教 育 研 究 員 研 究 報 告 書

高等 学校

平 成7年 度

教 育 研 究 員 研 究 報 告 書

理 科

東 京 都 教 育 委 員 会

平 成7年 度

教 育 研 究 員 名 簿(理 科)

分 野 学 校 名 氏 名

物 都 立 八 潮 高 等 学 校 堀 切 哲 弥 都 立 世 田 谷 工 業 高 等 学 校 _{森 田 有 宏} 都 立 白 鴎 高 等 学 校 加 藤 隆 理 都 立 三 鷹 高 等 学 校 宮 崎 英 夫

化 都 立 蒲 田 高 等 学 校 松 田 夏 樹 都 立 桜 水 商 業 高 等 学 校 高 橋 千 尋 都 立 文 京 高 等 学 校 荻 原 章 徳 都 立 大 山 高 等 学 校 平 塚 智 子 学 都 立 砂 川 高 等 学 校 吉 本 千 秋

生 都 立 広 尾 高 等 学 校 小 池 幸 彦 都 立 野 津 田 高 等 学 校 前 川 恵 都 立 農 林 高 等 学 校 山 沢 徹 物 都 立 田 無 工 業 高 等 学 校 早 崎 岳

担 当 教育庁指導部高等学校教育指導課 指導主事 五 十 嵐 靖 則

科学的思考ができる理科好きな生徒を育てる教材の開発と指導展開の工夫

目 次

1研 究主題設定の理由

II具 体的な研究方針

lll研 究を進める上での留意点

lV研 究内容

1生 徒に疑問をもたぜ その解決を図る物理の実験と授業展開

2酸 と塩基の中和滴定曲線を描 く

3脊 椎動物の進化 一ヒ トの歯型からみえること一

り乙り自00441811

科学的思考 がで きる理科好 きな生徒 を育 て る教 材の開発 と 指導 展開 の工 夫

1課 題 設 定 の理 由

「理 科 離 れ 」 と い う こ とが い わ れ 始 め て か ら久 し く,理 工 系 大 学 進 学 希 望 者 の 減 少 等 の 状 況 か ら,そ の 言 葉 は 国 民 の 間 に もか な り浸 透 し て き て い る。 ま た,種 々 の 児 童 生 徒 に 対 す る ア ン ケ ー ト調 査 結 果 に 共 通 して み られ,特 に 問 題 と思 わ れ る の は 中 学 校 で 理 科 が 好 き,あ る い は 好 き で も 嫌 い で もな い 生 徒 が,高 等 学 校 に 入 っ て か ら 「理 科 嫌 い 」 に な っ て い る と い う点 で あ る。

高 等 学 校 で は,新 学 習 指 導 要 領 が 学 年 進 行 で 実 施 さ れ,第2学 年 ま で 実 施 さ れ て い るが,理 科 の 目標 と して,「 自 然 に 対 す る 関 心 を 高 あ,観 察,実 験 な ど を 行 い,科 学 的 に 探 究 す 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 自然 緯 を 育 成 す る 」

こ と が 掲 げ られ,観 察 や 実 験 を 通 して 生 徒 に 考 え る力 と 科 学 的 な 思 考 力 を 養 い,自 然 に っ い て の 見 方 や 考 え 方 を 育 て る こ とが 重 視 さ れ て い る 。

一 方 ,平 成6年 度 教 育 研 究 員 報告 に は,興 味 ・関心 と は何 か,興 味 ・関 心 を もっ よ うにす る に は ど う した らよ い か に 主 眼 を 置 き,科 学 的 思 考 力 を 育 成 す る 実 践 的 な 研 究 が 報 告 さ れ て い る 。

そ こで,今 年 度 は,ま ず 学 習 指 導 要 領 に よ っ て 現 在 の 理 科 教 育 に 求 め られ る科 学 的 思 考 と は 何 か に つ い て 考 察 し,併 せ て,生 徒 が 「理 科 嫌 い 」 に な っ た 理 由 に つ1て 様 々 な 側 面 か ら検 討 を 加 え,ど の よ う に す れ ば 理 科 好 き な 生 徒 が 育 て られ る か,に っ い て 議 論 を 重 ね た 。

ま ず,科 学 的 思 考 に つ い て は,① 観 察,実 験 を 通 して 養 わ れ る 客 観 的 ・合 理 的 思 考,② 物 事 を 筋 道 立 て て 考 え る論 理 的 思 考,③ 自 然 観 や 自 然 の 法 則 性 を 体 系 的 に 捉 え,構 造 化 して 考 え る 体 系 的 ・構 造 的 思 考,の 三 つ の 側 面 か ら捉 え る こ と が 重 要 で あ る,と 考 え た 。 ま た,「 理 科 嫌 い 」 の お も な 原 因 が 「難 し い,分 か らな い,面 白 くな い 」 な ど で あ る こ と を 踏 ま え て,理 科 好

き な 生 徒 を 育 て る の に ふ さ わ し い 新 しい 教 材 の 開 発 と指 導 の 方 法 の 研 究 が 重 要 で あ る と考 え た 。 以 上 述 べ た こ と か ら,現 在 の 理 科 教 育 に 求 あ られ て い る指 導 に つ い て 研 究 を 行 う に あ た り, 研 究 主 題 を 「科 学 的 思 考 が で き る 理 科 好 き な 生 徒 を 育 て る 教 材 の 開 発 と 指 導 展 開 の 工 夫 」 と 設 定 した 。

Il具 体 的 な研 究 方 針

本 研 究 で は,理 解 を 得 意 と しな い 生 徒 や 理 科 が 嫌 い か あ る い は好 き で も嫌 い で も な い,と い う生 徒 を 理 科 好 き に す る た あ の 教 材 の 開 発 と 指 導 方 法 を 研 究 す る。

◎ ま ず 疑 問 を 抱 か せ る

「理 科 嫌 い 」 の お も な 原 因 が 「難 し い,分 か らな い,面 白 くな い 」 な ど で あ る こ と を 考 え る と,ま ず,生 徒 が 「分 か る 」 授 業 を 創 造 す る こ と が 前 提 と な る 。 そ の た め に は生 徒 に 疑 問 を も た せ,自 らそ の 解 決 を 図 らせ る こ と が 重 要 で あ る 。 そ こで,観 察,実 験 を 通 して 生 徒 の 問 題 解 決 能 力 を 養 う こ と を 目 指 した 。 そ の こ とが と り もな お さ ず 科 学 的 思 考 の で き る 生 徒 を 育 て る こ

