中学校物理実験課題の日米比較と考察
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(2) . 北海道教育大学紀要 （第１部Ｃ） 第４８巻 第１号 ｌｏ ｆＨｏｋｋａ ｉ ｉ ｉ Ｓｅ ｉ Ｉ ｄｏ Ｕｎｉ ｔ ｔ ｊｏｕｒｎａ ｔ ｏｎ（ ｃ ｖｅｒ ｓ ｏｎ１Ｃ）ＶＯ ｙｏｆＥｄｕｃａ ．４８ ．Ｉ ，Ｎｏ. 平成 ９年８月 Ａｕ恩． ｔ ｓ ，１９９７. 中学校物理実験課題の日米比較と考察. 平. 野. 雅. 宣・皆. 川. 直. 人・細. 川. 富. 生. 概要 理科の授業における観察・実験の重視が， 以前から叫ばれている。 教科書にも観察・実験が多く 取り入れ られており， 教師もできる限りの実験をこなそうと必死である。 私たちも理科の授業における観察・実験の 果たす役割は， 非常に大きいと考える。 そこで私たちはアメリカの科学教育 に注目し， 実験課題に含まれて いるスキルという側面から， アメリカの中学校で使用されている理科教科書にある物理分野の実験課題を分 ）との比較を試みた 分析手段としては 「実験課題に含まれるスキルの要素的多様 析し， 日本の分析結果１ 。 ， 性 を評 価 す る こ と」 を 目 的とす る「ＬＡ１（Ｔｈｅ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ Ｔａｓｋ Ａｎａｌｙｓｉｓｌｎｖｅｎｔｏｒｙ）」 を 用 い た. 。. これにより， 日本の中学校の理科教科書にある物理実験課題の問題点を明らかにし その問題点を改善する ， 方法について考察を行った。 その結果， 「教科書の実験課題に関する記述を書き換える方法」 と 「教師のは ， た らき か けを工 夫す る 方 法」 の ２つ が有 効 である とい う 結 論 に達 した 。. １． 序論 現在日本では， 検定教科書と指導書によって理科のカリキュラムが作られている。 現行の中学校学習指導 ）によると 理科の目標が次のよう に定 要領は， 平成元年に改訂されたものであるが， 中学校指導書理科編２ ， められている。 「自然に対する関心を高め， 観察， 実験な どを行い 科学的に調べる能力と態度を育てる と ， とも に自然の事物・現象についての理解を深め 科学的な見方や考え方を養う」 また この目標を達成す 。 ， ， るために， 「観察， 実験を重視するとともに， 地域の環境や学校の実態を生かし 自然を科学的に調べる能 ， 力の育成及び基本的な概念の形成が段階的に無理なく行われるようにする」 と述べられている さらに指導 。 書では， 上記の自然を科学的に調べる能力を育てるために必要なスキルについて 「自然を科学的に調べて ， いく過程においては， 問題の発見， 仮説の設定， 検証， 実験の計画と実施 器具などの正しい操作 適切な ， ， 記録の取り方， データの処理と解釈， モデルの形成， 規則性の発見な どの探究の技法が駆使 できるようにす る 必 要 がある」●と述 べ ら れて いる。. 私たちは， この理科の目標の中の 「自然を科学的に調べる能力」 に特に注目した そして この目標を達 。 ， 成するため に， 科学的に調べる能力に多様性をもたせることが不可欠であると考えた このような観点から 。 ， ＬＡＩ を用いて. ， 中学校の理科教科書 にある物理 実験課題を 日米間で比較し， 考察を試みた。 ただし， ＬＡＩ のカテ ゴリーはあくまで評価するための道具であり， 個々の実験課題すべてに対して求められな けれ ばなら な い という 基準 で はな い， と いう こ と を付 け加 え てお き たい 。. ２８７.
(3) . 平. 野 雅. 宣・皆 川. 直. 人・ 細 川. 生. 富. ２． 」Ａ三 （Ｔｈｅ Ｌａｂｏｒａｔｏ「ｙ ＳｔｒｕｃｔＵｒｅ ａｎｄ Ｔａｓｋ Ａｎａーｙ覇Ｓ－ｎＶｅｎｔ。～） ｌｙｓ ｉ ＬＡＩ は， Ｔｈｅ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ Ｔａｓｋ Ａｎａ ｓｌ ｏｒｙ の 略 である。 そ の 内 容 は， 科学 者 が実 験 ｎｖｅｎｔ. 室で行う研究活動の過程を分析し， その科学的探究活動と問題解決過程を， 実験活動の際に生徒に求めるス キルと結びつけたものであり，「科学的探究能力の育成」「科学的探究の本質についての理解」という観点から， 実験課題に含まれる科学的探究過程の多様性を， 定量的に評価する ための一つの手段である。 ＬＡＩ は， 表－ １ の 「構成カ テ ゴリ ー」 と， 表－ ２の 「課題カ テ ゴリ ー」 か ら構成 さ れる。 構 成 カ テ ゴリ ー は 「構 成， 教 科書 との関係， 協 力 形態， シミ ュ レー シ ョ ン」 の４つ のセク シ ョ ンか らなり， 実 験活動 の 構成. と方法を概観することを目的とする。 また， 課題カテ ゴリーは 「計画と設計， 実施， 分析と解釈， 応用」 の ４つ の セク シ ョ ンか らな り， 実験 活動 にお い て 求める ス キ ル と 行 動 を 概 観 す る こ と を 目 的 と す る。 課 題 カ テ ゴ. リーは， 科学的探究過程と問題解決過程に密接な関係が あり， 実験活動の段階を表している。 さらにスキルの難 易 度 か ら， 表－３ の 「大カ テ ゴリ ー」 に ま とめる こ と が. でき， 大きな観点で分析する際に有効である。 実際の分析は， 教科書の実験課題に関する記述が， 両 カテ ゴリーに該当するか否かを調べ， 次のように定義さ れた （十， 一， ０） の記号 で 表す こ と によ っ て行う。. 十：少なくとも一度はこの行動を要求する指導。 － ： こ の行動 を要 求 しな い指 導。. 表－１. 構成カテ ゴリー. 構成. Ａ. ａ ．１ 細部まで指示された構成 ａ ‐２ 細かい指示がなく、 生徒主導の構成 ａ ‐３ 帰納的アプローチ ａ ‐４ 演輝的アプローチ. Ｂ 教科書との関係 ｂ ．１ 教科書に先立うて ｂ ‐２ 教科書の後で ｂ ‐３ 教科書と一体化して. ０：指導が漠然としていて， 結果としてこの行動が生じ‐ Ｃ 協力形態 るかどうかがはっきりしない指導。 ｃ ．１ 生徒は共通の課題に取り組み、 結果を出し合う ） ３ ） な お， ＬＡＩにつ い て の 詳細 な 説 明 は， 文 献１， ， ま た. は卒業論文を参考にしていただきたい。. 生徒は異なる課題に取り組み、 結果を出し合う ｃ ‐３ 実験後の討議を行う ｃ ‐２. ・ シ ミ ュ レー シ ョ ン. Ｄ. ３． アメリカの科学教育 アメリカには， 日本の学習指導要領のような， 全国に 共通 した科 学教育カリ キ ュ ラム は存在 しな い。 アメ リ カ. の科学教育 は， 「州」 と 「学区 （近接する小・中・高等 学校をいくつか集めて地理的に区画したもの）」 を基本. ｄ ‐１ 生徒は 「ドライラボ」 を実施する。 データは著 者によって与えられる ｄ ‐２ 生徒は討論される現象をシミュ レートした、 ま たはモデル化した課題を実施する ｄ ‐３ 生徒は二次的情報源からデータを集め、 実験を. 実施する ｄ ４ 生徒はプロ グラムとやりとりすることによっ ｄ ．４ ．. に 洲１科学 教育 カリ キ ュ ラ ム によ っ て行 わ れる の である。. て、 シミュ レートされた実験を行う. ）を参考にすると アメリ カの科学教育カ 栢野氏の論文４ ， リ キ ュ ラ ム の 目 標 は， 次 の よ う に ま と め ら れ る。 「ＳＴＳ 表一３. 大カテ ゴリーと小カテ ゴリーの関係 大カテゴリー. ｌ ｄＳ ｉ ） や プ ロ セ ス ス キ ル を 強 調 し， （Ｓｃ ｉ ｅｎｃｅ ，Ｔｅｃｈｎｏｏｇｙ ａｎ ｏｃｅｔｙ. 実験室活動を通して， 児童・生徒に科学的リテラシーを啓培す る。 その中で問題解決能力・探求能力 を養い， 良き市民を育成. １. することを目指す」。 日本の理科の目標と比較する と， 「実験活動」 を強調してい. ３．Ａ. る という 点 で は， 両 国 とも 一 致 して いる とい える。 ま た， 日本 ２８８. 計画と設計. ２‐Ａ 指示された実施 ２．Ｂ 生徒主導の実施 分析. ３．Ｂ. 解釈. ４. 応用. 小カテゴリー. １ ］ ［ １ ．１‐ ‐５ － ２ ４ ［ ２ １ ． ．］ ２ －２ ］ ［ ．６ ．５ ［ ３ ］ ．１‐３ ‐３ ］ ［ ３ ．７ ．４‐３ ］ ［ ４ ３ ４ユー ．.
