小学校理科における子どものメタファｰを生かした概念形成に関する研究 : 第6学年｢電流のはたらき｣の授業を通して

全文

(1)小学校理科における子どものメタファーを生かした概念形成に関する研究一第6学年「電流のはたらき」の授業を通して一. 教科領域教育専攻自然系（理科）コース. 衣笠高広. 1 問題の所在. 本研究は、これらの研究における授業プログ. 子どもは理科授業を受けるが、実は子ども達. ラムをを小学6年生に適用し、二つの方向の授. の見方は授業によってあまり変わることはない。. 業を比較検討することで次に示す日的を達成す. このことに関する知見はこれまでしばしば報告. ることを目指すものである。. され、筆者自身も感じるところであった。電流. 2 研究の目的. に関わる単元も同様のことが言える。電流に関. 科学理論における比喩的な側面を踏まえ、理. する素朴概念が何ら変わることのないまま中学. 科授業において比喩を生かすことを前提にした. 校に進めば、彼らは中学校の電気に関する学習. とき、いかなる授業が考えられるか、その可能. に困難を感じるだろう。. 性を追究する。. そこで、小学校においても概念的に電流を取. その一環として本研究では、小学校6学年理. り扱う必要があると考える。その際、有効な手. 科「電流のはたらき」の学習指導において、メ. 段となる可能性があるのが比喩である。科学概. タファーを生かす二つの手法「子ども自身が生. 念の学習における比喩的な側面の重要性を指摘. み出すメタファー表現を生かす授業」と「アナ. する研究はしばしば目にする。. ロジーやモデルを概念の教授に利用する授業」. 比喩は科学の歴史の中でも重要な役割を演. を試み、科学的な電流概念の形成に関する指導. じている。また、中学校教科書等にも登場する。. 上の条件を明らかにする。. しかし、本研究では単に概念理解においてわか. 3 研究の方法. りやすさを与えてくれるだけの比喩にとどまら. まず、1998年1月に、子どものメタファ. ず、Posnerらのいう概念転換の条件をクリアさ. ーを生かした授業実践を行った。次に1998. せうるものとして授業に生かすことを考えた。. 年5月にモデルを科学概念の教授に利用する授. この点について実際の教授に比喩を生かし. 業実践を行った。これらの授業において、子ど. た研究があるが、課題も残されている。これら. もの実態を調べ、授業で取った手だてとの関連. は、比較的年齢の高い者を対象に行われている。. を見ながら、科学的な電流概念の形成に関する. また、比喩を生かす方向は大きく二つある。子. 指導上の条件を明らかにすることにした。. ども自身が生み出すメタファーによる表現を理. 4 第1次授業. 科授業に積極的に生かす面を強調する研究と、. この授業のねらいは、科学の営みを経験させ、. 教師によって吟味されたアナロジーやモデルを. 科学とはどういうものかを知ら章ることである。. 概念の教授に利用する面を強調する研究である。. また手だてについては、子どもが生み出すメタ.

(2) ファー表現を生かすことが中心となる。. 割の子どもが科学的な電流概念（循環説）へと. 具体的には、電流による発熱現象を観察した. 転じた。各事象は概念的な葛藤を引き起こすこ. 後、目に見えない電流の振る舞いを子どものメ. とをねらった課題で、ほぼそれぞれの事象のね. タファー（雷のようなもの・粒のようなもの・. らい通りに概念は克服されていった。. 水のようなもの等）を生かしながら、描画によって表現させ、お互いの見方の交流を通して、電流概念を発展させるというものである。. この授業では、電流による発熱を、電流を大量の粒、発熱を網と粒との摩擦熱で説明する例など、発熱現象の中ではとりあえず破綻点の少ない、アナロジーの生成が一部見られた。. 授業過程における電流概念の遷移. 80 70 60 50 人 40 数 30 20 10. 、. 、. 、. 、. 0. 、. ㌧、. 、、、、. 、. 、. 、. 、. 、、. 、、、、. 、、. 、. 、、. ㌔. ；甕. 、、、、. 、. 、. 、、. 、. 、. 、、、. 、. 、. 、、. 、、. 、、. 、、. 、、. 、. 、. 、. 、. 、. 、、、、. 、、、. 、、. ㌧. 、、. 壽〒篭箋覆字農計. この授業では次のような結果を得た。. 列. 授業場面. ●発熱現象に関して、電流と抵抗的なものとを. 関係付けてみる見方が育った反面、電流の流. またモデルを利用した事象の予測を通してモ. れに関する衝突説等等の：克服の面では、それ. デルの有用性を感得させ、その後に行った応用. ほど変化は見られなかった。. 課題の一部に関しては、全国中学生1000名. ●科学の営みを経験させる意味で、メタファー. よりも良好な結果を得た。. 表現を生かしながら事象の記述を行う学習活. 6 結論. 動は有用であった。. ●小学6年生を対象にした、「子ども自身が生. 5 第2次授業. み出すメタファー表現を生かす授業」は、発. 第1次授業の課題として残ったのは、子ども. 熱現象の記述に限定して、メタファーを生か. 達の経験や知識が十分でないことから、メタフ. して考えることを奨励するという条件を満た. ァーを構造化し、アナロジー的なものにまで十. すことによって、科学の営みを経験させ、科. 分高めることができなかった点である。第2次. 学とはどういうものかを知らせるねらいを達. 授業では、子どものメタファーを生かしつつも、. 成できる可能性がある。. 確実に科学的な電流概念を獲得させることがね. ●小学6年生を対象にした「アナロジーやモデ. らいになる。. ルを概念の教授に利用する授業」は、二六フ. そこで、子どものメタファーを生かしながら. ァーを生かした事象の記述を通してメタファ. 事象の記述を行い、概念的にある程度の発展を. 一の構造化を図り、モデルを受け入れやすい. みた時点で、モデルを利用し、モデルを生かし. 状態に高めた上で、モデルを提示し、さらに. た事象の予測・応用課題の解決などの手だてを. 予測や応用的課題の解決をするといった条件. 取った。. を満たすことによって、科学的な電流概念の. この授業では、次のグラフのように、各授業. 形成というねらいに寄与する可能性がある。. 場面（事象の記述）を経るにつれ、子どものミ. 主任指導教官. 山下伸典. スコンセプションは克服され、最終的には約9. 指導教官. 松本伸示.

(3) 学位論文題目. 小学校理科における子どものメタファーを生かした概念形成に関する研究. 一第6学年「電流のはたらき」の授業を通して一. 兵庫教育大学大学院学校教育研究科. 教科・領域教育専攻自然系コース. M97606H 衣笠高広. 主任指導教官. 山下伸典. 指導教官. 松本伸示. 本研究の一部は、. 日本理科教育学会：第48回全国大会（平成10年8，月3日∼5日長崎大学）. 日本理科教育学会近畿支部大会（平成11年2月6日京都市青少年科学センター）において発表を行った。.