と,及 び 理 科 好 き な 生 徒 を 育 て る こ と に な る と考 え た 。

生 徒 に 疑 問 を も た せ る に は,予 め 知 識 や ヒ ン トを 与 え な け れ ば な ら な い が,そ の 際,何 を ど の 程 度 ま で 与 え る か が 大 切 に な る 。 そ こ で,こ の 点 に っ い て 工 夫 した 。

◎ 実 験 の 事 後 処 理 の 工 夫

観 察 や 実 験 は 嫌 い で は な い が,理 科 は 好 き で な い と い う生 徒 が 多 い こ とが 各 種 の ア ンケ ー ト 調 査 結 果 に 現 れ て い る が,そ の 原 因 は,時 間 の 都 合 な ど で 実 験 の 事 後 処 理 が 十 分 に で き な い こ

と に あ る と考 え られ る 。 そ こで,実 験 の 意 味 や 実 験 か ら分 か る こ と を じ っ く り考 え さ せ る指 導 方 法 を 工 夫 す る こ と に した 。

◎ 授 業 の 評 価

対 生 徒 の 事 前 ま た は 事 後 の ア ンケ ー ト調 査 を 実 施 す る こ と な ど に よ っ て 授 業 の 評 価 を 行 う こ と と した 。/

以 上 の こ とを 十 分 に 考 慮 した 教 材 の 開 発 と指 導 展 開 の 工 夫 に よ って,理 科 好 き な 生 徒 を 育 て る こ とが で き る と 考 え,理 科 の 指 導 方 法 を 研 究 した 。

研 究 内 容 の 概 要

本 研 究 で は,物 理 化 学,生 物 の 各 分 野 で 生 徒 が 意 欲 的 に 学 習 を 進 め る こ とが で き,生 徒 の 科 学 的 な 思 考 能 力 を 養 う こ と が で き る 教 材 を 開 発 し,そ れ ぞ れ の 指 導 計 画 を 作 成 し,授 業 実 践 を 通 して そ の 有 効 性 を 研 究 した 。

物 理 で は,理 科 全 体 の 研 究 主 題 に 合 わ せ て 「生 徒 に 疑 問 を もた せ,自 らそ の 解 決 を 図 る 実 験 と 授 業 展 開 」 と い う テ ー マ を 設 け た 。 こ の テ ー マ の も と に,力 学,波 動,電 磁 気,原 子 の4っ の 分 野 そ れ ぞ れ で,指 導 計 画 を 工 夫 した 。

化 学 で は,中 和 滴 定 を 取 り上 げ,「 酸 と 塩 基 の 中 和 滴 定 曲 線 を 描 く」 と い う実 験 を 通 じて 生 じて く る疑 問 点 を,科 学 的 思 考 を 通 して 解 決 し,理 解 を 深 め さ せ る こ とが で き る よ うな 指 導 計 画 を 工 夫 し た 。

生 物 で は,生 徒 自 らの 「歯 」 と い う身 近 な 題 材 を 教 材 化 して,ヒ トの 進 化 を 含 め た 脊 椎 動 物 の 進 化 に っ い て 理 解 を 深 め さ せ,併 せ て 科 学 的 な 思 考 力 を 養 わ せ る 指 導 計 画 の 工 夫 を 試 み た 。

川 研 究 を進 め る 上 で の留 意 点

◎ 対象生徒の実 態を把握す る

生徒の 日常経験 や理科 に対す る興味 ・関心の程度等 を十分 に把握 し,生 徒が もった疑問点を 自 ら進んで解 決 していけるような,あ ま り高度にな らない,生 徒の実態に即 した指導計画を工 夫す る。

◎ 生 徒 に 馴 染 み や す い 題 材 を 教 材 と して 取 り上 げ る

生 徒 が 身 近 に 感 じて 抵 抗 な く入 っ て い け る題 材 を 使 う こ と に よ っ て,理 科 は 分 か り易 い と い う感 覚 を もて る よ う に す る。

lV研 究 内 容

1生 徒 に疑 問 を も たせ,そ の解 決 を図 る物 理 の実験 と授 業 展 開

(1)は じめ に

近 年 い わ れ る 「理 科 離 れ 」 の 一 因 と して,生 徒 自身 の 自然 と 触 れ 合 う生 活 体 験 の 欠 如 が 考 え られ る 。 中 で も,物 理 離 れ は 著 し く,新 しい 教 育 課 程 に お い て も,履 修 率 の 大 幅 な 上 昇 は 期 待 で き な い。 こ れ は,「 物 理 は 難 し くて つ ま らな い 」 と い う生 徒 の 認 識 に よ る と こ ろ が 大 き い が,一 般 教 員 の 物 理 に 対 す る認 識 に も一 因 が あ る と 思 わ れ る 。

現 在 物 理 の 履 修 率 は,三 割 程 度 と予 想 さ れ る が,こ の 割 合 は,お お よ そ 理 工 系 学 部 進 学 希 望 者 の 割 合 で あ る 。 ほ と ん ど の 生 徒 が 進 路 選 択 上 の 必 要 か ら履 修 して い る と い う こ と か ら, 教 師 が 受 験 を 意 識 した 授 業 を 行 な って い る た め に,生 徒 に と って 日 常 接 して い る 自 然 と授 業 で 学 ぶ 自 然 の 法 則 と が 遊 離 し,「 難 し くて つ ま らな い 科 目」 と い う認 識 が 強 化 さ れ,ま す ま す 物 理 に 対 して 興 味 ・関 心 を 失 わ せ て い る と 考 え られ る 。

そ こで,生 徒 実 験 を,自 然 の 一 端 を 生 徒 に 実 感 させ,自 然 に 対 す る 驚 き や 疑 問 と 興 味 ・関 心 を 強 く もた せ,そ の 疑 問 を 自 ら が 探 究 して い く意 欲 を 起 こ さ せ る 動 機 づ け と位 置 づ け た 。 こ の 動 機 づ け に よ り 生 徒 自 らが そ の 解 決 を 図 ろ う と思 考 し行 動 す る 過 程 に お い て は,教 師 が 意 図 的 に 生 徒 に 対 して 自 然 に つ い て の 疑 問 や 驚 き を 与 え る こ とが 重 要 で あ る と 考 え た 。 そ し て,自 然 に 対 す る 疑 問 を 生 徒 自 らが 主 体 的 に 考 え 解 決 して い く こ と を 通 して,自 然 科 学 ひ い て は 物 理 の 面 白 さ を 理 解 す る こ と に っ な が る と 考 え た 。

