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小 学 校 理 科 授 業 に お い て
学 習 者 が 実 験 を 計 画 す る 活 動 の 指 導 に
対 す る 実 践 的 研 究
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兵 庫 教 育 大 学 大 学 院
連 合 学 校 教 育 学 研 究 科
教 科 教 育 実 践 学 専 攻
（ 兵 庫 教 育 大 学 ）
安 部 洋 一 郎
目次 2 序 章 問 題 の 所 在 及 び 研 究 の 目 的 、 方 法 . . . 7 第 １ 節 問 題 の 所 在 . . . 7 第 ２ 節 先 行 研 究 の 省 察 . . . 1 1 第 １ 項 実 験 を 計 画 す る 活 動 の 効 果 に 関 す る 先 行 研 究 . . . . 1 1 第 ２ 項 実 験 を 計 画 す る 活 動 の 指 導 方 法 に 関 す る 先 行 研 究 . . . 1 3 第 ３ 項 実 験 を 計 画 す る 能 力 に 関 す る 先 行 研 究 . . . 1 5 第 ３ 節 研 究 の 目 的 及 び 方 法 . . . 1 7 第 １ 項 研 究 の 目 的 . . . 1 7 第 ２ 項 研 究 の 方 法 . . . 1 7 第 ４ 節 本 論 文 の 構 成 . . . 1 9 第 １ 章 小 学 校 理 科 授 業 で 用 い ら れ る 実 験 の 手 続 き . . . 2 5 第 １ 節 本 章 の 目 的 と 研 究 の 手 順 . . . 2 5 第 ２ 節 実 験 を 計 画 す る 活 動 に お け る 論 理 構 造 . . . 2 8 第 ３ 節 妥 当 性 に 関 わ る 実 験 手 続 き . . . 3 3 第 ４ 節 信 頼 性 に 関 わ る 実 験 手 続 き . . . 3 8 第 ５ 節 小 学 校 理 科 教 科 書 に お け る 手 続 き の 使 用 状 況 . . . . 4 0 第 １ 項 調 査 の 方 法 . . . 4 0 第 ２ 項 調 査 の 結 果 . . . 4 0 第 ３ 項 考 察 . . . 4 4 第 ６ 節 本 章 の ま と め . . . 4 6 第 ２ 章 仮 説 の 受 容 可 能 性 と 児 童 の 内 容 理 解 . 5 2 第 １ 節 本 章 の 目 的 と 研 究 の 手 順 . . . 5 2 第 ２ 節 先 行 研 究 ・ 教 科 書 に 基 づ く 発 芽 の 実 験 に お い て 仮 説 の 受 容 可 能 性 を 高 め る 手 続 き の 検 討 . . . 5 4 第 ３ 節 事 前 調 査 の 方 法 と 結 果 . . . 6 1 第 １ 項 事 前 調 査 の 対 象 ・ 時 期 及 び 方 法 . . . 6 1 第 ２ 項 事 前 調 査 の 結 果 . . . 6 2 第 ４ 節 植 物 の 発 芽 の 授 業 の 概 要 . . . 6 5
目次 3 第 １ 項 水 の 必 要 性 を 調 査 す る 仮 説 の 受 容 可 能 性 を 高 め る 手 続 き を 踏 ま え た 授 業 . . . 6 5 第 ２ 項 植 物 の 発 芽 の 実 験 の 指 導 方 法 . . . 6 5 第 ５ 節 実 践 ・ 調 査 の 手 続 き . . . 6 7 第 １ 項 授 業 実 践 ・ 調 査 の 対 象 及 び 時 期 . . . 6 7 第 ２ 項 調 査 方 法 . . . 6 7 第 ３ 項 授 業 実 践 の 概 要 . . . 6 8 第 ６ 節 調 査 の 結 果 及 び 分 析 . . . 7 1 第 １ 項 調 査 の 結 果 . . . 7 1 第 ２ 項 考 察 . . . 7 3 第 ７ 節 本 章 の ま と め . . . 7 5 第 ３ 章 実 験 を 計 画 す る 活 動 に よ る 仮 説 形 成 の 効 果 . . . 8 1 第 １ 節 本 章 の 目 的 と 手 続 き . . . 8 1 第 ２ 節 仮 説 形 成 の 阻 害 要 因 と 指 導 方 略 . . . 8 3 第 １ 項 仮 説 の ア イ デ ア と し て の ア ブ ダ ク テ ィ ブ な 示 唆 . 8 3 第 ２ 項 仮 説 の 形 成 過 程 に 関 す る 先 行 研 究 . . . 8 4 第 ３ 節 実 践 ・ 調 査 の 手 続 き . . . 8 7 第 １ 項 授 業 実 践 ・ 調 査 の 対 象 及 び 時 期 . . . 8 7 第 ２ 項 分 析 の 方 法 . . . 8 7 第 ３ 項 授 業 の 概 要 . . . 8 7 第 ４ 節 調 査 結 果 及 び 分 析 . . . 9 1 第 １ 項 話 し 合 い の 中 で ア ブ ダ ク テ ィ ブ な 示 唆 が 現 れ ， そ れ が 議 論 を 通 し て 吟 味 さ れ る 過 程 . . . 9 1 第 ２ 項 児 童 の 形 成 し た 仮 説 の フ レ ー ム . . . 9 4 第 ３ 項 実 験 素 材 の 提 示 及 び 実 験 手 続 き を 考 え る 活 動 の 後 に 児 童 の 形 成 し た 仮 説 . . . 9 7 第 ４ 項 考 察 . . . 1 0 3 第 ５ 節 本 章 の ま と め . . . 1 0 4 第 ４ 章 実 験 を 計 画 さ せ る 活 動 の 指 導 方 略 . . . 1 1 1
目次 4 第 １ 節 本 章 の 目 的 と 手 続 き . . . 1 1 1 第 ２ 節 実 験 を 計 画 さ せ る 活 動 の 困 難 . . . 1 1 3 第 ３ 節 児 童 に よ る 思 考 の 後 に 教 師 に よ る 教 示 を 組 み 合 わ せ た 指 導 方 略 . . . 1 1 8 第 ４ 節 思 考 の 後 に 教 示 を 組 み 合 わ せ た 指 導 方 略 を 実 験 計 画 場 面 に 用 い る こ と の 指 導 上 の 利 点 . . . 1 2 1 第 ５ 節 本 章 の ま と め . . . 1 2 4 第 ５ 章 妥 当 性 を 高 め る 実 験 手 続 き の 指 導 と そ の 効 果 ― 第 ６ 学 年 燃 焼 の 単 元 に お い て ― . . . 1 2 9 第 １ 節 本 章 の 目 的 と 研 究 の 手 順 . . . 1 2 9 第 ２ 節 小 学 校 理 科 授 業 に お け る 実 験 の 妥 当 性 を 高 め る 手 続 き . . . 1 3 1 第 １ 項 複 数 の 測 定 を 行 う 実 験 手 続 き に 関 す る 先 行 研 究 1 3 1 第 ２ 項 本 節 の ま と め . . . 1 3 4 第 ３ 節 も の の 燃 え 方 の 授 業 計 画 . . . 1 3 5 第 １ 項 も の の 燃 え 方 の 授 業 に お け る 対 照 実 験 を 設 定 し な い 主 実 験 の み の 検 証 計 画 に お け る 実 験 操 作 前 後 の 比 較 を 行 う 実 験 . . . 1 3 5 第 ２ 項 妥 当 性 を 高 め る 手 続 き の た め の 複 数 の 指 導 方 略 1 3 5 第 ４ 節 実 践 ・ 調 査 の 手 続 き . . . 1 3 8 第 １ 項 授 業 実 践 ・ 調 査 の 対 象 及 び 時 期 . . . 1 3 8 第 ２ 項 事 前 調 査 の 方 法 と 結 果 . . . 1 3 8 第 ３ 項 授 業 実 践 の 概 要 . . . 1 3 8 第 ４ 項 事 後 調 査 の 方 法 . . . 1 4 1 第 ５ 節 調 査 結 果 及 び 分 析 . . . 1 4 3 第 １ 項 調 査 の 総 合 結 果 . . . 1 4 3 第 ２ 項 実 験 手 続 き の 技 能 面 の 理 解 に 関 す る 結 果 . . . 1 4 4 第 ３ 項 実 験 手 続 き の 認 知 面 の 理 解 に 関 す る 結 果 . . . 1 4 5 第 ４ 項 考 察 . . . 1 4 7
目次 5 第 ６ 節 本 章 の ま と め . . . 1 4 9 第 ６ 章 信 頼 性 を 高 め る 実 験 手 続 き の 指 導 と そ の 効 果 ― 第 5 学 年 振 り 子 の 単 元 に お い て ― . . . 1 5 6 第 １ 節 本 章 の 目 的 及 び 研 究 の 手 順 . . . 1 5 6 第 ２ 節 小 学 校 理 科 授 業 に お け る 実 験 の 信 頼 性 を 高 め る 手 続 き . . . 1 6 0 第 １ 項 振 り 子 学 習 に 影 響 を 与 え る 測 定 誤 差 に 関 す る 先 行 研 究 . . . 1 6 0 第 ２ 項 小 学 校 学 習 指 導 要 領 に お け る 測 定 誤 差 に 対 処 す る 手 続 き の 記 載 . . . 1 6 1 第 ３ 項 小 学 校 理 科 教 科 書 に お け る 振 り 子 の 実 験 手 続 き の 記 載 . . . 1 6 2 第 ４ 項 平 均 及 び 、 外 れ 値 の 除 去 手 続 き に 関 す る 先 行 研 究 の 整 理 . . . 1 6 3 第 ５ 項 本 節 の ま と め . . . 1 6 4 第 ３ 節 予 備 調 査 . . . 1 6 5 第 １ 項 予 備 調 査 の 手 続 き . . . 1 6 5 第 ２ 項 質 問 紙 . . . 1 6 5 第 ３ 項 予 備 調 査 の 結 果 . . . 1 6 9 第 ４ 項 予 備 調 査 の 考 察 . . . 1 7 0 第 ５ 項 予 備 調 査 の ま と め . . . 1 7 1 第 ４ 節 振 り 子 の 授 業 の 概 要 . . . 1 7 2 第 １ 項 単 元 計 画 . . . 1 7 2 第 ２ 項 信 頼 性 を 高 め る 実 験 手 続 き の 指 導 . . . 1 7 4 第 ３ 項 用 い た 教 材 と 活 動 . . . 1 7 6 第 ５ 節 実 践 ・ 調 査 の 手 続 き . . . 1 8 0 第 １ 項 授 業 実 践 ・ 調 査 の 対 象 及 び 時 期 . . . 1 8 0 第 ２ 項 調 査 の 方 法 . . . 1 8 0 第 ６ 節 調 査 結 果 及 び 分 析 . . . 1 8 3
目次 6 第 １ 項 質 問 紙 に よ る 事 前 事 後 調 査 の 結 果 . . . 1 8 3 第 ２ 項 考 察 . . . 1 8 4 第 ７ 節 本 章 の ま と め . . . 1 8 7 終 章 本 研 究 の ま と め 及 び 今 後 の 課 題 . . . 1 9 1 第 １ 節 本 研 究 の ま と め . . . 1 9 1 第 １ 項 本 研 究 の 問 題 の 所 在 及 び 研 究 課 題 の 設 定 . . . 1 9 2 第 ２ 項 小 学 校 理 科 授 業 で 用 い ら れ る 実 験 の 手 続 き と そ の 効 果 （ 研 究 １ の 成 果 ） . . . 1 9 3 第 ３ 項 実 験 を 計 画 す る 活 動 に よ る 仮 説 形 成 の 効 果 の 検 証 （ 研 究 ２ の 成 果 ） . . . 1 9 4 第 ４ 項 実 験 を 計 画 さ せ る 活 動 の 指 導 方 略 と そ の 効 果 （ 研 究 ３ の 成 果 ） . . . 1 9 5 第 ２ 節 教 育 実 践 へ の 示 唆 . . . 1 9 7 第 ３ 節 今 後 の 課 題 . . . 1 9 9
