小学校理科「星とその動き」の指導に関する 若干の実践的研究

小学校理科「星とその動き」の指導に関する

荒生 公雄＊1・近藤  功＊2・福田由香里＊3 中村 寿美＊4・前田  緑＊5

（平成元年10月31日受理）

 Some Practical Investigations on the Teaching of Star and Its Movement inthe Elementary Schoo1

Kimio ARAO，Isao KONDO，Yukari FUKUDA

Sumi NAKAMURA and Midori MAEDA

（Received，October31，1989）

1．はしカザき

 小中学校で取り扱われる天文に関する学習は，（1）実際の観察が夜間になり教師の指導 が及ばないこと，（2）天候に著しく左右され効果的な観察が困難であること，（3）市街 地では夜空が明るく星を探しにくいこと，などの理由により，指導が非常に困難な領域で ある。また，比較的意識されていないが，都市の児童のなかには建物などのために視界が 開けず，空間的な把握が出来ない場合もある。それらの困難を克服するために，教育現場 では色々な工夫や試みがなされ，かなりの成果をあげてはいるが，改善や工夫を必要とす る部分はまだ多い。本研究では，星の観察に関する課題に絞って，教具の開発や指導上の 基礎となる事項について実践的な考察と試験的観測を行なった。おもに小学校5年生の単 元である「星とその動き」を念頭において，その指導を効果的に展開するための教師の基 礎知識と実践力の向上に寄与することを目的としたものである。ささやかな成果ではある が，本研究の結果は小学校に限らず，中学校における天体学習の指導上の基礎的素養とし ても十分有用であると考える。このような観点から，ここでは，方位認識の定着と「星と その動き」に関する指導上の課題を整理するとともに，TPシートによる夜光の「星座絵 シート」教材を紹介し，さらに，薄明状態での星の現われ方とその考察，目視観察に近い 星野写真の撮影法について報告する。

＊1 長崎大学教育学部地学教室

＊3 長崎南山小学校

＊5 長崎市立高尾小学校

＊2 長崎大学教育学部附属中学校

＊4 長崎「旅」博覧会協会

2．「星とその動き」の指導上の課題 2．1 方位認識の定着について

 第1表は小学校理科「星とその動き」の指導の目標と内容である。ここでは，昭和52年 の学習指導要領の記述を示した。平成元年に新指導要領が告示され，この単元は6年生で 取り扱われるようになるとともに，目標と内容の表現もいくぶん変わったが，指導上の具 体的な目標と内容はほとんど変わっていない。むしろ，新指導要領では，観察・実験など を通した直接経験を重視しており，この単元の指導も一層実践的な指導が要請されている と言える。その目標と内容が示すように，この単元の指導では，児童の空間と時間に関す る概念が確立されていることを前提としている。しかし，よく指摘されているように1−3），

空問の認識，特に方位に関する認識は定着しているとは言えない。また，高度に関する測 定も，水平線が見える場所は稀であるから，角度の基準面が得られず，非常に曖昧になっ てしまうことが多い。観察箱や簡易高度・方位計などの試みも多くなされているが，依然

として問題が残されている。そのなかでも，家庭における方位の決定は親といえども十分 な援助ができない状況にあると考えられる。方位を決めるには太陽の南中時を用いて南北 線をつくるのが最も有効で，その時刻は理科年表から容易に求めることができる4−5）。夏至 の頃の太陽は南中付近では方位の変化角度が非常に大きく，影も短いから，この作業のた めには冬至の頃の太陽が最適である。しかし，長崎県など九州西岸域での冬至の頃の天気 はあまりよくない。そこで，晩秋の好天の続く時期（11月）の日曜日を選んで，児童に太 陽南中時刻を与え，太陽の影を用いて正しい南北線を家庭の庭，ベランダあるいは近くの 公園など観察に適した場所に引かせるような家庭での活動を組み込むことを提案したい。