(4) 第1章. 問題の所在＿．．＿．．＿．＿＿．．＿＿＿．＿．，．．．．＿．＿．．．＿．＿．＿．．．＿．．＿．．．＿．＿＿．。．．＿．．．．．．．．．＿．．，．．．．5. 第1節. 電気単元指導上の問題．．＿＿＿＿．．＿＿＿．＿＿．＿．＿．．．．．．．＿．．＿．．＿＿＿．＿＿＿．＿＿．．＿．．＿．．．．。一＿5. 第2節. 電流に関する一般的な代替枠組み＿．＿＿＿＿．．．＿＿＿＿．＿．＿＿＿＿＿．．＿＿＿＿＿．＿．＿5. 第3節. 小学校と中学校のギャップ，．＿＿＿＿．＿＿．＿＿＿．．．＿．．．．＿．．．．．＿＿＿．．．＿．．．＿＿．＿．＿。．．．＿．＿一．．．＿．6. 第4節. 電流概念を取り扱う授業の必要性＿＿．＿．＿．＿．．．＿．．＿．．．．＿＿．．＿．＿．．．，＿．．．．．．．．＿．＿．．＿＿＿一＿．＿．6. 第2章. 理科授業におけるメタファーの意義．．．．．．．．．．．＿．．．．＿．．＿＿．．．．．＿．＿＿．．．．＿．．．＿．＿．．．．＿．＿．＿．7. 第1節第2節. 科学概念の学習における比喩的な側面の重要性＿＿＿＿＿．＿．＿＿＿＿．＿＿．＿．＿＿＿＿．＿＿．7 アナロジー・メタファー・モデル・メンタルモデル．。．＿．＿＿＿．＿．＿．．．．＿．．．＿＿．．＿．＿一．，＿．．．．＿．．．8. 1 アナロジー＿＿＿．．．＿，＿．，＿．．＿＿一．．．，，＿，＿，＿，＿．，．＿．．＿．＿．＿＿．．．＿．，＿．．．＿．．．．＿＿，，＿．＿＿＿＿．＿＿8. 2 メタファー＿＿＿＿＿＿．＿＿＿＿＿＿。＿＿＿．＿＿＿．．＿＿＿．．＿＿．＿＿＿．＿＿＿，＿＿＿＿＿＿．．．＿．9 3 ぞデ：ノ玩＿＿＿＿＿．＿＿＿＿．＿＿，＿＿．＿＿＿＿．．．．＿＿＿．＿＿．＿＿＿＿＿＿，＿＿＿＿＿＿．，＿＿＿．＿10 4 メンタルモデノ玩＿．，＿＿．＿，．．．＿．．．＿．＿＿．．．．＿＿．．．．．＿＿一．＿．＿．，．．＿。．＿＿．．．＿．．＿．＿，，＿．ρ＿＿．＿一9＿．刀. 第3節. 科学概念の比喩的な構成＿．．．．＿＿．＿．＿＿＿．＿＿．＿．＿．．＿＿．．．＿．，＿＿＿＿。＿＿．◆＿＿．＿．．＿．＿。＿．12. −1. 科学多とノ君喩の縣．＿，＿．，．．＿．，．＿，＿．＿．．，．．．．．．＿．．，．＿．．＿．．＿．．．，＿．。＿．，．9．＿．＿，．．σ．＿．．．．＿．＿．＿．＿＿．＿12. 2四四の蝦1∼ごおしグる此喩．．＿．＿．＿＿．＿＿＿，．．＿＿＿＿＿＿．＿＿＿＿＿．＿9．＿＿．＿＿＿＿．．＿＿＿＿＿＿13 第4節理科授業に比喩をどう生かすか，＿．＿．＿．．．＿．．＿．＿．．．．．．．．．＿．＿．．．．．．＿．＿＿．．．．．．．．＿＿．＿．＿＿＿＿．．14. 1 灘書ノごノ諺ら，∼Zる此鍮＿．，．＿＿＿＿，＿＿ρ．＿＿＿．＿＿．＿．．．＿＿＿＿＿＿，＿，＿＿．＿＿＿，＿＿＿＿＿．．＿．．Z4. 2. ノオ喩を∠靖づ∼プ，虐蝶の一二っ4）方向＿．．．＿＿＿．＿＿，＿．．．＿．＿．＿．＿．＿．＿，＿．＿．＿．＿＿．．＿＿＿，．17. 3 概念蕾灘こおノプる5θ雌81θ”θ蝦6θゴ釦∂1卿の葡性＿＿＿．．＿＿＿＿＿＿．＿＿＿＿＿＿．．＿＿＿＿18 4 子ど甑独βの欝練とアナロジーの娚．＿．＿＿．＿．．．＿＿＿．＿＿＿．＿＿＿＿＿ρ．＿．＿＿＿＿＿＿．，19 第3章研究の目的＿．．．．．＿．＿．．．。．．．．．＿．．．．＿．＿．＿＿＿．＿．．．．．．．＿．＿．．＿．＿．．。．＿．＿＿＿．．．＿．＿．．．＿22. 第4章. 研究の方法＿＿＿＿＿＿．．．＿＿＿＿＿＿，＿＿＿＿＿＿．．＿。＿＿＿＿＿．．＿．＿＿．. 第1節第2節. 研究方法の概要＿．. ．．22. 調査のインストルメンツ．．＿. ．24. 1 第1次諜．＿＿＿＿．．＿＿＿＿＿，．．＿＿＿＿＿＿ρ＿＿＿＿＿＿．＿＿＿＿＿＿．＿．＿＿．. 2. ．曾．曜．．．．．．．◎．22. ＿＿9．＿＿．．．．24. （1）電流概念の変容の調査＿. ．24. （2）メタファーの変容の調査＿＿＿＿，．＿＿．＿．，. ．24. （3）メタファーと形成された電流概念との関連＿＿＿. ．25. 窮2次蝶＿＿＿＿＿．＿＿＿＿．＿＿．＿．＿＿＿，＿＿，＿＿＿＿，＿＿，．＿＿＿＿．＿＿．．＿＿＿（1）電流概念の変容の調査＿．．＿＿＿＿＿．＿＿．＿．一，．＿＿＿＿＿．．＿，．．．，．．。．＿．＿＿＿．．. （2）授業過程における電流概念の変容＿＿．．．．＿＿＿＿＿＿第5章. ．．．．＿．9＿．．，．．，．，26. ，26 ．26. 子ども自身が生み出すメタファー表現を生かす授業．．．＿．．．＿一．．．．＿＿．＿一＿．．．．．．．. 1. ．．．．．．．．．．．．，．．◎28.