序章 問題の所在及び研究の目的、方法 7
序 章 問 題 の 所 在 及 び 研 究 の 目 的 、 方 法
本 章 で は 、 本 研 究 の 背 景 と な る 先 行 研 究 の 潮 流 を 整 理 し 、 研 究 の 目 的 、 方 法 を 述 べ る と と も に 、 理 科 教 育 研 究 の 中 で の 本 研 究 の 位 置 づ け を 行 っ た 。 ま た 、 先 行 研 究 で 扱 わ れ て き た 方 法 を 整 理 す る こ と で 次 章 以 降 の 研 究 の 足 場 づ く り を 行 っ た 。第 １ 節
問 題 の 所 在
科 学 技 術 の 変 化 の 大 き い 現 代 社 会 に お い て は 、革 新 的 な 技 術 が 次 々 と 生 ま れ て お り 、昨 日 ま で 新 し か っ た 技 術 が 今 日 に は も う 過 去 の も の と な っ て い る 。そ れ に 歩 調 を 合 わ せ て 社 会 制 度 も 時 々 刻 々 と 変 革 を 続 け て い る 。こ の 時 代 を 生 き 抜 く た め に は 、状 況 に 合 わ せ て 自 分 の 頭 で 考 え て 行 動 す る 力 が 必 要 で あ り 、学 校 教 育 に お い て は 子 ど も 達 に 単 な る 知 識 を 与 え る の で は な く 子 ど も 達 自 身 が 知 識 を 作 り 出 し て い け る よ う な 「 考 え る 力 」 を 育 て な け れ ば な ら な い 。 そ れ は 理 科 教 育 に お い て 、 現 象 と し て の 自 然 科 学 の 知 識 だ け で な く 、 そ れ を ど う 見 る か 、 自 分 の 考 え を ど う 確 か め る の か 、 そ し て 自 分 達 の 力 で 知 識 を ど の よ う に 構 築 す る か と い っ た 科 学 的 に 考 え る 能 力 を 学 習 者 に 育 む こ と が 求 め ら れ て い る と い う こ と だ と 換 言 で き る 。 R o d e n ( 2 0 0 0 ) は 仮 説 を 立 て 、 そ れ が 正 し い か ど う か を 実 習 に お い て 試 す と い う 点 で は 科 学 教 育 は 唯 一 の 中 心 的 教 科 で あ る と 述 べ 、 理 科 教 育 に お い て 育 む べ き 「 考 え る 力 」 と し て 「 仮 説 を 立 て そ れ を 検 証 す る 」と い う 科 学 的 思 考 力 を 挙 げ て い る 。検 証 の 過 程 と し て 実 験 を 計 画 す る 活 動 は 科 学 的 探 究 プ ロ セ ス に お け る 中 心 的 な 位 置 を 占 め て お り ( W a j e m a n ,序章 問題の所在及び研究の目的、方法 8 G i r a u l t , D ' H a m , N e y & S a n c h e z , 2 0 0 5 ) 、 実 験 を 計 画 す る 能 力 は 理 科 教 育 で 育 成 す る 問 題 解 決 の 能 力 を 構 成 す る 重 要 な 要 素 の １ つ で あ る 。 科 学 的 分 野 を 中 心 分 野 と し た P I S A 2 0 1 5 で は 日 本 の 高 校 生 の 科 学 的 リ テ ラ シ ー が 国 際 的 に 上 位 に あ る こ と が 示 さ れ た 一 方 で ，「 科 学 的 探 究 を 評 価 し て 計 画 す る 」 能 力 が 他 の 能 力 に 比 べ て 相 対 的 に 低 い 結 果 で あ っ た と 後 藤 （ 2 0 1 7 ） は 指 摘 し て い る 。 な お 、 P I S A 2 0 1 8 に お い て は 我 が 国 の 順 位 が や や 低 下 し た （ ２ 位 → ５ 位 ） も の の 、 依 然 と し て 上 位 層 に は 位 置 づ け ら れ て い る 。 し か し ま た ， 平 成 2 7 年 の 全 国 学 力 ・ 学 習 状 況 調 査 で は 理 科 の 「 活 用 」 に 関 す る 問 題 の 中 で も 「 予 想 が 一 致 し た 場 合 に 得 ら れ る 結 果 を 見 通 し て 実 験 を 構 想 」す る 力 に 課 題 が あ る こ と が 指 摘 さ れ た （ 文 部 科 学 省 ・ 国 立 教 育 政 策 研 究 所 ， 2 0 1 5 ) 。 こ の よ う に 実 験 を 計 画 す る 能 力 の 育 成 は 我 が 国 の 理 科 教 育 の 取 り 組 む べ き 課 題 で あ る 。 実 験 を 計 画 す る 能 力 に つ い て 、小 学 校 学 習 指 導 要 領 解 説 理 科 編 で は 第 ５ 学 年 の 目 標 の 解 説 に お い て 記 述 が 見 ら れ る（ 文 部 科 学 省 、 2 0 0 8 ； 文 部 科 学 省 、 2 0 1 7 ） 。 平 成 2 0 年 度 に 告 示 さ れ た 小 学 校 学 習 指 導 要 領 解 説 理 科 編 で は 、実 験 を 計 画 す る 能 力 の 中 で も 条 件 制 御 の 能 力 に 特 に 焦 点 を 当 て て い る が 、平 成 2 9 年 告 示 の 小 学 校 学 習 指 導 要 領 解 説 理 科 編 で は 「 解 決 の 方 法 を 発 想 す る 力 を 養 う 」と い う 文 言 で よ り 広 範 な 能 力 の 育 成 に つ い て 言 及 さ れ て い る （ 表 １ ） 。 理 科 学 習 で 実 施 さ れ る 問 題 解 決 に お い て は 「 解 決 の 方 法 」 と し て 観 察 や 実 験 が 行 わ れ て い る こ と か ら 、同 学 習 指 導 要 領 で は よ り 多 様 な 実 験 を 計 画 す る 能 力 を 育 成 す る こ と の 重 要 性 が 強 調 さ れ て い る と 見 て と れ る 。
序章 問題の所在及び研究の目的、方法 9 表 1 実 験 を 計 画 す る 能 力 の 育 成 に 関 す る 小 学 校 学 習 指 導 要 領 の 記 述 実 験 を 計 画 す る 能 力 に 関 す る 記 述 平 成 2 0 年 変 化 さ せ る 要 因 と 変 化 さ せ な い 要 因 を 区 別 し な が ら ， 観 察 ， 実 験 な ど を 計 画 的 に 行 っ て い く 条 件 制 御 の 能 力 を 育 成 す る 平 成 2 7 年 自 然 の 事 物 ・ 現 象 か ら 見 い だ し た 問 題 に つ い て の 予 想 や 仮 説 を 基 に ， 解 決 の 方 法 を 発 想 す る と い っ た 問 題 解 決 の 力 を 育 成 す る こ の よ う に 実 験 を 計 画 す る 能 力 の 育 成 は 、今 日 の 我 が 国 の 理 科 教 育 に お い て 十 分 な 達 成 が な さ れ て い な い 課 題 で あ る と と も に 、学 校 現 場 に お い て さ ら に 重 点 的 に 実 施 さ れ る べ き 目 標 と な っ て い る 。 平 成 2 9 年 の 小 学 校 学 習 指 導 要 領 解 説 理 科 編 に は 、 実 験 を 計 画 す る 能 力 の 育 成 に つ い て 、 例 え ば 「 物 の 溶 け 方 ， 振 り 子 の 運 動 ， 電 流 が つ く る 磁 力 に つ い て 追 究 す る 中 で ， 主 に 予 想 や 仮 説 を 基 に ， 解 決 の 方 法 を 発 想 す る 力 を 養 う 」 な ど と 記 載 さ れ て い る （ 文 部 科 学 省 ，2 0 1 7 ） 。 こ の よ う に ，小 学 校 学 習 指 導 要 領 で は 実 地 の 活 動 を 通 し て 実 験 を 計 画 す る 能 力 を 育 成 す る こ と が 目 さ れ て い る 。実 際 の 問 題 解 決 場 面 を 離 れ て 実 験 を 計 画 す る 能 力 だ け を 取 り 出 し た 指 導 は 真 正 性 を 欠 く 指 導 と な り ，児 童 に と っ て 主 体 性 を 高 め る 学 習 と な り づ ら い こ と は 過 去 に 指 摘 さ れ て い る （ 小 川 ， 1 9 9 2 ） 。 そ の た め ，小 学 校 学 習 指 導 要 領 に 示 さ れ る よ う に 児 童 が 主 体 的 に 取 り 組 む 問 題 解 決 の 文 脈 の 中 で 実 験 を 計 画 す る 能 力 を 育 む こ と は 有 用 で あ る と 考 え ら れ る 。 し か し 、問 題 解 決 に お い て 児 童 自 身 が 主 体 的 に 実 験 を 計 画 す る 活 動 を 行 わ せ る に あ た っ て 、そ も そ も 実 験 に お い て は ど
序章 問題の所在及び研究の目的、方法 10 の よ う な 手 続 き が 必 要 な の か と い う 実 験 を 計 画 す る 活 動 そ の も の に 対 す る 十 分 な 議 論 が な さ れ て い な い 。 そ れ ゆ え 、 実 験 を 計 画 す る 活 動 を 通 し て ど の よ う な 能 力 を 育 成 す る の か と い う 視 点 か ら の 系 統 的 な 学 習 カ リ キ ュ ラ ム の 編 成 や 、実 験 を 計 画 す る 活 動 の 指 導 方 針 が 十 分 に 示 さ れ て い な い 。つ ま り 、 我 が 国 の 理 科 教 育 に お い て 実 験 を 計 画 す る 活 動 は 今 後 さ ら に 授 業 に お い て 実 施 さ れ る べ き だ と い う 方 針 は 示 さ れ て い る が 、指 導 す る 内 容 や そ れ を 指 導 す る 方 法 に つ い て は 示 さ れ て い な い 状 況 に あ り 、学 校 現 場 で 実 際 に 指 導 が な さ れ る 上 で 混 乱 を 招 く 可 能 性 が あ る 。 こ の た め 、 学 校 現 場 で の 指 導 に 対 し て 理 科 教 育 研 究 の 立 場 か ら 、実 験 を 計 画 す る 活 動 に 対 し て 十 分 な 知 見 を 示 す こ と が 希 求 さ れ て お り 、理 科 授 業 の さ ら な る 深 化 と 発 展 に む け て 貢 献 す る こ と の で き る 領 域 な の で あ る 。