幸い，時間認識は十分出来ており，時計の精度は優秀であるから，影作りと秒読みの共同 作業は親子のちょっとした触れ合いとしても，親の方位認識を援助する意味からも効果的 である。その際，全天候型で小型の方位盤シールを貼りつけたり，埋め込んだりすれば，

家庭の方位盤が出来上がる。これは，4年生の「太陽や月の動き」の指導（新指導要領で は5年生に移行）の段階で実現していることが望ましい。勿論，校庭や屋上に方位盤もし

くは4方位線などを備えることは是非必要である。

2．2 「星とその動き」の指導について

 星座の指導は，おもに星座早見盤によって行なわれ，これを補うものとして星野写真の スライド映写やプラネタリウム見学が行なわれている。さらに，単一の星座を描写したカー ド（星座カード）を用いる指導も行なわれている。実際の夜空で星座観察をする体験は，

教師の努力と保護者の協力に大きく依存し，特別天体観測会（望遠鏡観察を含む），キャン プ行事，宿泊合宿などの機会に行なわれているが，その頻度はそれほど多くはないようで ある。保護者の協力を取り付けて予定を組んでも，天候不良のために実施不可能となる場 合や，実施しても街明りや大気状態のために星座盤のようには識別できない場合があり，

意欲に満ちた教師でも次第に弱気になりがちな状況がある。楽しいはずの天体観察が心身 ともに非常に疲れるというのが教師の偽らざる実感であろう。

 第1表に示したように，指導の目的および内容には，実は，星座という表現はなく，単 にr星の集まり」という概念的な言葉しかない。具体的な星としては北極星だけしか提示 されていない。そして，星の色，明るさ，日周運動を取り扱う。非常に具体的な表現と抽

象的な表現とが混在しているように思われる。

しかし，武村6）の解説書では『昔から星の集ま りには名前がつけてありこれを星座と呼ぶこ とを教えたい』と記述され，星の集まりは星 座のことであると明示している。さらに，氏 は同書で北斗七星，北極星，大熊座，小熊座，

白鳥座，デネブ，わし座，アルタイル，こと 座，ベガ，カシオペア座，オリオン座，さそ り座，ぎょしゃ座，おうし座を挙げ，それら を用いた指導を示唆している。従って，「星の 集まり」という表現は，星座として教えなく

てもよいという配慮ではないように思われる。

それならば，そのかわりに「星座の中の星々」

と表記しても意味は変わらず，より明確にな ると考えられる。

 星の明るさや色の違いに関する指導も決し て容易ではない。教材用として市販されてい る星座早見盤では，明るさは星の大きさで，

第1表 「星とその動き」の目標と内容      （昭和52年指導要領）

目

標

内

容

（3）星の動きを調べ，動きのきまりを理  解させるとともに，天体の現象を時間  の経過及び空間の広がりで見ようとす  る態度を育てる。

（1〉星の明るさ，動きなどを調べ，星は  相互の位置を変えないで，一定の動き  をすることを理解させる。

 ア 星には，明るさや色の違うものが  あること。

 イ 星の集まりは，時間がたつと位置  及び向きが変わるが，並び方は変わ   らないこと。

 ウ 太陽の通り道の近くに見える星は，

 太陽と似た動きをすること。

 工 北極星の周りの星は，北極星を中  心にして回っているように見えるこ

  と。

 オ 星は，同じ方向に動き，1日たつ   とほぽ元の位置に見えること。

色は着色によって表示されている。明るさの表示法は実際の感覚に比較的合っているが，

色は強調されすぎて実際の星空での感覚とは程遠い。観察・実験を重視する立場からはか なり強引な押し付けになっているきらいがある。結局，児童に色を観察させることは諦め て，熱心な教師でもカラースライドによる問接的な学習に終ってしまう。まだまだ工夫が 必要な課題である。

