小・中学校理科の学習内容のつながりに関わる概念を明らかにするための小学校理科授業における事例研究

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(1)Title. 小・中学校理科の学習内容のつながりに関わる概念を明らかにするための小学校理科授業における事例研究. Author(s). 平, 久夫; 三田村, 剛; 渡辺, 理文. Citation. 北海道教育大学紀要. 教育科学編, 69(2): 183-189. Issue Date. 2019-02. URL. http://s-ir.sap.hokkyodai.ac.jp/dspace/handle/123456789/10406. Rights. Hokkaido University of Education.

(2) 北海道教育大学紀要（教育科学編）第69巻第２号 Journal of Hokkaido University of Education（Education）Vol. 69, No.2. 平成 31 年２月 February, 2019. 小・中学校理科の学習内容のつながりに関わる概念を明らかにするための小学校理科授業における事例研究平久夫・三田村剛＊・渡辺理文＊＊北海道教育大学札幌校物理学研究室＊＊＊. 札幌市教育委員会. 北海道教育大学札幌校理科教育研究室. A Case Study on Elementary School Lessons to Reveal the Concept Involved with the Connection of Learning Contents between Elementary and Junior High School Science TAIRA Hisao, MITAMURA Tsuyoshi＊ and WATANABE Masafumi＊＊ Department of Physics, Sapporo Campus, Hokkaido University of Education ＊. Sapporo City Board of Education. ＊＊. Department of Science Education, Sapporo Campus, Hokkaido University of Education. 概要本研究では，小学校理科の授業において，単元間，学年間及び校種間の学習内容とのつながりに関わる概念を子どもが有しているかを調査した。理科の学習指導要領と教科書では，小学校の学年間と中学校の学習内容の関連性に関わる記述がある。したがって，授業者が学習内容の関連性を意識した授業を展開することで，子どもの理解に役立つ可能性がある。このような授業を展開するために，子どもが小学校理科の内容を学習していく中で，単元間，学年間及び校種間の学習内容に密接に関わる概念がめばえているかどうかを調査し，事例研究を行う必要がある。そこで本研究では，小学校第４学年「もののあたたまり方」の単元において，子どもの実験ノートから関連性に関わる記述があるかを調査した。その結果，単元間，校種間の学習内容と関連する記述があることが明らかになった。. Ⅰ．研究背景と目的. 容を意識した授業を展開することで，子どもの理解につながる可能性がある。実際，学習指導要領. 子どもが学習内容を理解する上で，既習事項を. と教科書においても，関連性を重視する記述があ. 踏まえて学習することは重要である。そのため，. り，小学校から中学校までの学習内容の系統性が. 授業を行う場合，単元間，学年間及び校種間の内. 構造化され示されている（文部科学省，2018）。. 183.