(4) . 中学校物理実験課題の日米比較と考察 表－２. 課題カテ ゴリー. の「科学的に調べる能力」や 「科学的な見方や考え方」 に は，「問題 解 決能力 ・ 探究 能力」 や 「プロ セスス キ ル」. １． ０. 計画 と 設計. １ ．１ 疑問を明確に述べ、 探求すべき問題を定義する １ ‐２ 実験結果を予測する １ ‐３ この探求で検証すべき仮説を明確に述べる １ ．４ 観察・測定・計算の手順を計画する ‐ １ ．５ 実験を計画する ２． ０ 実 施 ２ ‐ｌａ 定性的観察を実施する 定量的観察・測定を実施する. ２‐ｌｂ. ２ ．２ 装置を操作し、 技術を身につける ２ ‐３ 結果を記録し、 観察について述べる ２ ‐４ 数値計算を実行する. 「科学的リテラシー」 が対応するであろう 日米間の 。 大 き な 違 い は， アメ リ カ で は 「ＳＴＳ」 を 強 調 し， 「良. き市民を育成すること」 を目標としており， 日本では， 「自然の 事物 ・ 現象 につ い ての 理解 を深める こ と を 」 目標 と している 点 である。. ４． 物理実験課題の日米の比較分析と考察 ４－１． アメリカの物理実験課題の分析 アメリカには日本の検定教科書にあたるものもな. ２ ．５ 実験技術について解釈 したり、 説明したり、 判 断を下す. く， 各地で様々な教科書が出版されている。 今回分析 する教科書は， その中でも主に北米からカナダにかけ. ２ ‐６ 自分たちの計画に沿って取り組む. ） ５ ｉ て広 く 使用 さ れて いる 「ｓｃ ｅｎｃｅｐ１ ｕｓ 」 という 教 科書. ０ 分析と解釈. ３‐ ３ ‐ｌａ. 結果を（グラフ以外の）よく使われる形に表現し データをグラフ化する. ３ ‐２ａ 定性的関係を特定する ３ ‐２ｂ 定量的関係を特定する ３ ．３ 実験データの精度を特定する ３ ‐４ 実験の基礎になる変数や制限や前提を検討した り、 明 確 にす る. ３ ‐５ 一般的法則あるいはモデルを系統立てて述べた り、 提案する ３ ．６ 関係を説明する ３ ‐７ 探究結果をもとに新しい問題を系統立てて述べ たり. この教科書は， 日本の第１分野・第２分野のような 区別 がなく，学 年 の段 階をお っ て３ 冊 に分 か れて いる。. 直す ３ ‐ｌｂ. で ある。. 問題を明確にする. ４‐ ０ 応用 ４ ‐１ この探究結果をもとに予測をする ４ ‐２ この探究結果をもとに仮説を系統立てて述べる ４ ‐３ 実験技術を新たな問題や変数に応用する. すべてカラーで写真や絵， 図などが多く， 百科事典の ように非常に大きく厚い。 そして， 日本の教科書とは 違 い， 読 み 物 的 な 要 素 が 強 い。 さ ら に， ＳＴＳ を含む 内 容 が多 く 取り 入 れ ら れて いる。 こ の こ と から， アメ. リカの科学教育が， 従来の科学技術者を養成するため の Ｓｃ ｉ ｅｎｃｅ で は なく， 科学 技 術 の 応 用 に対 して 理解 を. もった市民を育成するための， あるいは， 主体的に意 志 決 定 で きる 市 民 を育 成 す る ため の Ｓｃ ｉ ｅｎｃｅ を目指し て いる こ とカミわ かる。 Ｓｃ ｉｅｎｃｅＰ１ｕｓ には ，. 物理分野の内容が， 全２ ４章中７. 章 あ る。 ＬＡＩ分 析 の 対 象 と す る の は， そ の 物 理 分 野. の中にある実験課題 （総実験数：８ ） である。 それを ５ 表－ ４ に示 した。. 表－４の物理実験課題を ＬＡＩで 分 析 した 結 果 を， 表－５に示した。この結果を表やグラフに表し， アメリカの物理実験課題の特徴を 両カテ ゴリーで概観し ， ， ま とめる と 次の よう になる。. の 構成カテゴリーでの分析結果 「細部まで指示され 教科書の主要な論議 に先立って 帰納的ア プローチにより行う実験課題が 全体の ， ， ， 約半数をしめる。 しかし， この実験の構成は章によっ て若干の違いがある。 生徒同士が協力 して取り組み ， 結 果 を 出 し合い 討 論する こ と や， 現象 をシミ ュ レー シ ョ ンする こ とは， 重 視 さ れてい な い。」. ２８９.
(5) . . 平. 野 雅 宣・皆 川. 直. 人・細 川. 富. 生. 表－４ 物理実験課題項目一覧表 ２９ 指 の力. ５８ 水 の圧力. ｛ １. 田ｎｅｒ野 ａｎｄＹｏｕ ｌ （エ） ２. いろいろなエネルギー. ３. 電気エネルギー. ４. エネルギーと生活の変化. ５. エネルギーの測定. ６. 電気器具の消費エネルギー. ７. 暖房・冷房. ３ ０ 力の大きさの推定と測定 ３１ 摩擦の力 ３２、 摩 擦の原 因. ３ ３ 摩擦の減少 ３４ 慣性. ３ ５ 慣性と力 ３６ 反 作用 の力. ｔ ｔ 匝ｌ ｅｃ ｒｏｍａｇｎｅｄｃＳｙｓ ｅｍｓ ｌ （電）. ５９ 電流のはたらき ６０ 検 流 計 、. ６１ 化学電池 ６ ２ 乾電池 ６３ 電磁誘導 ６４ 電流を生み出す －. ８ ９ ０ １ ｕ. 熱の貯蓄. Ｓｔ ｉ ｕｒ 【 ｒｕｄ１ ｓａｎｄＤｅ ｌ （建） ｅ ｓ ｇｎ. ６５ 抵抗と発熱. 熱 、の逃げ場. ３ ７ 橋の模型. ６６. 回路と電流. 断熱材① 断熱材②. ３ ８ 建造物にはたらく力. ６７. 電磁石. ３ ９ 弾性反応. エネルギー資源. ４０ 力 に強 い形 ４１ はり と げた. ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ９ ０ １ ２ ３ １ １ ム １ Ｉ Ｔ Ｉ Ｉム ーふ ーふ ー▲ ．▲ （ ‘ ソ ム リム ＾ ／ ム ｎ. ｄ日ｅａ ｔ ｔ 江ｅｍｐｅｒａ ｕｒ ｅ： 鑓 ｌ ｌ （温）. 温度の推定 温度の変化 温度計のしくみ 温度変化と物質の体積. ４２. はり とア ー チ. ４ ３ 歴史と建造物 製 建築の美術 ４ ５ 都市の模型をつくる. Ｓｏ ［ ｕｎｄ ］ （音） ６８ い ろい ろ な音. ６９ 音と振動 ７ ０ 周期と振幅・振動数 ７ １ 音の伝わり方 ７ ２ 物質の種類と音の伝わり方 ７３ 音 の 速 さ. 水の加熱と温度変化. 趣ｌａｃ娩 暇，ＷｏｒｋａｎｄＥｎｅｒｇｙ ｌ （機）. ７４ 音 の 高 さ. 水の混合と温度変化. ４６ 仕 事. ７ ５ 音の波の形. 熱エネルギー. ７ 仕事率 ４. 食物のエネルギー. ４ ８ 位置・運動エネルギー. 熱の移動 熱の伝導 熱の対流 熱の放射. ９ エネルギーの変化 ４. ｉ ｔ 圏ｏｒ ｃ ｅａｎｄ Ｍｏ ｌ （力） ｏｎ ２４ 力 の表 し方 ２５ い ろい ろな力 ２６ 力 は かり. ５ ０ ミグエルの機械 ５１ 車輪と車軸 ５ ２ 車輪と車軸を動かす ５３ エネルギーを伝える ５４ 機械組織を調べる ５ 機械組織をつくる① ５ ５ ６ 機械組織をつくる②. ２７ 力 はかり をつく る. ｔ鮎１ （海） ［ｏｃｅａｎｓｉｍｄＣＩ加ｏａ. ２８ ばねを用いた重力の測定. ５７ 圧 力. －－. Ｌ ｉ ｈ ｔ Ｉ ｌ （光） ｇ ７ ６ 光のいろいろな性質 ７７ 光と熱 ７８ 光 と 色. ７ ９ 光の拡散・伝達・吸収 ８ ０ 光の反射 ８１ 平面鏡と像 ８ ２ 凸面鏡と像 ８３ 凸 レンズと 像. ８４ 凹面鏡と像 ８５ 光 の屈 折. （ ２ ） 課題カテ ゴリーでの分析結果 「指示された実施が多く その観察は定性的・定量的ともに偏ることなく求められている。 実験結果の記録， ， 分析が重視され， 特に定性的関係の特定が求められている。 その際， 表や図へのモデル化を求めることがし ばしばある。 実験結果の解釈や応用 （予測や仮説陳述な ど） は， 全体の３割程度の実験課題で求められ， 実 験前 に疑問， 予 想， 仮 説 を 述べる こ とや， 実験 の 計 画 は， ほと ん ど求め ら れて いな い。」. ４ー２． 物理実験課題の実験領域間での日米比較 まず最初に， 日米の実験課題をＬＡＩで分析した結果を， 構成， 課題カテ ゴリー別に表やグラフに表し， 実験領域間での比較分析， 考察を試みる。 実験領域とは， 日本の学習指導要領に示されている第１分野の内 容 に した が っ て， 物 理 分野 の 内 容を 分類 した 「身 のま わり の物 理現 象」 「電流」 「運動 と エ ネ ル ギー」 の こ と ２９０.
