中学校理科における科学的探究可能な「問い」の生成プロセス

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(1)理科教育学研究 Vol.61 No.3（2021） doi: 10.11639/sjst.20029. 原著論文. 中学校理科における科学的探究可能な「問い」の生成プロセス河原井俊丞 1 宮本直樹 2 【要約】本研究では，中学生を対象とした理科授業において，個人が事象の観察から科学的探究可能な「問い」を生成するまでのプロセス内で明らかとなっていない思考の有無を検討し，それらが「問い」の生成プロセス内のどこに見られるのかを明らかにすることを目的とした。その結果，生徒にとって，「何かに気付いた→何か疑問に思った→『問い』を生成した」という「問い」の生成プロセスを辿りやすい一方で，原因性，規則性，相互関係性，類似性・差異性といった科学的探究可能性の要素は，生徒の「問い」の生成プロセス内の「問い」への推移において多く内包されることが明らかとなった。［キーワード］科学的探究可能な「問い」，生成プロセス，中学校理科. 1．はじめに科学的探究では，「問い」1）に基づいて探究を進めていくことが可能か不可能かを判断したり，「問い」を解決する方法を計画する（OECD, 2016）。よって，「問い」は科学的探究 2）において必要不可欠なものである。その「問い」は，科学的探究において初段階に位置付けられ，突如として生成されるのではなく，「気付き」「疑問」を踏まえて生成されるとされている（例えば，中央教育審議会，2016 3））。また，生徒によって生成される「問い」は単なる「問い」ではなく，科学的に探究可能な「問い」を生成することが求められる（例えば，森，2003；中山，2018）。そこで，「問い」を生成する先行研究 4）を見ると，以下の 3 つの課題点を挙げることができる。1 点目，小暮・小倉（2018），渡邉（2000）の研究では「問い」の生成の際に「気付き」「疑問」に着目しているものの，中央教育審議会（2016）が示すような「気付き」 →「疑問」→「問い」といったプロセスを生徒が辿っているかについて検討がなされていないこと，2 点目，小暮・小倉（2018），渡邉（2000）の研究では「問い」を生成するまでのプロセスにおいて「気付き」「疑問」以外に明らかとなっていない思考の有無について検討がなされていないこと，3 点目，渡邉（2000），小暮・小倉（2018），吉田・川崎（2019）の 1 2. 研究では，理科授業の導入において，生徒が事象の観察から「問い」を生成するプロセスについては調査がなされていないことである。こうしたことから，理科授業における生徒の科学的探究可能な「問い」の生成プロセスは，不明瞭な点が多くあるため，実証的な調査が求められる。また，鈴木・藤本・益田（2019）は中学校理科教員に対して学習指導に関する意識調査を行った結果，中学校理科教員が「自然の事物・現象から問題を見いだし，適切に課題づくりができるようにする指導」について，指導が十分でないと認識していることや「『生徒が自ら課題をつくる授業をどのように行えばよいか分からない』という教員の声が少なくない」ことを指摘していることから，中学校理科教員は「問い」を生成する指導について困難を感じていると言える。こうしたことから，「問い」の生成プロセスを明らかにすることにより，教師に対して生徒の「問い」の生成場面における支援が可能となり，科学的に探究可能な「問い」を生成する教授方略の検討に対しての一助となりうる。. 茨城町立明光中学校茨城大学教育学部 403. 2．目的及び方法本研究では，中学生を対象とした理科授業において，個人が事象の観察から科学的探究可能な「問い」を生成するまでの思考のプロセスを「問い」の生成プロセスとし，すでに知見として得られている「問い」の生成プロセス内で明らかとなっていない思考.

(2) 河原井・宮本：中学校理科における科学的探究可能な「問い」の生成プロセス. の有無を検討し，それらが「問い」の生成プロセス内のどこに見られるのかを明らかにすることを目的とする。研究の方法として，まず，本研究における「問い」の捉え方を先行研究より明確にするとともに，「問い」の科学的探究可能性について科学史より検討を行う。次に，「問い」の生成プロセスを調査する質問紙調査を作成する。さらに，「問い」を生成する授業実践後にその質問紙調査を実施し，生徒の実態に即した科学的探究可能な「問い」の生成プロセス内で明らかとなっていない思考の有無を明らかにし，それらが「問い」の生成プロセス内のどこに見られるのかを明らかにする。最後に，科学的探究可能な「問い」の生成プロセスから科学的に探究可能な「問い」を生成する教授方略についての示唆を得る。. 3．科学的探究可能な「問い」の捉え方 3.1 先行研究における「問い」の捉え方これまでの「問い」に関する先行研究において， Cuccio-Schirripa & Steiner（2000）では「調査可能な『問い』（Researchable question）」とし「探究，調査，実験において，変数を測定，特定，操作することよって収集されたデータにより未知のことを解決するもの」，坂本ら（2016）では「科学的な『問い』（Scientific question）」とし「観察・実験を通して実証可能な問い」，廣・内ノ倉（2017）では「科学的探究可能な『問い』」とし「操作可能な特定の変数に着目して，観察・実験などの科学的な手法を通じて答えることができる疑問」，吉田・川崎（2019）では単に「問い」とし「疑問を探究の見通しを含む形にしたもの」と捉えられている。このように「問い」は，先行研究によって様々な捉え方がされているが，これらの研究では変数の抽出がなされ，実験・観察を行うことが可能であるといったことが特質として挙げられる。一方，中村（2018）は，「問い」の生成に関する先行研究の評価方法について検討を行い，「問い」の生成に関する先行研究において，生成された「問い」のみを評価し，「問い」の生成プロセスまでを評価対象としていないことを指摘している。この指摘から，先述した「問い」の生成に関する先行研究の「問い」の捉え方では，「問い」がもつ科学的探究可能性について検討が十分であるとは言い難い。「問い」の生成プロセスについての検討を行い，生成された「問い」のみからでは不十分であった「問い」がもつ科学的探究可能性についての検討を試みる必要がある。そこで，「問い」の生成プロセスまでも含めた科学的探究可能な「問い」の捉え方を定める。. 3.2 科学的探究可能性の要素の検討「問い」の生成プロセスまでも含めた科学的探究可能な「問い」の捉え方を定めるにあたり，科学的探究を進めていくことを可能とする要素があるのではないかと推測する。それは，廣・内ノ倉（2019）において，中学生は比較，パターン探索，予測といった「問い」の種類によって科学的な探究可能性についての判断しやすさが異なると報告しているためである。よって，生徒は「問い」に内包された要素から「問い」の科学的な探究可能性について判断していると捉えることもできる。そこで，本研究では「問い」には科学的探究を進めていくことを可能とする要素が内包されていると捉え，さらに，この要素は生成された「問い」のみならず，「問い」の生成プロセスにも内包されると捉え，これを科学的探究可能性の要素とする。科学的探究可能性の要素の検討にあたり，科学者が実際に探究を進めていくことができた事例に着目する。科学者は「問い」に基づいた科学的探究を遂行しており，周知の通り，中学校における科学的探究は科学者における科学的探究を参照している。こうしたことから，科学史における科学的探究を遂行した科学者の「問い」の生成プロセス及び生成した「問い」から，科学的探究可能性の要素について検討を行う。その方法として，誰が，どのような過程の中で，どのような「問い」を生成または「仮説」5）を設定し，どのような結論を得たかについて HOSC （History of Science Cases）6）における科学者の事例から読み取り整理し，科学的探究可能性の要素の検討を行った（表 1）。例えば，クロッパー（1976a）において，表 1 に示すようにシュライデンは個々の細胞の生命の過程を理解することが重要であるという過程の中で，「問い」として細胞の起源が何かということに着目し，そこには小さな細胞から定まった大きさまで成長するという絶対的な法則があることを結論として得ている。つまりシュライデンは，細胞の起源という規則に着目，そして細胞の起源を明らかにする，換言すれば細胞の起源についての立証を行っている。こうしたことから，シュライデンの事例からは，規則性や立証性といった科学的探究可能性の要素が含まれていることが考えられる。他にも，クロッパー（1976b）において，表 1 に示すようにビビアニ，トリチェリは揚水ポンプによって 10.3 m 以上に水をあげることができない，自然は真空を嫌うという説の広まりという過程の中で，「問い」として水以外の液体でもある一定の高さまでしか上らないであろうと. 404.