(3) 平久夫・三田村剛・渡辺理文. このような状況を踏まえ，学習内容のつながりを. を作成した研究が挙げられる（栢野，2012）。粒. 意識した教材や授業に関わる研究が様々な教科や. 子像を小学校の授業に導入した場合の子どもの学. 校種で行われている。. 習に与える影響を調べた実践的研究が行われてい. 古くは，中学・高校数学の各学年において教材. る（土井，2016）。研究では，小学校第4学年「空. のつながりがどのようになっているかの教材調査. 気と水の性質」の授業において粒子概念を導入し. 研究がある（柳田，1993）。また，高等学校物理. たときの，小学校第6学年「水溶液の性質」の理. と数学のつながりを意識した授業実践を行った結. 解度がどのように変わるかを調査している。また，. 果，物理の授業において，考えることが楽しい，. 中学校第2分野「空気中の水蒸気の変化」の小単. という生徒の感想が多くあったという報告がある. 元において事例研究を行い，それに基づく授業実. （安原，2018）。さらに，学習内容が身近な生活. 践の研究も報告されている（舘野，2012）。それ. とかかわっていることを意識した授業実践例もあ. によると，中学校の学習内容を子どもが理解でき. る（宮下，2015）。この授業実践では，中学校第. たと同時に，関連する小学校の既習事項の定着度. 2学年「電流と磁界」と中学校第3学年「運動と. も上昇したと報告している。しかしながら，この. エネルギー」の授業において，身近な生活と関わ. ような事例研究はいまだ十分ではなく，今後の研. りのある実験や体験を先に行った後で，原理や法. 究の発展が望まれる。特に，子どもが学習内容の. 則を学ぶ，という授業を行った。その結果，理科. つながりに関する概念を有しているか否かの事例. を学ぶ有用性を感じられたというアンケート結果. 研究はいまだなされておらず，多くの研究が必要. が得られたとしている。このように，学年，教科，. とされる。. 校種を問わず広く学習内容のつながりを意識した. そこで本研究では，小学校第4学年「もののあ. 授業は，学習者にとって有意義なものになること. たたまり方」の単元において，子どもが単元間，. が期待される。. 学年間，異校種の学習内容に関わる概念が芽生え. 学会誌においても学習内容のつながりに関わる. ているかどうかを調査し，事例研究を行うことを. 活動や研究が報告されている。例えば，小学校と. 目的とする。これにより，子どもが今後学習する. 中学校の理科のつながりや学習内容と日常生活の. 理科の内容をより深く容易に理解させるための授. つながりを重視した授業実践が報告されている. 業を考案することに寄与することが期待できる。. （新田，1997）。また，日本物理教育学会新潟支部では中学と高校のつながりを重視した理科教育の取り組みや（丸山，2012），同東北支部におけ. Ⅱ．研究方法. る小学校から大学までの物理教育とギャップ，と. 本研究で対象とした単元は，小学校第４学年. 題した研究発表会が開催され（佐藤，2010），さ. 「もののあたたまり方」である。授業での学習内. らには，同近畿支部においても小・中・高・大の. 容は，「金属は熱せられた部分から順に温まるが，. 理科教育と教員の連携，という座談会が開催され. 水や空気は熱せられた部分が移動して全体が温ま. ている（大平，2010）。. ること」（文部科学省，2018）を理解させること. 本研究の主眼である小学校理科においても，教. にある。. 材分析，事例的，実践的研究が行われている。小. 対象は，国立大学附属の小学校第4学年１クラ. 学校理科の「光」に関連する学習内容のつながり. ス35名である。本研究では，授業者に本研究の意. を示す系統図を作成し，小学校第3学年「かげと. 図を伝えず，授業者が行っている普段どおりの授. 太陽」で扱う影遊びの教材開発を行った研究があ. 業を分析の対象とした。. る（黒川，2014）。また，小学校理科における学. 実際の授業は，金属のあたたまり方では，金属. 習内容と学習方法のつながりを示した教師用資料. にロウを塗り，ロウが融けるという現象を観察す. 184.