(6) . . 中学校物理実験課題の日米比較と考察 カテゴリー分析集計表 総計 〔実験課題数： ８ ５ 〕. 表一５ カテ ゴリー ／ 章. 総実験数. 海. 電. 音. 光. １１. ２. ９. ８. １０. ＾ ＝ ｖ ＱＵ ＾ Ｕ＾ ” ｖ＾ ＝ ｖ. １ ‐１ １ ．２ １ ‐３ １ ‐４ １ ‐５ ２‐０. ．－. 実施 ２‐ｌａ ２‐ｌｂ ２ ‐２ ２‐３ ２．４ ２．５ ２‐６. ３ ‐０. 分析と解釈 ３ ‐ｌａ ３‐ｌｂ ３」２ａ ３ ‐２ｂ ３ ‐３ ３ ‐４. ．. ３ ‐５ ． ３ ．６ ３ ‐７ －. ４ ‐０ 応用 ４ ‐Ｉ ４ ．２ ４ ．３. 大カテ ゴリー Ｉ ２Ａ ２Ｂ ３Ａ ３Ｂ ４. ２. Ｉ. ７. ５. ３. ２. Ｉ. ３. ０. ０. Ｉ. ０. ０. ６ ６. ０. ５ ３. ９. ０. ２. ４. ０. ２ Ｉ ０ ０. ３. Ｉ. Ｉ. ０. ５. Ｉ. Ｉ. ０. ６. ０. Ｉ. ０. ０. ０. ３. ２. ７. ８. ９. ０. Ｉ. ０. ２. Ｉ. ０. ０. ０. ０. ０. ２. Ｉ. Ｉ. ２. ０. ３. Ｉ. ３. ２. ２. ０. ｃ ‐３ ｄ ‐１ ｄ ‐２. ｄ ‐３ ｄ －４ １ ‐Ｉ １ ．２ ｉ ‐３ １ ．４ １ ‐５. １０ ２．ｌａ ４ ２ ‐ｌｂ. Ｉ. ． １ １▲＾ ｛ リ「 ｂ “ ｎ Ｖ １ ｆｉ. ＾ ＝ Ｖ＾ ＝ ＵＩ ←＾ ＝ ｖ. ＾ ＝ Ｖ＾ ＝ Ｖ Ｉ← ＾ ＝ Ｖｎ ア ム. 計画と設計. ０ ０ ０ ０ ０. １ ‐０. ｃ ．Ｉ ｃ ‐２. １（ ハ ｈ ＵＩ ｕ Ｊ＾ Ｕ Ｔ ｉ. ＾ ＝ Ｖ ．▲ ＾ ア ム. ．ム ー 十 ▲＾ Ｊ＾ Ｕ. ＾ ” ｖ ｎｖ ｌ← ＾ ＝ ｖｌ ｌ. ２ ５ １ ８ ４ ３. ｄ ‐４. ｂ ‐３. ４ ６ ９ １ １. ゆ. ＾ ＝ ｖ＾ ＝ ｖ＾ ＝ ）. ．▲ ＾ ＝ Ｖｎ ／ ム＾ ” Ｖ. Ｕ ＾ ＝ ｖ ＾ ＝ ｖｌ ｉ ▲＾ ＝ ｖ＾. １ １ ▲っム ＾ ＝ Ｖ. ｄ ．１ ｄ ‐２ ｄ ‐３. ｂ ．Ｉ ｂ ‐２. ９０ ．６％ ９‐４％ ７２‐９％ ２９ ．４％. ４ １ ４ ４ 駈. ０ ０ ０ ０ １ １. ７ｔ ｌ▲ＲＵ. ｉ▲ ＾ Ｕ ．ム. Ｉ＾ ＝ ｖ （ ＝ ｖ＾ ＝ ＶＴ. ＱＵ ＾ ｈ Ｖ ｆｉ ＾ ＝ ｖｎ ｌ ｎＶ ‘ハ 了 ム ー← １. Ｄ シミ ュ レニ シ ョ ン ．ぐ. ８５ ７ ８鑓 ５ ７ ２. ７ｔ ｌ ｆ ▲＾ ｘ Ｕ＾ ＝ ｖ. ５ ４ ９. １▲ ＾ Ｉ ＝ ＶＩ. ２ ０ ４ ０. ＱＵ ＱＵ ＾ ＝ ｖ ＱＵ Ｉ▲ ＾ Ｕ １ｉ. ２ ２ ０ ６ ２ ４ １ １. ｃ ‐Ｉ ｃ ‐２ ｃ ．３. ％ ） 合計 割合（ １ ２ ３ ４ ＆ ＆ －＆ ＆. ｎ ｘ Ｕ・ １ ７十 ＱＵ. １ 壬 ２. ４ ０ １. ＾ ＝ ｖ ｌ▲＾ ＝ ｖ ＝ ） １← ＾. ＝ Ｖ＾ ＝ Ｖ リム ＾. Ｃ ‐協力形態. ０ ｏ １. ＝ Ｖ＾ ‘＾ ” Ｖ っム ＾. １ ４ ７ １. １ ０ ４ ０. ハ ｈ Ｕ １ｉワ十 １ ＝ ｖＱＵ ＱＵ Ｉ １ ＾ Ｉ ＾ ＝ ｖ. ｂ ．３. １ １ ２ ５ ８. １ ０ ６ ５ １. ＱＵ ＾ Ｕ ｎｖ. ８ ４ ２ ８ １ ０ ２. ２ １ ８ ４ ２ ４ １. へ Ｏ Ｒｖ ＾ 》. ０ ２ １ １ １. ．←リム ｎ 乙. Ｇソ ＾ ＝ Ｖ＾ Ｘ Ｖリム. ハ Ｕ＾ ＝ Ｖ Ｕｎ ／ ムハ. Ｕ ハ ｈ Ｖ っム ＾ Ｕ ＱＵ Ｉ Ｉ＾ ＝ Ｖ＾ リム ＾ ” Ｖ. ＾ ＝ ｖＴ Ｉ＾ ＝ ｖ. ０ ０ ７ １ ０ １ ７ １. ３ ０ １篇. ＾ ” Ｖ ｑｖ ＾ ＝ Ｖ っム ＾ ＝ Ｖ. Ｔ▲ ＾ ” ＶＴ ←＾ ＝ Ｖ. ０ ５ ６ １ １ ３ １. ＱＵ ＾ ア ムイ １ １. ← ＾ ＾ ＝ ｖＴ ＝ ｖ. ０ ２ １ ２ １. ｏ ＾ ＝ Ｖ＾ Ｕ ＾ ｔ ▲＾ っム ．▲ ｒ ＝ ＶＴ ＝ Ｖ＾ ＝ Ｖ. １ ０ １ ・ １ ２. へ り＾ ＝ Ｖ（ っム ｒ ｕ Ｊ ＱＵ ＱＵ ＱＵ. ｉ ＾ ．上 ｌ Ｕ Ｉ Ｉ. ｂ・ 胡‐． ， ． ｂ‐２. 機. ９. ｉ ▲＾ ＾ ＝ ｖ＾ ” ｖｆ ＝ Ｕ. ー. 建. リム リム ＱＵ. ａ ．４. Ｂ ‐教科書との関係. 力 １３. －ｌ ｍ ｕ. ａ ‐１ ａ ．２ ａ ‐３. 温 １２. ｎ Ｘ Ｕ Ｑリ ハ ｂ ｒ ｏ. Ａ ‐構成 ．. ェ １１. ４５ ３５. ５１ ‐８％ ４８ ‐２％ １００ ‐０％ １６ ‐５％ ７ ‐１％ １０ ‐６％ ７ ．１％ １ ‐２％ ２２ ．４％ ０ ‐０％ １ ‐２％ １２ ‐９％ ３ ‐５％ ５ ．９％ ７ ‐１％ ５２‐９％ ４１ ‐２％. ３. ３ ．５％. ５２. ６１ ‐２％. １７. ２ＱＯ％. ９. １０ ‐６％. ９. １０ ‐６％. ３ ‐ｌａ ３ ‐ｌｂ. ２６. ３０ ‐６％. ５. ３ ‐２ａ ３ ．２ｂ. ５３. ５ ‐９％ ６２ ‐４％. ２ －２ ２ ‐３ ２ ‐４ ２‐５ ２‐６. ３ ‐３ ３ ‐４. ８ ０ １４. Ｉ. ０. ０. ０. ０. ３ ‐５ ３ ‐６. ０. ０. ０. ０. ０. ３ ‐７. ０. １７ ３. ９ ．４％ ０‐０％ １６ ‐５％ ２０‐０％ ３ ‐５％ ０ ‐０％. ０. Ｉ. Ｉ. Ｉ. ５. １４ ．１％. Ｉ. ４. ２. ４. ４ ‐Ｉ ４ ．２. １２. ０. １６. １８ ‐８％. ０. ０. ２. ０. ０. ４ ‐３. ４. ４ ‐７％. ０. Ｉ. ２. ３. ３. Ｉ. ２２. ２５ ‐９％. １１. ２. ８. ７. １０. ２Ａ. ７７. ０. ０. Ｉ. ３. ４. ２Ｂ. １７. ９０ ．６％ ２０ ．０％. ８. ２. ７. ８. １０. ３Ａ. ６７. ３. ２. ３. ２. ２. ３Ｂ. ２７. ７８ ‐８％ ３１ ‐８％. ０. Ｉ. ７. ３. ７. ４. ２６. ３０ ．６％. ２９１.