力 学,波 動,電 気,原 子 の4分 野 そ れ ぞ れ に つ い て 研 究 ・検 討 を 行 な っ た 。 そ の 際 自 然 に 働 き か け る楽 し さ を 経 験 さ せ る こ と,な か な か 見 通 しが も て な い よ う な事 後 処 理 を 必 要 と す る 観 察 や 実 験 な ど で は な く,あ る程 度 生 徒 が 見 通 しを も っ て 進 め られ る よ う配 慮 し,教 材 ・ 教 具 の 開 発 と授 業 展 開 方 法 に つ い て 研 究 を 進 め た 。

力 学 分 野 で は,「 物 理IB」 で 扱 う運 動 量 保 存 の 実 験 に っ い て 研 究 した 。 従 来 か ら行 わ れ て い る 一 般 的 な 実 験 は,力 学 台 車 同 士 の 衝 突 を 記 録 タ イ マ ー を 用 い て 記 録 し解 析 す る 方 法 で あ る。 こ れ は デ ー タ ー の 処 理 が 煩 雑 で あ り,実 験 自体 も 面 白 み に 欠 け る 。 そ こ で,鉄 道 模 型 の レー ル を 用 い た 簡 単 で ダ イ ナ ミ ッ ク に 行 え る 実 験 装 置 を 開 発 し,指 導 方 法 を 工 夫 した 。

波 動 分 野 で は,「 物 理IB」 で の 取 り扱 い が,波 の 一 般 的 性 質(波 の 伝 わ り方 ・波 の 種 類 な ど)を 学 習 した 後,音,光 に つ い て 学 ぶ が,波 の 種 類 と して,縦 波 と 横 波 に っ い て 学 習 し な が ら,光 が そ の ど ち らで あ る か 詳 し く説 明 さ れ な い こ と も あ る 。 そ こ で,偏 光 板 を 使 っ た 観 察,実 験 を 工 夫 し,「 光 は 縦 波 か 横 波 か 」 と い う疑 問 の 解 決 を 図 る 授 業 展 開 を 考 え た 。

電 磁 気 の 分 野 で は,手 回 し発 電 機 を 用 い た 電 流 に 関 す る 実 験 を 出 発 点 と して,電 磁 誘 導 現 象 を 手 回 し発 電 機 を 回 す 手 応 え か ら,実 感 と して 理 解 で き る よ う な 授 業 展 開 を 考 え た 。

「物 理H」 の 授 業 展 開 の 中 で ど の よ う に 取 り扱 え る か を 研 究 した 。

原 子 の 分 野 で は,観 察,実 験 を 中 心 と した 放 射 線 の 授 業 展 開 を 研 究 した 。 生 徒 の 多 くが も っ 放 射 能 や 放 射 線 に つ い て の 認 識 は,「 何 だ か よ くわ か ら な い が,恐 ろ しい も の 」 と い っ た 漠 然 と し た もの で,身 近 な もの と は 感 じて い な い 。 そ こ で,生 徒 自身 も 日常 さ ら さ れ て い る

自 然 放 射 線 の 測 定 実 験 を 導 入 で 行 う 「物 理IA」 に お け る 授 業 展 開 を 研 究 し,実 践 した 。

それぞれの分野の授業実践 を評価す る方 法 と

自己評 価の 項 目

し て は,授 業 を 行 っ た 教 師 の 実 感 と と も に,生 ①最初に見通しは

ついて いたか

徒 に 対 す る 授 業 後 の ア ンケ ー ト調 査(授 業 参 加 剛受業は の 自 己 評 価(図1‑1))を 行 っ た 。 ア ン ケ ー

③実験は

ト調 査 で は,そ れ ぞ れ の 分 野 で 必 要 に 応 じて 調 査項 目を追加 して行 った。

(2)開 発 した教材 と指導計画及び授業実践 ア 力学分野

○ 開発 した教材 と実験 の方法

明説かをる象き く長かはる業じ獺で噸

評 価 の ス ケ ー ル(評 価 点) つ い て い た54321っ か な か っ た

11111

面 白 か っ た54321面 白 く な か っ た

LIIII

うま くで きた59321で きな か った

iiiii

で きる54321で きな い

一 一 一L

長 か った54321短 か った

11111

⑥ その 他気づ い た こと

図1‑1授 業 参 加 の 自 己 評 価 写 真 に 示 す よ う なHOゲ ー ジ の レ ー ル を 取 り付 け た 放 物 線 型 の 斜 面 台2台 を 向 か い 合 わ せ に 接 続 し,両 側 か ら2台 の 台 車 を 同 時 に ス タ ー トさせ ,中 央 で衝 突 させ る。 台 車 の前 面 に は衝 突 後 台 車 が 一 体 と な る よ う粘 着 ゴ ム(衝 突 実 験 用 と して 市 販 さ れ て い る も の)を 付 け て お く。2台 の 台 車 の 質 量 や 高 さ を 変 え て,衝 突 後 一 体 とな っ た 台 車 が ど ち ら に 動 くか 観 察 す る。 台 車 の 質 量 と 高 さ は 表1‑1に 示 す よ う に し た 。 衝 突 直 前 の2台 の 台 車 の 速 さ が 等 しい 場 合,運 動 エ ネ ル ギ ー が 等 しい 場 合,運 動 量 が 等 しい 場 合 に っ い て 行 い ,運 動 量 の 大 き い 台 車 の 運 動 方 向 に 衝 突 後 一 体 と な っ た 台 車 が 動 く こ と を 確 認 さ せ る 。 衝 突 直 前 の 台 車 の 速 さ は,生 徒 の 混 乱 を 防 ぐた め,予 あ 計 算 して 表 の 中 に 入 れ て お い た 。 台 車 の ス タ

盛 駕癒 聴 叩"

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『 ・講 …諦

図1‑2実 験 装 置

欝 魂 ∴ 無

、溺 灘 整 晦 芦 マ.