(4) 小・中学校理科の学習内容のつながりに関わる概念. ることで，金属があたたまる様子を観察してい. がる表現があることに注目したい。例えば，「ロ. た。液体のあたたまり方では，ビーカー内の水を. ウをぬると融けて液体ができた。」，「雪が融けて. あたため，ビーカーの底にできる気泡の動きと水. いくようにあたためたところから融ける」という. の動きを対比させたり，水に味噌を入れて水の流. 表現である。これらの表現は，ロウを熱すると融. れを可視化していた。これにより，水が上からあ. けて液体になる，ということを子どもが理解して. たたまるか下からあたたまるかを視覚的に理解さ. いることを示唆する。これらの表現は，中学校第. せていた。気体のあたたまり方では，煙を容器に. 1学年「物質の姿と状態変化」の単元における教. 入れることで空気の流れを可視化していた。. 科書にみられる，ロウを熱すると液体になる，と. 分析は，授業中に作成された実験ノートを用. いう記述と強く関連している。なお，水みたいな. い，35名中24名の実験ノートを分析した。分析で. もの，水滴，という表現がみられている。これは，. は，小学校の単元間のつながり及び中学校理科の. 子どもが，液体の状態のことを水と表現したもの. 内容と関わる部分のみに着目した。学習指導要領. なのか，ロウが融けたら水になると誤解している. では，「もののあたたまり方」は粒子概念を柱と. のか明確ではないが，誤解をしている可能性があ. した系統的学習の中に組み込まれている。そのた. ると考えられる。. め，本研究で行う学習内容のつながりに関わる概. 次に，水のあたたまり方の実験ノートを分析. 念の分析においても，粒子概念に関わる内容を取. し，代表的な9サンプルを抽出した結果を表2に. り上げる。. 示す。表では，予想と結果，考察に分けて示す。注目した子どもの表現は，C2の「炭酸みたいに上に小さいまるが上がっていく」，C3の「泡は，. Ⅲ．分析結果と考察. 最初下の方にあったけど，だんだん上にあがった」. 金属のあたたまり方の実験ノートの記述を分析. である。これらの表現の意味するところは，ビー. した結果を表1に示す。表では，ノートの記述内. カーの底にある泡が下から上へいく，ということ. 容とその人数を示す。. である。この現象は，気体である泡が液体よりも. 中学校第1学年「物質の姿と状態変化」につな. 密度が小さいことに由来する。密度は，中学校第. 表１ノートの記述（金属のあたたまり方）. 1学年「物質の姿と状態変化」で学習する。そのため，液体のあたたまりかたの学習を中学校の学. ノートの記述. 延べ人数（人）. 習と関連可能であることを示唆すると考える。ま. ロウをぬると融けて液体ができた。. 3. た，小学校第4学年「ものの温度と体積」の単元. けむりがでる。. 5. では，ものをあたためると体積が大きくなること. けむりがでてどんどん融ける。. 1. を学習する。これは密度が変化することを意味す. 雪が融けていくようにあたためたところから融ける。. 1. るため，「ものの温度と体積」とも関連している。. 色がかわって水みたいな汁がでてきた。. 1. が液体よりも密度が小さいことを利用しているた. あたたまっているところが赤くなったり，つぶつぶになる。. 1. 水みたいなものがついた。. 4. 水滴みたいのはロウがとけたもの。かためるとロウになる。. 1. ゆげ. 2. ロウが融ける。. 1. さらに，中学校で学ぶ水上置換では，まさに気体め，水上置換とも関連している。次に，空気のあたたまり方の実験ノートを分析し，代表的な10サンプルを抽出した結果を表3に示す。表2と表3のC1～ C10は同じ子どもである。表では，予想と結果，考察に分けて示す。 C6の「金属は動かないから水と空気と温まり方が違うということをはじめて知った」，C7の. 185.

(5) 平久夫・三田村剛・渡辺理文. 「動くものと人がさわらないと動かないものであ. 結果が得られたときに，気体も流体であるため気. たたまりかたは変わってくる」という表現に注目. 体のあたたまりかたは水と似ているという予想が. したい。これは，「動くもの＝液体と気体＝流体」，. 立つはずである。しかし，表3の気体のあたたま. 「人が触らないと動かないもの＝固体」，という. り方の予想からは，液体のあたたまり方で得た結. 概念のめばえであると思われる。この概念のめば. 果と関連付けた予想は，C1〜C9全ての記述にお. えがあれば，水は上からあたたまるといった実験. いてみられない。したがって，液体のあたたまり. 表２ノートの記述（水のあたたまり方）予想火の近くからあたたまる。. 結果. 考察など. C1. 金属は火に近い方からあたたかくなっ火が下の温度計から離れてていくけれど，水は火から遠くても水いるところにおいても上のの動きで変わることがわかった。方よりも下の方のほうが近いのになぜ上の方がはやくなるのかわからん。. C2. 水は火の近くから温まる。理由は下炭酸みたいに上に小さいまるが上がっ上からあたたまる理由はわに火があると下があつくなるから。ていく。からない。水は火の近くから温まる。. わからない。泡は，最初下の方にあったけど，だんだん上にあがったけど，温度は上がってあたたかくなって，下があたたかくなったから。水は金属と全く違うことがよくわかった。水は，火の近くからあたたまることがわかった。. 泡は下から上に。でも上から下に行かない。水は下→ 上→下と回るようにしてあたたまる。. 火に近い方からあたたまる。. １回目：火に近いほうが早く温まる。２回目：ぶら下げているほうが早かった。３回目：同じタイミングで40度になった。. だって下から火が出ているからぶら下げていない方からあたたまっていくけど上からあたたまっているから分からない。水は下から上へ行く。. C3. C4. C5. やっぱり火が近い下のほうからあた下が40度になった時，上の温度は37度（記述なし）たまると思う。ぐらいだったので，差が結構あることに気づいた。. C6. 下の方が先に温まると思う。なぜかほんのちょっと下の方が早かった。２洗濯機みたいに回ってる？というと火に近い方が先に温まると回目：上の方が最初は早かったけど，思うから。逆転で下が勝った。火の近くからあたたまると思う。. １回目：途中は上のほうがあつくて，次に下の方があつくなって最後は上のほうが先に40度になった。そして火を止めて下の方の温度計をはずした７秒後に40度になった。２回目：１回目と同じで上があつく次に下があつくて上が先に40度になった。. 上のほうがあたたかかったのはなぜかわからない。泡があって，その泡は最初下の方にあったけどそのあとに上に上がってたけど，温度は上があたたかくなった後に下があたたかくなっていたからわからない。. 下の方からあたたまると思う。. 上のほうが早くあたたまった。. わからないけど，たぶん，熱は上のほうにいきやすいからだと思います。. C7. C8. C9. 186. 上も下もほぼ最初は同じだと思う。（記述なし）. 熱気のせい？上に熱気が上がってくる？.