(3) 理科教育学研究 Vol.61 No.3（2021）. 表 1 科学的探究可能性の要素の検討誰が. どのような過程で. シュライデン. ブラウンによる植物細胞の核の発見。個々の細胞の生命の過程を理解することは，植物生理学の理解（比較生理学も含めて）にとって主要で不可欠な基礎であることは明白である. ビビアニトリチェリ. フラウンホーファー. どのような「間い」生成しどのような結論を得たか（「仮説」を設定し）. 科学的探究可能性の要素. この独特の有機体，すなわち細胞の起源は，いったい何であるか，という間題が重要. どの細胞もその起源は非常に小さな小胞で，それから徐々にその定まった大きさにまで成長することは，絶対的な法則である. 立証性・反証性規則性. 同じような結果は，水銀・ぶどう酒・油などの他の液揚水ポンプによって体についてもおこるだろ 10.3 m 以上に水をあう。その際は，液体の切れげることができない。る場所は，水の高さと比べ自然は真空を嫌うといて，液体の（密度の）大小う説の広まりにより低くなったり，高くなったりするだろう. 水銀では 73.7 cm までしか上がらない。持ち上げる力は内部に起因するものではない. 立証性・反証性類似性・差異性原因性. 暗線が現れることには変わりがなかった。線と帯太陽スペクトルの観察暗線のあらわれかたが実験とが太陽光線の持つ性質によって，無数の黒色装置の条件によってどんなによるものであり，回折の縦線を見た影響を受けるかや幻覚，その他の原因によっておこるものではない. 立証性・反証性相互関連性原因性. いうことに着目し，水銀では水とは異なり 73.7 cm までしか上がらないこと，一定の高さまで持ち上げる力は内部に起因するものではないことを結論として得ている。つまりビビアニ，トリチェリは，水以外の液体でも水同様にある一定の高さまでしか上がらないという類似・差異点に着目，さらに一定の高さまでしか上がらない原因にも着目，そして原因を明らかにする（立証する）ことで，自然は真空を嫌うという説の反証を行なっている。こうしたことから，ビビアニ，トリチェリの事例からは，類似性・差異性や原因性，立証性・反証性といった科学的探究可能性の要素が含まれていることが考えられる。また，クロッパー（1976b）において，表 1 に示すようにフラウンホーファーは太陽スペクトルの観察によって，無数の黒色の縦線を見るという過程の中で，「問い」として「実験装置の条件による暗線の現れ方への影響」ということに着目し，暗線が現れることには変わりがないこと，太陽光線の性質が原因となって暗線が現れることを結論として得ている。つまりフラウンホーファーは，実験装置の条件による暗線の現れ方への影響という相互関係に着目，さらに暗線が. 現れる原因にも着目，そして原因を明らかにする（立証する）ことを行なっている。こうしたことから，フラウンホーファーの事例からは，相互関係性や原因性，立証性といった科学的探究可能性の要素が含まれていることが考えられる。他にも，ダーウィン，ケプラー，ラボアジェ，リュサック，パストゥールといった科学者の科学的探究も分析しているが紙幅の関係上割愛する。上記の科学的探究可能性の要素の検討から，科学的探究可能性の要素として立証性・反証性，原因性，規則性，相互関係性，類似性・差異性の 5 つを抽出した。 HOSC を分析した結果，先述した立証性・反証性は「科学者個人の理論を証明し，証明した理論以外の理論を否定すること」，原因性は「結果を引き起こした原因との因果関係を明らかにすること」，規則性は「事象の決まりきった方式や形態といったパターンを明らかにすること」，相互関係性は「事象間の関係性について明らかにすること」，類似性・差異性は「事象間や事象内に類似点や差異点を明らかにすること」となる。. 405.