弘礎 議1擦藩憲焦 ∴ ∴

実験の風景

台 車 質 量 〔9ユ高さCn] 速 さCm/sユ 運動エネルギー 運 動 量 動いた方向 台 車 _質量[gj 高 さ 〔c口] 速 さ[瓜ノs】 運 動エ ネ ルギ ー 運 動 量 動いた方向

A(右) io 5 i A(右) 10 s i

B〔 左) is 」 i B(左) zo 」 i

台 車 質 量[9】 高 さ[CO] 速 さ〔皿/s] 運 動 エネ ル ギー 運 動 量 動いた方向 台 車 質量 〔9] 高 さ[Cm] 速 さ[凪〆S] 運 動エ ネ ルギ ー 運 動 量 動いた方向

A(右) io 7.5 1.24 A(右) 10 8 1.27

B(左) 15 5 i B(左) 20 4 o.as

台 車 質量[9] 高 さ〔cn7 速 さ 〔田〆s〕 運動エネルギー 運 動 量 動いた方向 台 車 質量 〔9] 高 さ[CO] 速 さ[a/s] 運動エネルギー 運 動 量 動いた方向

A佑) 10 11.25 1.5 A(右) 10 10 1.4

B(左) is 5 i B(左) 20 2.5 0.7

表1‑1実 験 プ リ ン トよ り抜 粋

一 トの 高 さ を 表1‑1の よ う に 設 定 し た の は ,衝 突 の 際 の 脱 線 を 防 ぐた め で あ る。 な お, 斜 面 台 の 高 さ は,他 の 実 験 へ の 発 展 を 考 慮 し,30〜40cmま で 延 ば し て あ る 。

○ 指 導 計 画

表1‑2「 力学分野(運 動量保存則)」 の指導計画

時 間 学 習 事 項i、 学 習 内 容 及 び 留 意 点

既習事項 物体 の運 動,力 と運 動 の法則,仕 事 と力 学的 エ ネルギ ー

導 入

(2時 間)

HOゲ ー ジを 用 いた1次 元の衝 突実 験

轍 前に緻 エネルギー(E=2m・ ・)の復習 ・灘 の定義 (p=mv)を 説 明 して,実 験 プ リン トの中 の台車 の運 動エ ネル ギー と運動 量を 計 算 させ て お く。

・生徒 実 験 の前 に教 卓で1回 演 示実験 を行 い生徒 に要領 をっか ませ る。 この 時2台 の台車 を 同 じエ ネル ギーで 衝突 させ る。エ ネル ギー は同 じで あ るが 衝 突後 台車 は重 たい台 車 の運動方 向 に動 い て しま う。 これ はなぜ か,生 徒 に疑問 を投 げか け る。

・衝 突の 問題 を扱 う時 には 運動量 が重 要な役 割 を持っ ことを理屈 よ り先 に この実 験 結果 か ら,生 徒 が実 感で きるよ うに させ る。

展 開

(4時 間)

運動量 と力積

運動量の保存

。力積の 定 義の説 明 ,運 動量の変化 と力積の関係にっいて理論的な 解 説を 行 う。

・作 用 ・反 作用 の法 則か ら,衝 突の問題で運動量保存則が成 り立つ ことを 示 す。衝 突 した時の 発熱 な どを例 に と り,力 学 的 エネル ギ ーは必 ず しも保 存 して い ない こ とに も言及 す る。

・ロケ ッ トの打 ち上 げや 大砲 を打 った 時の反 動 を例 に とり,運 動 量 保 存則 の 成 り立つ 他の 例 につ いて説 明す る。

ま とめ (2時 間)

問題演習 ・これ まで 学習 した内容 につ いて,き ちんと理解できているか確認 す る。

発 展

(2^‑4 時 間)

はね返 り係数 平面内の衝突

・生徒 の理 解度 に応 じ,無 理のない範囲で学習す る。

○授業 の評価 と今後の課題

授業 実践 の結果,生 徒の反応 は大変 よ く,日 頃あま り実験 に参加 しない生徒 も積極的に 実験を行 っていた。演示実験で も注 目度が高 く,生 徒 の興味を引 くとい う点で はか な り成 功 した。一方,装 置 の加工の面では,斜 面台 は ぐらっかない しっか りした ものを作 ると脱 線等の トラブルを防 ぐことがで きる。

イ 波動分野

○開発 した教材 と実験の方法

多 くの生徒が偏光板 を扱 えるよう,1枚 の偏光板で確認で きる現象を多 く取 り入 れた。

実 験 ① 反 射 によ る偏 光(図1‑4)

偏光サ ングラス,偏 光板 を通 して身の回 りの景色や物体を観察す る。反射光 は入射面 に平行 な振動成分 が減少 し偏光 とな る。屋根,地 面 による反射光 は水平振動が残 った偏 光 であ り,黒 板での反 射光 は上下振動の偏 光である。窓際の人物等,太 陽の下にあ る立 体 は光 の進行方向に垂直な平面上の様 々な振動面 を持っ偏光を反射 し,偏 光板を通す と

そ の 回 転 に よ り様 々 な 陰 影 が 見 ら れ る 。 こ の 観 察 で,光 の 反 射 ,偏 光 現 象 は 日常 的 に起 きて い る こ とが 分 か る 。

実 験 ②2枚 の 偏 光 板 を 回 転 させ る

2枚 の 偏 光 板 を 重 ね る 。 結 晶 軸 を 平 行 に す る と 明 る く,垂 直 にす る と暗 く見 え る。

実 験 ③ 複 屈 折

光 が 結 晶 に 入 射 す る と2っ の 屈 折 光 が 現 れ,そ の 各 々 は 偏 光 で あ る 。 本 の 活 字 の 上 に 方 解 石 を 置 く と2っ の 像 が 見 られ る が 偏 光 板 を 通 す と そ の 一 方 だ け を 観 察 で き る 。 実 験 ④ 空 の 偏 光

昼 間,空 が 青 色 に 見 え る の は,太 陽 光 の う ち 青 色 光 が 大 気 の 分 子 に よ り散 乱 さ れ る た め で あ る 。 こ の 散 乱(レ イ リー 散 乱)に お い て 偏 光 が 発 生 す る。 この た め ,偏 光 板1枚 を 空 に 向 け て 回 転 さ せ る と そ の 方 角 に よ り暗 く見 え る 角 度 が あ る 。

○ 指 導 計 画

表至一3ゼ 波動分野」の指導計画(指導時間i時間)

時Pa9 学 習 事 項 学 習 内 容 及 び 留 意 点

既習事項

猶

波の性質 横波 と縦波 波の伝わり方 波の干渉 ・回折

導 入

(5分)

波の種類 発問

横波,縦 波の区別

「光 は横波か縦波か?」,生 徒各 々が予想す る。

展 開

(25分)

偏光板 によ る実験

推論

・偏光板の性質

・光 は縦波 横波?