 空間的な広がりに関する指導においても，細かい注意を払わなければならない。たとえ ば，スライド投影による星座の学習の際に，星の配列に重点が置かれ，星の広がり（視野 角）には配慮、が不足する傾向がある。標準レンズで撮影した35㎜フイルムを，通常よく用 いられるスクリーン（サイズ1．43m×L43m）いっぱいに映写した場合，星座の実際の大 きさに見える位置はスクリーンから約3mのところである。これは教室で言えば，かなり 前の方であり，大半の児童に実際よりも小振りな星座を見せていることになる。広角レン ズで撮影されたものは，適正位置がもっと前になる。数人ずつその位置に据えて，実感を つかませるような，丁寧な指導はできないものであろうか。スライドの欠点は，方位と高 度を表示しにくいことであるから，単に星の配置や色の指導だけに終らず，広がりの実感 をつかませるために活用すべきである。これと同様の現象は小型のプラネタリウムの中で も起きている。

 空間の広がりの指導に関連して，もう一つ指摘しておきたい。多くの指導書（たとえば，

森本7））にあるように，腕をしっかり伸ばしたときの握りこぶしの角度の大きさは約10度で あり，これを用いて星の問隔や高度がおおよそ測定できる。それは十分実用的で便利な物 差しであるが，あまりに重用されると困った問題が生じる。こぶしを天頂にかざしたとき

には，目とこぶしの距離が短いために，その角度は大きく（約10度），地平線方向では小さ くなる（約8度）。このような事情を無視すると，同じ2星問の角度でも，地平線付近では

大きく，天頂付近では小さく計測されて，あたかも錯視が正しいような誤った結果を導く おそれがある。留意したいことの一つである。

3．星座絵シートの試作とその応用

 上に述べたように，天体の観察にはどうにもならない運を天に任せるような状況は確か に存在するが，楽しい観察のための楽しい教具がもっと開発されるべきである。そのよう な意図から，T Pシートに夜光塗料で星と星座の姿を書き込んだ「星座絵シート」の作成 を行なった。これは星座カードの応用版ともいえるが，腕を伸ばしてシートを星空にかざ せば，星の位置を「はめ絵パズル」のように実際の星と合致させることができ，さらに，

星座絵によって星座の姿を天空に浮き上がらせることができる。注意しなければいけない ことは，腕の長さは児童によって若干違うから，たとえば，目からの距離40cm用，50cm用 などというように，数種のサイズを用意し，個人に合わせた使い分けが必要である。予め 寸法を決めた星および絵柄を紙に描き，それを切り抜いてTPシートに重ね，スプレー式 の蛍光液を振り掛ければ，星座絵シートは割合容易に作ることができる。このような教具 が実現すれば，星座盤から抜け出して，星探しにもっと具体的で活動的な楽しさを加える ことができる。また，夜光塗料を使用したやや大型の星座絵は，スライド映写時などの暗 い教室でも利用できる利点がある。経費の問題はあるが，普及してほしい教具である。

 星座絵シートは高度・方位表示器として使うことができる。例えば，オリオン座の星座 絵シートの外側にリング状の目盛盤を配し，目盛盤の天地にマークを入れ，その線が常に 天頂と地底に位置するように自由に回転できるようにする。そして，特定の2星（たとえ ば，ベテルギュウスとリゲル）の延長線を読み取りの基準線にして，目盛盤に三ツ星の中 心星（ε星）の高度と方位の角度を書き込む。星座は時間とともに傾きを変えるから，天頂 線と基準線の傾きも変り，高度と方位をあわせて表示できる。このような応用は児童用と

してはやや複雑であるが，教師用の提示教具としては十分活用できる。勿論，予め高度・

方位を計算などによって求めておく必要がある。

4．薄明の進行に伴う星の出現

 経験的にもよく知られているように，日没直後の空には薄明が残り，直ちに星が見える 状態にはならない。児童に星の観察をさせる場合には，その影響を十分心得ておく必要が ある。薄明現象は，通常，次の3段階に分類される8）。