序章 問題の所在及び研究の目的、方法 11
第 ２ 節
先 行 研 究 の 省 察
第 １ 項 実 験 を 計 画 す る 活 動 の 効 果 に 関 す る 先 行 研 究 平 成 3 0 年 度 の 全 国 学 力 学 習 状 況 調 査 で は 、 自 ら 考 え た 仮 説 を も と に 観 察 、実 験 の 計 画 を 立 て さ せ る 指 導 を 行 っ た と 回 答 し て い る 学 校 の 方 が 、教 科 の 平 均 正 答 率 が 高 い 傾 向 に あ っ た こ と が 指 摘 さ れ て い る（ 文 部 科 学 省 ・ 国 立 教 育 政 策 研 究 所 , 2 0 1 8 ） 。 同 様 の 指 摘 は 、 平 成 2 7 年 度 の 同 調 査 に お い て も 挙 げ ら れ て お り （ 文 部 科 学 省 ・ 国 立 教 育 政 策 研 究 所 , 2 0 1 5 ） 、 大 規 模 調 査 を 通 し て 実 験 を 計 画 す る 活 動 の 理 科 の 学 力 全 般 へ の 学 習 効 果 が 示 唆 さ れ た と 言 え よ う 。 ま た 、海 外 で は さ ら に 直 截 に 実 験 を 計 画 す る 活 動 の 学 習 効 果 を 論 じ る 研 究 も 複 数 著 さ れ て い る 。そ れ ら の 研 究 の １ つ の 傾 向 と し て 、 科 学 的 態 度 の 涵 養 に 関 す る 調 査 が あ る 。 K a r e l i n a ＆ E t k i n a ( 2 0 0 7 ) は 実 験 を 計 画 す る 活 動 を 含 む 授 業 に 取 り 組 ん だ 大 学 生 と 、実 験 を 計 画 す る 活 動 を 含 ま な い 授 業 に 取 り 組 ん だ 大 学 生 を 比 較 し 、前 者 の 学 生 が よ り 多 く の 時 間 を 実 験 に 用 い 、特 に 科 学 概 念 と 実 験 の つ な が り を 解 釈 す る 活 動 に 取 り 組 む こ と で 、科 学 者 の よ う な 振 る 舞 い が 見 ら れ た こ と を 報 告 し て い る 。 E t k i n a , K a r e l i n a a n d R u i b a l -V i l l a s e n o r ( 2 0 1 0 ) は 同 様 に 対 照 的 研 究 を 通 し て 、 実 験 を 計 画 す る 活 動 の 有 無 が 大 学 生 に と っ て 通 常 の テ ス ト の 点 数 に は 大 き な 影 響 を 与 え な か っ た も の の 、 測 定 ・ 数 学 的 手 続 き ・ 考 察 に 注 目 す る 態 度 と 、よ り コ ミ ュ ニ ケ ー シ ョ ン を 行 う 態 度 に 影 響 を 与 え 、科 学 的 習 慣 の 育 成 に 影 響 を 与 え る こ と を 実 証 的 に 明 ら か に し た 。 ま た 、 A p e d o e a n d F o r d ( 2 0 1 0 ) は 高 校 生 の 問 題 解 決 場 面 を 質 的 に 描 写 す る 研 究 を 通 し て 、実 験 を 計 画 す る 活 動 が 生 徒 の 実 証 的 な 態 度 の 育 成 を 促 す と 考 察 し て い る 。 さ ら に 別 の 傾 向 と し て 、 実 験 を 計 画 す る 活 動 の 効 果 に 、 実 験 を 計 画 す る 能 力 の 向 上 を 挙 げ る 研 究 が 見 受 け ら れ る 。中 で序章 問題の所在及び研究の目的、方法 12 も 条 件 を 制 御 す る 能 力（ C V S： C o n t r o l o f V a r i a b l e s S t r a t e g y ） の 一 連 の 研 究 群 に お い て 、実 験 を 計 画 す る 活 動 を 含 め た 探 究 的 な 学 習 と 、教 師 に よ る 明 示 的 な 教 示 の 比 較 調 査 が 行 わ れ て お り 、実 験 を 計 画 す る 活 動 に 一 定 の 学 習 効 果 が 見 ら れ る こ と が 報 告 さ れ て い る （ K u h n , B l a c k , K e s e l m a n , & K a p l a n , 2 0 0 0 ; S t r a n d - C a r y , M . , & K l a h r , D , 2 0 0 8 ; L o r c h e t a l . , 2 0 1 0 ; R o e s c h 、 N e r b & R i e s s , 2 0 1 5 ） 。 こ れ ら の 研 究 に つ い て は 次 項 に お い て よ り 詳 し く 論 じ る こ と と す る 。 さ ら に 、 実 験 を 計 画 す る 活 動 の 効 果 と し て は 、 内 容 理 解 へ の 影 響 が あ る こ と が 予 想 さ れ る 。 し か し 、 こ の 件 に 関 し て は 十 分 な 調 査 が な さ れ て い な い 。 A r c e a n d B e t a n c o u r t ( 1 9 9 7 ) に お い て 言 及 が な さ れ て い た が 、管 見 の 限 り に お い て そ れ 以 外 の 研 究 は 日 米 双 方 に お い て 見 ら れ な か っ た 。 A r c e a n d B e t a n c o u r t ( 1 9 9 7 ) に お い て も 、 ４ 名 の 生 徒 の 短 い コ メ ン ト か ら 「 実 験 を 計 画 す る 活 動 が 内 容 理 解 を 深 め た 」 と い う わ ず か な コ メ ン ト を 記 し て い る 程 度 で あ り 、実 験 を 計 画 す る 活 動 と 実 験 の 内 容 理 解 に つ い て の 関 連 は 十 分 に 調 査 さ れ て い る と は 言 い 難 い 。 ま た 、 仮 説 の 形 成 は 内 容 を 十 分 に 理 解 す る こ と に よ っ て な さ れ る が 、実 験 を 計 画 す る 活 動 と 仮 説 形 成 の 関 連 を 調 査 す る 論 文 も 同 様 に 見 ら れ な い 。 こ の よ う に 、先 行 研 究 か ら は 実 験 を 計 画 す る 活 動 の 学 習 効 果 と し て は 、 科 学 的 態 度 、 実 験 を 計 画 す る 能 力 に 関 し て そ れ ぞ れ 調 査 さ れ て お り 、そ の 結 果 か ら 学 習 者 の 広 範 な 学 力 の 向 上 に 寄 与 す る こ と が 期 待 さ れ る 。 一 方 、 仮 説 の 形 成 を 含 め た 実 験 の 内 容 理 解 に 与 え る 影 響 に つ い て は 十 分 な 研 究 が 行 わ れ て い な い 。 こ の こ と か ら 、 学 習 者 の 内 容 理 解 の 側 面 か ら 、 実 験 を 計 画 す る 活 動 の 学 習 効 果 に 関 し て さ ら な る 調 査 の 必 要 性 が 認 め ら れ た と 考 え る 。
序章 問題の所在及び研究の目的、方法 13 第 ２ 項 実 験 を 計 画 す る 活 動 の 指 導 方 法 に 関 す る 先 行 研 究 平 成 ２ ０ 年 告 示 の 小 学 校 学 習 指 導 要 領 解 説 編 理 科 で は 実 験 を 計 画 す る 能 力 の 育 成 に 関 し て 以 下 の よ う な 記 述 が 見 ら れ る 。 物 の 溶 け 方 に つ い て 興 味 ・ 関 心 を も っ て 追 究 す る 活 動 を 通 し て ， 物 が 水 に 溶 け る 規 則 性 に つ い て 条 件 を 制 御 し て 調 べ る 能 力 を 育 て る （ 文 部 科 学 省 ， 2 0 1 7 ） 。 こ こ で は 、「 条 件 を 制 御 し て 調 べ る 」と い う 実 験 の 能 力 が 、 も の の 溶 け 方 に つ い て 追 究 す る 活 動 を 通 し て 育 成 さ れ る と い う 、 学 習 目 標 と 手 段 の 関 係 が 示 さ れ て い る 。 こ の よ う に 理 科 授 業 に お け る 学 習 は 教 師 に よ る 教 示 か ら で は な く 、学 習 者 自 身 の 活 動 を 通 し て な さ れ る も の で あ る と い う 認 識 は 今 日 の 我 が 国 の 教 育 研 究 に お い て 広 く 共 有 さ れ て い る も の で あ る 。 先 述 の 通 り ， 児 童 が 主 体 的 に 取 り 組 む 問 題 解 決 の 文 脈 の 中 で 実 験 を 計 画 す る 能 力 を 育 む こ と は 児 童 の 理 解 を 深 め る と い う 観 点 か ら 有 用 で あ る と 考 え ら れ る 。 し か し 、 そ の よ う な 認 識 と 学 習 者 が 実 験 を 計 画 す る 活 動 を 行 え ば 、実 験 を 計 画 す る 能 力 は 自 然 と 醸 成 さ れ う る の で あ る と い う 素 朴 な 学 習 観 に つ い て は 区 別 し て 考 察 す る 必 要 が あ る 。実 験 を 計 画 す る 能 力 を 育 む う え で 実 際 の 探 究 的 な 学 習 に お け る 実 験 計 画 活 動 が 必 要 不 可 欠 で あ る と し て も 、実 験 計 画 活 動 さ え す れ ば 実 験 を 計 画 す る 能 力 は 向 上 す る と い う 保 証 は な い 。 全 般 的 な 学 習 に 関 し て の 研 究 で は 、 K i r s c h n e r , S w e l l e r a n d C l a r k ( 2 0 0 6 ) が 先 行 研 究 の レ ビ ュ ー を 通 し て 、学 習 者 自 身 の 活 動 の み を 行 う 学 習 は 、教 師 に よ る 教 示 を 行 う 学 習 と 比 し て 学 習 効 果 が 低 い こ と を 指 摘 し て い る 。A l f i e r i , B r o o k s , A l d r i c h & T e n e n b a u m ( 2 0 1 1 ) は 同 じ く レ ビ ュ ー 的 手 法 を 用 い て 、 教 師