(4) 河原井・宮本：中学校理科における科学的探究可能な「問い」の生成プロセス. ここで，科学的探究可能性の要素である立証性・反証性は，表 1 に示した各事例のように，科学者が原因性，規則性，相互関係性，類似性・差異性に着目して探究を進めていくことで達成されるものと捉えることができる。つまり，立証性・反証性は，原因性，規則性，相互関係性，類似性・差異性の 4 要素とは異なり，「問い」の生成プロセスにおいて着目される要素であるとは言い難い。したがって，本研究における科学的探究可能な「問い」は，「問い」の生成プロセスまたは生成された「問い」に原因性，規則性，相互関係性，類似性・差異性の 4 要素のうち 1 つ以上の要素を含むものとする（以後，原因性をⅰ，規則性をⅱ，相互関係性をⅲ，類似性・差異性をⅳと表記）。. 4．ワークシート・質問紙調査の作成 4.1 ワークシートの作成本研究では，生徒の「問い」の生成プロセスを広範に調査したいため，自由記述式のワークシートを用いる。観察した現象から「思ったこと」「考えたこと」「感じたこと」を自由に記述させ，その後「問い」を生成させる。ただし，生成する「問い」の個数を最大で 4 個とした。. 4.2 質問紙調査の作成質問紙調査では，生徒がワークシートに生成した「問い」に対しての生成プロセスを回答させることが目的である。思考プロセスを調査する先行研究（例えば，中村・松浦（2018），吉田・川崎（2019））では発話からの分析を行っている。しかし，理科授業内では生徒の発話回数に差が生じ，発話回数が多い生徒の「問い」の生成プロセスに依存した研究となる可能性がある。つまり，発話からの分析を行うことで，個人の「問い」の生成プロセスを分析することが困難となる可能性がある。よって，本研究では，発話回数のように偏りがさほど生じない質問紙調査を実施することで生徒個人の「問い」の生成プロセスの分析を行う。各「問い」を生成するまでに「思ったこと」「考えたこと」「感じたこと」の具体的内容とそのプロセスを矢印でつなぐことで生成プロセスの回答を行わせる。注意事項としては，「問い」を記入したワークシートを見ながら回答してよいこと，ワークシートに記入していなかったことでも，「思ったこと」「考えたこと」「感じたこと」を思い出した場合は記入してよいこと，「問い」をつくるまでに思っていたこと，考えていたこと，感じたことついては可能な限. り文章で回答すること，文章が書けない場合には箇条書きやキーワードのみでも構わないこと，必ず最後には「問い」に辿り着くこと，とした。. 5．調査概要令和元年 11 月，茨城県内の教育学部附属中学校第 1 学年 2 クラス（A 組 34 名，B 組 36 名，計 70 名）を対象に，単元「身近な物理現象」1 章「光の性質」（有馬ら，2016）において授業を実施する。授業は 1 時間（50 分間）である。提示した事象は，支持台のハサミに B6 版の透明なプラスチック板を挟み，その下に「こんにちは」と鏡文字かつ左右反対に書かれた画面を表示したタブレットを置き，プラスチック板の角度を変えていく様子を観察する簡易的なテレプロンプターである（図 1）。プラスチック板の角度を変えていった結果を比較することで，生徒が多岐にわたる「問い」を生成することができると考えたため，この事象を提示する。授業開始後に研究実施者による口頭の説明を行う。内容としては，本時では観察した現象に対する科学的に探究可能な「問い」をつくること，科学的に探究可能な「問い」とは，つくった「問い」に基づいて今後の授業において実験・観察を行なって調べていくことができるものであると説明した 7）。また，説明内容はワークシートのリード文としても記載をした。説明後，生徒に提示された事象を一度のみ観察して「思ったこと」「考えたこと」「感じたこと」をワークシートへ自由に記入させた後，個人で「問い」の生成を行わせる。記述例として資料 1 に示す。その後，個人でワークシートにおいて生成した各「問い」に対する生成プロセスについての質問紙調査へ回答を行わせる。記述例として資料 2 に示す。質. 406. 図 1 提示した事象.

(5) 理科教育学研究 Vol.61 No.3（2021）. 問紙調査で得られた「問い」及び「問い」の生成プロセスを対象として分析を行う。. 6．分析方法思考プロセスをカテゴリーごとに分類し，カテゴリー間の推移から導出する研究がある。中村・松浦（2018）では仮説設定の思考プロセス，吉田・川崎（2019）では疑問から「問い」の思考プロセスを明らかにしていることから，本研究においてもカテゴリー間の推移から，「問い」の生成プロセスを導出する。まず，科学的に探究可能な「問い」にのみ着目するために，例外となる「問い」の特定を行う。例外の「問い」とは，実験器具を使用する意義・性質についての「問い」，哲学的な「問い」，提示した事象に無関係の「問い」とする 8）。例外とならなかった「問い」を，「問い」の生成プロセスの分析対象とする。次に，分析対象とした「問い」の生成プロセスにおけるカテゴリーの分類を行う。分類するカテゴリーは，河原井・宮本（2018）で暫定的に提示されている科学的探究可能な「問い」の生成プロセスをより具体的な表記に直したものである（表 2）。ただし，本研究では，A ∼ K までのカテゴリーの内，A （知っていることを再確認した），D（何かに気付いた），E（気付いたことと，知っていることを比べた）， G（何か疑問に思った），H（変える条件を考えた）， I（調べるものを考えた），J（変える条件を考えた＋調べるものを考えた），K（「問い」を生成した）のみに着目する。表 2 「問い」の生成プロセスにおけるカテゴリー「問い」の生成プロセス前探究段階実体験による直観感性的把握「気付き」の生起既有知識への適用認知的不協和「疑問」の生起変数の抽出因果関係の同定「問い」の生成. 記号：カテゴリーの具体的な表記 A：知っていることを再確認した B：現象をよく観察した C：「おやっ」「あれっ」のように感じた D：何かに気付いた E：気付いたことと，知っていることを比べた F：モヤモヤした G：何か疑問に思った H：変える条件を考えた I：調べるものを考えた J：変える条件を考えた＋調べるものを考えた K：「問い」を生成した. 着目するカテゴリーを限定するのは，まず，B（現象をよく観察した）のように行動的なカテゴリーや C（「おやっ」「あれっ」のように感じた），F（モヤモヤした）のように感情的なカテゴリー，A（知っていることを再確認した），D（何かに気付いた），E （気付いたことと，知っていることを比べた），G（何か疑問に思った），H（変える条件を考えた），I（調べるものを考えた），J（変える条件を考えた＋調べるものを考えた），K（「問い」を生成した）のように認知的なカテゴリーといった 3 種類が混在しているためである。今回は生徒が「問い」を生成するプロセスにおいてどのようなことを思考したのかについて調査を行うため，認知的なカテゴリーのみとした。この認知的なカテゴリーは，河原井・宮本（2020）の研究において，生徒の思考に見られるカテゴリーであるため暫定的ではないことを附言しておく 9）。そして，カテゴリーの下位概念として，カテゴリーにⅰ（原因性），ⅱ（規則性），ⅲ（相互関係性），ⅳ（類似性・差異性）といった科学的探究可能性の要素が内包されているか否かに関する検討を行う。最後に，分析対象とした全ての「問い」の生成プロセスにおけるカテゴリーの推移回数，科学的探究可能性の要素が内包されるカテゴリー間の推移回数から，科学的探究可能な「問い」の生成プロセスを導出する。. 7．結果及び考察 7.1 分析対象とする「問い」の特定生徒が生成した「問い」から例外となる「問い」を特定した。例外の「問い」は「なぜとうめいなガラスで行うのか」といった実験器具を使用する意義についての「問い」や「なぜ背景がすけてみえるのか」「テレプロンプターの性質とは何か」といった実験器具の性質についての「問い」である。生成した「問い」（計 205 個）の内，例外に該当する「問い」は 10 個（4.9％）であったことから，分析対象とする「問い」は 195 個（95.1％）とした。 7.2 「問い」の生成プロセスでのカテゴリー及び科学的探究可能性の要素の分類分析対象とした「問い」の生成プロセス（195 個）での A，D，E，G，H，I，J，K のカテゴリーへの分類後，科学的探究可能性の要素であるⅰ，ⅱ，ⅲ， ⅳがカテゴリーに内包されるか否かへの分類を行なった。. ［河原井・宮本（2018）より一部抜粋・加筆］. 407.