(7) . . 平. 野 雅 宣・皆 川. を表す。 以下簡単に， 日米の物理実験. 直. 人・細 川. 富. 生. 表－６ 物理実験課題項目の日米対照表. 課題を実験領域間で比較分析じ ， 考察. （７ ４） １ アメリカ（８５）. 日 本・. した結果を述べる。. 身の回りの物理現象. アメリカ と日本の教科書は， 章の構成. １光の反射・屈折 ２凸レンズによる像. 温度（ ２～２３ ） １. や内容が異なるため， まず表－６のよ うな， 物理実験課題項目の日米間の対. ３音の振動と伝わり方 ４水の加熱と温度変化. 力（ ） ２５～３０. ５水以外の物質の加熱と温度変化. 海 洋（ ５７～５８）. 照表を作成した。 日本の実験課題項目 ）に した が た は文 献１ っ 。. ６はなれてはたらく力 （摩擦電気）・ ７力とばねののび 音（６８～７５） ８圧力と面積. ９水の圧力と深さ １ ０空気の重さ. ７６～８５ ） 光（. 電流 １豆電球の明るさ ・ ２電流・電圧の測定 １ １. （ １ ） 身のまわりの物理現象. 電磁 気（ ５９～６７ ）. １３電流と電圧の関係 １４電力と発熱. この実験領域は， 構成・課題カテ ゴ １５電流のつくる磁界 １６電流が磁界の中で受ける力 ８直流と交流 １７電磁誘導 １ リーともに， 日米の実験課題の傾向が 運動とエネルギー 非常によく似ている。 両国ともに， 実 ９二力のつり合い ２０力の合力と分力 ２１浮力 １ 験課題の８～９割が， 教科書の主要な ２２記録タイマー ２３斜面上の運動・落下運動 論議に先だち， 帰納的なアプローチ方 ２４水平面上の運動 ２５摩擦力にさからう仕事 立置エネルギー １ 法をとる実験課題である。 また， 定性 ２６仕事の原理 ２７運動エネルギー ２８ その他の内容 的・定量的観察が両国ほぼ同じ程度に. エネルギー（ １～１１ ） 力（ ２４ ） ，３１～３６. ） 機械（ ４ ６～４ ９. 建造物（ ３７～４ ５ ）. 求められ，結果を表な どにモデル化し， 主に定性的な関係を特定する， という. 機械（ ５０～５６ ）. 流 れがよく 似 て いる。 ま た アメ リ カ ）， で は， 実 験 の 予 測 （ １．２ ， ９／１１. 定量的関係の特定 （ ３ ．２ｂ ， ７／８） ， 実験結果を用いた予想（ １ ） ４．１ ，１０／１ の項目が， この実験領域に偏ってい た。 （ ） 内 の 分 数 は， そ の ス キ ル. が求められている総実験数のうち， この実験領域にある実験数を表す。. 総 ） 電流 この実験領域は， 構成・課題両力. テゴリーで ，日米の実験課題の傾向 に 明確 な違 い がみ ら れる。 日 本 は，. 教科書に先だち， 帰納的アプローチ. 方法をとる実験課題がほとんどだ が， アメリカでは， 教科書の主要な 論議 の前 後で行う 実 験 課題 が半々 く. １０ ２０３０ ４０５ ０６０ ７０８ ０ ９０１０ ０％ ％ ％ ％ ％ ％ ％ ％ ％ ％ ０ ％. ｌ －－ ー 亭 ａＩ － 聯 稀 ， ， ， ， ， － ， －－ 掘 ， ， ． １ 即 ， ． ； Ｅ， 謝欄雛 ，覇 鰯， 闘州樹脂！ 離別 ， １ 星＝ ． 端 的凋橘 瀬 訓雑 逢 特 ｉ 皿 豊. 監Ｅ. ． １総理 ま ａ ・謹 Ｃ 調 韻 単 ｉ 里 ． ｉ ： Ｅ 講 能 絹 Ｅ ３副開 ｉ ， ｂ ，３. 一量 懲 罰 龍 常 識 離 訪 韓 璽日耐 村 題ヱ リカ 煙 ヵー ｒメ メリ. ヱ. ０１０ １ ０ ２０ ３０ ４０ ５０ ６０ ７０ ８０ ９ ％ ０ ％％ ％ ％ ％ ％ ％ ％ ％ ％０. ・ ‐ ＝ ．崩さ』爾』 …請け ｉ． ” 型闘「 １ ≧ ” 『 ． ， １ ー ， Ｅ ・１ ． １ ．２ １ ‐３ １ ．４ １ ‐５ ２ ．ｌａ ２ ．ｌｂ ２ ．２ ２ ．３ ２ ．４ ２ ．５ ２ ．６ ３ ．ｌａ ３ ．ｌｂ ３ ａ ‐２ ３ ｂ ‐２ ３ ．３ ３ ．４ ３ ‐５ ３ ．６ ３ ‐７ ４ ．Ｉ ４ ．２ ４ ．３. ： ｒ 茎 副 一 謡 覆 滅 薫 じ ｉ 蹴 離 職 １ 童 － ，－ ｉ Ｈ 葺 １１ ｇ 漉 す 総轄 け 韻 た ， ．. 静 轍 鎚 園 園麓圏 繊 麗コ ； １日 刺 １圃ァメリヵ１. ） や装置操作 ２．ｌｂ ル につ い て は， さ ら に傾 向の 違 い が 明確 に現 れてい る。 日 本 で は 定量 的なス キ ル （ ， ２‐４ ２９２.