序章 問題の所在及び研究の目的、方法 14 か ら の 教 示 を 受 け た 学 習 者 と 、探 究 に 取 り 組 ん だ 学 習 者 を 比 較 す る と 、教 師 か ら の 教 示 を 受 け た 学 習 者 の 方 が よ り 学 習 を 深 め る こ と が で き る こ と を 明 ら か に し て い る 。 A l f i e r i , B r o o k s , A l d r i c h & T e n e n b a u m ( 2 0 1 1 ) は そ こ か ら さ ら に 、 教 師 か ら の 教 示 を 受 け た 学 習 者 と 、教 師 の 適 切 な 支 援 の も と 発 見 学 習 に 取 り 組 ん だ 学 習 者 を 比 較 し て お り 、そ の 結 果 後 者 の 方 が よ い 成 績 を 収 め る こ と を 明 ら か に し た 。 実 験 を 計 画 す る 能 力 の 育 成 に 関 す る 研 究 に お い て も 同 様 の 報 告 は 複 数 見 ら れ る 。 条 件 を 制 御 す る 能 力 （ C V S ） の 育 成 を 目 標 と し た 一 連 の 研 究 で は 、し ば し ば 学 習 者 の 問 題 解 決 と 、 教 師 の 教 示 の ど ち ら が 有 効 か と い っ た 視 点 か ら の 実 証 研 究 が お こ な わ れ て き た 。 C h e n & K l a h r ( 1 9 9 9 ) は 7 歳 か ら 1 0 歳 の 児 童 に C V S（ C o n t r o l s o f V a r i a b l e s S t r a t e g y ： 変 数 を 制 御 す る 実 験 計 画 方 略 ） を 指 導 す る 際 に 、 明 示 的 な 教 示 が 有 効 で あ る こ と を 対 照 群 を 設 定 し た 授 業 実 践 研 究 よ り 実 証 し て い る 。 ま た 、 S t r a n d - C a r y & K l a h r （ 2 0 0 8 ） も 小 学 生 を 対 象 と し た 比 較 研 究 に よ っ て 同 様 の 結 果 を 報 告 し て い る 。 Z o h a r a n d D a v i d ( 2 0 0 8 ) は C V S の 用 い 方 と 、 い つ 、 な ぜ C V S を 用 い る の か と い う 知 識 を 併 せ て メ タ 戦 略 的 知 識 M S K と し て 扱 い 、 中 学 生 を 対 象 に そ れ を 指 導 し た 群 と 指 導 せ ず に 実 験 を 行 わ せ た 群 を 比 較 す る こ と で 、 C V S の 育 成 に は M S K の 明 示 的 教 示 が 有 効 で あ る と 結 論 付 け て い る 。 こ の よ う に 、 実 験 を 計 画 す る 能 力 の 育 成 に お い て も 明 示 的 な 教 示 の 重 要 性 は 示 さ れ て き た 。 さ ら に 先 行 研 究 に お い て は 教 示 の 有 効 性 に 加 え て 、教 示 と 学 習 者 自 身 が 思 考 す る 活 動 を 組 み 合 わ せ た 指 導 法 が よ り 効 果 的 で あ る と の 指 摘 が 見 ら れ る 。L o r c h e t a l .（ 2 0 1 0 ） は C V S の 指 導 場 面 に お い て 明 示 的 な 教 示 を 与 え た 群 と 児 童 自 身 に よ る 問 題 解 決 学 習 を 行 っ た 群 に 加 え て そ の 双 方 を 経 験 し た
序章 問題の所在及び研究の目的、方法 15 群 を 設 定 し 、 そ れ ら 3 群 を 比 較 す る こ と で 、 明 示 的 な 教 示 と 問 題 解 決 学 習 を 両 方 行 う 指 導 が 、実 験 計 画 能 力 の 育 成 に 最 も 有 効 で あ っ た と 報 告 し て い る 。 以 上 の よ う に 先 行 研 究 に お い て は 、学 習 者 の 内 容 理 解 を 深 め る た め に 学 習 者 自 身 が 思 考 す る 活 動 や 明 示 的 な 教 示 だ け で は な く そ れ ら を 組 み 合 わ せ た 指 導 が 有 効 で あ る と さ れ て い る 。 し か し 、 そ の 組 み 合 わ せ 方 や 学 習 者 に よ る 活 動 の 在 り 方 に つ い て は 検 討 の 余 地 が あ り 、さ ら な る 研 究 に よ っ て 精 緻 化 す る べ き 課 題 で あ る と 考 え ら れ る 。 第 ３ 項 実 験 を 計 画 す る 能 力 に 関 す る 先 行 研 究 実 験 を 計 画 す る 能 力 を 指 導 す る た め に は 、そ の 能 力 を 分 類 し 指 導 内 容 と し て 発 達 段 階 に 応 じ た 系 統 的 な 編 成 の 上 で 指 導 に 臨 む 必 要 が あ る 。今 日 の 理 科 授 業 に お け る 多 様 な 実 験 活 動 は し ば し ば 一 様 に み な さ れ 、十 分 に 定 義 が な さ れ て い な い と 指 摘 さ れ て い る （ G o t t a n d D u g g a n , 1 9 9 6 ） 。 そ の た め 、 実 験 を 計 画 す る 活 動 の 論 理 構 造 を 明 ら か に し 、そ こ で 用 い ら れ る 実 験 を 計 画 す る 能 力 を 明 ら か に す る 研 究 が 、指 導 方 略 の 検 討 と い っ た よ り 実 践 的 な 研 究 を 行 う 視 座 と し て 必 要 で あ り 今 日 的 課 題 で あ る と 言 え る 。 小 ・ 中 学 校 の 理 科 授 業 で 行 わ れ て い る 実 験 で 必 要 な ス キ ル に つ い て は 、探 究 に お け る 技 能 の 一 部 と し て 整 理 ・ 分 類 さ れ ， 説 明 さ れ て き た（ 長 谷 川 ら , 2 0 1 3 ）。長 谷 川 ら（ 2 0 1 3 ）は S A P A の プ ロ セ ス ス キ ル ズ を 精 選 ・ 統 合 す る こ と で 、 実 験 を 計 画 す る 過 程 に 当 た る 技 能 と し て 、以 下 の よ う な も の を 挙 げ て い る 。 ・ 実 験 に お い て 変 化 さ せ る 独 立 変 数 と 一 定 に 保 つ 独 立 変 数 を 設 定 す る ・ 観 察 ・ 実 験 の 目 的 に 応 じ て 従 属 変 数 等 を 適 切 な 言 葉 で 操 作 的 に 定 義 す る
序章 問題の所在及び研究の目的、方法 16 ・ 測 定 の 目 的 に 応 じ て 適 切 な 計 測 機 器 を 使 用 す る ま た 、 実 験 を 計 画 す る 能 力 の 中 で も ， 主 に 欧 米 の 理 科 教 育 研 究 に お い て 数 多 く の 知 見 が 得 ら れ て い る の が 対 照 実 験 に お け る 条 件 を 制 御 す る 能 力 （ C o n t r o l o f V a r i a b l e s S t r a t e g y ） の 育 成 に 関 す る 研 究 で あ る （ 例 え ば L a w s o n , 1 9 7 8 ; L o r c h J r e t a l . , 2 0 1 0 ; S c h w i c h o w , C r o k e r , Z i m m e r m a n , H ö f f l e r , & H ä r t i g , 2 0 1 6 ） 。 ま た ， 国 内 で も 仮 説 評 価 活 動 を 行 う 手 続 き 的 知 識 ( 小 林 , 2 0 0 9 ) ， 測 定 誤 差 を 解 釈 す る 能 力 （ 益 田 ・ 田 之 上 ・ 清 水 , 2 0 1 3 ） ， 変 数 を 同 定 す る 能 力 （ 大 嶌 , 2 0 1 5 ） ， 変 数 の 値 を 設 定 す る 能 力 （ 鈴 木 ・ 稲 田 , 2 0 1 6 ） の 育 成 に 関 す る 研 究 な ど が 見 ら れ る 。こ れ ま で の 研 究 で は 以 上 の よ う に そ れ ぞ れ の 研 究 で １ 、な い し 少 数 の 実 験 を 計 画 す る 能 力 が バ ラ バ ラ に 扱 わ れ て き た 。 そ の た め こ れ ら の 能 力 を 統 合 し 、 そ れ ぞ れ の 関 係 を 示 す 研 究 は 管 見 の 限 り 見 ら れ な い 。以 上 よ り 実 験 を 計 画 す る 能 力 を 指 導 内 容 と し て 見 据 え 、そ れ を 系 統 的 に 指 導 す る た め に は 、 実 験 を 計 画 す る 能 力 を 分 類 、 整 理 す る こ と で そ の 詳 細 を 明 ら か に す る 必 要 が あ る と 指 摘 さ れ る 。 安 部 ・ 松 本 ・ 松 本 （ 2 0 1 9 ） は ， 実 験 を 計 画 す る 能 力 と は ， そ れ ぞ れ の 仮 説 に 合 わ せ て 実 験 手 続 き を 適 切 に 用 い ，仮 説 を 検 証 す る 能 力 が 高 ま る よ う な 実 験 を デ ザ イ ン す る 能 力 で あ る と 定 義 し て い る 。 そ の た め 、 実 験 を 計 画 す る 能 力 と し て は 実 験 手 続 き の 手 順 を 理 解 す る だ け で は な く 、ど の よ う な 場 面 で 、 な ぜ 、 そ の 実 験 手 続 き を 用 い る の か と い う 認 知 的 理 解 が 必 要 で あ る と さ れ て い る 。こ の 観 点 に 沿 っ て 分 類 す る な ら ば 、 実 験 手 続 き を 分 類 、整 理 す る こ と が 実 験 を 計 画 す る 能 力 の 理 解 に つ な が る こ と が 期 待 さ れ る 。実 際 の 小 学 校 の 理 科 授 業 に お け る 実 験 が ど の よ う な 手 続 き を 用 い て い る の か を 調 査 す る こ と で 、小 学 生 に 育 成 す べ き 実 験 を 計 画 す る 能 力 を 検 討 す る 視 座 が 得 ら れ る で あ ろ う 。
序章 問題の所在及び研究の目的、方法 17
第 ３ 節
研 究 の 目 的 及 び 方 法