(5) 第1節. 1. 調査・授業対象＿＿．＿．．＿．．，．．＿．．．．＿．．＿＿．＿＿．．．＿．．＿．．．．．．．9．．．＿．＿＿．．G．．．．．．．＿，＿．＿＿，．＿．．．99．＿29. ヌプ劇瞳．σ＿＿＿．．．．．＿．9．．．9．9．．＿．．．．＿．＿．＿，＿，＿，＿．．．．，．＿．＿．＿．＿＿．＿．＿9＿．＿＿＿，．＿．＿，．．，＿．．，，．＿＿29. 2」労元，＿＿＿＿＿．＿．＿＿＿＿＿．＿＿．＿＿＿＿．．＿＿＿＿＿＿．．＿＿＿＿＿＿．．．＿＿．＿＿＿＿．＿＿．＿＿＿29 （1）単元名＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿．＿＿＿．＿．，＿＿＿．，．．．＿．．，＿＿一．＿．＿．，＿．＿＿．＿＿，．．＿＿．，，．＿＿＿，．．，＿＿＿29 （2）指導計画＿＿．．＿．＿。＿．．．＿．＿．＿．＿＿．＿＿＿，＿＿＿．＿．＿＿．．＿＿．．＿．＿一＿＿，．＿＿＿＿．＿＿．．．，．，．＿，．＿，29. 3 」三元齪の混翅＿＿＿，＿＿＿＿＿＿．＿＿＿．＿．＿＿．＿＿＿＿＿＿．＿＿＿．＿．＿＿．＿＿＿＿，＿．＿．30 第2節. 事前調査．＿．＿＿＿．＿．＿＿＿．＿＿．＿＿＿＿＿．＿．．．＿＿．＿＿＿．＿．＿＿．＿＿．．＿＿＿＿＿＿．．．31. 1 斑のβ！級び方法＿＿＿．＿＿＿＿＿＿．＿＿＿＿．＿＿．＿＿．＿＿＿．＿，，＿．＿＿＿＿＿．＿＿＿．，＿＿＿31 2調聯ま契＿＿＿＿＿．＿．，＿＿＿＿＿，＿．＿＿．＿＿＿．＿．＿＿＿＿＿．．＿＿＿．＿＿＿．．＿＿＿＿＿＿．．．．，＿＿＿32 （1）電流の流れに関する素朴概念＿＿，＿，＿，＿＿＿＿．＿．＿，＿．．＿．．．＿，＿＿．＿．＿一＿。＿．，．＿＿＿．＿．．＿．＿．32 （2）電流による発熱に関する素朴概念＿，．＿．．．，＿．，．＿＿．＿、＿＿．＿．＿．＿．＿．．．．＿＿．＿．＿，＿．＿．．，＿．＿＿＿＿．32 （3）電流に関するメタファー．，＿，，，，＿．＿＿．＿．．，，＿．＿＿＿，，，＿．，＿．，．．＿一＿．＿，，＿．＿．．＿＿，＿。＿＿．．．，＿．．＿，．．，．34. 第3節 1. 授業における子どもの電流概念＿．．＿．＿＿＿．＿＿＿．＿＿．＿＿＿＿＿＿．．＿＿＿＿＿．＿＿．36. ぐβグじ，老∠醐多ま易ゲ〃、ノを∠亟Z日日6ク蓮〃、〉を∠・“クノ謬τ〃、るが航．．．．＿．．．．，．．．r．．．．．，．．．．．．．．．．＿．，．＿，．．，．．，．．．＿．．．．、．．，．36. （1）学習活動のねらい＿＿＿＿＿，＿＿＿＿，．．，＿．．．，．．．＿．，，＿．．，，＿．＿＿＿．＿．＿＿＿．，．＿＿．＿．＿．，＿，＿＿．．＿，36. （2）〈閉じた回路と開いた回路の違い〉への子ども達の見方．．＿．＿＿＿＿＿＿＿＿．．＿．＿，，．＿＿．，＿＿．＿．＿，37. 2. 〈導搬の質∼こ：dζる発1光の仕方の淫’シ、〉をどう月でいるか＿．．＿＿．＿＿，＿＿＿＿．．＿＿＿．＿＿．＿．＿．．40 （1）学習活動のねらい．．．．＿．．．．．，＿＿．．．＿．，＿一一＿．＿．＿．．，．．＿一＿＿．＿．＿．．＿一．＿．．＿＿．．＿＿．．＿一，，．＿．＿．＿．，，一40. （2）〈導線の質による発光の仕方の違い〉への子ども達の見方＿＿＿．．＿＿．．＿．．＿．＿．＿．．，＿＿，＿．＿＿．．．．41. 3. ぐ轍の費’〆ごよ’る秀禦の両方の蓮’〃、〉をま“ラ児でいる，か．＿＿，．＿＿＿．＿＿＿，．＿．＿＿＿＿＿，＿＿＿44 （1）学習活動のねらい＿．＿＿＿．＿．，，，，．．＿．．．．＿．．＿＿，＿，．．，＿＿．，．．＿．＿．＿，＿．．．．．．＿＿．．＿＿＿＿＿．．＿＿．＿．．，．＿44. （2）〈導線の質による発熱の仕方の違い〉への子ども達の見方．．＿一．．．．一，，，．＿一．，＿．＿，＿，．．．＿．，＿，．＿．＿，．＿45. 4 ぐ翻の強さκよる燃の仕方の薗ウをどう児で〃るか＿＿＿＿．＿＿＿＿＿1＿．＿＿＿＿48 （1）学習活動のねらい＿＿．＿．．．＿．＿一．＿＿＿．＿，，＿＿＿＿．＿．．＿＿．．＿，＿＿。＿．＿．．．．＿．＿，＿＿．＿，，．．．，，＿．．．＿．48. （2）〈電流の強さによる発熱の仕方の違い〉への子ども達の見方．．＿＿＿．．．＿＿一．，．＿，＿，＿．．．．．＿＿．＿．＿，，49 5. 〈’翫の強（iざと轍の質灘デ4こdζる莞「燕の蓮〃、〉をどう見でレ、る2ラ）．．．．．＿＿．．＿．＿．．．．．．，．．．．．．＿＿54 （1）学習活動のねらい＿．＿．＿，，，．＿．＿．＿．＿．＿、＿．＿＿、．．＿＿．．＿．＿，．，．．＿．＿．＿＿，＿＿．，＿．＿．．．，＿．．，，＿．＿．＿．．54. （2）〈電流の強さと導線の質双方による発熱の違い〉への子ども達の見方＿＿＿＿＿＿，＿＿＿＿＿．，＿54 第4節事後調査＿＿＿＿＿＿．＿＿．＿＿＿。＿＿＿＿＿＿．＿＿＿＿＿＿．＿．．＿＿＿＿．＿＿＿＿＿＿．．，64 1. 写舅）養鯉と專後講6クL比較，．．．，．．．．．．＿．，．。＿．＿．．．＿，．．．．．．．＿，，，，．．，．．，．．．．9＿．，．．．＿．＿．．．＿．＿．＿．．．＿．＿＿．．。64. （1）電流の流れに関する概念の変容．．．＿，＿＿．，＿＿，．．＿．．，＿．，＿．＿＿．．．．＿＿一＿＿＿．＿＿．．，＿，＿．＿．，，＿，，＿64 （2）電流による発熱に関する概念の変容．，＿．．．，。，＿。，．＿．．＿＿．＿．，＿．．＿．．．＿．＿．＿．＿．．．．，＿一＿．＿＿．．．．．．『．＿＿．67. （3）電流に関する子どものメタファー＿＿＿＿＿．＿＿＿．＿＿．＿＿＿＿＿＿．＿＿＿＿＿＿．．＿＿＿＿＿70 （4）子どものメタファーと電流概念との関連＿＿＿＿．＿．＿＿＿＿＿＿．＿．＿＿＿＿＿．＿＿＿＿＿．＿＿71. 2 学翌終ア髪の子どもの露羅念＿＿＿＿，＿＿＿＿＿＿，9＿＿”＿＿＿＿．＿＿＿＿．＿＿，＿＿＿＿＿＿73. 2.

(6) （1）乾電池貯蔵庫モデルとの関連＿．＿＿＿．＿＿，『．．＿．＿．＿．．．．＿．．＿＿＿，＿．＿．＿．＿＿．＿＿．＿＿，．＿．．．＿．，．＿＿73. （2）電流が強くなることをどう理解したかということとの関連．．．＿．．，＿．＿＿．＿．＿．＿．．．＿＿．．．＿，＿．．＿．＿．．．75. （3）電流の流れやすさをどう理解したかということとの関連。，．．＿＿＿．．．＿．＿．＿．＿．＿．＿．，，．．，．＿＿．＿．＿＿．．76 第5節. 第1次授業の総括＿．＿＿＿．．＿＿＿．．．＿＿．＿。＿．＿＿＿．．．＿．．．＿．＿＿．＿＿．．．．．。。＿＿＿＿．＿＿．＿．＿．78. 1 」皆業との翻点からの偲拷＿．＿＿＿＿＿．＿，＿＿．＿＿＿，＿．＿＿＿＿＿一＿．，＿＿＿＿＿＿．＿．＿＿＿．＿，解. 2研紐〃ク翻点力⊃らの羅i括P9＿9．＿＿＿．．＿＿＿．＿＿＿＿＿．．＿．＿，＿．＿＿＿＿．＿＿＿＿＿＿99＿＿＿＿＿＿79 第6章. アナロジーやモデルを概念の教授に利用する授業．．＿．．．．＿．．．．．．＿．．．．．＿＿．＿．．＿＿＿．．．．．＿．84. 第1節調査・授業対象．＿＿＿＿．＿．＿∴．＿＿＿＿。．＿．＿＿＿＿．＿＿＿＿＿＿．＿＿＿＿＿＿．＿＿＿＿85 1 慰劇腫＿＿＿＿＿．＿＿＿＿＿＿．＿＿．＿＿．＿．＿．．＿＿＿＿．＿＿．＿＿．＿＿＿＿，＿＿＿＿＿＿．＿＿＿．85 2．単元＿＿＿．＿＿．＿．＿＿＿＿＿，．＿＿．＿＿＿＿．．．＿，＿＿＿＿＿．．＿＿＿．＿＿＿．．＿＿＿9＿＿＿．＿＿＿＿．＿．85 （1）単元名＿＿＿＿．＿＿＿＿＿＿．＿＿一．＿．．．．＿＿＿，＿．．．，＿＿．＿．，．．＿＿＿＿．＿＿．＿．＿，，，，＿．＿．＿＿．＿＿85 （2）指導計画，．＿＿＿＿＿，．＿＿＿．，＿＿．＿＿．．．＿＿．＿．，＿一＿＿．．．．＿，．．．．＿，＿．＿．．．＿．＿，＿＿．．＿＿．＿＿，．＿，．．，＿85. （3）単元選定の根拠．＿＿．，＿．＿一．＿．．＿．＿．＿．＿，．，＿．＿．＿，＿，＿．＿＿一＿．＿．．＿．．＿．＿＿．．＿．．＿＿＿＿＿＿一＿．．86 第2節. 事前調査＿＿．．．＿＿．＿．．＿＿．．＿．．．＿．．．．．＿一．＿，＿＿．＿＿．．．．．．＿．．．．6＿．．＿．．＿＿．．．．◆＿＿＿＿．＿＿．．87. 1 細6つβ「級乙べZ気∼装，．＿．＿＿＿．σ＿＿＿．＿＿＿＿＿．＿．．．，＿＿＿＿＿＿．．＿＿＿．＿＿＿．＿＿＿＿．＿＿．．＿．87. 2訪笠練＿＿＿＿＿．＿＿＿＿＿＿．＿＿＿＿＿，．＿．＿＿，＿＿＿．＿．＿＿＿＿＿＿．＿＿．＿＿＿＿．＿＿，＿88 （1）電流の流れに関する素朴概念＿一，，＿，．＿＿＿．＿．＿＿＿，＿．＿＿．＿一，．＿．＿．．＿，．＿．＿．．＿．．．＿．＿．．＿．．＿．．88 （2）電流に関するメタファー＿．．＿．＿＿＿，，＿＿，＿＿．＿．＿．．，＿，＿．．．．．．＿＿．＿＿．＿，＿．．，，，．＿．，．＿，，＿．．，，＿．89. 第3節 1. 授業における子どもの電流概念＿＿＿＿＿＿．＿＿＿＿＿＿．．＿＿＿＿＿．．＿＿＿＿＿．＿◆＿90. 孝壊の謎の局面〆乙おγプる子どら6z）児方．．．＿，．．レ．．．．．．．．．．．．．．．，．r．．．．．．．．．．．．，．．＿，．．，．．，．．．．．，．．．．．，．．．，．．．．P．9．．．．．。．．91. （1）単純な電気回路への子どもの見方＿＿＿＿＿＿．．．．＿，，，＿＿，．＿，．．，＿＿，＿＿．，＿＿＿．．＿＿＿．＿．＿．＿＿91. （2）回路の開閉課題のおける子どもの見方．．＿＿＿．＿＿．，＿．＿＿．．＿＿＿．，＿＿＿＿＿，＿＿＿＿，，＿＿，．．＿．．g4 （3）モーター課題における子どもの見方＿＿．＿＿＿＿＿．．＿．＿，．＿．．＿，＿＿．＿＿＿＿＿＿＿．，＿＿．．＿，＿＿，．97 （4）乾電池直列課題における子どもの見方＿＿．．．『＿．．．，，．＿一＿．．．一．＿＿．，＿＿＿＿．＿．．＿＿．＿．＿，＿，＿＿，＿．gg （5）電流計課題における子どもの見方＿．＿＿．＿＿．．，．．．＿．＿．．．．．＿．＿．．＿．．．．＿．＿＿．＿．＿．．．．＿＿．＿．．＿．．＿．．．．101. （6）手回し発電機課題における子どもの見方．＿．＿一一，．＿．．．＿．．＿．．，．＿．．，．＿＿．＿，．一．，。．．，．．＿＿＿＿一＿一＿．＿103. 2 翫ぞテン礎示の局面＿．＿，．＿，．．，．．＿＿．＿．．＿．＿．＿”＿．．．．＿＿．．．．．．＿，＿＿＿，＿．．．．．＿．＿，＿＿．．．．103. 3 齪のよる秀辮に欝ナる予卿の局颪＿＿＿＿一．＿＿＿＿＿．＿．＿＿＿＿＿＿．＿＿．＿＿＿＿．．＿＿＿106 4ノ胡7の局面＿＿＿＿．．＿．＿＿＿＿＿σ＿＿＿＿＿＿．．，＿＿＿＿．＿＿．．＿＿＿＿＿．．＿g＿＿．＿＿．＿＿，＿＿＿107 5礫鰭の考禁「＿．＿＿＿．＿＿＿．＿＿．＿．＿＿＿．＿＿＿．．．．＿＿＿＿＿＿．＿＿＿＿．ρ＿＿．＿＿＿＿＿＿．，．，111. （1）予測の段階への比楡的表現の位置づけについて＿＿＿．．＿＿．＿．＿＿＿＿＿．＿＿．＿＿＿。＿＿＿＿．＿112 （2）電流モデルについて＿＿一．，．＿＿．＿．＿＿＿＿．＿＿＿＿．．＿，＿．＿．．＿＿＿，．＿，＿．＿＿．＿一，，＿＿＿．一．．＿．＿114 第4節. 事後調査＿＿．．∴．＿＿．＿．＿＿．．．．＿．＿＿．＿＿．＿＿＿．＿，．．＿．＿．．＿．．一．＿＿．．＿．．．＿＿．＿．＿．＿．．＿．．．．．116. 1 葡纏「との比較＿＿＿＿，＿＿＿＿＿＿．＿＿＿＿．＿＿．．＿＿＿，．＿＿，＿．＿＿＿＿＿．＿＿＿＿＿＿116. 3.