・偏光サ ングラス,偏 光板で景色 黒板の文字,窓 際の物体を観 察する[実 験①](反 射の仕方で見え方が異 なること等に気づ かせ る)。

・生徒に観察され たことを確認す る。

・偏光板が光 を反射の仕方で識別する事 を確認す る。光が縦波で ある場合,横 波であ る場 合で議論する(反 射光が異な る性質を 持っ ことは光 を横波 と仮定す れば説明で きることを教え る)。

ま とめ (5分)

臓 結論の確認

・偏 光と偏繊 反射による偏 光の発生 にっ いて

・2枚 の偏光板によ る実験[実 験 ②]

発 展

(15分)

偏 光板による実験 と解説 。複届折 空の偏光[実 囎 ④](偏 光顕像鏡 干渉 色 ミツ バ チが巣に帰 る方法等に触 れる)

○ 授 業 の 評 価 と 今 後 の 課 題

物 理IBの 授 業 で,波 動 の 知 識 が 全 くな い 文 科 系 志 望 の1年 生(9人)に 約20分 間, 波 の 性 質 等 に つ い て 解 説 した 。 そ の 後,上 記 の 指 導 を 行 っ た 。 授 業 評 価 の ア ン ケ ー ト調 査

図1‑4授 業 プ リ ン トの カ ッ ト

の項 目自己評価 展 開後の評価

点の平均値 発展後の評価

点の平均値 0 ^1.9 2.4

0 ^{4.8 4.2}

③ ^{II 4.9}

④ ^2.8 2.8

0 ^{2.1 3.3}

表1‑4ア ンケ ー ト調 査 結 果

を 展 開 終 了 時 と 発 展 終 了 時 に行 っ た 。 結 果 を 表1‑4に 平 均 値 で 示 し た 。

反 射 に よ る 偏 光 の 観 察[実 験 ①]で 生 徒 は 大 変 大 き な 関 心 を 示 し た 。 よ く提 示 さ れ る2 枚 の 偏 光 板 を 重 ね た り,シ ョー ウ ィ ン ドゥや 池 の 中 を 覗 く等 の 決 め ら れ た 場 面 で は な く, 自分 で 身 の 回 りを 観 察 す る方 法 を 採 っ た 。 身 の 回 りか ら偏 光 現 象 を 発 見 で き た 生 徒 の 喜 び は大 きか っ た 。 しか し,推 論 の 段 階 で,一 度 に2つ の 仮 定(光 は横 波 で あ る こ と,偏 光 板 を 通 過 す る と光 は 偏 光 す る こ と)を 受 け 入 れ る 必 要 が あ り,生 徒 は 混 乱 した 。 こ の た め,

ま と め や 発 展 の 段 階 で 興 味 を な く した 生 徒 が 多 か っ た 。 今 後 は,推 論 が し易 い よ う に 現 象 を 整 理 し,段 階 を お っ て 推 論 や 議 論 が 進 あ られ る よ う指 導 法 の 工 夫 を した い 。

ウ 電 磁 気 分 野

○ 開 発 した 教 材 と実 験 の 方 法

実 験 ① 手 回 し発 電 機 に よ る 直 列 接 続 と並 列 接 続 の 豆 電 球 の 点 灯

手 回 し発 電 機 に よ っ て4っ 並 列 接 続 した 豆 電 球 と4っ 直 列 接 続 した 豆 電 球 を お お よ そ 同 じ明 る さ に 点 灯 さ せ る 。 この と き 消 費 す る電 力 は 同 程 度 の は ず で あ る が,ハ ン ドル を 回 す 手 応 え が 違 う こ と に 気 づ か せ て お く。

教 師 の 働 き か け:直 列 で 電 力 を 供 給 した ら,電 力 会 社 は 得 を す る の で は な い か?

実 験 ② 磁 石 と コ イ ル に よ る 電 磁 誘 導 の 実 験

検 流 計 と 可 変 抵 抗 と コ イ ル を 直 列 に 接 続 し,コ イ ル の 中 に磁 石 を 出 し入 れ す る と コ イ ル に 誘 導 電 流 が 流 れ る の を 確 認 さ せ る 。 そ の 際,磁 石 の 強 弱,出 し入 れ の 速 さ,コ イ ル の 巻 数 な ど に よ り電 流 の 大 き さ や 向 き に 違 い が あ る こ と を 定 性 的 に 確 認 させ る 。 実 験 ③ フ ェ ラ イ ト磁 石 とエ ナ メ ル 線 に よ る ス ピー カ ー の 自作

ス ピ ー カ ー と い う 音 響 装 置 が,電 流 と 磁 石 の 問 の 相 互 作 用 と い う物 理 の 基 本 的 な 現 象 を 利 用 し て で き て い る こ と と,手 近 な 材 料 に よ り 自作 可 能 な 構 造 で あ る こ と を 理 解 さ せ る。 ま た,手 回 し発 電 機 を ス ピー カ ー の 代 わ り と して 鳴 らす こ と が で き る の を 確 認 さ せ て,手 回 し発 電 機 の 構 造 を 推 察 さ せ る。

○ 指 導 計 画

表1‑5「 電磁気分野」の指導計画

時 間 学 習 事 項1学 習 内 容 及 び 留 意 点

既習事項 物 理IB力 学(仕 事 とエネルギ ー,仕 事率,エ ネルギー保存の法則) 直流回路(オ ームの法則,電 流のす る仕事)な ど

導 入 手回 し発電 機を利用 した 並列豆電 球 と直列豆 電球の点灯 の比較[実 験①]