第 １ 項 研 究 の 目 的 先 行 研 究 よ り 見 い だ さ れ た 問 題 意 識 に 基 づ い て 本 研 究 で は 目 的 を 、小 学 校 の 理 科 授 業 に お け る 実 験 に 用 い ら れ る 手 続 き を 明 ら か に し 、児 童 が 実 験 を 計 画 す る 活 動 の 学 習 効 果 を 明 ら か に す る と と も に 、児 童 が 実 験 を 計 画 す る 活 動 の 指 導 方 略 を 提 案 す る こ と と し た 。 ま た 、 そ れ ら の 結 果 か ら 実 験 を 計 画 す る 活 動 の 指 導 に 関 す る 示 唆 を 述 べ る こ と と し た 。 第 ２ 項 研 究 の 方 法 上 記 の 目 的 を 達 成 す る た め に 、本 研 究 で は ３ つ の 研 究 課 題 を 設 定 し 、 そ れ ぞ れ に つ い て 解 決 を 試 み た 。 １ つ め の 研 究 課 題 （ 以 下 、 研 究 １ ） は 、 小 学 校 の 理 科 授 業 に お け る 実 験 に 用 い ら れ る 手 続 き を 明 ら か に す る こ と で あ る 。本 研 究 で は 特 に 小 学 校 理 科 授 業 に お け る 実 験 を 対 象 と す る 。 ２ つ め の 研 究 課 題 （ 以 下 、 研 究 ２ ） は 、 実 験 を 計 画 す る 活 動 を 授 業 に 取 り 入 れ る こ と で 児 童 が 形 成 す る 仮 説 に 与 え る 影 響 を 明 ら か に す る こ と で あ る 。 ３ つ め の 研 究 課 題 （ 以 下 、 研 究 ３ ） は 、 実 験 を 計 画 す る 活 動 を 指 導 す る 指 導 方 略 を 提 案 し 、実 証 的 調 査 か ら そ の 学 習 効 果 を 明 ら か に す る こ と で あ る 。 上 記 の ３ つ の 研 究 課 題 を 解 決 す る た め の 研 究 の 方 法 と し て 、 第 １ に 先 行 文 献 の 調 査 を 行 っ た 。 実 験 を 計 画 す る 過 程 と 実 験 の 手 続 き に 関 し て は 、理 科 教 育 に 留 ま ら ず 広 く 記 述 を 収 集 し そ れ ら を 統 合 す る 理 論 の 導 出 を 試 み た 。 第 ２ に 、 小 学 校 理 科 授 業 に お け る 授 業 実 践 か ら 、 試 み る 指 導 方 略 の 効 果 を 実 証 的 に 調 査 し た 。 調 査 は 、 研 究 課 題 に 応 じ て 質 問 紙 調 査 、音 声 プ ロ ト コ ル 、ワ ー ク シ ー ト の 記 述 を 質 的 、序章 問題の所在及び研究の目的、方法
18 量 的 に 分 析 し た 。
第 ３ に 上 記 の 方 法 に よ っ て 得 ら れ た 成 果 を 総 括 し 、実 験 を 計 画 す る 活 動 の 実 施 に 対 す る 教 育 実 践 へ の 示 唆 を 述 べ た 。
序章 問題の所在及び研究の目的、方法 19
第 ４ 節
本 論 文 の 構 成
本 論 文 は 、 序 章 及 び 終 章 を 含 め ８ 章 か ら 構 成 し て い る 。 以 下 、 章 立 て を 述 べ る 。 序 章 で は 、 研 究 を 展 開 す る に 至 っ た 問 題 の 所 在 、 研 究 の 目 的 及 び 方 法 に つ い て 述 べ た 。 第 １ 章 及 び 第 ２ 章 は 研 究 １ に 位 置 づ く も の で あ る 。第 １ 章 で は 文 献 調 査 に よ り 、 実 験 の 手 続 き の 解 明 を 試 み る 。 第 ２ 章 で は 実 験 の 手 続 き の 児 童 へ の 影 響 を 授 業 実 践 か ら 調 査 す る こ と で 、授 業 実 践 に お い て 実 験 を 適 切 に 構 築 す る こ と の 重 要 性 を 明 ら か に す る 。 第 ３ 章 は 研 究 ２ に 位 置 づ く も の で あ る 。 授 業 実 践 に よ り 、 実 験 を 計 画 す る 活 動 の 児 童 へ の 効 果 を 調 査 す る 。小 学 校 第 ６ 学 年 「 も の の 燃 え 方 」 単 元 の 実 験 を 題 材 と し て 、 児 童 の 仮 説 形 成 へ の 影 響 を 検 証 す る 。 第 ４ 章 、第 ５ 章 及 び 第 ６ 章 は 研 究 ３ に 位 置 づ く も の で あ る 。 第 ４ 章 で は 先 行 文 献 の 知 見 に 基 づ き 、実 験 を 計 画 す る 活 動 を 指 導 す る 方 略 を 提 案 す る 。 第 ５ 章 で は 授 業 実 践 に よ り 、 提 案 し た 指 導 方 略 の 効 果 を 仮 説 妥 当 性 に 関 わ る 実 験 手 続 き の 指 導 場 面 に お い て 検 証 す る 。題 材 と し た 実 験 は 小 学 校 第 ６ 学 年 「 物 の 燃 え 方 」 に お け る 実 験 で あ る 。 第 ６ 章 で は 同 じ く 授 業 実 践 に よ り 、第 ５ 章 に 変 更 を 加 え た 指 導 方 略 の 効 果 を 仮 説 の 信 頼 性 に 関 わ る 実 験 手 続 き の 指 導 場 面 に お い て 検 証 す る 。小 学 校 第 ５ 学 年 「 ふ り こ の き ま り 」 に お け る 実 験 を 題 材 と し て 実 践 を 行 う 。 終 章 で は 、一 連 の 研 究 成 果 を ま と め 、本 研 究 の 総 括 を 行 う 。 ま た 、 教 育 実 践 ・ 教 育 研 究 へ の 寄 与 を 論 じ る 。 各 章 の 構 成 を 図 に 表 す と 図 １ の よ う に な る 。序章 問題の所在及び研究の目的、方法 20 ｊ 序 章 問 題 の 所 在 及 び 研 究 の 目 的 、 方 法 先 行 研 究 に お け る 「 実 験 の 手 続 き 」 先 行 研 究 に お け る 「 実 験 計 画 活 動 の 効 果 」 先 行 研 究 に お け る 「 実 験 計 画 活 動 の 指 導 法 」
実 験 の
⼿ 続 き
実 験 を 計 画 す る
活 動 の
指 導 ⽅ 略
実 験 を 計 画 す る
活 動 の
効 果
３
１
２
第 １ 章 小 学 校 理 科 授 業 で 用 い ら れ る 実 験 の 手 続 き 第 ２ 章 仮 説 の 受 容 可 能 性 と 児 童 の 内 容 理 解 第 ４ 章 実 験 を 計 画 さ せ る 活 動 の 指 導 方 略 第 ５ 章 仮 説 の 妥 当 性 を 高 め る 実 験 手 続 き の 指 導 と そ の 効 果 第 ６ 章 仮 説 の 信 頼 性 を 高 め る 実 験 手 続 き の 指 導 と そ の 効 果 第 ３ 章 実 験 を 計 画 す る 活 動 に よ る 仮 説 形 成 の 効 果 終 章 本 研 究 の ま と め 及 び 今 後 の 課 題 図 1 本 論 文 の 構 成 研 究 １ 研 究 ２ 研 究 ３序章 問題の所在及び研究の目的、方法 21 引 用 参 考 文 献 安 部 洋 一 郎 ・ 松 本 榮 次 ・ 松 本 伸 示 ( 2 0 1 9 ) 「 小 学 校 理 科 授 業 に お け る 実 験 手 続 き の 指 導 方 法 と そ の 効 果 」 『 理 科 教 育 学 研 究 』 第 5 9 巻 ， 第 3 号 ， 3 2 5 - 3 3 4 . A l f i e r i , L . , B r o o k s , P . J . , A l d r i c h , N . J . , & T e n e n b a u m , H . R . ( 2 0 1 1 ) . D o e s d i s c o v e r y - b a s e d i n s t r u c t i o n e n h a n c e l e a r n i n g ? J o u r n a l o f E d u c a t i o n a l P s y c h o l o g y , 1 0 3 ( 1 ) , 1 - 1 8 . A p e d o e , X . , & F o r d , M . ( 2 0 1 0 ) . T h e e m p i r i c a l a t t i t u d e , m a t e r i a l p r a c t i c e a n d d e s i g n a c t i v i t i e s . S c i e n c e & E d u c a t i o n , 1 9 ( 2 ) , 1 6 5 -1 8 6 . A r c e , J . , & B e t a n c o u r t , R . ( 1 9 9 7 ) . S t u d e n t - d e s i g n e d e x p e r i m e n t s i n s c i e n t i f i c l a b i n s t r u c t i o n . J o u r n a l o f C o l l e g e S c i e n c e T e a c h i n g , 2 7 ( 2 ) , 1 1 4 - 1 1 8 . C h e n , Z . , & K l a h r , D . ( 1 9 9 9 ) . A l l o t h e r t h i n g s b e i n g e q u a l : A c q u i s i t i o n a n d t r a n s f e r o f t h e c o n t r o l o f v a r i a b l e s s t r a t e g y . C h i l d d e v e l o p m e n t , 7 0 ( 5 ) , 1 0 9 8 - 1 1 2 0 . E t k i n a , E . , K a r e l i n a , A . , R u i b a l - V i l l a s e n o r , M . , R o s e n g r a n t , D . , J o r d a n , R . , & H m e l o - S i l v e r , C . E . ( 2 0 1 0 ) . D e s i g n a n d r e f l e c t i o n h e l p s t u d e n t s d e v e l o p s c i e n t i f i c a b i l i t i e s : L e a r n i n g i n i n t r o d u c t o r y p h y s i c s l a b o r a t o r i e s . T h e J o u r n a l o f t h e L e a r n i n g S c i e n c e s , 1 9 ( 1 ) , 5 4 - 9 8 . 後 藤 顕 一 （ 2 0 1 7 ） 「 O E C D 生 徒 の 学 習 到 達 度 調 査 （ P I S A 2 0 1 5 ） の 結 果 」 『 理 科 の 教 育 』 第 6 6 巻 ， 4 – 9 . G o t t , R . , & D u g g a n , S . ( 1 9 9 6 ) . P r a c t i c a l w o r k : i t s r o l e i n t h e u n d e r s t a n d i n g o f e v i d e n c e i n s c i e n c e . I n t e r n a t i o n a l J o u r n a l o f S c i e n c e E d u c a t i o n , 1 8 ( 7 ) , 7 9 1 - 8 0 6 . 長 谷 川 直 紀 ・ 吉 田 裕 ・ 関 根 幸 子 ・ 田 代 直 幸 ・ 五 島 政 一 ・ 稲 田 結 美 ・ 小 林 辰 至 ( 2 0 1 3 ) 「 小 ・ 中 学 校 の 理 科 教 科 書 に 掲 載 さ れ て い る 観 察 ・