(6) 小・中学校理科の学習内容のつながりに関わる概念. 方で得た結果を気体のあたたまり方と関連付けさ. の温度と体積」で学習した内容を理解しているこ. せる手立てを講じることで，子どもが気体のあた. とを示唆している。また，「水の体積が少し大き. たまり方を予想できると思われる。また，C10の. くなったから，空気も大きくなると思う」という. 「空気は水と似ているのがわかった。金属はなぜ. 表現は小学校第4学年「ものの温度と体積」と関. 違うのかも気になった。」という表現も重要であ. 連する。したがって，中学校第1学年「物質の姿. る。その理由は，C7の「動くものと人がさわら. と状態変化」の単元で学習する密度と関連させて，. ないと動かないものであたたまりかたは変わって. あたためられた空気は密度が小さくなるために上. くる」と子どもが金属，液体，気体のあたたまり. にいく，という理解につながるような授業を提案. 方を学習する中で，固体のあたたまり方が流体と. 可能であると考える。また，「物質の姿と状態変. は違うことに子ども達自身で理解できる可能性が. 化」の単元は，粒子概念の柱に含まれている。し. あるためである。ノートからは，上述した「もの. たがって，「もののあたたまり方」「ものの温度と. 表３ノートの記述（空気のあたたまり方）予想 C1 C2. 結果. ろうそくが立っている所からよこに水と同じように回る。温まっていく。角が最後に温まると思う。. 考察空気も水と同じく回るということがびっくりした。. 空気を入れて少し経つと，山みたいに（記述なし）急に出てきて上下にまわりはじめた。. C3. 上からあたたまる。熱が上にたまる。予想とは違ってうずまき状になった。（記述なし）サウナ・ミストサウナは上が熱い。回りながらあたたまる。水と同じ。. C4. あたたかい空気が広がっていく。鉄少しまわりながら上にいって下におり空気は，下から上に行くこみたいに近い方からあたたまっている，まわりながら下におりる。とがわかった。く。. C5. 熱は上にいく。. 水と同じように回りながらあたたまる。. 水と同じだと思う。. 空気は水と同じように動くことがわ金属は動かないから水と空かった。気と温まり方が違うということをはじめて知った。. C6. 煙は水と同じようにぐるぐると渦を巻動くものと人がさわらないいている。と動かないものであたたまりかたは変わってくる。. C7. C8. 温まった空気は，上にのぼるから上予想と少し似てて，上に上がって下に（記述なし）にいってからゆっくりと下に落ち下がった。なんか水のまわり方と似てる。（これはファイヤーマンに教わっいるような… たことです。）上から下へそして上までいったら円を（記述なし）かくようになった。. C9 空気は温まると，水蒸気になって，空気が入っていたら，外側に水がつく？近くから温まる？ C10. 水の体積が少し大きくなったから，空気は水と似ているのがわかった。金（記述なし）空気も大きくなると思う。属はなぜ違うのかも気になった。. 187.