(6) 河原井・宮本：中学校理科における科学的探究可能な「問い」の生成プロセス. 分類の方法は，表 3 に示すように，例えば，「距離を変えたら，反射して見える向きも変わると思ったから→（問い）フィルムと画面の距離を変えたらどうなるのか」という「問い」の生成プロセスの場合は以下のようになる。まず，「距離を変えたら，反射して見える向きも変わると思ったから」のプロセスにおいては，距離という変える条件を考え見える向きという調べるものについて着目していると捉え，カテゴリーは J に分類した。さらに，このプロセスでは距離と見える向きの相互関係に着目していると捉え，科学的探究可能性の要素はⅲに分類した。次に，「（問い）フィルムと画面の距離を変えたらどうなるのか」は，生成された「問い」であるため，カテゴリーは K に分類した。この「問い」は距離を変えることによる変化という相互関係に着目している. と捉え，科学的探究可能性の要素はⅲに分類した。つまり，上記の「問い」の生成プロセスは，「J ⅲ → K ⅲ」のように分類される。なお，分析対象とした「問い」の生成プロセス（195 個）の内，A，D，E，G，H，I，J のカテゴリーのいずれかが該当した「問い」の生成プロセスの個数及び記述例を表 4 に示す。同様に，分析対象とした「問い」の生成プロセス（195 個）の内，ⅰ，ⅱ， ⅲ，ⅳの科学的探究可能性の要素が内包されるカテゴリーの個数及び記述例を表 5 に示す。なお，「問い」の生成プロセスまたは生成された「問い」に科学的探究可能性の要素であるⅰ，ⅱ， ⅲ，ⅳの 4 要素のうち 1 つ以上の要素を含むもの，つまり本研究における科学的探究可能な「問い」は 143 個（73.3％）であった。. 表 3 「問い」の生成プロセスでのカテゴリーと科学的探究可能性の要素の分類「問い」の生成プロセス（質問紙査における記入例）. 科学的探究可能性の「問い」の生成プロセス要素ヘの分類 →「距離」という変える条 →「距離」と「見える向き」J（変える条件を考えた＋調距離を変えたら，反射して見え件，「見える向き」という調といった事象間の相互関係性べるものを考えた）＆ⅲ（相る向きも変わると思ったからべるものに着目互関係性） ↓ →「距離」と「距離を変えた ↓ （問い）フィルムと画面の距離 →「問い」を生成していることによる何らかの様子」と K（「問い」を生成した）& を変えたらどうなるのかいった事象間の相互関係性 ⅲ（相互関係性）カテゴリーヘの分類. 表 5 科学的探究可能性の要素が内包されるカテゴリーの個数及び記述例. 表 4 カテゴリーの個数及び記述例個数（該当数／195 個）. 記述例. 14 個（7.2％）. 鏡は物を映すから，鏡でも同じようなことができるのではないかと考えた. D （何かに気付いた）. 154 個（79.0％）. ガラスの角度を変えていくと，みえる場所が変わったと思った. E （気付いたことと，知っていることを比べた）. 22 個（11.3％）. ガラスを右側にたおした時と左側にたおした時と文字の順番がかわっていたのでかがみみたいになっていると思った. G （何か疑問に思った）. 79 個（40.5％）. なぜ向きが逆の文字を見たら反転して見えるのか. H （変える条件を考えた）. 25 個（12.8％）. 角度は，変えたが高さはどうなるのかと考えた. I （調べるものを考えた）. 24 個（12.3％）. もしかして角度（反射する）は決まっているのか. J （変える条件を考えた＋調べるものを考えた）. 44 個（22.6％）. 距離を変えたら，反射して見える向きも変わると思ったから. カテゴリー A （知っていることを再確認した）. 記述例科学的探究可能性個数（上段はカテゴリー A ∼ J，（該当数／195 個）の要素下段はカテゴリー K） ⅰ （原因性）. 41 個（21.0％）. 今，プラスチックの板は何度かたむいているのかタブレットの文字が見えるテレプロンプターとタブレットの角度はどれくらいか実験を見て必ずどの角度でも見える角度があると思った. ⅱ （規則性）. 18 個（9.2％）. ⅲ （相互関係性）. 96 個（49.2％）. ⅳ （類似性・差異性）. 408. 33 個（16.9％）. 今回の観察では画像がプラスチックの板に反射したが物質が反射できる角度は決まっているのか距離を変えたら，反射して見える向きも変わると思ったからフィルムと画面の距離を変えたらどうなるのか鏡は物を映すから，鏡でも同じようなことができるのではないかと考えたこれと鏡はどのような違いがあるか.