電 流のす る仕事の実験 ・直列接 続の豆電球 を点灯 させ るときには 並列 と比 べて手応え が小 さい。 これ1よ 供給す るエネルギーが並列 と比 べて小 さい ので はないか。 な らば エ ネルギー保 存の法則 を破 ってい るの

(1時 間) で は な い か 。

・消 費 電 力P=IVはP=RI2だ け で な く P=V2/2Rと も変 形 で き る。

この式 か ら,高 圧 送電で も送電 ロスが多 いと判 断 されないか。

・手 回 し発 電機 の実 験 と ともに,こ の様な話によって,生 徒の ミス コ ンセ プ シ ョ ンを 明 確 に し,考 え る き っか け とす る。

展 開 ^{〜 〜 〜 〜} 磁 石 ・電 流 に よ る磁 界 〜 〜 〜 〜

電流が磁界 か ら受 ける力 演示実験と解説

(1時 間) 演 示実験:電 磁振 子 と 磁 界中を動 く電線

〜 〜 〜 磁 束 密度 ・臣 レンツカ ・磁 性 体 〜 〜 〜

電磁誘導の実験 ・コイルに磁石を 出 し入れす ることによ り,誘 導電流を検流計 で

(1時 閣) 確 認す る[実 験②]。

まとめ 運動す る導線 に生 じる誘導 ・コの 字形の コイル上 で動 く導綴の例 で 電 磁誘導を説明す る。 起電力 F=ilBと いう関 係を導 き,並 列接続 と直列 接続 とで 手応 (1時 間) えが違 うのは流れ た電 流の違 いであ ることを理 解で きる。

発 展 ス ピ ー カ ー の 自作 ・ス ピーカーを 自作 して ラ ジカセのヘ ッ ドホ ン端子 か らの信号 を再 生す る。[実 験③]

手回 し発電機 をス ピー カー

(玉時閣) と して使用す る ・…掴 し発電機の構 造を予想 する。

○ 授 業 の 評 価 と今 後 の 課 題

今 回 検 討 を 重 ね た 実 験 以 外 の 生 徒 実 験 に つ い て も,今 回 使 用 した ア ン ケ ー ト調 査 で 生 徒 に 評 価 さ せ た 。 そ の 結 果 は,生 徒 自 身 が 見 通 しを も っ て 実 施 で き,煩 雑 な 事 後 処 理 を 必 要 と し な い 実 験 に っ い て は お お む ね 好 評 で あ っ た 。 特 に,最 後 に 行 っ た ス ピ ー カ ー の 自作 は, 音 が 聞 こ え る と い う形 で 実 験 が 成 功 し,単 に 数 値 が 正 確 に 出 た と い う以 上 に 生 徒 に 感 動 を 与 え た 。 これ ま で 学 習 して き た 内 容 を 最 後 に 概 観 す る の に 役 立 っ た よ う で あ る 。

自作 の ス ピー カ ー の 改 良 は難 しい が,イ ヤ ホ ン程 度 で は な く も っ と大 き な 音 が 出 せ る よ う に 改 良 した い 。 ま た,自 作 の ス ピ ー カ ー を マ イ ク と して 利 用 す る方 法 も考 え た い 。 ま た オ シ ロ ス コ ー プ に 接 続 して,波 形 の 観 察 が で き な い か 。 そ れ が 可 能 で あ れ ば,そ こか ら交 流 発 電 や 交 流 電 流 に 発 展 させ た り,音 波 の 復 習 と 関 連 さ せ る こ とが 可 能 に な る。

工 原 子 分 野

○ 開 発 した 教 材 と 実 験 の 方 法

放 射 線 を 知 る に は,実 際 に 測 定 して み る こ とが 最 良 の 方 法 と考 え,科 学 技 術 庁(財)放 射 線 計 測 協 会 で 貸 し出 して い る 「は か る くん 」 と い う放 射 線 測 定 器 を 全 員 に 一 台 ず っ 持 た せ て 放 射 線 を 測 定 した 。 「は か る くん 」 は,放 射 線 の 入 射 に よ って 電 子 音 が 鳴 り,放 射 線 量 が デ ジ タ ル 表 示 され る た め 手 軽 に 測 定 が 行 え る 。

ま た,ド ラ イ ア イ ス を 使 っ た 拡 散 型 霧 箱 で 放 射 線 の 飛 跡 を 観 察 す る こ と に よ り,放 射 線 源 か ら何 か が 飛 び 出 し て き て い る こ と を 実 感 で き る よ う に し た 。

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図1・‑5「 は か る くん 」に よ る 自 然 放 射 線 の 測 定 図1‑6放 射 線 源 を 用 い た 遮 蔽 効 果 の 実 験

○指導計画

表1‑6「 原子 分 野」 の 指導計 画

時 間 学 習 事項 学 習 内容 お よび留 意 点

導 入 (1時 間)

自 然 放 射 線 と は

放 射 線 測 定 器 「は か る く ん 」 に よ る 測 定 方 法

自 然 放 射 線 の 測 定

・放 射 能 を もつ 元 素

・日常 生 活 で 受 け る 放 射 線

宇 宙 か ら,大 地 か ら,呼 吸 に よ り空 気 か ら,食 品 か ら。

・ 「は か る くん 」 は ガ ン マ 線 を測 る こ とが で き る 。 放 射 線 量 の 測 定 値 に は バ ラ ツ キ が あ る の で,複 数 回 の 測 定 を して 平 均 を と る こ と が 必 要 で あ る 。

・放 射 線 量 の 単 位 。

・生 徒 全 員 に 「は か る くん 」 を持 た せ ,教 室 ・グ ラウ ン ド ・屋 上 ・ 廊 下 ・プ ー ル 等 で 測 定 す る 。

展 開 (2時 間)

放 射 能 ・放 射 線 とは 放 射性 物 質か らの 放 射線 の測 定

霧箱 に よる放 射線 の 観察

・放 射 能 の 発 見,放 射 線 の 種 類 と特 徴 ,原 子 核の 崩壊 と崩壊 熱,放 射 能 の 半 減 期 。

・モ ナ ズ 石(ラ ドン 温 泉 の 石)か ら出 る放 射 線 の 測 定

・キ ャ ン プ用 ラ ン タ ン の マ ン トル か ら出 る放 射 線 の 測 定

・ド ラ イ ア イ ス を用 い た 拡 散 形 霧 箱 で,ア ル フ ァ放 射 線 源(Ra) か ら出 る飛 跡 を観 察 す る 。

ま と め (1時 間)