(7) 平久夫・三田村剛・渡辺理文. 体積」「物質の姿と状態変化」を密度という概念. の構想を行いたい。例としては，生徒に小学校第. を通して関連付けた授業を展開することは適切で. ４学年で行った実験を振り返らせ，「どうしてビー. あると考えられる。. カーの下のあった泡は上に行ったのか」，「どうして温められた水（空気）は上に行ったのか」とい. Ⅳ．まとめと課題. う課題の解決に向かわせることが考えられる。「もののあたたまり方」と「ものの温度と体積」. 本研究の目的は，小学校第4学年「もののあた. で表出していた概念のめばえを活用して，生徒が. たまり方」の単元において，子どもが単元間，学. 新たに密度概念を構築し，粒子概念を拡張してい. 年間，異校種の学習内容に関わる概念のめばえを. くことが期待できる。. 浮き彫りにすることにあった。概念のめばえがあ. 上述のように，子どもに学習内容のつながりを. るか否かを明らかにするために，子どもの実験. 感じさせる授業や学習内容のつながりを活用でき. ノートを分析した。. るような授業を考案し，それを実践していくこと. 金属，液体，気体のあたたまり方の子どもの実. で，本研究を発展させていきたい。これが，今後. 験ノートを分析した結果，子どもには，物質の体. の課題である。. 積変化，及び密度の概念がめばえていることが明らかとなった。物質の体積変化は小学校第4学年. 引用文献. 「ものの温度と体積」，密度は中学校第1学年「物質の姿と状態変化」で学習する。これらの単元は全て学習指導要領の粒子概念を柱とした内容構成に含まれる。そのため，これら単元間，校種間のつながりを意識した授業を提案することは，適切であると考えられる。本研究で明らかになったことに基づく研究の発展や今後の課題として，具体的に以下のことを考えている。まず，小学校第４学年「もののあたたまり方」において，本研究で明らかになった概念のめばえが授業内で子どもから表出されたときに，教師はどのように取り上げて価値づけを行うのかについての教師の支援と授業の構想をしたい。また，小学校第４学年「ものの温度と体積」においても，単元間，学年間，異校種の学習内容に関わる概念のめばえを調査する必要があると考えている。そこで明らかになったことと本研究で明らかになったことを合わせて活用することで，「もののあたたまり方」と「ものの温度と体積」を関連させた授業の構想と教師の支援の構想を行うことが期待できる。さらに，中学校第１学年「物質の姿と状態変化」においても小学校第４学年の単元を活用した授業. 188. 土井徹（2016）「粒子像は圧力概念の形成に貢献できるか」，富山大学人間発達科学研究実践総合センター紀要，教育実践研究，No.11 37-43．栢野彰秀，山代佳菜美（2012）「小学校「理科」における学習内容及び学習方法のつながりを示す教師用一覧資料の作成」島根大学教育学部紀要（教育科学）第46巻 29-41．黒川麻惟，渡邉重義（2014）「光の性質を実感するための小学校理科教材の研究―「光」を鍵にした理科カリキュラムの検討―」日本科学教育学会研究会研究報告，第 29巻1号 7-12．丸山敬（2012）「中学・高校のつながりを意識した理科教育」日本物理教育学会，物理教育，第60巻 139．宮下治，加藤寛之（2015）「生活や授業とのつながりを大切にした中学理科授業の実践研究」愛知教育大学教育創造開発機構紀要，第5巻 1-10．文部科学省（2018）『小学校学習指導要領（平成29年告示）解説理科編』東洋館出版社．新田正博（1997）「つながりを重視した指導」日本理科教育学会，理科の教育，第46巻 53-55．大平雅子（2010）「小・中・高・大の理科教育と教員の連携」日本物理教育学会，物理教育，第60巻 249-257．佐藤昌孝，数本芳行，志摩茂郎，千葉芳明，岩崎信，木村清，田中敏公（2010）「小学校から大学までの物理教育のつながりとギャップ」日本物理教育学会，物理教育，第58巻 169-175．舘野ひかり，栢野彰秀（2012）「小・中学校理科における学習内容のつながりを重視した授業構成に関する実践.

(8) 小・中学校理科の学習内容のつながりに関わる概念. 的研究―中学校第2分野「空気中の水蒸気の変化」小単元を事例として―」島根大学教育学部紀要（教育科学）第46巻 75-89．柳田嘉久，矢木修，湯沢秀文，杉山光男，大口悦子（1993）「新学習指導要領における中学・高校数学教材のつながり」，名古屋大学教育学部附属中・高等学校紀要第 38集 29-35．安原誠，金児正史（2018）「理科と数学科のつながりを意識した学習指導事例の分析とそれぞれを総合する必要性の考察」，鳴門教育大学授業実践研究―学部・大学院の授業改善を目指して―，第17号 165-173．. （平久夫札幌校特任講師）（三田村剛札幌市教育委員会指導主事）（渡辺理文札幌校講師） . 189.

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