 （1）常用薄明（太陽天頂角96度まで）：戸外で作業でき，新聞を読める程度の明るさ。

 （2）航海薄明（同96−102度）：太陽天頂角が102度になると水平線が見えなくなり，海上       での天測が出来なくなることに由来。

 （3）天文薄明（同102−108度）：この段階でもわずかに明るく，十分暗い所でも6等星ま       では見えない。

 このような薄明現象のなかで，星はどのように見え出してくるのであろうか。この問題 を調査するために，長崎大学教育学部屋上において，航海薄明の始まりから天文薄明の終 りまでの時間帯に，天頂角1度刻みで北極星付近の星々の写真撮影を試みた。なお，以後 は天頂角の代りに伏角を用いて太陽の位置を示すことにする。天頂角90度は伏角0度であ る。肉眼では条件がよい場合でもせいぜい5等級の星までしか確認出来ないから，写真撮

影によることにした。この方がもっと暗い星まで写り，伏角1度ごとに涌き出す星の等級 の変化を捉えやすい。カメラ（Mamiya−RZ67）にレンズf二110㎜，F2．8を付け，白黒 のポラロイドフィルム（T6G7，ISO3200）を用いて，絞り5．6，露出時間8秒で撮影した。

このフィルムでは一辺7cmの正方形の画面が直ちに得られ，一辺の画角は約37度（対角線 画角52度）である。写った星は予め準備した8等級までの星図（SkyCatalogue2000．09）よ

り作図）と照合して同定した。勿論，長崎での太陽南中時刻を用いて，太陽伏角の7度か ら18度までの1度ごとの時刻を分の単位まで計算しておき，それらの時刻に撮影を行なっ た。撮影の日時は，1987年12月9日（月齢18．2）と12月16日（同25．2）で，天気は快晴で 雲からの散乱光も月明りの影響もなかった。撮影の時刻はいずれも日没時刻（日の入りの 時刻）から，28分後一1時問28分後の問で，伏角の1度の進行に約5分の時間を要した。

 次に，得られたデータの処理方法について述べる。写っている星像を一つずつ写真等級 で整理したが，大気減光の影響を考慮して，予め仰角別に3つのゾーンを設定した。すな わち，仰角20−30度域をbゾーン，30−40度をcゾーン，40−50度をdゾーンとして，そ れぞれのゾーンについて写っている極限等級を求めた。実際の画像では，等級が境界付近 になると，暗い星が写っているにもかかわらず，それより明るい星でも写っていない場合 が多い。そこで，写っている最暗星と写っていない最明星を検出し，それらの等級値の平 均ではなく，ポグソンの公式を使ってそれぞれの明るさを平均して，最終的に限界等級を 求めた。

 第1図と第2図にその結果を示す。両図において，太陽伏角7−8度では星が現われず，

9度になって出現していることがわかる。北極星付近の空にはあまり明るい星がないから，

涌き出し直後の限界等級は信頼性が低いと考え，9度までは破線で示した。図によって，

8 7

6   ︻﹂

写真等級

4 3 2

dC

  π  びげ

 ！が ！ノ

 1イd6、1  ／1 ノぽb一！

    コ_Cム

b

1987．12．9

1789101112131415161718

太陽伏角（度）

第1図 薄明時の写真から求めた限界の等級    （写真等級で表示）と太陽伏角の関係（1）

   1987年12月9日，b，c，dゾーンの    平均高度は，順に，25，35，45度である。

C

8 7

6  5  4

 写真等級

3 2

d

・c

    〜

  ，  ノロ  ノ ご ！1

dイ1

b4

   C』

b

1987．12・16

1789101112131415161718

太陽伏角（度）

第2図 薄明時の写真から求めた限界の算級    （写真等級で表示）と太陽伏角の関係（2）

   1987年12月16日，b，c，dゾーンの    平均高度は，順に，25，35，45度である。

星は9度から10度にかけて急速に見え始めることがわかる。そして，12度でほぼ頭打ちと なり，それ以後は等級が向上していない。これは，市内で児童に星を観察させる際の開始 時刻の目安となるであろう。これは市街地での写真撮影による結果であるが，色々な意味 で示唆に富んでいる。それらを列記する。