(7) 理科教育学研究 Vol.61 No.3（2021）. 7.3 「問い」の生成プロセスでのカテゴリー及び科学的探究可能性の要素の推移まず，分析対象とした全ての「問い」の生成プロセスにおけるカテゴリーの推移回数の結果を表 6 に示す。表 6 においては，例えば「A → E」という推移があったとした場合，列の A から行の E に推移したと捉える。この場合は，表 6 では 4 回の推移となる。「問い」の生成プロセスにおける総推移回数（373 回）をカテゴリー間の推移のパターン（計 49 パターン）で割ることで，平均の推移回数を算出した。その結果，平均推移 7.6 回となったため，「問い」の生成プロセスにおけるカテゴリー間の推移のパターンのうち，8 回よりも多い推移を，「問い」の生成プロセスに見られる推移とみなした。次に，科学的探究可能性の要素が内包されるカテゴリー間の推移回数の結果を表 7 に示す。「D ⅲ」という表記であれば，「問い」の生成プロセスの具体的内容において D かつ相互関係性に分類されたことを表す。そして，「D ⅲ→ E ⅱ」という推移があったとした場合，列の「D ⅲ」から行の「E ⅱ」に推移したと捉える。この場合は，表 7 では 1 回の推移となる。また，表 7 から科学的探究可能性の要素が内包されるカテゴリーの総推移回数は 122 回であった。. め，推移回数が 21 回以上の推移を太い矢印を用いて表している（図 2）。また，図 2 では「D → G」の推移を表す矢印に対して吹き出しがあり，その中に「2 回」と記している。これは，表 7 に示したように「D → G」の推移において，科学的探究可能性の要素を内包するカテゴリーの総推移回数が 2 回あったことを表している。以下に，図 2 に示す科学的探究可能な「問い」の生成プロセスについて 2 点考察する。 1 点目は，「問い」の生成プロセスについて考察をする。図 2 における太い矢印（推移回数 28 回以上）. 7.4 科学的探究可能な「問い」の生成プロセスの提示及び考察表 6，7 から科学的探究可能な「問い」の生成プロセスを図 2 に示す。表 6 において，8 回よりも多い推移を細い矢印で，8 回よりも多い推移（11 パターン）の中での平均推移を求めると 20.9 回となったた. A. D. E. G. H. I. J. K. 0. 4. 1. 2. 0. 0. 4. 13. 34. 10. 10. 24. 20. 5. 0. 3. 1. 13. 2. 3. 2. 41. 3. 4. 16. D. 3. E. 0. 0. G. 3. 2. 0. H. 0. 1. 0. 1. A. D. E. 0. 3. 1. 1. 1. J. 1. 5. 0. 1. 2. 1 2. H. I. J. K. 1 1. A. 1. 1 1. 1. 1. 2 1. D 1. 1. 5. 1. 4. 1. 1 1. 1. 1. 3. 1. 2 1 1. 1. 1. G 1. 2. 7. 2. 1. 2. H 1. 1. 1 1 1. 3. 1. 1. 2. 10 1. 1. 1. 1. 3 1. I. 1 1. 1. 1. 1. 4 J 1. 1 1. I. G. E. 表 6 「問い」の生成プロセスにおけるカテゴリーの推移回数 A. 表 7 科学的探究可能性の要素が内包されるカテゴリーの推移回数. 16. 2. 1 1 22 2. ［A（知っていることを再確認した），D（何かに気付いた）， E（気付いたことと，知っていることを比べた），G（何か疑問に思った），H（変える条件を考えた），I（調べるものを考えた），（変える条件を考えた＋調べるものを考えた） J ， K（「問い」を生成した）を示す。ⅰは原因性，ⅱは規則性，ⅲは相互関係性，ⅳは類似性・差異性を示す。また，表中の空欄は推移回数が 0 回であることを示す］. 33. ［A（知っていることを再確認した），D（何かに気付いた）， E（気付いたことと，知っていることを比べた），G（何か疑問に思った），H（変える条件を考えた），I（調べるものを考えた），（変える条件を考えた＋調べるものを考えた） J ， K（「問い」を生成した）を示す］. 409.

(8) 河原井・宮本：中学校理科における科学的探究可能な「問い」の生成プロセス. 相互関係 → 規則：1 回類似・差異→類似・差異：1 回. 計2回 E. 気付いたことと，知っていることを比べた. G. 何か疑問に思った原因 → 原因：2 回原因 → 規則：1 回原因→ 相互関係：1 回相互関係→ 原因：2 回相互関係 → 相互関係：7 回相互関係 → 類似・差異：2 回類似・差異 → 相互関係：1 回類似・差異→類似・差異：2 回. 計 18 回類似・差異 → 相互関係：3 回類似・差異 →類似・差異：1 回. 計4回. D. 何かに気付いた. 科学的探究可能性の要素が内包されるカテゴリーの推移回数原因 → 相互関係：2 回相互関係→相互関係：5 回. 原因 →相互関係：1 回. 計7回. 計1回. 原因 → 規則：1 回相互関係 →相互関係：1 回. 類似・差異 →類似・差異：1 回. 計1回. 計2回. J.. 変える条件を考えた. ＋. 調べるものを考えた. I. 調べるものを考えた. H. 変える条件を考えた規則→規則：1 回相互関係 →相互関係：4 回. 計5回. 相互関係 →原因：1 回相互関係 →相互関係：10 回類似・差異 →相互関係：1 回類似・差異 →類似・差異：1 回. 計 13 回. 原因 → 原因：4 回相互関係→ 原因：1 回相互関係→ 規則：1 回相互関係→相互関係：22 回. 計 28 回. 原因 → 原因：2 回規則 → 規則：3 回規則→ 相互関係：1 回相互関係→ 規則：1 回相互関係 → 相互関係：1 回相互関係 → 類似・差異：1 回類似・差異 → 相互関係：1 回類似・差異→類似・差異：1 回. 計 11 回. K.「問い」を生成した図 2 科学的探究可能な「問い」の生成プロセス［表 6 において，8 回よりも多いカテゴリーの推移を細い矢印で，推移回数が 21 回以上の推移を太い矢印を用いて表している。カテゴリーの推移を表す矢印に対する吹き出しの中には，表 7 における科学的探究可能性の要素が内包されるカテゴリーの推移回数を記している］. に着目してみると「D → G（何かに気づいた→何か疑問に思った）」「D → J（何かに気づいた→変える条件を考えた＋調べるものを考えた）」「G → K（何か疑問に思った→「問い」を生成した）」「J → K（変える条件を考えた＋調べるものを考えた→「問い」を生成した）」の 4 パターンの推移があった。この 4 パターンの内，「D → G → K」「D → J → K」は「問い」の生成プロセスとしてのつながりが見られると捉えることができる。また，図 2 の太い矢印（推移回数 21 回以上）以外の矢印（推移回数 8 回以上）にも着目してみると，「D → E → K（何かに気づいた→気付いたこと，知っていることを比べた→『問い』を生成した）」「D → H → K（何かに気づいた→変える条件を考えた→『問い』を生成した）」「D → I → K（何かに気づいた→調べるものを考えた→『問い』を生成した）」も生成プロセスとしてのつながりが見られ. ると捉えることができる。これらの 5 つの「問い」の生成プロセス内において，各「問い」の生成プロセスの該当個数，人数に対して比率の多重比較（Holm 法）10）を行う。ここで，該当個数だけでなく，該当人数にも着目するのは，特定の生徒だけが特定の「問い」の生成プロセスを辿っていた場合，該当個数のみを検討したとしても，多くの生徒に見られる「問い」の生成プロセスであるとまでは言及ができないためである。5 つの「問い」の生成プロセスの該当個数，人数を表 8 に，各「問い」の生成プロセスの該当個数，人数に対しての比率の多重比較（Holm 法）の結果をそれぞれ表 9，10 に示す。各「問い」の生成プロセスの該当個数に対する比率の多重比較の結果，「D → G → K」は「D → J → K」「D → E → K」「D → H → K」「D → I → K」との間に. 410.