(7) 2. 蝶遺1程ノこお！プる翫欝の聯多＿．＿．＿．．．．＿，．＿．＿，．＿＿．．，＿．．．．，＿．．，＿＿．．＿．．．．＿．＿．＿＿．＿．＿，117. 第5節第7章. 第2次授業の総括＿＿＿＿＿＿．＿＿＿＿＿＿．＿＿＿＿＿＿．＿＿＿＿＿＿．＿＿＿＿＿＿．＿＿玉21. 第1次授業と第2次授業の比較検討＿．＿．．．＿＿．．．＿．．．＿一＿．．．．＿．．＿．．．．．．．．．．．．．＿．＿．．．．．．．．124. 第1節. 科学的な電流概念への転換＿一＿。＿＿＿．＿＿＿＿＿＿．＿＿＿＿＿＿．．＿＿＿＿＿．。＿＿＿＿124. 第2節子どもの電流概念の様相＿＿．．＿＿＿．＿＿＿＿＿．．．＿＿＿＿＿＿．＿＿＿＿＿．。＿．＿＿＿＿＿．127 1 抵拗なノ冠方＿．＿，，＿．＿＿．．．＿．＿．．＿．．．．．＿．．＿．＿．＿＿＿．．＿．．．．＿，＿σ＿．．．σ9，．．，＿．＿．＿，＿，．＿，＿．，．＿，＿，．Z27. 2翻6ク継：拶1鋤詑∼ごつ〃、て∵．．＿＿，＿＿．＿＿．＿＿．．＿＿＿＿．＿，＿＿．＿＿＿。＿＿．＿＿，＿＿σ＿＿．＿＿＿128 3 翫の強（ざ〆ごつ〃、で．．．．＿．．の．．．．．9．＿．．．．．＿．．．＿．．．．．．．．．，＿．。．．，．．．．＿，．．，、．．．．．．，，．．．，．．．＿9．．．．．＿．，．．．．．．．．．．．．．．＿，．．，129. 第3節. メタファーと形成された電流概念との関連．．．．．．＿．．．．．＿．．．＿＿．＿．．＿．．＿．＿．＿。＿．．．．＿．＿．．一．．＿130. 第8章研究のまとめ＿＿＿＿．＿＿．．＿＿＿．＿＿一。＿＿＿．＿．＿＿．＿＿＿＿＿＿．．＿．＿＿＿＿＿．．132 第1節. 二つの授業の意義と関連する指導上の条件＿＿＿＿＿＿．＿＿．．＿＿＿＿。．＿＿＿＿一＿．＿＿＿．132. 1 子と祐身身が1生み躍ナメタファー表1現を二生かナ疫業’．，＿，＿．＿．．，，．．．＿．．。．＿．，．．．＿．．，＿，．＿．＿，．．．，＿．．，132. 2 アナ々ジーやぞデ1ノ〃を概徐の教授に瑚ナる麟．＿＿．＿＿＿＿．＿＿＿＿＿．＿．＿＿＿＿＿＿，＿134 第2節. 先行研究からのDIscussloN＿＿＿＿．．＿＿＿＿．＿＿．．＿＿＿＿＿．＿．＿＿＿＿＿．＿＿＿＿＿＿．135. 1 勘膨ooげの三二から6ク曲。召58加．＿＿＿．＿＿．＿＿＿＿＿＿9＿＿＿＿9＿．＿．＿＿＿＿＿＿．．．＿＿＿135 2肋η8の研窃｝らの｛ガ50α85foη＿．＿＿＿＿＿．＿＿．．＿＿＿＿，，＿＿＿＿＿＿．＿＿＿＿，＿＿．＿＿＿＿138 第9章. 結論．．．．＿．一．．．＿＿．．．．＿．．．．．＿＿一．．．．．．＿．．＿＿一．．＿．＿．一．＿．．．．＿．＿＿＿＿＿．．．＿．＿．．．．．．．一141. 第10章. 提言＿＿＿．＿＿．＿＿＿＿＿＿．＿．＿＿＿＿＿．．＿＿＿＿＿．＿．．＿．＿＿＿＿＿＿＿141. 4.