序章 問題の所在及び研究の目的、方法 22 実 験 等 の 類 型 化 と そ の 探 究 的 特 徴 」 『 理 科 教 育 学 研 究 』 第 5 4 巻 ， 第 2 号 ， 2 2 5 - 2 4 7 . K a r e l i n a , A . , & E t k i n a , E . ( 2 0 0 7 ) . A c t i n g l i k e a p h y s i c i s t : S t u d e n t a p p r o a c h s t u d y t o e x p e r i m e n t a l d e s i g n . P h y s i c a l R e v i e w S p e c i a l T o p i c s - P h y s i c s E d u c a t i o n R e s e a r c h , 3 ( 2 ) , 0 2 0 1 0 6 . K i r s c h n e r , P . A . , S w e l l e r , J . , & C l a r k , R . E . ( 2 0 0 6 ) . W h y m i n i m a l g u i d a n c e d u r i n g i n s t r u c t i o n d o e s n o t w o r k : A n a n a l y s i s o f t h e f a i l u r e o f c o n s t r u c t i v i s t , d i s c o v e r y , p r o b l e m - b a s e d , e x p e r i e n t i a l , a n d i n q u i r y - b a s e d t e a c h i n g . E d u c a t i o n a l p s y c h o l o g i s t , 4 1 ( 2 ) , 7 5 - 8 6 . 小 林 寛 子 ( 2 0 0 9 ) 「 「 仮 説 評 価 ス キ ー マ 」 教 示 と 協 同 活 動 が 科 学 的 な 法 則 や 理 論 の 理 解 と 観 察 ・ 実 験 ス キ ル の 向 上 に 与 え る 影 響 」 『 教 育 心 理 学 研 究 』 第 5 7 巻 ， 第 2 号 ， 1 3 1 - 1 4 2 . K u h n , D . , B l a c k , J . , K e s e l m a n , A . , & K a p l a n , D . ( 2 0 0 0 ) . T h e d e v e l o p m e n t o f c o g n i t i v e s k i l l s t o s u p p o r t i n q u i r y l e a r n i n g . C o g n i t i o n a n d I n s t r u c t i o n , 1 8 ( 4 ) , 4 9 5 - 5 2 3 . L a w s o n , A . E . ( 1 9 7 8 ) . T h e d e v e l o p m e n t a n d v a l i d a t i o n o f a c l a s s r o o m t e s t o f f o r m a l r e a s o n i n g . J o u r n a l o f r e s e a r c h i n s c i e n c e t e a c h i n g , 1 5 ( 1 ) , 1 1 - 2 4 . L o r c h J r , R . F . , L o r c h , E . P . , C a l d e r h e a d , W . J . , D u n l a p , E . E . , H o d e l l , E . C . , & F r e e r , B . D . ( 2 0 1 0 ) . L e a r n i n g t h e c o n t r o l o f v a r i a b l e s s t r a t e g y i n h i g h e r a n d l o w e r a c h i e v i n g c l a s s r o o m s : C o n t r i b u t i o n s o f e x p l i c i t i n s t r u c t i o n a n d e x p e r i m e n t a t i o n . J o u r n a l o f E d u c a t i o n a l P s y c h o l o g y , 1 0 2 ( 1 ) , 9 0 . 益 田 裕 充 ・ 田 之 上 大 輔 ・ 清 水 秀 夫 ( 2 0 1 3 ) 「 測 定 誤 差 の 解 釈 を 支 援 す る 理 科 授 業 デ ザ イ ン : ア ク シ ョ ン ・ リ サ ー チ の 視 点 を 用 い た 体 系 的 な ア プ ロ ー チ 」 『 臨 床 教 科 教 育 学 会 誌 』 第 1 3 巻 ， 第 1 号 ， 7 3 -8 0 .
序章 問題の所在及び研究の目的、方法 23 文 部 科 学 省 （ 2 0 0 8 ） 『 小 学 校 学 習 指 導 要 領 解 説 理 科 編 . 』 大 日 本 図 書 . 文 部 科 学 省 （ 2 0 1 7 ） 『 小 学 校 学 習 指 導 要 領 解 説 理 科 編 』 大 日 本 図 書 文 部 科 学 省 ・ 国 立 教 育 政 策 研 究 所 （ 2 0 1 5 ） 「 平 成 2 7 年 度 全 国 学 力 ・ 学 習 状 況 調 査 【 小 学 校 】 報 告 書 」 R e t r i e v e d f r o m h t t p s : / / w w w . n i e r . g o . j p / 1 5 c h o u s a k e k k a h o u k o k u / r e p o r t / d a t a / p s c i . p d f ( a c c e s s e d 2 0 1 8 . 0 3 . 3 0 ) 大 嶌 竜 午 ( 2 0 1 5 ) 「 英 国 の 科 学 的 探 究 能 力 育 成 教 材 に お け る 変 数 同 定 の 指 導 方 法 の 特 質 」 『 理 科 教 育 学 研 究 』 第 5 5 巻 ， 第 4 号 ， 4 0 5 -4 1 -4 . R o e s c h , F . , N e r b , J . , & R i e s s , W . ( 2 0 1 5 ) . P r o m o t i n g e x p e r i m e n t a l p r o b l e m - s o l v i n g a b i l i t y i n s i x t h - g r a d e s t u d e n t s t h r o u g h p r o b l e m - o r i e n t e d t e a c h i n g o f e c o l o g y : F i n d i n g s o f a n i n t e r v e n t i o n s t u d y i n a c o m p l e x d o m a i n . I n t e r n a t i o n a l J o u r n a l o f S c i e n c e E d u c a t i o n , 3 7 ( 4 ) , 5 7 7 - 5 9 8 . S c h w i c h o w , M . , C r o k e r , S . , Z i m m e r m a n , C . , H ö f f l e r , T . , & H ä r t i g , H . ( 2 0 1 6 ) . T e a c h i n g t h e c o n t r o l o f v a r i a b l e s s t r a t e g y : A m e t a -a n -a l y s i s . D e v e l o p m e n t -a l R e v i e w , 3 9 , 3 7 - 6 3 . S t r a n d - C a r y , M . , & K l a h r , D . ( 2 0 0 8 ) . D e v e l o p i n g e l e m e n t a r y s c i e n c e s k i l l s : I n s t r u c t i o n a l e f f e c t i v e n e s s a n d p a t h i n d e p e n d e n c e . C o g n i t i v e D e v e l o p m e n t , 2 3 ( 4 ) , 4 8 8 - 5 1 1 . 鈴 木 禎 弘 ・ 稲 田 結 美 ( 2 0 1 6 ) 「 実 験 活 動 に お い て 独 立 変 数 の 値 を 設 定 す る 能 力 の 育 成 に 関 す る 研 究 」 『 理 科 教 育 学 研 究 』 第 5 6 巻 ， 第 4 号 ， 4 4 7 - 4 5 8 . W a j e m a n , C . , G i r a u l t , I . , D ' H a m , C . , N e y , M . , & S a n c h e z , E . ( 2 0 0 5 ) . A n a l y s i n g e x p e r i m e n t a l d e s i g n t a s k s i n s c i e n t i f i c l a b w o r k . P a p e r p r e s e n t e d a t t h e C o n f e r e n c e o f E u r o p e a n S c i e n c e E d u c a t i o n R e s e a r c h A s s o c i a t i o n ( E S E R A 2 0 0 5 ) : c o n t r i b u t i o n s o f r e s e a r c h t o e n h a n c i n g s t u d e n t s ' i n t e r e s t i n l e a r n i n g s c i e n c e .
序章 問題の所在及び研究の目的、方法
24
Z o h a r , A . , & D a v i d , A . B . ( 2 0 0 8 ) . E x p l i c i t t e a c h i n g o f m e t a -s t r a t e g i c k n o w l e d g e i n a u t h e n t i c c l a -s -s r o o m -s i t u a t i o n -s . M e t a c o g n i t i o n a n d L e a r n i n g , 3 ( 1 ) , 5 9 - 8 2 .