(9) 理科教育学研究 Vol.61 No.3（2021）. 表 8 各「問い」の生成プロセスの該当個数，人数 D→G→K D→J→K D→E→K D→H→K D→I→K 41 個個数（該当数／195 個）（21.0％）. 17 個（8.7％）. 9個（4.6％）. 6個（3.1％）. 9個（4.6％）. 27 名 12 名 9名人数（該当数／70 名）（38.6％）（17.1％）（12.9％）. 5名（7.1％）. 7名（10.0％）. 表 9 各「問い」の生成プロセスの該当個数に対する比率の多重比較の結果 D→G→K D→J→K. D→J→K. D→E→K D→H→K. .007**. D→E→K. .000**. .776. D→H→K. .000**. .189. 1.000. D→I→K. .000**. .776. 1.000. 1.000. ［*：p ＜ .05 **：p ＜ .01］. 表 10 各「問い」の生成プロセスの該当人数に対する比率の多重比較の結果 D→G→K D→J→K. D→J→K. D→E→K D→H→K. .058. D→E→K. .008**. D→H→K. .000**. 1.000 .723. 1.000. D→I→K. .001**. 1.000. 1.000. 1.000. ［*：p ＜ .05 **：p ＜ .01］. 有意差（有意水準 1％以下）が認められた（表 9）。一方，「D → J → K」は「D → E → K」「D → H → K」「D → I → K」との間に有意差が認められなかった（表 9）。また，各「問い」の生成プロセスの該当人数に対する比率の多重比較の結果，「D → G → K」は「D → E → K」「D → H → K」「D → I → K」との間に有意差（有意水準 1％以下）が認められた（表 10）。一方，「D → J → K」は「D → E → K」「D → H → K」「D → I → K」との間に有意差が認められなかった（表 10）。以上に示した各「問い」の生成プロセスの該当個数，人数の結果から，「D → G → K」のみのプロセスは「問い」を生成する際に比較的よく見られるプロセスであると捉えることはできるものの，「D → J → K」のみのプロセスは「問い」を生成する際に比較的よく見られるプロセスであると捉えることはできない。図 2 において「D → J」「J → K」の各推移は太い矢印（推移回数 21 回以上）で示され，比較的多くみられることから，生徒は「D → J」のように推移したものの，推移した J から「問い」へと直接的な推移には繋がりにくい。これらのことから，「D → J」「J → K」の各推移が比較的に多いが，「D → J → K」のようなつながりがあるプロセスは多くはみられないと言える。. よって，すでに知見として得られている「問い」の生成プロセス内で明らかとなっていない思考として「E（気付いたことと，知っていることを比べた）」「H（変える条件を考えた）」「I（調べるものを考えた）」「J（変える条件を考えた＋調べるものを考えた）」がみられたが，多くみられる「問い」の生成プロセスとしては「D → G → K（何かに気付いた→何か疑問に思った→『問い』を生成した）」であった。 2 点目は，「問い」の生成プロセスまたは生成された「問い」に原因性，規則性，相互関係性，類似性・差異性の 4 要素のうち 1 つ以上の要素を含む科学的探究可能な「問い」の生成プロセスについて考察する。「問い」の生成プロセスと同様に，図 2 における太い矢印（推移回数 21 回以上）に着目してみると科学的探究可能性の要素を内包するカテゴリー間の推移は，「D → G」では 2 回，「D → J」では 7 回，「G → K」では 18 回，「J → K」では 28 回である。このことから，太い矢印（推移回数 21 回以上）で示した推移では，「G → K」「J → K」のように科学的探究可能性の要素を内包するカテゴリー間の推移が多く見られる一方で，「D → G」「D → J」のように，科学的探究可能性の要素を内包するカテゴリー間の推移があまり見られない場合があることもわかる。つまり，カテゴリー間の推移回数の多さに伴って，科学的探究可能性の要素を内包するカテゴリー間の推移も多くなるとは限らない，換言すれば，生徒が「問い」の生成プロセスにおいて多く見られるプロセスを辿っていたとしても，科学的探究可能性の要素がプロセスに含まれやすいということではないということがわかる。これは，「問い」の生成プロセスの中にも科学的探究可能性の要素が内包されやすいカテゴリー間の推移と含みにくい推移があるためであると考える。そこで，どのような推移において科学的探究可能性の要素が内包されやすいのかについてみていく。図 2 では，D → E，G，H，I，J の 5 つのカテゴリー間の推移があり，その後，E，G，H，I，J → K へと推移するといったプロセスが見られることがわかる（図 2）。D → E，G，H，I，J では，科学的探究可能性の要素を内包するカテゴリー間の推移が「D → E」では 2 回，「D → G」では 2 回，「D → H」では 1 回，「D → I」では 1 回，「D → J」では 7 回である。一方で， E，G，H，I，J → K では，科学的探究可能性の要素を内包するカテゴリー間の推移が「E → K」では 4 回，「G → K」では 18 回，「H → K」では 13 回，「I → K」では 12 回，「J → K」では 28 回である。このことから，科学的探究可能性の要素は各カテゴリーから「K．『問い』を生成した」への推移において内包さ. 411.