(8) 小学校理科における子どものメタファーを生かした概念形成に関する研究一丸6学年「電流のはたらき」の授業を通して一. 教科領域教育専攻自然系（理科）コース. 衣. 笠. 高. 広. 第1章問題の所在第1節. 電気単元指導上の問題. 電気単元の指導は難しいということがよく言われる。それは、抽象的な観念を用いて思考することを要求されるからである。たとえば、電圧・電流・抵抗等である。これらはすべて間接的に計器を用いて計ることはできても、目に見えて観察することができないが故に、子ども達にとってかなりの難物となる。ただこれは中学校以降言えることである。日本の小学校においては、次のような. 具体的な活動・観察が取り扱われている。1. ●小学校3年. 乾電池にいろいろな物をつないで回路を作り、物の性質を調べる。. ●小学校4年. 乾電池や光電池、豆電球やモーターなどを使い、電気や光のはたらきを調べる。. 忌小学校6年. 電磁石の導線や電熱線に電流を流して、電流のはたらきを調べる。. この活動を見る限り、抽象的とは言えず、そう難しい学習指導ではないような気がする。事実、筆者がこれまで指導してきた中でのいわゆる業者テストによる評価では、子ども達の点数が特別低かったという記憶はない。. しかし、ここにも問題がある。それは、「テストで点は取れても、実は子どもの電気に関する概念はあまり変容していない。」ということである。. 第2節電流に関する一般的な代替枠組みこれまで述べてきたような、子どもはそう簡単に概念転換をしないとの実態を示. す知見は、理科教育研究の中で数多く見られる。Roger Osborne＆Peter Freyberg. は、その著書の中で、簡単な電気回路の電流の流れについての子ども達の考え方に関しての研究を世に出した。それがその後の構成主義的学習論の火付け役になったことは周知の通りである。. そこでは、「回路のすべて部分で同じ強さを持っているという簡単な回路の電流についての考え方が、比較的年齢の高い子ども達でさえ、効果的に学習されてきて 5.

(9) いないことを示している。」2とある。いわゆる、電流の流れに関して単極モデル・. 衝突モデル・減衰モデル・循環モデルなどの異なった考え方を子ども達が持っていることを、調査を元に示した。. また、David Shipstoneは、電流に関する一般的な代替枠組み3として「電池のような電気を供給する物があり、電球やモーターのようなそれを消費するものがあるというとらえ方」があると示唆している。もう少し詳しく言えば、「電気、電流、. 電力、ボルト、エネルギー、ジュース、またはそれに類するものが、電源の中に蓄えられていて、それらが消費される負荷に流れる。この過程では、負荷が受け取るものであるとともに、電池は、通常、エネルギーを持つものかまたは与えるものとしてとらえられている。ただし、負荷を活動の行為者と見なして、電池から必要と. するものを抜き出して持ち去るものととらえていることもよく見られる。」これらを名付けて「電源一消費者型の枠組み」とShiptoneは呼んでいる。さらに加えて、. 子ども達は状況に応じてモデルを別なモデルに切り替えるという状況依存性に関しても言及している。. 第3節小学校と中学校のギャップこのように電気にかかわる概念も例外でなく、概念変換はかなり難しい課題である。ちなみに、日本の小学校6学年の電気単元においては、具体的な活動を通して、「電流は磁力や熱に変わり、エネルギーが変換されると言う見方を育てるとともに、. 電流の性質やはたらきを利用した道具を作ったり、生活に活用したりすることを含めて、電気のはたらきを意欲的に追求する態度を育てること」4がねらいとなって. いる。しかし、これまで述べてきたような電流に関する代替枠組みを保持したまま中学校の電気単元を学習したならば、電圧・電流・抵抗などの抽象的概念の理解がかなり困難になってくるのは想像に難くない。. 中学校においては、電流の向き、保存、電圧の配分、抵抗、電力・電力量、電子、. 磁界、電磁誘導などを取り扱う。その学習は、小学校と比べると格段に抽象度が高くなっている。小学校で、一度も電流に関する概念を取り扱うような学習をしてこ. なかった子ども達に対して、目に見えない電流を想像させ、そのうえ、定量的な実験・処理もさせていく。こうしてみると、どれほどの子ども達が中学校を終了した時点で、科学的な電流概念を獲得しているかは、はなはだ疑問である。. 第4節電流概念を取り扱う授業の必要性小学校6年の時点である程度、電流に関する概念を取り扱うような学習活動が考えられてもよいのではないか。そうすることにより、少なくとも「電流が回路の中を一定方向に流れ、そして一定に保たれる」という範囲内の科学的な心的モデルに. 6.

(10) 賛成する程度には、子ども達を変えていけるのではないだろうか。そのことが中学. 校におけるスムーズな電気単元の学習に一定の役割を果たすのではないかと考える。. 第2章理科授業におけるメタファーの意義第1節科学概念の学習における比喩的な側面の重要性理科授業において、概念を取り扱う授業の必要性を第1章で述べた。そうした科学概念の学習を進めるにあたって、役割を果たす可能性があるのが「比喩」である。科学概念の学習あるいは科学的推論において、比喩的な側面の重要性はしばしば指摘されてきた。. Posne■らは、概念変換のより急進的な形式を調節（accomodation）と呼び、その調節の条件として4つの条件を設定している。すなわち、「既存の概念に対する不満」「新しい概念はわかりやすくなければならない」「新しい概念はまずまことしゃかであるように見えなくてはならない」「新しい概念は実り多い研究プログラ. ムの可能性を示唆しなければならない」の四つである。このうち2番目の「わかりやすさ（intelligible）」に関してアナロジーとメタファーの重要性を、彼らは強調. した。その理由は、それらは新しい概念にさしあたりの意味とわかりやすさを貸し. 与えてくれるからであると述べている。5 また、J．OHeadらは、『科学の歴史においては、「として見る」という現象がきわめて卓越した役割を果たしてきており、新しい思考構造の発達のきっかけとなつてきた。燃焼をフロギストン素の脱出として見ることから、空気から何かを吸収することとしてみることへの移行はまさにその一例である』と述べ、認知構造に関する情報を引き出す際の一つの技法として、『比喩的あるいは類推的用語で自らの洞察を明確に述べるよう子ども達を励ますこと、及びこのタイプの彼らの自発的な発. 表の収集』6を勧めている。Headらの主張によると、学習者の認知構造の理解に関して、子どもの経験と表現にもっと注意を払うべきで、「それはあたかも」とか「…. のような」等の比喩的な用語による表現がそれに役立つと考えられる。これまで述べてきた二つの主張は、「概念転換を促す」「子どもの認知構造を理解する」などいずれも教育の場面において、直接的に影響を与えるように思われる。しかし、さらに一歩進んだ明確な主張は、次に示すG．：La：koffとM．Johnsonによる比喩的概念に関する主張である。彼らは『我々の通常の概念体系は、その大部分がメタファーによって構造を与えられている』7と述べる。彼らの説に従えば、科学で扱う概念もほとんどが比喩を通して構成されていると推定される。しかし、. レイコフ自身も指摘8しているように、すべての概念が比喩を通して構成される保 7.

(11) 障はない。そこで、里岡・中山らは中学生と大学生を対象とした「複数の比喩の連結」を用いた調査によって、「熱」の概念に「心」「恋」「空気」「音」「電気」「太陽」. などによる比喩で構造を与えていることを確かめた。この調査結果から、少なくと. も中学生や大学生のレベルでは日常的な概念や科学概念は、比喩によって構成される面があると結論づけている。. このように、これまで取り上げてきた議論をふまえると、理科学習の中に子どもの比喩的な表現を位置づけることは、有益な結果をもたらす可能性があると言えよう。. 第2節アナロジー・メタファー・モデル・メンタルモデル科学概念や科学的推論の比喩的側面にかかわる議論でしばしば用いられる用語に、「アナロジー」「メタファー」「モデル」「メンタルモデル」がある。ここでは、. 中山の説9を中心にして、それらの意味を検討し概念規定をする。そして、小学校 6年生の理科授業に生かす可能性を探ることにする。. 1アナロジー「アナロジーは、（source dOlnain）から知識を移すことによって、新たに目. 標となっている問題に適用可能な新しいルールを生成するために用いられる」10 理科の教科書では、直流電流を水流に対応させるアナロジーがよく取り上げられる。たとえば次の表のようである。. 基底領域（base domain）. 目標領域（target d。main）. 電流回路電流導線抵抗. 水流回路水流管. 管の細い部分ポンプ水圧差. 電池電圧. 表2−1 アナロジーにおける対応関係ある学習者が電流回路について水流回路を通して理解しようとする場面を想定してみる。学習者は水流回路についてよく理解しているので、一つ一つの要素の関下付けは既によくできている。学習者は例えば次のように関係づける。「ポンプで送り出された水が管の中を流れ、管の細いところでは流れにくくなる。こ. のとき、ポンプの両端には水圧の差ができる。これが、水が流れ続ける原因とな 8.