第１章 小学校理科授業で用いられる実験の手続き 25
第 １ 章
小 学 校 理 科 授 業 で 用 い ら れ る 実
験 の 手 続 き
本 章 で は 研 究 １ と し て 小 学 校 理 科 授 業 で 用 い ら れ る 実 験 の 手 続 き を 明 ら か に す る こ と を 目 的 と し て 論 じ た 。 本 章 で は 目 的 を 達 成 す る た め に 、 文 献 研 究 を 行 っ た 。 具 体 的 に は 、ま ず 第 1 に 主 に 理 科 教 育 及 び 科 学 哲 学 等 に 関 す る 文 献 を 収 集 し 、 実 験 を 計 画 す る 活 動 の 論 理 構 造 を 同 定 し た 。 次 に そ の 論 理 構 造 に 位 置 づ け ら れ る 統 計 的 な 実 験 的 研 究 手 法 に つ い て 、自 然 科 学 や 社 会 科 学 等 の 多 様 な 分 野 に お け る 文 献 を 収 集 し 、 実 験 手 続 き の 詳 細 を 論 じ た 。 最 後 に 小 学 校 理 科 教 科 書 に 掲 載 さ れ た 実 験 を 調 査 し 、用 い ら れ て い る 実 験 手 続 き を 同 定 し た 。第 １ 節
本 章 の 目 的 と 研 究 の 手 順
実 験 を 計 画 す る こ と は 従 来 の 研 究 に お い て は 演 繹 的 推 論 で あ り 、 比 較 的 単 純 な 過 程 と し て 捉 え ら れ て き た （ L a w s o n , 2 0 0 3 ） 。 し か し 実 験 を 計 画 す る こ と は 、 様 々 な 要 素 が 関 わ り あ っ て い る 複 雑 な 過 程 で あ り ( J e o n g , S o n g e r & L e e , 2 0 0 7 ）、必 ず し も 直 線 的 で 自 動 的 な 思 考 過 程 で は な い 。 小 学 校 の 理 科 授 業 で 行 わ れ て い る 実 験 に は 、 実 験 手 続 き （ 安 部 ・ 松 本 ・ 松 本 , 2 0 1 9 ） や 実 験 と 仮 説 を つ な ぐ 論 理 （ 安 部 ・ 高 橋 ・ 山 岡 ・ 松 本 , 2 0 1 9 ） に 複 雑 な も の が あ る こ と が 指 摘 さ れ て い る 。 こ の 点 に つ い て G o t t a n d D u g a n s（ 1 9 9 6 ） は 理 科 授 業 に お け る 実 験 活 動 が 単 一 の も の だ と み な さ れ 十 分 な 定 義 が な さ れ て い な い こ と が 、理 科 教 育 研 究 に 混 乱 を 生 じ さ せ て い る と 指 摘 し て い る 。そ の た め 実 際 に 行 わ れ て い る 実 験 を 調第１章 小学校理科授業で用いられる実験の手続き 26 査 し 、実 験 の 詳 細 を 分 析 す る 研 究 は 今 日 の 我 が 国 の 理 科 教 育 研 究 に お い て と り あ げ る べ き ト ピ ッ ク の １ つ で あ る と 考 え ら れ る 。 特 に 、 序 章 で 論 じ た 通 り 小 学 校 の 学 習 内 容 と し て 実 験 を 計 画 す る 能 力 を 取 り 上 げ る に あ た り 、小 学 校 理 科 授 業 で 行 わ れ て い る 実 験 を 、そ こ で 用 い ら れ て い る 実 験 手 続 き の 水 準 ま で 詳 細 に 検 討 す る 必 要 が あ る 。 小 学 校 で 指 導 さ れ る 理 科 学 習 の 内 容 は 、よ り 上 位 の 学 問 領 域 か ら の 豊 か な 知 見 に 基 づ い て 構 成 さ れ て い る 。 例 え ば 、 小 学 校 の 生 き 物 に 関 す る 指 導 内 容 は 、 分 子 生 物 学 、 生 態 学 、 解 剖 学 、 発 生 生 物 学 、 動 物 行 動 学 と い っ た 種 々 の 学 問 に つ な が る 学 習 で あ り 、生 物 学 の 基 礎 を 指 導 す る べ く 系 統 的 に 配 置 さ れ て い る 。 対 し て 、 実 験 を 計 画 す る 活 動 に つ い て は 、 中 心 と な る 上 位 の 学 問 領 域 は 統 計 学 に あ た る 。 中 で も 、 実 験 に お け る 様 々 な 手 続 き は F i s h e r に よ っ て そ の 基 礎 が 築 か れ 、 実 験 計 画 法（ D e s i g n o f e x p e r i m e n t ）と し て 発 展 し て き た 。し か し 、 各 種 研 究 分 野 に お い て は 実 験 計 画 法 を 基 礎 と し つ つ も 、対 象 に 合 わ せ た 実 験 手 法 が 分 野 ご と に 発 展 し 用 い ら れ て き た 。そ の た め 、 実 験 の 方 法 論 や 用 語 は 必 ず し も 統 一 さ れ て お ら ず 、 時 に は １ つ の 学 問 領 域 に 特 化 し た 手 法 が 用 い ら れ る こ と も あ る 。 小 学 校 の 理 科 教 育 に お い て は 物 理 ・ 化 学 ・ 生 物 ・ 地 学 の 各 領 域 の 単 元 が 配 置 さ れ 、そ の 実 験 も 多 岐 に わ た っ て い る 。 そ の た め 実 験 の 詳 細 を 調 査 す る 上 で 統 計 学 だ け で は な く 、自 然 科 学 は も ち ろ ん 社 会 科 学 の 各 種 研 究 分 野 の 観 点 を 取 り 入 れ 考 察 す る 必 要 が あ る 。 ま た 、 国 内 外 の 理 科 教 育 に 関 す る 先 行 研 究 に お い て 扱 わ れ て き た 実 験 手 法 を そ れ ら の 観 点 と 呼 応 さ せ 、 そ の 一 致 を 試 み る こ と で 、 論 点 が 明 ら か に な る こ と が 期 待 さ れ る 。 W a j e m a n , G i r a u l t , D ’ H a m , N e y , & S a n c h e z ( 2 0 0 5 ) は 実 験 を 計 画 す る 活 動 で は 学 習 者 が 抱 え る 課 題 と 、 実 験 と 、 予 想 さ れ る
第１章 小学校理科授業で用いられる実験の手続き 27 結 果 を つ な ぐ こ と が 求 め ら れ る と 指 摘 し て い る 。実 験 を 計 画 す る 活 動 を 分 析 す る た め に は 、そ こ で 用 い ら れ る 手 法 や そ れ を 用 い る 判 断 と い う ミ ク ロ な 視 点 だ け で は な く 、全 体 と し て の 問 題 解 決 に お い て 実 験 を 計 画 す る 活 動 が 果 た す 役 割 と つ な が り と い う マ ク ロ な 視 点 か ら の 分 析 が 求 め ら れ る 。こ の よ う な 実 験 が 果 た す 役 割 に つ い て は 科 学 哲 学 に お い て 議 論 の 俎 上 に の せ ら れ 、 長 年 そ の 意 味 が 問 わ れ て き た 。 そ の た め 実 験 を 計 画 す る 活 動 の 詳 細 を 明 ら か に す る に あ た り 、科 学 哲 学 や 、科 学 的 な 手 法 の 成 り 立 ち を 研 究 す る 科 学 史 の 知 見 も 必 要 に 応 じ て 参 照 す る こ と が 求 め ら れ る 。 本 研 究 の 目 的 は 実 験 を 計 画 す る 活 動 の 論 理 構 造 を 明 ら か に し 、小 学 校 理 科 授 業 で 用 い ら れ る 実 験 の 手 続 き を 分 類 す る こ と で あ る 。 ま た 、 本 研 究 で は 一 般 的 な 自 然 科 学 実 験 で は な く 、あ く ま で も 理 科 授 業 に お い て 扱 わ れ る 実 験 を 対 象 と し て い る 。そ の た め 、小 学 校 理 科 教 科 書 に 掲 載 さ れ た 実 験 を 以 て 、 小 学 校 理 科 授 業 で 行 わ れ る 実 験 の 実 例 と し 、そ の 記 述 の 分 析 に よ っ て 小 学 校 に お け る 実 験 の 手 続 き を 判 断 す る こ と と し た 。
第１章 小学校理科授業で用いられる実験の手続き 28
第 ２ 節
実 験 を 計 画 す る 活 動 に お け る 論 理 構 造
仮 説 か ら 実 験 を 通 し て 確 か め る こ と の で き る 言 明 を 引 き 出 す 推 論 は 演 繹 的 推 論 で あ る と さ れ て い る （ L a w s o n , 2 0 0 3 ) こ と か ら 、実 験 を 計 画 す る 推 論 は 演 繹 的 推 論 で あ る と 判 断 さ れ る こ と が 多 い 。例 え ば A 社 の 小 学 校 第 ５ 学 年 の 教 科 書 に は 、 水 溶 液 の 単 元 に お い て「 物 は 水 に 溶 け る と な く な っ て し ま う の だ ろ う か 」と い う 問 い と そ れ を 解 決 す る た め の 実 験 が 掲 載 さ れ て い る 。 こ こ で は 、 な く な っ て し ま う の か 、 ま だ 水 の 中 に 残 っ て い る の か と い う 、 観 察 不 能 な 「 存 在 」 を 検 証 す る た め に 、 質 量 を 用 い た 実 験 が 紹 介 さ れ て い る 。 こ の 実 験 の 演 繹 的 推 論 は 図 ２ の よ う に 示 す こ と が で き る 。 図 2 実 験 を 計 画 す る 活 動 の 演 繹 的 推 論 図 ２ の 例 で は 、 水 に 食 塩 を 溶 か す と い う 言 明 を p 、 食 塩 は 水 の 中 に あ る 言 明 を q 、 食 塩 の 重 さ は 変 わ ら な い と い う 言 明 を r と 記 す な ら ば （ 図 3 ） の よ う な 論 理 式 で 表 現 す る こ と が で き る 。 水 に 食 塩 を 溶 か す / な ら ば / 食 塩 は 水 の 中 に あ る 水 に 食 塩 を 溶 か す / な ら ば / 食 塩 の 重 さ は 変 わ ら な い （ だ ろ う ） 予 想 食 塩 は 水 の 中 に あ る / な ら ば / 食 塩 の 重 さ は 変 わ ら な い 仮 説第１章 小学校理科授業で用いられる実験の手続き 29 図 ３ の 推 論 形 式 は 純 粋 仮 言 三 段 論 法 に あ た り 、演 繹 的 推 論 で あ る こ と が 見 て と れ る 。 こ こ で は 、 「 水 の 中 に あ る 」 と い う 観 察 不 能 な 「 存 在 」 を 検 証 す る た め に 、 観 察 可 能 で あ る 質 量 を 用 い た 実 験 が 紹 介 さ れ て い る 。 