放 射 線 の農 業,工 業,医 療 等 へ の利 用 例

自然 放 射線 と人工 放 射線 放 射 線 の 人体 へ の影 響

・生 徒 が 身 近 に 感 じ る 話 題 を 中心 とす る 。

・自 然 放 射 線 量 の 地 域 ・高 度 に よ る 違 い 。

・様 々 な 人 工 放 射 線 の 放 射 線 量 。

・急 性 障 害 と遺 伝 障 害

発 展 (2時 間)

放 射 線 源 を用 い た実 験 ・放 射 線 源 か らの 距 離 と放 射 線 量 の 関 係 を調 べ る実 験 放 射 線 量 は 距 離 の2乗 に反 比 例 す る 。

・遮 蔽 材 の 材 質 に よ る 遮 蔽 効 果 の 違 い を 調 べ る 実 験

同 じ厚 さ の ア ク リ ル ・ア ル ミ ・鉄 ・鉛 で 遮 蔽 効 果 の 測 定 を す る 。

「は か る くん 」 実 習 用 キ ッ トを使 用 。 放 射 線 源 はCs‑137。 バ ッ ク グ ラ ウ ン ドの 値 を 差 し引 い て 正 味 の 値 を 求 め る こ と に 注 意 す る。

○ 授 業 の 評 価 と 今 後 の 課 題

導 入 の 「は か る くん 」 に よ る 放 射 線 源 の 測 定 で,生 徒 は 自 分 の 身 の 回 り に 放 射 線 が あ る こ と に ま ず 驚 い て い た 。 そ し て,放 射 線 と は 一 体 何 な の か と い う疑 問 を 持 っ た 。 ま た,霧 箱 の 観 察 で は,ド ラ イ ア イ ス と ア ル コ ー ル と 透 明 な 箱 と い う簡 単 な 装 置 で 放 射 線 の 飛 跡 が 見 え る こ と に感 動 し て い た 。 こ の よ う に 導 入 や 展 開 の 観 察,実 験 で は,生 徒 は 興 味 を も っ て 積 極 的 に 授 業 に 参 加 し,楽 しん で い た 。

原 子 核 の 崩 壊 や 放 射 線 の 放 射 さ れ る原 理 な ど に っ い て は,内 容 を 精 選 し,わ か りや す い 説 明 を 心 が け た が,よ り深 い 理 解 を させ る た め に は 時 間 不 足 を 感 じ た 。

ま と め の 学 習 事 項 に も,事 前 に 観 察,実 験 を 行 っ た た あ 興 味 を もて た よ うで あ る 。 今 回 の 研 究 で 生 徒 自 らが 体 験 す る こ と の 大 切 さ を 改 め て 痛 感 した 。 霧 箱 に よ る 放 射 線 の 飛 跡 の 観 察 は,時 間 の 関 係 も あ り演 示 実 験 と した が,今 後 は ぜ ひ 生 徒 実 験 と して 行 っ て い き た い 。 ま た,ビ デ オ 等 の 視 聴 覚 教 材 も取 り入 れ て,生 徒 が 具 体 的 な イ メ ー ジ を も っ て 理 解 して い け る よ う な 工 夫 を して い き た い 。

2酸 と塩 基 の 中 和 滴 定 曲 線 を 描 く

(1)ね ら い

理 科 離 れ は 化 学 に お い て も深 刻 な 問 題 で あ る 。 な ぜ 化 学 嫌 い に な る の か 。 原 因 は い ろ い ろ 考 え られ るが,生 徒 が 「あ,そ う か,分 か っ た ぞ,面 白 い じ ゃ な い か 」 と い う 感 覚 を もて な い と こ ろ に 起 因 して い る の で は な い だ ろ うか 。 そ こで,ま ず 実 験 を 行 い,実 験 の 結 果 か ら生 じた 疑 問 点 を 様 々 な 角 度 か ら検 証 し解 き明 か して い く こ と,す な わ ち 科 学 的 思 考 の 道 筋 を 踏 む こ と に よ り,分 か る 喜 び,楽 し さ を 知 る こ と か ら,化 学 ひ い て は 理 科 の 楽 しみ を 味 わ って

も らお う,理 科 を 好 き に な っ て も ら お う,と 考 え た 。

本 研 究 を 行 う に 当 た って,生 徒 に 興 味 ・関 心 を もた せ,学 習 意 欲 を 高 め る た あ に は,ど の よ う な 教 材 が 適 切 か を 考 え た 。 生 徒 の 興 味 を ひ く も の と して は,音 が 出 る もの や,美 し く色 が 変 わ る もの な ど が 考 え られ る 。 教 材 と して は,身 近 な 物 質 で あ る こ と,奇 を て ら っ た も の で な い こ と,さ ら に,生 徒 が 疑 問 に 思 っ た こ と を 自 ら進 ん で 科 学 的 思 考 に よ っ て 解 決 しよ う とす る意 欲 を もて る教 材 で あ る こ と が 望 ま し い 。 そ の た め に は 生 徒 の 先 行 経 験 を 大 切 に す る こ とが 重 要 で あ る。

そ こで,次 の ① 〜 ⑤ の 理 由 か ら,中 和 滴 定 と滴 定 曲 線 を 教 材 化 す る こ と に し た 。

① 中 学 校 で も学 習 し た 内 容 で あ る こ と

② 化 学IA・IBを 問 わ ず 化 学 の 教 科 書 に 記 載 さ れ て い る 内 容 で あ る こ と

③ 様 々 な 実 験 器 具 を 用 い る こ と に よ り生 徒 の 興 味 が 喚 起 さ れ 易 い こ と

④ 実 験 に よ っ て 生 じ た 疑 問 点 を 比 較 的 容 易 に 解 決 で き る こ と

⑤ 化 学IIに つ な げ や す い こ と (2)授 業 展 開 と 工 夫

酸 と塩 基 に っ い て は,化 学IAで は 定 性 的 に 取 り扱 う の み に と ど ま り,化 学IBで は,中 和 滴 定 に っ い て 定 量 的 に 扱 わ れ て お り,実 験 は 必 ず 行 わ れ て い る 。 しか し,中 和 滴 定 曲 線 を 描 か せ る こ と ま で は あ ま り行 わ れ て い な い こ とが 多 い 。 ま た,電 離 平 衡 に つ い て は 化 学IIの 内 容 と な って,教 科 書 に も ほ とん ど 触 れ られ て い な い 。

