているとは限らない。

したがって，本研究では，空気教材の取り扱いについて，歴史的にふりかえり・指導内容や・教材についてどのような変避たどってきたかを検討しようとするものである・それ1こよって現在の指導内容や激材についてなんらかの矢ロ見が得られるのではないかと考えるものである・

＊茨城大学教育学部大学院．

＊＊茨城大学教育学部理科教育研究室．

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18 茨城大学教育学部紀要（教育科学）39号（1990）

皿空気に関する指導内容の分析

現行の小学校指導要領では，空気に関して第2学年で「空気の存在」，第3学年で「空気の弾性」

第4学年で「温度による空気の体積変化」，第5学年で「物が燃えるときの空気の変化」を教えるように示されている。本稿では，空気の取り扱い内容について，学制が公布された時代を中心に明治十年代前半までに出版された科学書や教科書について考察した。ここで取り上げた科学書など25 冊について，「空気教材」の取り扱い状況を指導目標，内容，方法など22の事項について分析した。

その結果は，表1に示す通りである。

その結果を概観すると空気に関する指導事項の多いのは，欧米の科学書などの翻訳本であり，西

洋における科学の先進性をうかがうことができる。日本人の著作書の中には，空気について取り扱っ

ていないものもある。次に指導内容について，その主な事項を取り上げてみる。

表から明らかなように「空気の存在」については，空気を取り扱っている全ての科学書が取り上げている。例えば福澤諭吉の「訓蒙窮理図解」281の中で「空気は，世界を取り擁して海の如く，

万物の内外，気のみたざる処無し」は，その典型的な表記である。また，当時空気の存在の同意語

として「空気の磯（窟）性」という表現があり，「空気は場所を占める」として使われていた29｝3°｝。

一方，空気の「抗力」・「抗性」については，「空気の抵抗」という意味で使われていたと考えられる。さらに，「空気」と言う語の由来は，気→遊気→空気（気→雰囲気→大気）の順に変わり，

現在の「空気」に定着したと考えられる。これは，板倉の先行研究3Dと符合する。

「空気の弾性」については，同意的語が多く，「張力」・「気張」・「抗衝」「圧搾力ならびに

膨張力」・「弾（く）力」などで表現されていた。これらの用語は，全て翻訳本の中で見られ翻訳者によって適宜に訳出されたものと解釈される。また，「弾性」という言葉は，この研究に用いた

科学書の中には見当らない。最も弾性に近い用語としては，「窮理童子教」32｝に見られる「弾く性」

であり，これから「弾性」へと発展したものと考えられる。また，現在の小学校理科教科書においては，「空気の弾性」を教える教材として，「空気でっぽう」が主なる教材となっているが，果たして「空気でっぽう」は，「空気の弾性」を捉えるのに適切な教材なのであろうか。次に歴史的に

は，どのような教材が活用されていたかを考察してみる。

皿「空気の弾性」を追究する教材

現在使用されている小学校理科教科書から，「空気の弾性」についての教材を抽出すると，代表的なものとして，「空気でっぽう」・「注射器」・「マヨネーズでっぽう」などがあげられる。