(10) 河原井・宮本：中学校理科における科学的探究可能な「問い」の生成プロセス. れやすいことがわかる。生徒が「問い」の生成プロセスにおいて，最終的な「問い」の生成に関する思考へと進む程，科学的探究可能性の要素に関して着目されるためであると考える。以上をまとめると，生徒にとって，「D → G → K （何かに気付いた→何か疑問に思った→『問い』を生成した）」という「問い」の生成プロセスを辿りやすい一方で，原因性，規則性，相互関係性，類似性・差異性といった科学的探究可能性の要素は，生徒の「問い」の生成プロセス内の「K．『問い』を生成した」への推移において多く内包されることがわかった。. 8．おわりに. 本研究の課題としては，研究の方法上，質問紙調査において回答を得た「問い」の生成プロセスの数及び調査回数の少なさから，一般化が困難であったことである。より多くの生徒を対象とした調査を行うことにより，生徒における科学的探究可能な「問い」の生成プロセスを検討していきたい。また，より生徒本来の思考に適合するような分析方法についても今後検討していく必要がある。そして，「問い」の生成プロセスの中にも科学的探究可能性の要素を含みやすい推移と含みにくい推移があることから，そういったプロセスについても検討してきたい。. 註. 本研究では，中学生を対象とした理科授業において，個人が事象の観察から科学的探究可能な「問い」を生成するまでの思考のプロセスを「問い」の生成プロセスとし，すでに知見として得られている「問い」の生成プロセス内で明らかとなっていない思考の有無を検討し，それらが「問い」の生成プロセス内のどこに見られるのかを明らかにすることを目的とした。まず，科学史における科学者の事例に基づき，科学的探究可能性の要素として立証性・反証性，原因性，規則性，相互関係性，類似性・差異性の 5 つとした。本研究における「問い」の生成プロセスまでも含めた科学的探究可能な「問い」の捉え方として，「問い」の生成プロセスまたは生成された「問い」において原因性，規則性，相互関係性，類似性・差異性の 4 要素のいずれかを含むものを科学的探究可能な「問い」とみなした。次に，理科授業において生徒が「問い」を生成する授業実践において「問い」の生成に関する質問紙調査を実施することで，生徒にとって，「何かに気付いた→何か疑問に思った→『問い』を生成した」という「問い」の生成プロセスを辿りやすい一方で，原因性，規則性，相互関係性，類似性・差異性といった科学的探究可能性の要素は，生徒の「問い」の生成プロセス内の「問い」への推移において多く内包されることが明らかとなった。これらを踏まえ，科学的に探究可能な「問い」を生成させる教授方略としては，生徒に対して「気付き→疑問→問い」のように形式としてプロセスを辿らせるだけでは不十分であり，「疑問→問い」のように「問い」へと推移する際に原因性，規則性，相互関係性，類似性・差異性といった科学的探究可能性の要素により着目させることで，生徒が科学的探究可能性の要素を含む「問い」を生成しやすくなると推測される。 412. 1）本研究での「問い」とは，教師からの問いかけとしての「問い」ではなく，生徒自身が生成し科学的探究の過程を進めていく「問い」として扱っている。 2）例えば，宮本（2017）は，「科学的探究は，問いの生成，仮説の設定，観察・実験の計画，観察・実験の遂行，観察・実験データからの解釈，結論といった要素で構成される」と述べている。よって，このような過程を進めていく営みを科学的探究とみなす。 3）中央教育審議会（2016）では，理科において「問い」は使用されておらず，「課題」「問題」が使用されている。中山（2018）は，「探究（inquiry）は，そもそも問い（question）を立てて，それに対する答えを見いだすことである」とし，学習指導要領の範囲では小学校での「問題」や中学校での「課題」は「問い」に該当すると考えることができると述べている。このことから，中央教育審議会（2016）での「課題」は「問い」と捉えることとする。 4） 3）と同様に，先行研究における「課題」「問題」を「問い」と捉える。 5）ここで，「問い」だけではなく，仮説にも着目する理由としては，吉田・川崎（2019）では「疑問」から「問い」への変換過程においては「仮説形成」が含まれるとされていることによる。また，桜井（1987）は「偏見や執念に関連して抱かれたアイデアや考えは，少し拡張されたあと，ひとつの仮説までに展開され，研究の指針となる」とも述べていることから，科学者は「問い」を生成せずとも「仮説」を形成することがあると予測されるためである。 6） HOSC（History of Science Cases）とは，クロッパー（Klopfer, L. E.）によって開発された科学事例史である。鶴岡（2013）は HOSC の構成について「HOSC 生物」の「生物の細胞」を例として取り上げ「この事例は，細胞の発見から細胞説の確立に至るまでの物語であり，11 課から成り，15 時間程度の授業時数が想定されている。主な登場人物は，R. フック，A. レーウェンフック，R. ブラウン，M. J. シュライデン，T. シュヴァ.