(8) . . 中学校物理実験課題の日米比較と考察 ） な どが 求 め ら れて いる。 一 方 ３‐６ ） や， 関係 を 説 明 する こ と （ ３．ｌａ ）， 実 験結 果 の モ デル化 （ （ ２‐２ ， ３‐ｌｂ ）， ３．５ ） が主 に求め ら れ， 実験 後 は一 般 的 に 述べ たり （ ２．ｌａ アメ リ カ で は， 定性 的 な観 察・ 関係 の特 定 （ ，３‐２ａ ４．２ ） と いう ス キ ル に 絞 ら れ て いる。 アメ リ カ が こ の 実 験領 域 に， 定量 的 実 験結 果 を用 い て 仮 説 を 立 てる （ ） を ほと ん ど求め て い な い と いう の は， 大 きな 特 徴 である。 なス キ ル （ ２．ｌｂ ， ２‐４ ， ３‐２ｂ. ０９ ０１ ０ １ ０２ ０３ ０４ ０５ ０６ ０７ ０８ ０ 円 ら％ ％ ％ ％ ９ ６％ ％ ％ ％０ ％ ａｌ － － ａ ．２ ‐. ‐. ■ ａ ‐３ ‐１ ‐ ‐ １ ＆４ ｂ ‐１ ‐ ． １ ｂ ‐２ ｂ ‐３. ｒ. ◎ 運動とエネルギー 日本は， やはり教科書に先立ち， 帰 納的アプローチをとる実験課題が圧倒 的に多 い。 一 方 アメ リ カ は， 帰納 的 ア. ‐ーー － －. プロー チある い は演 輝 的ア プロー チ を. ・ １. とる実験課題が半々で， その９割が教 科書の主要な論議の後で行われる， と. ｃ ・ｌ ｃ －２. いう 構成 にな っ ている。 この実 験領 域. ｃ ‐３ ｄ ‐１. は， 電流の分野ほど日米の傾向の違い. ｄ ．２ ｄ ‐３. は大 きく な か っ た が， や はり 日 本は， ） 定量的なス キ ル （ ２．ｌｂ ， ２‐４ ， ３．２ｂ. ｄ ．４. ） を重視しており， や装置操作 （ ２ ‐２ アメリカは定性的なスキルを重視して いる と いえる。. ４ー３． 物理実験課題の全体的な日米 図－２. 両カテ ゴリーに該当する実験課題の割合の日米比較～電流. １ ２ ３ ４ １ ２ ３ １ ２ ３ １ ２ ３ ４ ａ ＆ ＆ ａ ｈ ｂ ｂ Ｇ Ｇ Ｇ ｄ ｄ ｄ. ０８０９ ０１０ １０２０３０４０５０６０７ ％ ％ ％ ％ ％ ％ ％ ％ ％０ ％. ０２ ０３ ０４ ０５ ０６ ０７ ０８ ０９ ０１ １ ０ ０ ％ ％ ％ ％ ％ ９ ６％ ％ ％ 先０ ｒ ９ ６. 比較 さ ら に， 日米 の物 理 実 験 課題 の ＬＡＩ. による分析結果を， 構成， 課題， 大カ テ ゴリ ー ごと にま とめ て， 全体 的な比 較， 考察 を行 っ た。 表－７ にその結果. を示す。 ＊共通点の０は， 共通してよく求めら れて いる こ と を示 し， × は， 共通 し て ほと ん ど求め ら れてい ない こ と を. 示す。 ＊米＞ 日 本 での０ は， その カ テ ゴリ ー. では， アメリカの方が該当する実験 数が多かっ たことを示す。 （米＜日 本はその逆） ＊ ・ は， 日 米 間 で大 きな差 異 がな か っ. たことを示す。 図－３ 両カテゴリーに該当する実験課題の割合の日米比較～運動とエネルギー ２９３.
(9) . . 平. 野 雅. 要 な 論 議 に 先 立 ち， 帰 納 的 ア プ ロー チ を とる 実 験 課 題であ り， 帰 納 的思 考の 方 法 に偏 っ て しまう と. （先 －帰 納） ： （先 －演 輝） ： （後. ０：４ 「帰納） ： （後－演樺） 一４. メ リ カ の場 合は， 生 徒 が協力 して. シミ ュ レー シ ョ ンは， 二 次 的 情 報. 源からデータを集めて行う実験課. ｉ ． ・Ｏ. 日 本 で は ほ と ん ど皆 無 に等 しい。. …. ・○. の 実 験 課題 で 求め ら れている が，. ：. ○. こと （ ） が， ２ 割 程 度 ｃ ‐１ ， ｃ．２. ○ ・Ｏ. 実験に取り組み， 結果を出し合う. ｉ. … …. ・×. 題 が あ る。 協 力 形 態 を み る と， ア. × ×. ：２２：２０と 様 々 な 構 成 の 実 験 課 ，. 米＜ 日 カテ ゴリー カテ ゴリー 共通点 米＞日 米 共通点 米＞日 米＜日 ′ １ ０ Ａ 構成 計画と設計 ． ‐ ． １ １ ａ ○ ａ ‐Ｉ ‐． ‐ Ｌ２ ２ × ○ ａ ‐ ３ １ ３ ３ ａ ・ ○ ＆ ． ‐ ０ １ ・ ａ ○ ‐４ ‐４ １ Ｂ 教科書との関係 ．５ ‐ ２ ０ ｂ １ ｂ １ ・ ○ 実施 ‐ ． ． ◇ ｂ ２ ・ ○ ○ ‐２ ．ｌａ ｂ ｂ ３ ２ ｌ ｂ ３ ． ○ ０ ○ ‐ ‐ ‐ ２ ２ 協力形態 Ｃ ○ ． ． ２‐３ ｃ ． ○ Ｏ ‐Ｉ ２ × ２．４ ｘ ｃ ○ ｃ ．２ ． ５ ２ ｏ ‐ ｃ ○ ‐３ ． こ も ２ ６ レー ン Ｄ シミ シ シミ シ Ｄ ○ ュ ョ ュ ． ． ． ｌ ３ ｄ × ・ ‐１ ‐０ 分析と解釈 ３ ｄ × ・ ○ ‐ｌａ ．２ ｄ ３ ． ○ ○ ○ ‐３ ‐ｌｂ ３ ｄ ４ ｄ × Ｏ ‐２ａ ‐４ ‐ ３ 大カテゴリー ○ 大力テ ‐２ｂ ｒ ３ ・ Ｉ × ○ ． ．３ ２Ａ ３ ． ２Ａ ○ Ｏ ‐４ ２Ｂ ３ ． ２Ｂ ○ ○ ．５ ３ ６ ３Ａ ・ ・ ○ ． ３ ３Ｂ × ３Ｂ ．７ ４ ４ ０ ・ ‐０ 応用 ４ ○ ‐１ ４ ○ ‐２ ○ ・○. 考 え ら れる が，アメ リ カ の場 合 は，. 生. × ．× × ×. ある。 日 本 は９０％ が， 教 科 書の 主. 富. Ｘ. とる 実験 （ ａ．１， ａ．３） が 主 流 で. 人・細 川. Ｏ. 指 示 さ れた， 帰納 的 ア プロー チ を. 直. と相違点 表－７ カテ ゴリーでみた日米の実験課題の共通点 みた日. （ ） 構 成カ テ ゴ リ ー １ ◆ 分析： 日米 とも に， 細 部 ま で. 宣・皆 川. ４ ‐３. ） が， アメリカに２割程 題（ ｄ‐３ 度あるが， 日本ではこれもまた皆無に等しい。 また両国ともに， 実験 課題が教科書と一体化 （ ） している。 ｂ．３. ×. …. ４ ０ ２ ０３ ０・ ０ ５ ０６ ０７ ０ ８０ ９ｏ ０ １ . ◆考察：次の４つの視点から考察する。 ①生徒主導の実験， ②帰納 的・演経的思考， ③実験結果の共有・討論， ④シミュ レーショ ン ①生徒主導の実験…生徒が自分のまわりで起こっている自然の現象. . １ …戸 － １ １ き ｆ 醜 競 闘 １ 室 ・ 三 ．. ａ４. ．. ｂ ‐１. . や事柄に興味をもち， 探究していこうとするときには， 自分で必要な 道具をそろえ， 方法を見いだしていかなければならない。 しかし， 日. １ １ Ｅ ９ ｉ ｌ 雷 封 亭 轄 雲 Ｆ １ １ 憂 欝 書 １ １ ｌ Ｉ Ｅ １ ・ ， ・ ． 乍モ 榔１ １. ｂ ‐２. １ ｂ ・３. Ｅ Ｅ Ｅ 馴圭 Ｅ １・ １ Ｅ. 米ともにこのような生徒が主導となるような実験課題がほ とんどな. い。 そのことを考えると， たとえば実験課題の目的と道具だけを示し ておき， その後は各自で方法を考えて実施していくような実験課題を. １ ｌ 」 Ｆ ｌ 震 一 辞 ｉ コ …幕謝１ 鴬 ・榊 細 か鰯錫と ≧ ， 噸，繍・. 取り入れた方が良いと考えられる。. 載 さ れて いる 実 験 課題 を 実施する だ けで は， 生徒 が帰納 的思 考 と いう. 科学的探求の一側面に偏っ てしまう。 日本は， 検証実験や演繕的な実 験課題の減少とともに， 帰納的な実験課題を増加させることを， 意図 ） しか し 科 学 に は 帰納 的．演 繕 的思 考 の 繰り 返 的 に行 っ て き た２ 。 ， ，. ー圃ァメリヵ 匪日本－. 図－４ 構成カテゴリーに該当する 実験課題の割合の日米比較. しを積み重ねることが大切であることを考えると， もっと演輝的な実 験 課題 が必 要 である。 一方， アメ リ カ の 場 合 は， 全 体 的 にみる と 日 本ほ ど偏 っ て はい ない が， バ ラ ンス よく ２９４.