歴史的にみると江戸時代に沢庵和尚は，竹でっぽうを教材として「空気の存在」を教えている。

しかし現在では，空気でっぽうで「空気の弾性」を教えているのである。このように同じ教材でも

指導内容がいつ変わったのかなどを検討してみる。

次に「空気の弾性」を指導するうえで科学書などにおいて取り上げている具体的教材とその内容についてまとめ，それを表2に示した。

L

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表1 空気に関する指導内容の分析一覧

事

存磯 ^地球 ^人間 ^空気 ^空気臭重

弾性抗

圧 ^温度

組

亮工空気で

上動無無 _に気

つ

の

物 ^し ^し」

形色味 ^よ ^1ぎ

西

科項

w

存在範植物必火墜凡音も出

気

抗

弾 ^圧搾膨張る膨

の呼び島呼び

暦書

在

性囲

須ずず

い

^さ

張衝

^力

張

力性 ^力

張成方方

1647 理学捷径3） ^○ ^／

／／

／

○

／／／／／／／／／／／／／気／ 1647

東海夜話4） ^○ ^／

／／／／

○

／／／／／／／／／／／／／気 ^竹鉄 1665

聖教要録5）

／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／ 1757

元黒論6） ○

／／

○

／／

○ ○ ○ ○

／／／／／／／／／／気／ 1815

理学秘訣7）

／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／

1819 気砲記8）

／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／気 ^気砲

1825 気海観欄9）※ ^○

／

○

／／

○ ○

／／／

^○ O ^○

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^○

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^{気雰風銃}

1826 窮理通1ω※ ^○

／

○

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○

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○ ○ ○

／／

○

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^○ ^○ ^○ ^○

^{大気風砲} 1851 気海観欄広義11）

^○

／

○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○

／／

O

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^○ ^○ O ^○

^{大気風砲}

1852

理学提要12）※

^○

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^○ ^○ ^○ ^{○ ○} ○

／／

○ ○

／／

○ ○ ○

^{大気風砲}

1868

天変地異13）／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／

1868

博物新編訳解14｝※

0

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^○ ^○

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^○ ^○

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／／／／／／／／／／気／

1868

訓蒙窮理図解15）

^{○ ／ ○} O

^／ ^{／／}

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／／／／／／／／／

○

／／／／ 1869 新法須知16）／

／

／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／

1869 奇機新話1η

／／／

^／

／／／／／／／／／／／／／／／／／／

1870

道理図解18）※

○

／

○ ○ ○

／

^○ ^○ ^○

／／／／／

○

／／

○

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○

空気／

1872

物理階梯19）

○ ○ ○ O

^／ ^／

0 0 ^○ ^○ ^○

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^○ ^○

^空気

^風銃

1872

窮理便解20｝※ ^{／／／／} ／／／／／／／／／／

○

／

○

／ ○ ／ ^空気／

1873 窮理童子教2D ^○

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^○ ^○ ^○ ^○ ^○

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^／^空気?S砲

^風砲

1873

小学読本22）

○

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^{○ ○}

／／／／

○

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○

／／／／／

○ ○

／_工

^尤気風砲

1875 牙氏初学須知23｝／／／／／／／／／／ O ／／／／／／

○

／／_工

宛気／

1876

物理全志24）※

^○ ^○ ^○

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^○

^{／／／} O ^{／／}

^○

^{／／／}

^○

^／ ^／

^空気／

1877

読本博物学階梯25）／

／

／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／

1878

士氏物理小学26）／

／

／／／／／／

^○

／／／／／／

^○

／／

工

宛気／

1879

小学口授物理談27）

^○

／／／

○ ○

／／／／／／／／／／／／／／ _工

尭気／

○：該当事項について取り扱われていることを示す

／1該当事項について取り扱われていないことを示す

※：翻訳本を示す

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20 茨城大学教育学部紀要（教育科学）39号（1990）

表2 空気の弾性を取り扱っている科学書及びその内容

西暦

^{著（訳）者・著書}

教材内容ねらい

1647 沢庵宗彰竹鉄砲小児，竹鉄炮と名付けて，竹の筒に紙空気の存在

（正保2）

^{「東海夜話」} をしたぎて玉となして，これを入れて，

又後より一つ重ねて紙のしたぎを入れて突きやる時，先へ入れたる紙の玉へ後の玉行き届かぬ先に，はっしと鳴りて先に行くなり。これ，先の玉と後の玉との間は空なれども，その間に気が充ちてある故なり。