中 和 滴 定 曲 線 を 描 く実 験 を 行 う こ と に よ っ て,酸 と 塩 基 の 基 本 的 性 質 や,中 和 反 応 に つ い て い ろ い ろ 考 え さ せ る こ と が で き る の み な らず,酸 ・塩 基 の 単 元 の 総 ま とめ と して も利 用 で

き る。

ア 本 実 験 を 行 う 前 の 学 習 事 項

① 酸 と塩 基 の 定 義(ア レニ ウ ス の 定 義)と 種 類 酸 ・塩 基 の 価 数

② 電 離 度

③ 酸 性 ・塩 基 性 とpH,pH値 の 範 囲

④ 中 和 の 概 念(モ デ ル 図)

⑤ 中 和 滴 定 の 実 験 と 中 和 滴 定 の 操 作 'イ 授 業 計 画

授 業 時 間 は,実 験 に2時 間,デ ー タ 処 理 に1時 間,計3時 間 で,授 業 実 践 を 行 っ た い ず れ の 学 校 で も終 了 して い る 。 実 験 は で き る 限 り連 続 し た2時 間 が 望 ま しい が,そ れ が で き な か

った と こ ろ で は,次 の よ うな 目安 で 実 験 を 行 っ た 。

1時 間 目 実 験 概 略 説 明 塩 酸 一 水 酸 化 ナ ト リウ ム の 中 和 滴 定 2時 間 目 酢 酸 一 水 酸 化 ナ トリ ウ ム の 中 和 滴 定 実 験 の ま と め 3時 間 目 デ ー タ 処 理

最 近 のpHメ ー タ ー は,比 較 的 安 価 で 性 能 が 良 い も の が 多 く,1回 ご と に 補 正 を 行 わ な くて も充 分 に 満 足 で き る 値 が 得 られ る た あ 時 間 が 短 縮 さ れ る。 た だ し,本 実 験 に 使 用 す るpHメ ー タ ー と して は 浸 せ き 型 の もの の 方 が よ り確 実 で 便 利 で あ る。

ウ 本 実 験 の 目 的

①pHを 測 定 す る こ と に よ って,酸 の 強 弱 と水 素 イ オ ン濃 度 との 関 係,す な わ ち 電 離 度 と の 関 係 が 理 解 で き る。

② 中 和 に 使 わ れ る 塩 基 の 量 は,酸 の 強 弱 で は な く,酸 の 濃 度 に よ っ て 決 ま る と い う こ と が 理 解 で き る 。

③ 中 和 反 応 の 滴 定 曲 線 を 描 く こ と に よ り,中 和 点 のpH値 が 必 ず し も7に な る と は 限 らず, 酸 の 強 弱 に よ っ て 異 な っ た 滴 定 曲 線 が 描 か れ る こ と が 理 解 で き る 。

④ 中 和 点 と 指 示 薬 と の 関 係 が 理 解 で き る。

⑤ 滴 定 曲 線 の 傾 き な ど よ り電 離 平 衡 へ の 発 展 が で き る 。 工 本 実 験 の 工 夫 点

「な ぜ 」 と い う疑 問 を も た せ る こ と を 出 発 点 と し,疑 問 を 解 決 で き た 喜 び を 感 じ る よ うな 指 導 法 を 考 え た 。 そ の 疑 問 の 解 決 に 当 た っ て は,多 段 階 の 発 問 に よ り理 論 的 に 無 理 の な い よ

う に 導 く工 夫 を した 。 問 題 解 決 の 流 れ

① 塩 酸 と 酢 酸 と で は,同 じ濃 度 で も反 応 性 に 違 い が あ る こ と を 気 づ か せ る 。

② 塩 酸 と 酢 酸 で は 同 じ濃 度 で もpH値 が 異 な る こ と に 気 づ か せ る。

③ 塩 酸 と酢 酸 の 濃 度 が 同 じで あ る こ と を 水 酸 化 ナ ト リ ウ ム 水 溶 液 との 滴 定 で 理 解 させ る 。

④ 同 じ濃 度 の 塩 酸 と 酢 酸 の 反 応 性 やpH値 の 違 い を,電 離 度 か ら考 え さ せ る 。

⑤ モ デ ル 図 に よ り,塩 酸 と酢 酸 の 電 離 度 が 異 な る こ とを イ メ ー ジ化 さ せ る 。

⑥pH曲 線 の 特 徴 を 認 識 させ る 。

⑦ 塩 酸 と酢 酸 のpH曲 線 の 共 通 点 と相 違 点 を 挙 げ さ せ,そ の 理 由 を 考 え さ せ る 。

⑧ 指 示 薬 の 選 定 に っ い て 考 え さ せ る 。 (3)実 験 の 内 容

15頁 〜17頁 に 示 した 資 料(プ リ ン ト)に 基 づ い て 実 験 を 行 っ た 。 (4)生 徒 の 活 動

最 初,生 徒 は プ リ ン トの 枚 数 が 多 い の で 大 変 な 実 験 だ と 思 っ て い た よ うで あ る が,実 験 を 始 め て み る と,変 化 が い ろ い ろ あ り,興 味 を も ち 熱 心 に取 り組 ん で い た 。

① マ グ ネ シ ウ ム との 反 応 で は,酸 の モ ル 濃 度 が 低 い の で,入 れ た 直 後 に は は っ き り と し た 差 が 見 られ ず,戸 惑 っ て い た 。 そ こ で,約10分 間 放 置 して か ら観 察 す る よ うに 指 示 した 。

② 塩 酸 と 酢 酸 のpH値 が 異 な る の に,水 酸 化 ナ ト リ ウ ム 水 溶 液 の 滴 定 量 が 同 じで あ る こ と か ら,2種 の 酸 が 同 じ濃 度 で あ る と実 感 して い た 。 ま た,中 和 点 と考 え た フ ェ ノ ー ル フ タ

レ イ ン に よ る 変 色 時 のpH値 が7で な い こ と に,疑 問 を も っ た よ うだ っ た 。