(12) っている。管の細い部分の両端にも水圧の差ができている。」このような基底領域間の要素の関係付けがあったとして、一つ一つの要素を電流回路の要素に対応させてみる。すると、水流一電流、管一導線、管の細い部分一抵抗、ポンプー電. 池、水圧差一電圧という関係が成立する。それに気づいたとき、電流回路に関するこれらの働きが予測あるいは解釈可能になる。これが、アナロジーによる推理である。. このように見ていくと、アナロジーの特徴は、既知の知識領域から選択された要素がその内部で関係づけられると同時に、未知の知識領域と関係づけられて、構造化されるところに特徴がある。. 2メタファーメタファーは、より抽象的でわかりにくい対象を、より具体的でわかりやすい. 対象に「見立て」ることであると瀬戸は述べている。11アナロジーとの意味の比較で参考になるのは、瀬戸が示した次の説明である。. A：／ Bタフ∴〕、≧ 口：ジと一＝：、諮r；ぞ. i覗一…一一コr＝：玩 i笹㍗ i守 i ’、」. し，，〆・’. アナQシ. 図2−1 この図は、メタファーは点対応、アナロジーは面対応ということを示している。. 瀬戸は次のように言う。「たとえられるものA（未知）が、たとえるものB（既知）との点対応によって理解される一これがメタファー、たとえられるものA（未知）の諸特質（a、、a2、 a 3…）が、たとえるものB（既知）の諸特質（b、、 b2、 b3…）との面対応によって理解される一これがアナロジー。アナロジーとは、一貫したメタファーの連続的対応のことをいう。」12. つまり、メタファーとアナロジーの基本的な違いは「構造」にある。メタファーがより構造的になったものがアナロジーである。この点について中山は、「メタファーは｛通常は、一つの特徴を明確にするために用いられるのに対して、アナ 9.

(13) ロジーは、いくつかの特徴が関係づけられたシステムの特徴を明確にするために用いられるといってもよい。」13と述べている。. 構造という点で違いが見いだせるメタファーとアナロジーだが、「見立て」に伴う制約という点では両者は共通している。しかし、注意しなければならないのは、メタファーやアナロジーは、「見立て」によって対象の「ある面は際だたせ、. ある面を隠す」という点である。子どもの概念形成にこれらを生かそうとした場合、際だった面のみが理解されて、結果的に誤った方向に子ども達を導く危険性もある。指導者としては、メタファーやアナロジーが有効であると同時に「ある面は隠されている」ことを知った上で用いる必要がある。コ 3 モ丁ル. モデルという言葉は、一般的には、「型」「模型」「模範」などの意味に用いら. れることが多い。理科教育においては、学習者が感覚的にとらえにくいものをわかりやすくするするための手段として、例えば天球模型、地層模型、原子模型などがモデルとして使われている。一方、ある概念をイメージ化するために、上の. ような「物」ではなく、図や式を用いて表したものも理科教育においてはモデルといっている。従って、モデルとは「事象あるいは概念を理解しやすくするために工夫された表現である。」と広い意味に言い換えることもできる。. モデルの備えるべき条件として、岡田は次の特徴を指摘する。14. ● モデルは、実験や観察による事実を、うまく説明しているものでなくてはならない。. ● モデルは、予見性に富んだものでなくてはならない。また、モデルの限界として次のようにも述べる。 ● モデルは実際とは違うため、混同が起こることがある。. 例えば、原子分子を球状と思いこむなどの例のように、実際とモデルの間に対応関係が必ずしも成り立たない部分があるということである。これらの特徴には、いずれもアナロジーとの共通点が特に見いだされる。また、. 対象の振る舞いや構造を別の類似物に見立てて表現したものという点では、アナロジーやメタファー両方と共通している。. ここであげた特徴に関連して、ヘッセはモデルは理論を作るための単なる補助手段ではないという立場から、モデルについての議論を展開している。15彼女はモデルを構派する3つの要素を掲げている。すなわち、 ● 否定的アナロジー（類比における異質項）. 10.

(14) ● 肯定的アナロジー（類比における同質項） ● 中立的アナロジー〈類比における未定項）. これらは、先ほどあげた岡田のアナロジーの特徴と一致する。否定的アナロジーはモデルと実際と異なる点であるし、肯定的アナロジーは、事実をうまく説明する点であるし、中立的アナロジーは予見可能な点である。. ヘッセの説によると、科学理論はこれらのうち肯定的アナロジーと中立的アナロジーのみを含むものであると見なされる。さらに、電流の水流によるアナロジーのような、否定的アナロジーを含むものも「モデル」であると言う。ただし、. この場合は「モデル2」として、いわゆる科学モデルのようなものとは区別している。ヘッセの言う「アナロジー」は、既知の知識領域と未知の知識領域の、個々. の要素の類比による対応関係を表しており、「モデル」が、その全体の対応を表している。従って、通常の意味での「アナロジー」は、ヘッセの定義では、「モデル2」として、「モデル」の中に包含されるものとされる。. こうしてみてみると、モデルという概念は幅広い意味内容を持ち、立場によってその定義は異なっているが、比喩的な側面が含まれている点では、モデルとアナロジーは本質的に共通していると言える。. 4メンタルモデルメンタルモデルも、アナロジー・メタファー・モデルに近接する概念である。メンタルモデルの定義に関連してジョンソンレアードは次のように述べている。 16「その構造は表現する状況の構造に相当する。」このことは、アナロジーと共通. する点である。つまり、対象に含まれる各要素と、要素間の関係が構造的にメンタルモデルに写像しているわけである。. また、ジョンソンレアードは次のようにも述べている。「それは知覚可能な実. 体に相当する要素のみからなり、知覚の上でも想像上でもイメージとして実現される。もしくは抽象概念に相当する要素を含み、それらの意味はモデルを操作する手続きにきわめて依存する。」つまり、メンタルモデルの各要素は、必ず知覚可能な実体に対応しているか、もしくは「こう操作すれば、こういうことが起こる。」「もし∼の場合には、∼すればよい。」という手続き的な形式に依存する抽. 象的要素である。このことは、アナロジーでいうところの要素の写像・関係の写像と共通する部分である。こうしてみてみると、メンタルモデルにも比喩的な側面があることは確かである。. さらに中山17によれば、「メンタルモデルは、人間が動的な現象を予測したり説. 明したりする際に、それをシミュレーションするために頭の中に作り上げる内的なモデルで、しかも厳密なルールのみによる記述ができないものといってよい。」 11.

(15) つまり、モデルに対比して考えると、モデルが対象の振る舞いを記述した物や式・図であるのに対して、メンタルモデルはそれをシミュレートするための頭の中の心的過程というわけである。. アナロジー・メタファー・モデル・メンタルモデルという四つの概念に対して、中山は暫定的に次のような定義を採用している。18 （1）アナロジー：既知の知識領域からいくつかの要素を選択し、それらの. 振る舞いを相互に関係付け、さらに未知の領域の振る舞いと関係づけること。. （2）メタファー：既知の知識領域の中のある要素と未知の知識領域のある. 要素を対応させること。多くの要素を明示したり関係づけたりせず、1 体1の対応で特徴を際だたせるもの。（3）モデル：予測あるいは説明を要する対象（自然の事物・現象）の振る. 舞いを、メタファーやアナロジーなどの対応関係を利用して記述したもの。. （4）メンタルモデル：アナロジー・メタファー・モデルを利用して現象を. 予測あるいは説明する人間の心的過程. 4つの隣接する概念に関してとりあえずの定義を示したが、小学生の理科授業の中にこれらをどう位置づけるかが、本研究にとっては重要である。. 本研究では、第1次授業において子どものメタファー表現を、彼らの電流概念把握のために生かすとともに、事象の観察や話し合いを通してアナロジー的なもの、つまりある程度の構造を持った電流概念へと高めることをねらった。次に第 2次授業では、子どものメタファー表現から、それを生かした形でモデルを作り、電流に関するある程度の科学的な概念を獲得させることをねらった。. 第3節科学概念の比喩的な構成. 1科学と比喩の関係これまで、メタファーを始め、隣…接する概念であるアナロジー、モデル、メン. タルモデルを含めて考察を進めてきたが、特に科学の分野においてこれらはどのような役割を果たすだろうか。. メタファーと科学の関係について、瀬戸は次のように述べている。19『一見し. たところ、このような比喩的思考法は、科学とは無縁であるように思える。観察と実験と厳密な論証に支えられた理論に、メタファーやアナロジーが入り込む余 12.