1825 青地林宗

風銃

風銃もまた気をあつむるの気なり。気空気の張力

（文政8）

^{「気海観瀾」} を放ちて丸を射す，勢い火薬の如し。即

ち気の張力なり。

1826 帆足萬里

風砲

堅実質の弾力は，久しき経ればすなわ大気の弾力

（天保7） ^{「窮理通」}

ち衰ふ。大気の弾力は，歳月を経るといえども尚存す。ホイレ及びチサヒニリィ

（中略）嘗て大気を圧搾して，収蔵すること56年を経るも，弾力尚故の如くなり禄莫別法児，風砲に気を充たし16年を経てこれを用いるに，その飛丸，新たに気を充たしたるものと異なることなし。

1851

川本幸民

風砲

大気は弾力強盛にして縮張し易く，是大気の弾力

（嘉永4）

^{「気海観欄広義」} を縮張せしむる所の原因去るときは，基本に戻りて平均す。

濃気器は排気器の装置と同じうして，

唯その両舌下に向かひて開くを異なりとする。大気を一処搾縮し，一頓にこれを開放して，重き鉛玉を飛ばすこと，火薬の如くならしむ。風砲即ち是なり。

1852 広瀬元恭

風銃

気に一種の張力あり。圧力と抵抗して大気の弾力

（嘉永5）

^{「理学提要」} 屈撹せざるもの是なり。人疾走するときは，即ち物これが抵抗を為すを覚える。

即ち是れ気なり。（中略）

気圧縮して稠厚を致すときは，以て圧

力と相抵抗し屈撹せざる者なり。風銃

（かざてっぽう）の丸を射，噴水車の水を弾く，また同一理なり。是れを抵抗張力という。また大気の弾力と名つく。大気の弾力皆気の稀稠による。故に圧搾の強弱とその力を同じうす。

ある人嘗て，大気を風銃に充たして，

二十余年を経て是れを放つに，新たに気を充つるの銃と小異無し。あるいは，

五十六年を経て其の弾力故の如し。

1868 福澤諭吉水鉄砲子供の手遊びにする水鉄砲も，空気の空気の押す力

（明治元） ^{「訓蒙窮理図解」} 押す力に基づきたるものなり，水鉄砲の先を桶の水につけて心棒引きあぐれば，

桶の水もつきて上へ昇るはなんぞや，棒

(5)