こ の よ う に 、 直 接 テ ス ト す る こ と が で き な い 仮 説 か ら は 、独 立 変 数 の 操 作 方 法 と 従 属 変 数 の 観 察 方 法 を 抽 出 す る こ と で テ ス ト 可 能 な 言 明 を 引 き 出 す 必 要 が あ る 。 L a w s o n e t a l . ( 2 0 0 0 ) は 大 学 生 の 実 験 を 計 画 す る 能 力 を 調 査 し 、こ の よ う に 観 察 不 能 な 仮 説 か ら の 実 験 計 画 が 、観 察 可 能 な 仮 説 か ら の 実 験 計 画 と 比 較 し て 困 難 で あ る こ と を 明 ら か に し て い る 。 こ の よ う に 、 実 験 を 計 画 す る 活 動 は 、演 繹 的 推 論 に よ り 仮 説 を 観 察 可 能 な 対 象 に 投 影 す る こ と で 検 証 可 能 な 対 象 に 置 き 換 え る と い う 側 面 を 有 し て い る 。 ま た 、 実 験 を 計 画 す る 活 動 に お け る 論 理 構 造 に は 、 こ れ ま で あ ま り 言 及 さ れ て こ な か っ た も う 一 つ の 重 要 な 要 素 が あ る 。 実 験 計 画 法 を 提 唱 し た F i s h e r は 、 実 証 的 調 査 が 誤 り で あ る と さ れ る 場 合 に は 、仮 説 か ら 実 験 を 導 き 出 す 推 論 が 誤 り で あ る と 指 摘 さ れ る 場 合 と 、実 験 結 果 か ら 結 論 を 導 き 出 す 推 論 が 誤 り で あ る と さ れ る 場 合 が あ る と 指 摘 し て い る （ F i s h e r , 1 9 3 7 ） 。 F i s h e r の 指 摘 通 り 、 仮 説 か ら 演 繹 的 に 導 き 出 さ れ た 予 想 と 実 験 結 果 が 一 致 し た と し て も 、そ の 実 験 結 果 か ら 考 察 に よ っ て 当 初 の 仮 説 の 正 し さ を 実 証 で き る と は 限 ら な い 。 こ の 点 に 関 し て 、 L a w s o n ( 2 0 0 3 ) は 実 験 を 計 画 す る 思 考 に お い て は 、１ つ の 仮 説 か ら 演 繹 的 に 導 か れ る 推 論 だ け で は な く 、他 の 競 合 す る 仮 説 と 関 連 す る 推 論 も 必 要 で あ る と p → q q → r ∴p → r 図 3 図 ２ の 演 繹 的 推 論 の 論 理 式
第１章 小学校理科授業で用いられる実験の手続き 30 指 摘 し て い る 。 例 え ば 、 先 の 食 塩 水 の 例 で 言 え ば 、 食 塩 水 に 何 か 別 の も の が 入 っ た た め 重 さ に 影 響 を 与 え た 可 能 性 や 、重 さ の 測 定 が 正 確 で な か っ た 可 能 性 を 排 除 す る こ と で 、「 水 に と け た 食 塩 が 存 在 す る 」と い う 仮 説 に 対 す る 実 験 の 検 証 能 力 が 高 ま る で あ ろ う 。 こ の よ う に 実 験 を 計 画 す る た め に は 、 単 に 仮 説 を 演 繹 的 推 論 か ら 具 体 化 す る だ け で は な く 、仮 説 が 正 し い と 判 断 で き る 程 度 が 高 ま る よ う な 工 夫 を 施 す 必 要 が あ る 。 こ の よ う な 工 夫 は 決 し て 一 様 で は な く 、 実 験 ご と 、 研 究 者 ご と に 工 夫 す る 余 地 が あ る 。 つ ま り 、 実 験 を 計 画 す る 活 動 は 演 繹 的 推 論 と い う 言 葉 か ら イ メ ー ジ さ れ る よ う に 、仮 説 か ら 自 動 的 ・ 必 然 的 に 結 論 が 導 か れ る 行 為 で は な く 、 一 方 で 創 造 的 な 側 面 を 有 し て い る （ L a w s o n , 2 0 0 3 ） 。 H e m p e l（ 1 9 3 7 ） は こ こ で 言 う 「 仮 説 が 正 し い と 判 断 で き る 程 度 」 を 受 容 可 能 性 （ a c c e p t a b i l i t y ） と 呼 ん で い る た め 、 本 研 究 で も そ れ に 倣 い こ の 概 念 に 対 し 仮 説 の 受 容 可 能 性 と い う 言 葉 を 用 い る こ と と す る 。実 験 を 計 画 す る 活 動 に お け る 論 理 構 造 と し て は 、こ れ ま で の 理 科 教 育 研 究 で は 演 繹 的 推 論 の 側 面 が 強 調 さ れ る こ と が 多 く 、仮 説 の 受 容 可 能 性 を 高 め る 側 面 に つ い て は 言 及 さ れ る こ と が 多 く な か っ た 。 し か し 、 仮 説 の 受 容 可 能 性 を 高 め る こ と の 重 要 性 は 研 究 者 誰 も が 意 識 し て い る 、実 験 の 論 理 構 造 の 重 要 な 側 面 で あ る と 言 え る だ ろ う 。 仮 説 の 受 容 可 能 性 の 尺 度 に は 、 妥 当 性 ： V a l i d i t y と 信 頼 性 ： R e l i a b l i t y （ G o t t & D u g g a n s , 1 9 9 6 ） が 挙 げ ら れ る 。 L u b b e n a n d M i l l a r ( 1 9 9 6 ) は 妥 当 性 が 「 自 分 が 観 察 ・ 測 定 し て い る も の が 、 私 が 観 察 ・ 測 定 し て い る と 思 っ て い る も の と 同 一 で あ る か 」 と い う 概 念 で あ り 、 R e l i a b i l i t y は 「 自 分 の 観 察 ・ 測 定 結 果 が 、 自 分 が 観 察 ・ 測 定 し て い る も の を 示 す の に ふ さ わ し い 結 果 と な っ て い る か 」と い う 概 念 で あ る と し て
第１章 小学校理科授業で用いられる実験の手続き 31 い る 。ま た 、C a m p b e l l a n d S t a n l e y ( 1 9 6 3 ) は 妥 当 性 に つ い て 、 「 こ の 実 験 の 事 例 に お い て 処 遇 が 本 当 に 違 い を 生 ん だ の か 」 と い う 疑 問 に 関 す る 概 念 で あ る と い う 説 明 を 行 っ て い る ５ ） 。 つ ま り 、妥 当 性 と 信 頼 性 は そ れ ぞ れ が 異 な っ た 見 地 か ら 実 験 に よ る 仮 説 の 検 証 能 力 を 高 め 、仮 説 の 受 容 可 能 性 に つ な が る 尺 度 で あ る 。 こ の こ と か ら 、 本 研 究 で は 仮 説 の 受 容 可 能 性 の 尺 度 と し て 妥 当 性 と 、信 頼 性 の 峻 別 が 採 用 で き る と 判 断 し た 。 以 上 の よ う な 、実 験 を 計 画 す る 活 動 に お け る 演 繹 的 具 体 化 の 側 面 と 、仮 説 の 受 容 可 能 性 の 向 上 の 側 面 は 独 立 な も の で あ は な く 、 そ れ ぞ れ が 密 接 に 関 り あ っ て い る も の で あ る 。 先 の 食 塩 水 の 例 に お い て は 、 食 塩 の 「 存 在 」 を 具 体 化 し 測 定 す る た め に 、質 量 だ け で な く 味 覚 や 硝 酸 銀 水 溶 液 の 反 応 を 用 い る こ と も で き る （ 図 4 ） 。 ま た 、 こ れ ら そ れ ぞ れ の 測 定 方 法 に は 妥 当 性 を 低 め る 固 有 の 問 題 点 が あ る こ と が 見 て と れ る 。例 え ば 、 食 塩 水 の 質 量 を 測 定 す る 方 法 で は 、 食 塩 が 水 と 反 応 し て 他 の 物 質 に 変 質 し て い た と し て も そ れ を 見 分 け る 方 法 が な い 。 ま た 、 硝 酸 銀 水 溶 液 は 食 塩 だ け で な く 塩 化 物 イ オ ン に 反 応 す る た め 検 出 し た 塩 化 物 イ オ ン が 他 の 物 質 由 来 の も の で あ る 可 能 性 が 否 定 で き な い 。 そ の た め 、 で き る だ け 他 の 要 素 を 排 除 で き る 測 定 方 法 を 選 択 す る こ と や 、複 数 の 測 定 方 法 を 用 い る こ と が 妥 当 性 を 高 め る 方 法 と し て 挙 げ ら れ る 。つ ま り 、 演 繹 的 に 具 体 的 な 測 定 の 方 法 を 導 き 出 す 過 程 に お い て 、 同 時 に 仮 説 の 受 容 可 能 性 を 高 め る こ と が で き る と い う こ と で あ る 。
第１章 小学校理科授業で用いられる実験の手続き 32 さ ら に 、 重 さ を 測 定 す る た め に 、 ば ね ば か り を 用 い る の か 電 子 天 秤 に す る か と い う 判 断 は 、実 験 に お い て 求 め ら れ る 信 頼 性 の 程 度 に 基 づ い て な さ れ る も の で あ る 。こ れ ら の よ う に 実 験 に お け る 妥 当 性 ・ 信 頼 性 を 高 め る こ と で 仮 説 の 受 容 可 能 性 が よ り 高 い 実 験 結 果 が 得 ら れ る と 言 え る 。 以 上 の よ う に 、 実 験 を 計 画 す る 活 動 の 論 理 構 造 に は ① 演 繹 的 推 論 に よ り 仮 説 を 具 体 化 す る ② 仮 説 の 受 容 可 能 性 を 高 め る と い う ２ つ の 側 面 が 認 め ら れ る 。そ れ ぞ れ の 実 験 の 手 続 き は こ の 論 理 構 造 に 位 置 づ け ら れ る こ と で 、ど の よ う な 場 面 で 、 何 の た め に そ れ ぞ れ の 手 続 き を 用 い る の か と い う 必 要 性 の 伴 っ た 手 続 き と な り え る 。 食 塩 水 中 に 食 塩 が 存 在 す る 水 を な め る と 食 塩 の 味 が す る 食 塩 の 重 さ が 保 存 さ れ る 硝 酸 銀 水 溶 液 が 変 色 す る 図 4 小 学 校 の 実 験 と し て 想 定 さ れ う る 「 食 塩 の 存 在 」 に 対 す る 測 定 操 作
第１章 小学校理科授業で用いられる実験の手続き 33