 （1）12月9日の薄明終了時点での目視観察による限界等級は，およそ4．0等，12月16日の それは4．5等であったから，これらの図の縦軸の等級を2．5等ほど差し引けば，目視観測の 星の見え方に対応する。従って，1等星が目視で確認できるのは太陽伏角9度のあたりで ある。（2）太陽伏角12度（航海薄明の終り頃）以降において，写り方にほとんど変化がな いことは，街明りの影響で空が暗くならないためである。すなわち，本学部屋上では天文 薄明段階の空の暗さは期待できない。（3〉地平線に近いゾーンほど暗い星が写らず，限界 の等級が小さい。大気減光の影響を考慮しても，これらの限界等級の差を完全に埋め合わ せるまでには至らず，街明りによる散乱光によって地平線付近ほど空が明るくなっている ためと考えることが出来る。（4）大気の透明度（直達日射計の観測から求めた大気混濁度に よる）は12月16日の方が良好であったから，限界等級は9日よりも暗いが，ゾーン問の差 は大きい。これは澄んだ空では，レーリー散乱が優勢で地平線付近を明るくする効果が強 まるためと考えられる。

5．目視観察に対応する星野写真の撮影条件

 星のスライドは最もよく用いられる教材であり，学校での星の学習では不可欠なほどに 重要な重みを持っている。ところが，教師はどちらかと言えば，沢山の星が写っているき れいな（華やかな）星野写真を提示することに傾きすぎてはいないだろうか。美しい写真 はそれなりに魅力的で興味を引きつけるものとして十分価値があるが，児童が自宅で実際 の夜空を仰いで見るものと大きくかけ離れてしまうという意味では効果的とは言えない。

特に，市街地では空が明るく，暗い星までは見えないから，実際に近い星野写真を見せる ことも必要である。一般に，星野写真ではISO感度100のフィルムで30秒一1分程度の露出 で撮影される場合が多い。しかし，これでは，実際の星空に比べて相当暗い星まで写され てしまう。そこで，目視観察と同じように星が写る写真の撮影条件を調べる目的で，本学 部屋上において，標準レ！ンズの一眼レフカメラ（Canon F−1，F1．4）を用いて，カシオペ ア座の写真撮影を行なった。フィルムは，ネオパンSS，トライX，フジクローム100RD，

フジクローム400Dの4種を用い，絞りは2．0および2．8とした。露出時間は0．5秒を最短と して1秒から8秒程度まで1秒刻みとした。予め上述の星表により，6。0等までの星を星図 にプロットし，目視で確認できた星を記録した（観察者の視力は1．5）。カシオペア座を選 んだ理由は，本学部屋上の南側はさらに強い散乱光の影響を受けるためである。撮影は1988 年12月一1989年1月の延べ12日問行なった。そして，先ずフイルム面を直接検査する方法 で写っている星を調べた。

 第2表に調査の結果を示す。この表から，（1〉絞り2．0の場合，ISOlOOで最適露出時間は 1．0−L5秒，ISO400では0．5−1．0秒であること，（2）暗い星まで見えているときはやや長い 露出が必要であること，（3）絞り2．8では，2．0の場合の約2倍の露出時間になっていること，