西暦

^{著（訳）者・著書} 教材

内容ねらい

を引きあぐれば水鉄砲の先の方は，空気

蓼、

のなき場所となるゆへ其の場所へ外より

気の這入らんとすれども水鉄砲の手元

は心棒にてふさがり，先の方は桶の水に妨げられて直に這入るべからず。是れに

戸福

@璽「

よりて，空気は，桶の水に押掛りその押

ｷ力にて，水鉄砲の口より水を押し込むﾈり。

1

龍土水，天龍水なども皆この理なり。

勺西洋にてこの仕掛けの道具を「ぽんぷ」

と言う。

1872 望月誠円筒に空気の漏れざるようにピストン空気の圧搾力

（明治5）

^{「窮理便解」} を当て，これを突き下ぐるときは，この膨張力円筒中に充満する空気圧さえ，其の分子

筆

筒外に逃げ出でんとすれども出づべき間

口

隙なきを以てピストンの圧搾に従い空気

Ψ

次第に収縮しついに其の容積百分の一よ ρ

C f

りも多く減少し，然るに其のピストンを

引き上ぐるときは収縮せし空気再び膨張して元の場所に充満すべし，故に気状体は他の諸物体より，膨張圧搾の力甚だ多しと言う。

1872 片山淳吉蜜コ亭空気も亦此両性（圧搾性・膨張性）あ空気の圧搾力

（明治5）

^{「物理階梯」} りて，器に由り試験することを得，即ち膨張力

．二。

第四図の「甲」は活塞をして「乙」は円

○

筒なり，其の方法は活塞の円筒に接際する処を周密になし，空気をして，漏脱す

L Cゴ惑ることなからしめ，然る後活塞を推進す

1

るときは，空気を圧搾し，これを抽退す

、＿ノるときは，再び膨張せしむ。

凶一一一一一一一冒嘘■一■冒曽一一一闇一，＿＿一一冒邑一一一一一一一一■一曹一一一■，早騨一一一一一一■曹一

酪e

｝一一一一，，，一一一一一一一一一一 1 噌一一一一一嘘層甲一一一一一一一 ■ 一一 P ，一一一一曽響，，一一一一一

@ 風砲（かざてっぽう）の丸を弾き，噴一＿一＿＿＿曽，一一一一置〒一一一一一一

噴水筒水筒の水を射る，亦此理に原ずく。

1873 青木東江風砲空気は圧せば収縮し，放てば弾く性あ空気の弾力

（明治6）

^{「窮理童子教」} 紙鉄砲ることの，其の勢いの烈しさを例えて言（弾く性）

えば風砲，手近く童子の弄ぶ，紙鉄砲の理合いを間はば，これぞ空気の弾力にて，

前なる玉と後の玉，其の両間の筒中に目には見えねどいっぱいに，空気の充ちてあることの，棒にて後の紙だまを，次第に押せば中なる気次第に縮み濃くなり，

もはや縮まぬ度に至り，洩れる隙間のな

き故に，外の空気の効力に，打ち勝つほ

どの弾力にて，前なる玉を弾きだし，遠

く飛び出す其の勢い，玉の力にあらずし

て，空気の弾く力なり。

(6)

22 茨城大学教育学部紀要（教育科学）39号（1990）

表2より「空気の弾性」を示す教材として，「空気でっぽう」と「一方が閉じた円筒型の筒にピ

ストンを付けたもの」・「水でっぽう」があげられる。特に，「物理階梯」33）では，「一方が閉じ

た円筒型の筒にピストンを付けたもの」・「風銃」・「噴水筒」をあげて説明を加えている。また，

「訓蒙窮理図解」謝では，「水でっぽう」を用いて空気の押す力（空気の弾性）を説明している。

それらを要約すると，表3のようになる。

表3 空気の弾性に関する3つの代表的教材

空気の存在沢庵和尚……「東海夜話」

① 「空気でっぼう」一

空気の弾性多くの翻訳書

（押し縮められると元に戻る）

② 「ピストン型ポンプ」一空気の圧縮及び膨張一翻訳書望月誠……「窮理便解」

片山淳吉……「物理階梯」

③「水でっぽう」空気の弾性福澤諭吉……「訓蒙窮理図解」

（外力を加え膨張させると元に戻る）

「空気の弾性」については，一般的に押し縮めて元に戻ることだけを教えているが，「訓蒙窮理図解」では，水でっぽうのピストンを引き上げて減圧し，空気を強制的に膨張させると元の体積に戻ろうとして水を持ちあげることと説明している。このことは，他の科学書の説明には見あたらず

福澤諭吉の科学的な見方・考え方の卓越性を示しており，その弾性現象の説明は注目に値する。「弾

性」とは，「物体が外力を受けると，形や体積にひずみを生じ，内部にはこのひずみを元に戻そう

とする応力が現われる。このひずみを元に戻そうとする性質である」35）。これらのことから考える

と「押し縮められた空気は元に戻る」という弾性だけではなく，「空気を外力を加えて膨張させる

と元に戻る」という弾性についても取り上げることが必要であろう。

また，「空気でっぽう」を用いて「空気の存在」を説明しているのは，沢庵和尚だけである。その他の科学書の多くは，翻訳したものであり「空気の弾性」として取り扱っている。

1V まとめ

本研究では，空気教材の取り扱いについて歴史的にふりかえり，指導内容や教材についてどのような変遷をたどってきたかについて，江戸時代から明治十年代前半までを考察した。調査した科学書や教科書は，25冊である。その結果次のような知見が得られた。