(10) . 中学校物理実験課題の日米比較と考察. 帰納的．演経的アプローチがとられている のは， 「力学」 に関する実験課題だけであり， その他の実験領域 では， やはり帰納的な実験課題がほとんどである。 ⑧実験結果の共有・討論…グラフをみると， アメリカでは約２割の実験課題で， 実験結果を何らかの形で 共有することが求められているが， 日本では皆無に等しい。 教師が教科書の記述通りに実験課題を行ったと すると， 日本では結果を共有したり， 討論をしたりということはないといえる。 しかし， 中学校で実際に行 われている授業をみると， ３～４人のグループに分かれて実験課題を行い， 結果を出し合い 討論も場合に ， 応じて行う， という形をとる場合が多いことから， 実際には， 実験結果の共有， 討論が行われているといっ て良い だろう。 教科書の記述だけをみると， アメリカでは実験結果の共有， 討論を明確に求めている。 （教 科 書 に， Ｓｈａｒ ｌａｓｓｍａ ｔｈ ｙｏｕｒｃ ｌａｓｓｍａｔ ｔ ｔ ｔｈ ｙｏｕｒｃ ｅｙｏｕｒ ｒｅｓｕｌｔｓ ｗｉ ｅｓ ｓ ｗｉ ｅｓ ．Ｃｏｍｐａｒｅｙｏｕｒｒｅｓｕｌ ‐な どの 記 述 が 多 い。 ）. ④シミュ レーショ ン…アメリカで顕著だっ たのが， 二次的情報源からデータを集めて行う実験課題が， 比 較的良く各章に配置されていたことである。 これは， 写真やグラフな どの二次的情報源が与えられ そこか ， ら デー タ を 読み と り， 分析 し解 釈する， と い っ たス キ ルであり や はり 科学 に は欠 かせな いも の であ る 日 。 ，. 本もこのような実験課題を教科書に取り入れた方が良いだろう。 ま た， 両 国 にコ ン ピ ュ ー タ を用 い た シミ ュ レー シ ョ ンが 全く な い こ とは 大 き な問 題点 で ある コ ン ピ ュ ー ， 。 タ による シミ ュ レー シ ョ ンは， ミ ク ロ ・マク ロ な 世 界の 実験・ 観 察や 時 間，や 費用 の か かる 実験．観 察 に ， ，. または類似モ デルを用いて分析的， 総合的に思考するために非常に効果的である。 日米ともにこのような実 験課題を教科書に取り入れることが望まれる。 現代社会では， 自分の目的にあっ た情報を自分で判断し 選 ， 択活用 していく能力 「情報選択活用能力」 が不可欠で， そのためにも， 実験の過程での情報の収集 データ ， 処理， 計測 な どにお い て コ ン ピ ュ ー タ を 活用 する こと は 非 常 に有 意 義 である と いえる 。 ，. （ ２ ） 課題カテゴリー 令分析：日米ともに， 疑問や仮説を述べること （ １ ） はほとんどなく， 結果を予測すること， 実験 ‐２ ‐３ ，１ を 計 画 す る こ と を 求 め て いる 実 験 課 題 は アメ リ カ で 全 体 の１．５割ほ どある だ けで ある ま た デー タ の 精 ， 。 ，. 度の特定 （ ３ ） ３‐７ ） を求める実験課題は全くなかっ た。 日米 ‐３ ， 実験結果をもとにした新しい問題の提起 （ とも に重視 さ れて いるス キ ル と して は 実 験結 果 を グラ フ 以 外 のモ デル （主 に表な ど） に表す こ と （ ３‐ｌａ ）， ，. 定性的関係を特定すること （ ３ ） があげられる。 日本の方が強調されているスキルは， 定量的な観察・関 ．２ａ 係 の特 定 （ ２．ｌｂ ）， 装 置 操 作 （ ２‐２ ）， デー タ の グラ フ化 （ ３．ｌｂ ）， そ して特 に， 関係 を 説 明する こ と （ ３．６ ） ，３‐２ｂ. である。 すなわち日本の教科書は， 与えられた実験課題をしっ かりこなし 表やグラフな どに表して 「ど ， ， う いう 関係 にな っ て いる か」 を 考 え させる という 構成 にな っ て いる 一 方 アメ リ カ の方 が強調 さ れているス 。. キルは， 実験結果の記録 （ ２ ）， 実験課題の制限・前提の検討 （ ） ３ ３．５ ） ．３ ．４ ， 法則やモデルの提案 （ ， 実験前 の 予 測 や 結 果 を用 い た予 測 ・ 仮 説 （ １．２ ） であ る。 す な わち アメ リ カ の 教 科 書 は 表 －６ に示す ， ４‐１ ， ４．２ ， ような広い内容にわたっ て， 定性的な側面が重視されるという 日本よりも広く浅く学習できる構成 になっ ， て いる。 ま た， 大カ テ ゴリ ー で みる と 日 米 とも にｌ ｏｗｅｒｏｒｄｅ ｒ （生 徒 に 求めるス キ ル でよ り 容易 なも の） である， ，. 指示された実施 （ ２Ａ） ３Ａ） が８割以上の実験で求められている。 すなわち両国の共通点は 指示さ ， 分析 （ ， れた実験課題を実施 し， 分析することを重視していることである。 また３Ｂ （解釈） は 日米ともに ４割 ， ， 程 度 の 実 験 課題 で 求 め ら れて い て， ｈ ｉ ｒｏｒｄｅ ｒ （生徒 に 求める ス キ ル でよ り 難 しいも の） に して は， 良く ｇｈｅ. 求められているといっ ても良いだろう。 相違点は， アメリカは計画と設計（ １ ） ２Ｂ ）， 応用 ， 生徒主導の実施 （ （ ４ ）（い ず れ も ｈｉ ） も， そ れ ぞ れ２６％， ２０％， ３１％ の 実験課 題 で 求め れ ら れ て いる が 日 本 で は こ ｇｈｅｒｏｒｄｅｒ ， ２９５.
(11) . 平. 野. 雅. 宣・皆 川. 直. 人・細. 川. 富. 生. ０ ０ ８０ ９ ０ ２０ ３０ ４０ ５０ ６０ ７ ０ １. れら につ い て は皆無 に等 しい こ とである。. 察 す ｙ ① 問 題発見・予 測・ 仮 視 点 から 察 次十５ 十“ ▼つの ｆ考 … …リ ▼ ｒ ｆ る。 …： ハの 十 ▼ 十…十十. 説・計画， ②実験課題の実施，③実験結果のモデル化と関係の特定，. ” ｏ. 樹離洲 謹撰離 認 籍 ≧ －. 謝離離離 護 １ 国繋 ｌ 邑 難詰 難題 ｛ 議灘 ぎ ｉ. ・ ・５. 主 閣 講 寝顔鞘 旨 議 ず － 当. ｌ ｏ ｌ。 ２０ ３０‐４０ ５０ ６０ ７０ ８０ ９０ ｌ 。 ー Ｑ ｍ 、 お ▲ Ｍ ノ ハ 白ノ ＼ … ノン て ハ ； Ｗず 氏＼＊ 小黙 ノ ツワ Ｕ光 ‘・ ４’ る ば Ｌ Ｗ ハ ねＬも ノ ｛い爪つ ） １ 鰍１鴎Ｔ昇 ＼ ノ’ 掛仕獣檎 ０ 誓 －，． 爾嬢滅細眺鰯瀬，沸き謝 ＩＥ 薄謝Ｅ Ｆ 霊園 いる。 この こと か ら， 実 験 課題の 実施 という 点 で は， 日 本の 方 が バ ，離龍頭. 」 ｛ “－ムムザニ ヮ Ｌ ｈ ！ ？ 人艮 ィ 丁わ れ ぃ ゐ こ い ス ゐｏ. ③実験結果のモデル化と関係の特定…実験課題の分析 （大力テ ゴ. ２ Ａ. ２ Ｂ. 鮒 謝，鰹 膿ま蟻謙総轄総. 嬢 鞠 醜態 閣議 繋ｆ 剥離謹選 ‘－ １ Ｅ Ｅ． ‘－. Ａ… ３ ｉ ー 壮 健 は ｉ － 。 。. 、線 ＄：. 院 ｉ ｌ ： ： ｉ ： ＝ ・ － 綿議 荒 ・. ） ３ る。この急激な差が，高等学校での物理離れの一つの原因と考えられる）。また，実験データの精度の特定（ ‐３ が， 日米 とも に ま っ たく 求め ら れて い ない。 こ れ につ い て は， 中 学生 に は 少 し難 しいス キ ル と判 断 し， 教 師. の側 から， 誤差の取り扱い方や生じた理由な どについて， 簡単に説明する程度が適当ではないかと考える。 ） という視点でみる と， ここでも日米間での差は ④実験結果の解釈…実験課題の解釈 （大カテ ゴリー３Ｂ ほと ん どみ ら れな い。しか し各カ テ ゴリ ー でみ ていく と，や はり 日 米 間で は明確 な 違 い がみら れる。日 本で は，. ） ３ ）が求められ，アメリカでは，実験課題の制限や前提についての検討（ ３ とにかく関係を説明すること（ ．４ ， ．６ 上げている事物・現象 ） が求められている。 つまり日本の場合， 実験課題で取り ３ 法則やモデルの提案 （ ‐５ ２９６.