などがわかる。この結果から，通常の市街地での最暗星4等級程度の条件ではおおむね2

−3秒の露出で目視観察に対応する星野写真が得られる。なお，目視，写真のいずれの場

第2表 目視観測に対応する最暗星の撮影条件に関する一覧表 フィルムの種類 ^{カメラの絞り}

（F値）

適正露出

間（t）

目視観測の最暗星

撮影月日 実視等級 Sp型

ISO

00

ネオパンSS

（白黒）

2．0 1s強

s強

4．12

．16

BF _1／17

／4

2．8 3s 4．12

F

フジタローム 100RD

（カラー）

2．0 L5s弱

5s弱

4．12

．16

FF _1／17

／4

2．8 2．5s ^4．12

B

ISO

00

Trix

白黒）

2．0 0。5s弱

1s弱 1s弱 2s弱

。5s強

3．67

．16

．21

，03冒

．70

BBBGK

2／1

2／13 2／28

／1

2．8 2．5s強 4．16

B

フジクローム rofessional

 D

（カラー）

2．0 1s弱

s2s強 4．12

．55

．70

FFK 1／17

2／7

／1

2．8 L5s弱

3s弱

4．12

．55

FF _1／17

2／7

合でも，確認された最暗星の等級よりも明るい星がすべて検出されたわけではない。それ より等級の上で明るくても見えなかったり，写らなかったりすることがしばしばある。高 温星の方が写真には敏感であることやフィルムの感度特性，大気状態の微妙なゆらめきな ど，その原因はかなり複雑なものがある。ただし，今回の白黒フィルムでは，スペクトル 型B型の青色星に比べ，K型の赤色星は平均0．4−0．5等ほど鈍感であった。ところで，上 の調査結果は，フィルムを直接覗いて注意深く点検した場合のものである。学校ではスラ イドとしてスクリーンに映写する場合がほとんどである。白黒フィルムでは元々コントラ ストがよいから問題はないが，カラーのごく淡い点像はスクリーンに映写すると像がぼや けて識別出来なくなる。そこで，実際に映写を行なってスクリーン上での識別限界等級を 調べた。その結果，第2表の最暗星に比べて，スクリーンでは0．8等明るい星までしか識別

出来なかった。このような事情を考慮すれば，目視観察の状態に近い星野写真の撮影条件 は，第2表の約2倍の露出時間が必要になる。すなわち，ISOlOO，絞り2．0での通常の露出 時間は4−6秒程度であり，5．5等の暗い星まで見える場合は10秒程度の露出が必要にな

る。

6．あとがき

 小学校における「星とその動き」の指導上の課題を考察し，若干の基礎的な実験・観察 を試み，その結果を報告したが，今後の研究や工夫に期待しなければならない問題も多く 残されている。大気状態の恵まれた日を児童に予告して，家庭観察を巧みに誘導すること は，通常の天気予報よりもはるかに難しく，児童に充実した実際の観察を通して探究的な

活動をさせるためには大変な教師の努力が必要である。実験・観察を重視する理科教育の 単元のなかでは，やむなく「教え込み」になる危険を最も多くはらんでいる単元と言えな くもない。新学習指導要領で6年に移されることは，このような困難を考慮すれば十分う なずけるところである。教え込みにならない，教室での授業，家庭学習，宿泊合宿，さら にプラネタリウム館見学における，広範な指導法に関する研究が待ち望まれる。

謝  辞

 本研究の過程で，大阪府科学教育センター地学教室の小林英輔博士から実践的な御指導 を賜り，長崎市立佐古小学校の原田康英教諭からは度重なる討議の中で有益な御助言をい ただいた。記してここに謝意を表します。

参考文献

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3）小野正裕：小学校における天文教育の問題点，第一回天文教育研究会集録（磯部，大脇編），p．19−24，

1987．

4）荒生公雄：太陽・月・星の視運動，理科を教えるための基礎知識と基本操作，第3分冊（長崎大学 教育学部理科教育教室編），p．30−47，1985．

5）小林英輔：太陽を用いた南北線の決め方について，大阪の地学教育，No．7，9−14，1985．

6）武村重和：小学校新教育課程の解説（理科），第一法規出版，pp．218，1977．

7）森本雅樹（編）：天体観測セミナー（現代天文学講座13），恒星社，pp，263，1980．

8〉Rozenberg G．V。：Twilight，Plenum Press，PP．358，1966。

g）Hirshfeld A．and R．W．Simott：Sky Catalogue2000．0，Vo1．1：Stars to magnitude8。0，

Cambridge University Press and Sky Publishing Corporation，pp．604，1982．