空気に関する指導事項の多いのは，欧米の科学書の翻訳本であり，日本人の著書の中には，空気

について取り扱っていないものもある。

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「空気の弾性」の指導における教材には，「空気でっぽう」・「一方が閉じられた円筒型の筒に

ピストンを付けたもの」・「水でっぽう」などがある。特に「水でっぽう」では，「外力によって膨張させられた空気は，元に戻る」という「空気の弾1生」を取り扱っている。また，「一方が閉じ

られた円筒型の筒にピストンを付けたもの」は，現在の「空気の弾1生」における注射器の原型と考えられる。

「空気でっぽう」を用いて「空気の存在」を説明しているのは，江戸時代の沢庵和尚だけである。

その他の科学書では，「空気の弾性」として取り扱っている。これらの科学書は全て翻訳したものである。

注

1）板倉聖宣『理科教育史資料』第5巻，東京法令，1967，p．26．

2）森一夫「新理科教育」，学文社，1964，p．126．

3）沢庵宗彰「理学捷径」，林甚右衛門版，1647，pp．1−12．

4）沢庵宗彰「東海夜話」，板倉聖宣：「科学教育研究」第10冊所収，国土社，1973，pp．63−70．

5）山鹿素行「聖教要録」，三枝博音『日本科学古典全書』第5巻所収，朝日新聞社，1942，pp．3−26．

6）三浦晋「元黒論」，前掲書 pp．71−110．

7）鎌田柳泓「理学秘訣」，三枝博音『日本科学古典全書』第6巻所収朝日新聞社，1942，pp。493−526．

8）国友藤兵衛「気砲記」，所荘吉「江戸科学古典叢書」第42巻所収恒和出版，1982，pp．171−199．

9）青地林宗「気海観瀾」，1825，三枝博音『日本科学古典全書』第6巻第2部所収，朝日新聞社，1942，

PP．3−59．

10）帆足萬里「窮理通」1826，三枝博音『日本科学古典全書』第6巻第1部所叫乳朝日新聞社，1942，pp．

111−587．

11）川本幸民「気海観瀾広義」，1851，三枝博音1942，前掲書9），pp．63−240．

12）広瀬元恭訳「理学提要」，1852，三枝博音1942，前掲書9），pp．337−492．

13）小幡篤次郎「天変地異」，1868，海後宗臣『日本教科書体系』第21巻所収，講談社，1965，pp．9−21．

14）大森秀三「博物新編訳解」，1868，海後宗臣1965，前掲書13），pp．51−164．

15）福澤諭吉「訓蒙窮理図解」，1868，海後宗臣1965，前掲書13），pp．23−50．

16）細川十州「新法須地」，響泉書屋蔵，1869．

17）麻生弼吉「奇機新話」，［出版社不明］，1869．

18）田中大介「天然人造道理図解」，初編，東京誠之堂蔵板，1870，pp．7−17．

19）片Ll」淳吉「物理階梯」，1872，海後宗臣『日本教科書体系』第22巻，講談社，1965， pp．11−38．

20）望月誠訳「窮理便解」，和泉屋兵衛版，1872，pp．10−13．

21）青木東江「窮理童子教」，1873，石川松太郎『日本教科書体系』第14巻，講談社，1974，pp．114−146．

22）文部省「小学読本」第4巻，1874年，日本科学史学会『日本科学技術史体系』第8巻，第一法規，

1964，PP．228−23α

23）田中耕造訳「牙氏初学須知」，1875，海後宗臣1965，前掲書13），pp。165−316．

24）宇田川準一訳「物理全志」，煙雨縷蔵，1876，pp．1−5．

25）中川重麗訳「小学読本博物学階梯」，1877，海後宗臣1965，前掲書13），pp．463−478．

26）小林六郎訳「士氏物理小学」海後宗臣 1965，前掲書19），pp．85−156．

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24 茨城大学教育学部紀要（教育科学）39号（1990）

小学校理科における空気教材の歴史的研究 一「空気の弾性」を中心に一