(12) . 中学校物理実験課題の日米比較と考察 につ い て， しっ かり と した 分析 を行 い， 関係 を説 明する こ とを重 視 し， 実験 課題 の 中心 と な っ て いる 事物 ． 現象 の 深い 理解 が求め ら れてい る と考 え ら れる。 アメ リ カ は， 問 題 の 中心 とな っ ている 事物 ・ 現 象 につ い て ，. 日本ほど明確な結論を求めてはいないが， 実験の制限や前提を検討したり， 法則やモ デルに表わして一般的 に論じたりなどと， 広い理解が求められていると考えられる。 ⑤実験結果を用いた予測・仮説…ここでは日米間の差が明確にみられる。 日本では， 結果を用いて予測し たり， 仮 説 を立 てる な どのス キ ル は， ほ と ん ど求 め ら れてい な い が アメ リ カ で は ３ 割程 度 の実 験 課題 で ， ，. これらが求められている。 日本は， 分析や解釈を通し， 事物・現象を深く理解 したにもかかわらず その知 ， 識や実験技術がそのままで終わってしまうことが多いと考えられる。 日本の教科書は， 実験課題の後で用語 をまとめたり， 事物・現象についての説明は良くされているので， 実験課題で問題としている事物．現象を 理解するためには， 非常に良くまとまっていて良いと考える。 ただそれが， 自分の身のまわりの生活と結び つかず， そのままで終わってしまっ ていることが非常に残念である。 そこでたとえば， 実験結果を用 いて考 えさせるような身近な話や， パズル感覚の問題などを， 実験課題の後に取り入れることによって この点を ， 改 善 で きる ので は な い かと 考 える。. ５． 日本の中学校における物理実験課題の問題点 日米の物理実験課題の ＬＡＩによる分析結果を比較し， 考察した結果， 日米間でいくつかの違いがあるこ とが明らかになり， 日本の物理実験課題の問題点も改めて確認することができた そこでまず 指導書で求 。 ， めているスキルや内容にもかかわらず， 実際に実験課題では求められていなかっ た点を問題点としてあげ ， 次 に， ＬＡＩの カ テ ゴリ ー を み て， ほと ん どの実 験 課題 で 求め ら れてい な か っ たス キ ル を問題 点 と してあ げる 。. そして最後に， 我々が中学校の理科教育に必要だと考えているスキルや内容を考慮に入れ 最終的に日本の ， 物理実験課題の問題点をまとめ， その改善方法について考察を行う。 ５ー１． 日本の物理実験課題の問題点 １ ） 実験課題の構成について （ ①科学の帰納的な側面に偏っている。 演鐸的な思考を必要とする場面がほとんどない 。 ②実験を計画し実施する場面がほとんどない。 ③生徒間で協力 して実験課題に取り組み， 結果を共有したり討論をする場面がほとんどない 。 ④ コ ン ピ ュ ータ を用 い て 実 験 課題 に取り 組 むな ど 現象 を シミ ュ レー シ ョ ンする 場面 がほ と ん どな い ， 。. ⑤科学・技術・社会の関連や， エネルギーと生活の関係などについて考える実験課題がほとんどない 。. ◎ 実験課題に含むスキルについて ⑥疑問や問題を明確にし， 実験結果を予測する， 仮説を設定するなどの場面がほとんどない 。 ⑦実験技術や実験の制 限・前提などについて判断を下したり 検討する場面がほとんどない ， 。 ⑧データの精度について考慮する場面がほとんどない。 ⑨一般的に述べる （法則やモデルに表わす） 場面がほとんどない。 ⑩実験結果を用 いて， 新たな問題を発見する場面がほとんどない。 ⑪実験結果を用いた予測， 仮説の設定， また， 実験技術を新たに利用する場面がほとんどない 。 これをみるとかなり数が多いが，、これらをすべての実験課題に求めるべきであると主張しているのではな ２９７.
(13) . 平. 野. 雅・宣・皆 川. 直 人・細. 川. 富. 生. い。 これらの科学概念は一挙に身につくものではなく， 生徒が地道な観察：実験を通して徐々に習得してい くものである から， 日々の観察・ 実験の中にバランス 良く組み込まれることが大切であると， 私たち は考え ） １ Ｉ ）教 て いる の で ある。 そ こ で， この 問題 点 を改 善 する 方 法 を 考 察 した とこ ろ， 文 献 でも 述べ ら れて いる，（. ２ ）教師のはたらきかけを工夫する方法， の２つの方法が 科書の実験課題に関する記述を書き換える方法と，（ ． 適当であるという結論に達した。 ５－２． 日本の物理実験課題の改善. （ ） 教科書の記述の書き換えによる改善 １ まず， 教科書の記述を書き換える という方法について述べる。 これは， 現在の教科書の実験課題に関する 「 記述を書き換えて，問題点を解決しようという試みである。我々は，教科書の実験課題を行う際の，生徒の 科 学的に調べる能力に多様性を持たせること」 を目的として考察を行っ た。 すなわち， どのような内容や場合 にそのスキルを求めることが適当か， という考察までは行っておらず， これはこれからの課題である。. ◆実験課題の構成について ①， ②， ④， ⑥などは， このような内容を含む実験課題を， 教科書に取り入れていくしか方法はない。 ま た③は， 教科書に次のような記述を書き加えることによって解決できる。 ①→帰納的な思考に偏らないように， 演輝的な実験課題を教科書の各場所にバランス 良く配置する。 ②→実験課題で使用する器具や実験の方法などをすべて示すのではなく， たとえば， 目的や器具だけを最 初に示し， 方法は生徒が計画していくような実験課題を取り入れる。 ③→実験課題に関する記述に， たとえ ば下線のような記述を加える。 「台車にはたらく力が大きいと 台車の速さの変わり方はどうなるか。 各班の結果を発表し， 話し合ってみ ， よう。 （各班の結果を比較してみよう） 」 （例：斜面上の落下運動） ④→ 観 察 ・実 験の しにく い 事物 ・ 現 象の シミ ュ レー シ ョ ン， 実 験 デー タ の計 測 や 処理， 表計算， グラ フ化 な どに， コ ン ピ ュ ー タ を積 極 的 に用 い た実 験 課題 を 取り 入 れる。. ⑥→日本では教科書の一番最後に， 科学・技術・社会のつながりについて考える内容の単元がある。 これ では受験が近いこともあり， 時間の不足な どにより， じっくり取り組むことができないというのが実 状だと考える。 そこで， 教科書の最初に， 科学・技術・社会のつながりについての単元を設置するこ とを提案する。これにより， 科学の役割や技術・社会との関連について じっくり取り組むことができ， さらに， 中学校の理科を始める際の興味・関心の喚起にもつながり， スムーズに中学校の理科の授業 に入れる という効果も期待できる。. ◆実験課題に含むスキルについて これらの問題点は， 実験課題に関する記述を， たとえ ば次のように書き換えることによっ て解決できる。 ⑥→ 「光がガラスに入る ときや， ガラスから空気中に出る ときは， どのよう な進み方をする だろうか。 予 想してみよう。」 （例：光の屈折） ⑦→ 「一端子はまず大きな値の端子につなぎ， 針のふれが小さいときは， 順に小さな値の－端子につなぎ かえる。 電流計の端子 を大きい方から順につないでいくの はなぜだろう。」 （例：回路に流れる 電流 の測 定）. 次の例の場合は， ⑧だけでなく， ③の解決にもつながる。 ③， ⑧→ 「回路に流れる電流の大きさをはかり， 各班で結果を比較してみよう。 各班で得られる結果は同 ２９８.