(16) 地はあるのだろうか。たとえあるとしても、それは、その初期の段階で限られた補助的役割を果たすという程度のものではないのか。科学は、何よりも真実を目指す。あやふやな比喩やたとえで満足するはずはないだろう。このように思える人は、電気が、水の流れのメタファーで説明されるという例をどのように考える. だろうか。いや、これなら、単に教育上の配慮のためとの反論があるかもしれない。確かに、「電池」は「電気の池」、「電流」は「電気の流れ」、「ショート」は. 「電気の近回り」という説明は、素人向きである。では、原子のモデルを、太陽系のメタファーに求めたのはどうだろう。また、電気の磁場について考察する際、ファラデーが磁力を帯びた砂鉄の描く筋模様を使ったのはどうだろう。メタファーとアナロジーは、科学的研究の周辺にあったのではなく、常に中心にあったと. 考えてよい。そして、今なおそうである。かつての光の性質についての論争一光は粒子なのか波動なのか一も、メタファーの論争であった。粒子と見立てたほうがより多くの光の現象を統一的に説明できるのか、それとも波動と見立てたほう. がよりいっそう有効な説明が与えられるのかという争いであった。量子力学の現在では、光は、粒子でもあり波動でもあるということになっているらしい。』. このように瀬戸は、メタファーとアナロジーが科学的研究のむしろ中心にあったと主張する。中心にあったとはつまり、アナロジー的な推論が、科学的な発見・. 洞察・説明において重要な役割を演じてきたということであろう。. 2科学の歴史における比喩科学の歴史の中においても、比喩は登場する。例えば、17世紀の著名な天文学者ヨハンネス・ケプラーは「私はアナロジーを何もの以上に大切にしている。. それはもっとも信頼できる教師なのである。アナロジーは自然の秘密を何でも知っている…」ケプラーは惑星の運動のような天文学的な現象を厳密な自然法則で. 説明しようとしていた。1605年のケプラーの書簡を紹介したSM．Glynnの論文から引用してみる。20 「私は物理的原因の探究にとりつかれている。このようなことをする私の目的. は天空の機構は神が創造した有機体というよりも、むしろ時計の仕組みににていることを示すことにある。つまり、多くの動きが単一の全く簡単な磁気的な力によって生み出されるという限りにおいて、ちょうど時計のすべての動きが簡単な重なりによって生じているように…。しかもその上、私はこの自然に対する考え方は計算と幾何学で示すことができることを明らかにする。」. さらにアナロジーが科学における発見、洞察、説明を支援しているという考え. 方に対する強力な賛意の一つは、イギリスの物理学者N，R，キャンベルが19 20年に公刊した「物理学、その基礎」に登場する気体に関する運動学的理論と. 13.

(17) してのビリヤードボールモデルの記述に見ることができる。. 『アナロジーは理論を確立するための「手助け」ではない。それは全くもって理論の本質的な部分である。それなしには理論は全く無価値なものになり、理論という名に値しなくなる。アナロジーは理論の形成を導くけれども、一度理論が. 形成されてしまうとその役割を終え、取り去られたり、忘れられてもよい、とよく言及される。このような考え方は、全くの誤りであり、とんでもない誤解である。』. この他にも、グリンの論文の中には、ジョセフ・ブルーストリーの「電気力の法則」の提唱にかかわるアナロジー的思考の指摘、また》R，オッペンハイマーの所見などが紹介され、いかにアナロジーが科学的な理解に対して貴重な援助となるかが述べられている。. このように見てくると、メタファーをはじめとした比喩と科学とは、全く別物とするのはどうも当たらないようである。これまで、比喩と科学との関係は必ずしも良好でなく、「比喩は文学・言語学にかかわる概念。客観性を重視する科学とは相容れない」とされる向きが強かった。比喩の持つその主観性故である。. しかし、特に理論やモデルの発想の時点では比喩が影響しているとは言えるようである。レイコフとジョンソンは、「優れた科学者の才能は、精密化により広範囲の現象適合する一連の一貫した自然な比喩を考え出す能力にある。科学にとって、比喩が不可欠であることを認識することは重要である。」21と言う。科学者. の仕事は、事象の観察からその背後にある目に見えないメカニズムを想定し、研究プログラムを創出し、新たな理論を導き出すことにあるとすると、観察事実の解釈からメカニズムを想定する段階において、比喩を用いていかにつじつまのあった法則を考えつくかが必要となってくるに違いない。. また、ラカトシュは、理論は新しい研究プログラムを導くことでその価値が認められると指摘する。22未知の事象についての予見性を持つことが必要というわけである。この点で、モデルのうちで観察事実と整合するかどうか不明な部分「中. 立的アナロジー」は重要である。未知の部分についての予測力を持つモデルには「中立的アナロジー」が必ず含まれ、それが新しい理論に向けての研究プログラ. ムを導出するのである。つまるところ、科学は比喩と別物ではなく、むしろ中心に位置していると言えるのではないだろうか。. 第4節理科授業に比喩をどう生かすか. 1教科書に見られる比喩科学の世界において、比喩は重要な役割を演じていることをこれまで述べてきた。科学理論やモデルには比喩的な側面があることは少なくとも言えそうである。 14.

(18) では、科学教育においては、これまでどのような形で比喩が生かされてきたであろうか。もっとも卑近な例は、理科の教科書である。. 電気単元は比喩による解説がもっとも多く見られる分野である。目に見えない電気に関して、その振る舞いを説明する電流・電圧・抵抗・電子等の概念を獲得させるのに比喩が有効と考えられるからであろう。. ここで気をつけなければならないことは、例えば人体における循環器の働きを説明するのに模式図を提示することがあるが、これが果たして比喩といえるかどうかである。比喩を語るときの要素には、未知の領域と既知の領域があるが、そうした模式図の場合既知の領域が何かというとどうも曖昧になってくる。そこで. 本稿では、粒なり水流なり、既知の領域が構造を持った実物として存在する物に関して、比喩という概念を適用することにする。これにより、比喩の範囲が限定され、論の拡散を防ぐことになるだろう。. さて、教科書の具体例を実際に示してみる。. 〈電子の流れで見たオームの法則〉. ｝電圧. L. 台をかたむけると、球はくいと衝突し、〈いにじゃまされながら動く。この衝突が金属の電気抵抗に相当し、台の高さが電圧に相当する。. 図2−2 電気抵抗のモデル大日本図書「中学校理科1分野下」より抜粋上の図は、電子の流れが、抵抗によって妨げられる現象のモデルである。学習者が初めて「抵抗」という言葉に出会うとき、その語感から「何かの動きを妨げるものであろう」というぐらいの理解は示すだろうが、言葉だけの理解では限界 15.

(19) がある。電子を粒に見立てたときのくいが電気抵抗であることを示すこの図の提示によって、より深い理解に導くことができる。. さらに次のような電気分解のモデルもよく見られる。. 図2−3 電気分解を考える学校図書. 「中学校理科1分野下」より抜粋. このモデルでは、イオンを人間に見立て、人間という既知の領域における「移動する」「行くべき方向を見分ける」「人間としては同じでも、ある観点から分類. できる」などの要素をイオンの振る舞いに写像している。人間に関する概念は、. 学習者にとってもっともよく概念が獲得されているものの一つであろう。既知の領域として何を採用するかというときに、いかによく知っているかは重要である。. さらに典型的な電流に関するモデルとして取り上げられるものに図2−4のような電気回路の水流モデルがある。. 細覆乳は. 図2−3 電流の水流モデル東京書籍. 「新しい科学1分野下」より抜粋. 電流の水流モデルは、しばしば教科書に登場する。というのも、対応する要素、. 16.