(11) 理科教育学研究 Vol.61 No.3（2021）ン，R. フィルヒョウである。歴史物語を軸として，そこに研究者の著書や論文からの抜粋が散りばめられ，また重要な図や写真，主要研究者の肖像画などが配置されている。歴史物語の随所で，科学と科学者について考えるための質問，またそれと同じねらいをもつコメントや注釈のためのコメントがつけられている」のように説明している。 7）ここでの科学的探究可能な「問い」の説明では本研究における科学的探究可能な「問い」の捉え方については生徒に伝えていない。なぜならば，生徒が科学的探究可能性の 4 要素を把握することを懸念したためである。 8）実験器具を使用する意義・性質についての「問い」では，「なぜ，この実験器具を使用するのか」「これはどこで使われるのか」，哲学的な「問い」では「この現象があることで人々は幸せになるか」などである。 9）本研究と河原井・宮本（2020）のカテゴリーの具体的な表記が異なる。本研究での H（変える条件を考えた）は河原井・宮本（2020）での H（変化させる量），本研究での I（調べるものを考えた）は河原井・宮本（2020）での I（変化する量），本研究での J（変える条件を考えた＋調べるものを考えた）は河原井・宮本（2020）での X（変数の抽出＋因果関係の同定）と同義と捉える。また，本研究での K（「問い」を生成した）は河原井・宮本（2020）ではカテゴリーに分類されていないが「問い」とされ，「問い」の生成プロセスには必ず含まれている。 10）比率の多重比較（Holm 法）を行うにあたり，統計ソフト R（Ver. 3.5.0）を用いた。. 謝辞授業実践にご協力いただいた，茨城大学教育学部附属中学校の校長先生及び，理科担当の先生方，第 1 学年の生徒の皆様に感謝いたします。. 付記本論文は，令和元年度茨城大学大学院教育学研究科修士論文の内容の一部を加筆・修正をして発展させたものである。. 引用文献有馬朗人ほか 62 名（2016）『新版理科の世界 1』大日本図書．中央教育審議会（2016）『幼稚園，小学校，中学校，高等学校及び特別支援学校の学習指導要領の改善及び必要な方策等について（答申）』．Retrived from http://www. mext.go.jp/b_menu/shingi/chukyo/chukyo0/toushin/__ icsFiles/afieldfile/2017/01/10/1380902_0.pdf（accessed 2018. 9. 14） Cuccio-Schirripa, S., & Steiner, H. E. (2000). Enhancement and. 413. analysis of science question level for middle school students. Journal of Research in Science Teaching, 37, 210–224. 廣直哉・内ノ倉真吾（2017）「中学生による科学的に探究可能な問いの判断と生成の実際―大学生との比較に基づいて―」『日本科学教育学会研究会研究報告』第 32 巻，第 2 号，49–52. 廣直哉・内ノ倉真吾（2019）「中学生による科学的に探究可能な問いの判断と生成の実際―大学生との比較に基づいて―」『理科教育学研究』第 60 巻，第 1 号，173– 184. 河原井俊丞・宮本直樹（2018）「理科授業における科学的探究可能な『問い』の生成モデル構築―児童・生徒の認知的プロセス及び教師の手立てを手がかりにして―」『茨城大学教育実践研究』第 37 巻，53–65. 河原井俊丞・宮本直樹（2020）「理科授業における科学的探究可能な『問い』の生成プロセスの検討―変数の抽出と因果関係の同定に着目して―」『茨城大学教育学部紀要（教育科学）』第 69 号，43–54. クロッパー，E. L. 渡辺正雄訳（1976a）『HOSC 生物』講談社．クロッパー，E. L. 渡辺正雄訳（1976b）『HOSC 物理』講談社．小暮建宏・小倉康（2018）「単元の導入で自由な試行活動を行うことが問題発見・設定する力の育成に及ぼす効果」『理科教育学研究』第 59 巻，第 1 号，49–57. 宮本直樹（2017）「科学的探究におけるデータ解釈とその指導法」大髙泉編『理科教育基礎論研究』協同出版， 290–302. 森一夫（2003）『21 世紀の理科教育』学文社．中村大輝・松浦拓也（2018）「仮説設定における思考過程とその合理性に関する基礎的研究」『理科教育学研究』第 58 巻，第 3 号，279–292. 中村大輝（2018）「発見の文脈における評価に関する基礎的研究」『理科教育学研究』第 59 巻，第 2 号，197–204. 中山迅（2018）「理科授業における「問い」とは何か―問い・疑問・問題・課題―」『理科の教育』第 67 巻，第 10 号，637–641. OECD，国立教育政策研究所監訳（2016）『PISA2015 年調査評価の枠組み OECD 生徒の学習到達度調査』明石書店．坂本美紀・山口悦司・村山功・中新沙紀子・山本智一・村津啓太・神山真一・稲垣成哲（2016）「科学的な問いの生成を支援する理科授業―原理・原則に基づく問いの理解に着目して ―」『教育心理学研究』第 64 巻， 105–117. 桜井邦朋（1987）「研究の現場から」メダヴォー，B. P. ＆ハウストミット，A. S.，桜井邦朋著，桜井邦朋編『発見から創造へ』地人書館．鈴木康浩・藤本義博・益田裕充（2019）「中学校理科教員の意識調査から明らかになった指導上の課題と改善の方.

(12) 河原井・宮本：中学校理科における科学的探究可能な「問い」の生成プロセス向性」『理科教育学研究』第 59 巻，第 3 号，401–410. 鶴岡義彦（2013）「科学事例史法の授業構成」大髙泉編著『新しい学びを拓く理科授業の理論と実践―中学・高等学校編―』ミネルヴァ書房，105–111. 吉田美穂・川崎弘作（2019）「科学的探究における疑問から問いへの変換する際の思考の順序性の解明に関する研究」『理科教育学研究』第 60 巻，第 1 号，185–194.. 渡邉重義（2000）「理科授業における主体的な課題設定のプロセス」『日本科学教育研究会研究報告』第 15 巻，第 2 号，35–40. （2020 年 3 月 25 日受付，2021 年 1 月 29 日受理）. 414.

(13) 理科教育学研究 Vol.61 No.3（2021）. Process of Generating Scientifically Explorable “Questions” in Lower Secondary School Science Shunsuke KAWARAI 1, Naoki MIYAMOTO 2 1. Ibaraki Municipal Meiko Junior High School 2 College of Education, Ibaraki University. SUMMARY For this study, we examined the existence of unclear thoughts in the process from the observation of events to the generation of scientifically explorable “questions” in science classes for lower secondary school students The purpose of our research in this area is to clarify where “question” generation can be found in the learning process. Students in lower secondary school science classes were more likely to go through the process of generation using this model: “noticed something→wondered something→generated a question.” On the other hand, many other elements of scientific inquiry such as causality, regularity, interrelationships, and similarities/differences are clearly included in the transition to “generated a question” in the process of generating scientifically explorable “questions”. It is this nuanced learning process that we sought to elaborate in this research. <Key words> Scientifically Explorable “Questions”, Process of Generating, Lower Secondary School Science. 415.

(14) 河原井・宮本：中学校理科における科学的探究可能な「問い」の生成プロセス. 【資料 1】ワークシート記述例. 【資料 2】質問紙記述例. 416.

(15)