(14) . 中学校物理実験課題の日米比較と考察. じだろうか。」 （例： －回路に流れる電流の測定） ⑨→ 「離れてはたらく力には， 摩擦電気の力の他にどんな力があるだろうか。」 （例：摩擦電気の力） ⑩を解決するような教科書の記述は， 考察してみたが少々難しい。 たとえば実験課題の後に， 次のような 記 述 を加 える の は どう だろう か。. ⑲→ 「実験の結果から疑問に思っ たことを書いてみよう。」 （例：任意） ⑪→ 「丸底 フラス コ に水 を入 れ， 一 円玉 を落 と して真横 か らみる と， 一 円玉 は どう ‐見 える だ ろう か。 」（例 ： 光 の屈 折）. ーのように教科書の記述を明確に改善することにより ⑥～⑪の問題点 この他にも様々な例が考えられ， こ ， を解 決する こと が できる。 なお， Ｓｃ ｉ １ ｅｎｃｅＰ ｕｓ にはこのような記述の工夫が随所にみられた。 （ ２ ） 教師のはたらきかけの工夫による改善 前述の教科書の記述を書き換えることによる改善方法は， その教科書の記述にしたがって実験をしている どの教師も， 問題点を解決することができる。 すなわち広い範囲での効果が期待できる。 しかし 教科書に ， このような記述がなくても， 次のようなことに注意して教師がはたらきかけることよって， 問題点を解決す る こ と が できる。. 〔１〕 取り扱う事物・現象の説明をしてから実験を行うなど， 演輝的なアプローチも取り入れ， 帰納的・ 演樺的思考のバランスをはかる。 また， 生徒の思考を収束させるだけでなく， 思考を広げ拡散させ るような場面も設ける。 （→①） 〔２〕 探究すべき内容や目的だけを示し， 使用する器具や方法は調査させるなどして， 生徒自身が実験を 計画し， 実施するような機会を設ける。 （→②） 〔３〕 グループごとに実験を行い， 結果を発表し， 比較や討論を行う機会を多く設ける。 （→③） 〔４〕 グループごとに （同じ探究内容で） 方法の異なった実験を行い， 実験方法や実験技術， 制限， 前提 な どにつ い て， 互 い に交流 を も たせる よう な 機 会を設 ける。 （→ ③ ⑦） ，. 〔５〕 観察・実験のしにくい現象の実験や， 誤差が大きくなるような実験は コンピュータによるシミュ ， レー シ ョ ンを 積極 的 に用 いる。 （→ ④ ⑧） ，. 〔６〕 新聞や科学雑誌から身近な問題を取り出し， それについて調査や討論をさせる。 （→⑤） 〔７〕 実験で明らかになっ た事物・現象が， 日常生活のどんな場面で， どんなことに どのように利用さ ， れて いる か を考 える よう に促 す。 （→ ⑥ ⑨） ，. 〔８〕 実験活動を行う前に生徒 に結果を予測させたり， 仮説を自分のノートに書かせたり 発表させたり ， する機会を設ける。 場合によっ ては， 実験後に自分が得た結論と比較させる。 （→⑥） 〔９〕 レポート用紙を作成する際， その最後に感想・疑問点などの欄を設け 新たな疑問について考える ， き っ か けを与 える。 （→ ⑱）. 〔 １０ 〕 実験で明らかになっ たことを自分の言葉でまとめ， 口頭や文章で表現するよう に促す。 さらにその 結果を用いて， 新たな問題に対して予測や仮説を立てさせる。 （→⑪）. ６． 結論 以上， 中学校の物理実験課題をＬＡ工によっ て日米間で比較し 考察を行っ てきた。 この比較を通 して ， ， 実験課題の内容やスキルについて， 主 に次のようなことが求められておらず 改善の必要があることが明ら ， か にな っ た。 「演 揮 的思 考， 実 験の 計画 と 実施 生 徒 間の協 力 討 論 現象 の シミ ュ レー シ ョ ン コ ン ビュ ー ， ， ， ， ２９９.
(15) . 平. 野 雅. 宣・皆 川. 直. 人・細 川. 富. 生. 夕の利用， 科学・技術・社会のつながりについての考察， 問題の発見， 実験前後の予測や仮説の設定」 など で あ る。. ▼. このような問題点の改善方法として， 本論では， 教科書の記述を書き換えることによる方法， 教師のはた らきかけの工夫による方法の２つを提案した。 いずれにしても， これらの科学の方法は一挙に身につくもの ではない。 したがって， 日々の観察・実験の中にこれらをバランス 良く組み込み， 生徒が地道な観察・実験 を通して徐々に習得できるようにすることが大切であろう。また， これからの学校で育てよう とする資質が， 中央教育審議 会でいわれている 「生きる力」 であるなら ば， ＳＴＳ を日本の中学校の理科教育に取り入 れる ことは， ＳＴＳ が意志決定能力， 問題解決能力の育成を促すという点で有意義であろう。 この研究全体を通して， 日米は対照的な位置にあることがわかっ た。 日本の教育は中央集権的で規制が強 すぎ， 統一的な基準から多様な方向に向かって現在進んでいる。 逆にアメリカは地方分権的で選択の幅が強 すぎ， 多様な方向から統一的な基準に向かって現在進んでいる。 すなわち， 日米の教育はその中 間点を目指 しているといえよう。 その意味で， 日米が互いに自国の教育を， 例えば今回のように教科書を参考にするこ と は， 互 い に プラス になる こと は 間違 い ない。 そ して 日 本のカリ キ ュ ラ ム が， この 「検 定 教 科書」 と 「指 導書」. によっ て作られているの がよいとするならば， 教師も親も， もっ と教科書や指導書に関心を持つべきであろ . 今後の課題 としてはラ 今回の分析で明らかになっ た日本の物理実験課題の問題 点につ い て， 「どの よう な 内容や場合にそのスキルを求めることが適当か」 ということについて考察する ことが残されている。 また， 物理以外の分野について同様にＬＡＩ分析を行うことができれば， 中学校理科の実験課題の特徴や問題点を， より明確にすることができるであろう。 そしてその問題点を一つ一つ改善することにより， 日本の中学校理 科の実験課題がより良いものになっていくことを期待したい。. 文献 １ ９ ６ ） ９ ７巻第１号 （ １） 平野雅宣， 佐藤里絵， 細川富生 「中学校物理実験課題の分析と評価」 北海道教育大学紀要 （第１部Ｃ） 第４ 『 ） ８ ９ １ ９ ２） 文部省 中学校指導書理科編』（ ” ｉ ＩＲｅｐｏｒ ｔＮＯ ｉ ｌ ）Ａ Ｕｓｅｒざ Ｈａｎｄｂｏｏ Ｔｅ Ｃｈｎ Ｃａ ｔｏｒｙＳｔｒｕｃｔ ｓｌｎｖｅｎｔ ｏｒｙ（ＬＡＩ ．１４ ｕｒｅａｎｄＴａｓｋ Ａｎａ ３） Ｆｕｈｒｍａｎ，Ｍ．ｅｔａｌ ｙｓ ． ＴｈｅＬａｂｏｒａ １ ｉ １９７８ ） ｖ ｏｗａ Ｕｎ ．（. ４） 栢野彰秀 「アメリ カ科学教育カリキュラムにおける最近の動向‐ウィスコ ンシン州及びアラバマ州を中心として－」 『科教研 執 ） １９９６ ＶＯＬＩＯ ＮＯ．３ （ ” ｔ ｔａｎｄ Ｗｉ ｌ ｌ ｉ ｔ ｔ ｎｓ ｏｎ ｉ ｎｅｈａｒ ｅ ｏｇｙａｎｄＳｏｃ ｌ ｔＥ ｅｎｃｅＰ１ ｕｓ ｙ”Ｈｏ ． ｔ ｔＤｉ ，ｌｎｃ ５） Ｐｒｏ ｊｅ ｓ：Ｃｈａｒ ｅｓ ＭｃＦａｄｄｅｎ ｒｅｃ ｃ ｏｒ ，Ｒｉ ，Ｙａｇｅｒ ＵＳＡ Ｓｃ ，Ｔｅｃｈｎｏ ，Ｒｏｂｅｒ. １９９３ （ ）. （平野 雅宣・本学教授. 札幌校）. （皆川 直人・本学札幌枝物理第２研究室） （細川 富生・本学札幌校物理第２研究室）. ３００.
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（１） 研究課題に関して、 資料を収集し、 実験、 測定、 調査、 実践を行い、 分析する能力を身につけて いる.