(20) ヘッセ流に言えば、肯定的アナロジーが比較的多いからである。肯定的アナロジーが多いほど、そのモデルは優れていると言えよう。. ただ、これらはすべて中学校の教科書からの抜粋で、小学校の教科書には登場しない。小学校では、概念を取り扱う学習があまりなされていないからである。比喩的な解説と言っても、先に述べた模式図的な図解にとどまる。. このように中学校以降、比喩的な記述は至るところに見られる。これらの主たる目的は、「概念をわかりやすくすることjであろう。一通りの学習をして、そのまとめの段階などに比喩を用いることによって、これまで得た知識を単純化したり構造化したりして、理解を容易にする手段としての用いられ方が一般的である。. しかし、単にわかりやすくなればそれで比喩の役割は終わるかというと、「そうではない」というのが、筆者の立場である。比喩が科学概念の中心に位置し、. 人間の概念の一部は比喩的であると述べた。そして、構成主義的学習論の立場に立つならば、子どもは自分が既に持っている概念をそう簡単に捨て去ることをしない。このような観点に立つと、今既に子どもの中にある概念を比喩の形で把握し、科学的に発展させることができるのではないか。単に与えるものとしての比喩の活用にとどまらず、子どもの素朴概念の把握に役立てられないか。また、 Posnerの言う概念転換の4つの段階のうち、 intelhgibleな考え方としてとらえさせる場面に適用できないか。あるいは前段階「dissatisfactionを感じさせる場. 面」や後段階の「plausibleな概念として獲得させる場面」にも適用可能ではないかと考えるのである。. この点実際に教授活動に比喩を適用した実践的先行研究が存在する。婚衣においてその詳細を述べることにする。. 2比喩を位置づけた授業の二つの方向理科教育における比喩の位置づけとして中山は、「子ども自身が生み出すメタファーによる表現を理科授業に積極的に生かす面を強調する研究」と「教師によって吟味されたアナロジーやモデルを概念の教授に利用する面を強調する研究」を挙げている。23また、理科授業における比喩の位置づけとして考えられる二つの方向として指摘しているのは、「現在の科学で容認されている科学概念を学習者が獲得するために用いる」そして「子どもが自然についての独自の概念体系を構築するために用いる」というものである。. これらの対応関係を図示すると、図2−5のようになろう。大筋ではこの関係は成り立つのではないだろうか。. 子どもの生み出すメタファー表現を生かそうとすれば、子どもは自らの考え方 17.

(21) 比喩に関する理科教育の研究・》’. ｦい一. 、. 、. 、. 謹. 、. A. 、、. 子ども自身が生み出すメタフ. @ーによる表現を理科授業に. ♂. @ ’. [やモデルを概念の教授に利用す髢ﾊを強調する研究. 、. 、. 比喩を位置づけた理科授業. ・. A. 子どもが自然についての独自の. T念体系を構築するために用い. 、. 教師によって吟味されたアナロジ. ﾏ極的に生かす面を強調する、、. ㌦こ、. ご. 現在の科学で容認されている科学’・概念を学習者が獲得するために用、. 顎. 、. 、、. 、. ∴㍉ @、嵐. 、、、、、. 『モ’ @ 、. 、. 、. いる. ミ㍉さ・、、. ｭ艶. 図2−4 理科教育における比喩研究の二つの方向を自由に発展させ、独自の概念体系を構築することをねらう方にシフトしているように感じられる。一方、科学で容認されている科学概念の獲得には、教師によって吟味されたアナロジーやモデルが有効であるかのように思われる。. しかしこの点に関して中山は次のように弱点を指摘する。24「現在容認されて. いる科学概念を獲得させるという目標だけで理科授業に比喩を活用するやり方には弱点もある。それは、子どもにとっての比喩が、単に教え込まれるものにすぎなくなるという危険性があるからである。子どもが、その比喩の基底領域となる知識を十分置持ち合わせていない場合には、アナロジーなどの比喩は効果がないばかりか、子どもにとって負担になる場合すらある」. 子どもが既に対象となる事象に対して、その子なりの素朴概念を保持しているとすれば、比喩が単に教えこまれるものになってしまわないようにしなければならない。そういう意味では、子どもの生成するメタファー表現が、科学者の問で. 容認されている科学概念の獲得という目的のために生かされる道も探っていく必要があるように思われる。いやむしろ、構成主義的学習論の立場に立てば、両者は概念転換という同じ座標軸において語られる性質のものかもしれない。. 3概念転換におけるsel仁generated analogyの有効性 Wongは、「selβgenerated analogyの使用は、一中略一概念的な成長を容易にするかもしれない。」と言う。25彼が指摘する有用な点とは、「新しい状況に親しませる」「個人の事：前知識の詳細において問題を表現する」「基礎となる構造や. パターンに関する抽象的な思考を刺激する」の3点である。これらは、比喩の特 18.

(22) 性を知るならばうなずける点である。さらに彼は、se1￡generated analogyを位置づけた授業により次のような結果を得た。. ① まず、ただ単に問題を解くのと反対で，学生が問題を発見する好機を与えられる。一中略一生徒は，彼ら自身の認識と状態の理解の詳細に基づいて問題を見いだし、表現する方法を知る必要がある。（学習者自身による問題の発見）. ② 第二に、問題が学習者の事前知識の詳細から出現することから、これらの質問は学習者にいっそう興味深く、些細でなくて、そして個人的に学習者に関係がある可能性が高い。（学習者自身の問題意識の醸成）. ③第三に、一人一人が、教師のような部外者からの最小の指導によってプリコンセプションを識別し、対面し、そして解決するようにすることができる。. ミスコンセプションを扱うよう意図されて、学習環境は，生徒が彼らの理解. と現実の間の相違への気付きを確実にするようにしばしば高度に構成される。（学習者自身による解決）. これらは、学習者自身による問題発見と説明の発展を言い表しており、主体的な学びの過程が、se艮generated analogyによって可能になると言えるだろう。. 比喩を生かした授業には大きく二つの側面があるが、Wongが提案するような、二つを融合した形も考えられていい。つまり「子どもが自分で生成するアナロジーを生かしながら、最終的にミスコンセプションに置き換わる代替的な説明を供給する」、そういう授業を模索する価値はあるように思われる。. 4子ども独自の概念体系とアナロジーの使用ここまで述べてきたのは、科学的な概念の獲得をねらう上でのアナロジーの使. 用に関してであった。しかし、理科授業において必ずしも科学概念の獲得を目指さない場合も考えられていいのではないかという議論がある。. 理科授業で比喩を使用するという前提に立つと、科学的な概念を学習者が獲得するという目標だけでは、前にも述べた通り比喩が単に教え込まれるものにすぎなくなる危険性がある。また子どもがその比喩の基底領域となる知識を十分持ち合わせていない場合には、効果がないばかりか負担にすらなるのではないかという危惧がある。. これに対して、学習者が自分なりの説明体系を発見するためにメタファーやア. ナロジーの生成・評価・修正を奨励する授業がある。ここでは、子ども自身が比 19.

(23) 喩を媒介として理論を構築し、自然事象を予測・説明するという科学的な活動に従事することによって、科学がどのようなものであるかを知ることが重視される。. 例えば、M．Cosgroveは、子どもの電気に関するアナロジーの生成とscience− in−the−makingに関わる研究の中で「概念の生成と発展に従事することで、学習者はscience−in−the−ma㎞g（Latour 1987）に参加する。そして科学者たちがど. のようにして彼らの知識を構築し、その使用を確信するようになるかを見る。」と述べている。26. また、Heywood＆Parkerは、「Cosgroveが説明するように、科学の学習は、ただ単に教師の科学的な知識を生徒に与えるものではない。むしろ、それは学習者に、問題の知的な吟味を通して、彼ら自身の考えを生み出すよう奨励することを含む。これを効率的にするためには、教師は電気の概念的な問題に、子ども達と一緒に自信を持って携わり、子ども達の探究を奨励し、何が起きているかについて彼らの考えを構成するのを手伝う熟達を必要とする。」と指摘する。27. Heywoodらは、小学校の教師を対象にしたプログラムにおいて、電流に関する典型的なアナロジー（人の循環器アナロジー・群衆移動アナロジー・水流アナロジーの3っ）を紹介し、これらのアナロジーが思考と学習においていかに有用であるかを見いだすように学習者（小学校教師）に求めた。学習者は、どういう. 現象を記述するのにそのアナロジーが有用か、あるいは逆に問題があるか、グループ討論をした。. この中でHβywoodらが注目したのは、そのアナロジーでは現象がうまく説明できない点への学習者の気づき、彼らが呼ぶところの「アナロジーの破綻」である。彼らは「アナロジーが破綻したとき、問題の発生に有意な増加があった。」と指摘する。そして「概念的な理解は、アナロジーがベースドメイン（基底領域）. からターゲットドメイン（目標領域）までリンクを作ることにおいてもう学習者を支援しない時、発展し続けることができる。」と言う。. つまり、これまで用いていたアナロジーが快適で安定した状態にあるときは、探究は停滞するが、ある現象に対して適用できないという不満が発生した時点で、. 探究が発生する。そして、「このような学習者自身の探究過程、あるいは同窓生. と教師と学習者間のself・generated analogyは、 Cosgroveが言うところの science−in−the−ma㎞gである。」と主張する。つまりHeywoodらは、アナロジー. の破綻・アナロジーの生成によって、科学の営みに従事し、科学とはどういうものかを知ることを重視しているようである。. この中で、彼らは「このような状況（アナロジーが破綻したとき）において、. 他のアナロジーは学習者から進化するか、あるいは教師によって提供されるであろう。」と述べている。彼らは、このプログラムの中で学習者に他のアナロジー. 20.