3 数学
数学�����������������
高橋 利彰
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中学校数学科の目標の一つに,「数学的な表現や処理の仕方を習得し,事象を数理的に 考察する能力を高める」とある。数学的活動を通して数理的な表現や処理の仕方を身につ けていくには,まずは自分の考えを持つような課題設定や発問が重要であろう。どの生徒 にも取りかかりやすく,苦手意識をなくしていけるような課題が良いと考える。そうした 課題から自分なりに考えたことを数学的に表現をさせていきたい。そして,数学的に表現 したことを互いに交流することで自分の考えを整理をしたり,見つめ直したりしていくこ とができる。また,他人の考えを聞くことで,その考えに対して検証していくことで,多 角的な見方ができる。そうした過程を通して数学的な思考力や表現力を身につけてさせた い。
キーワード 数学的活動,整理,まとめる力,人に説明する活動
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数学の学習では,観察・操作・実験などの活動を 通して事象に深く関わる体験を積むことであり,こ れらの活動を通して体験したことから数理的な概念 を身につけていくのである。まずは,導入時に観察
・操作・実験ができるような活動が必要となってく る。そういう活動を通して,自分なりに感じたこと や考えたことを持たせていきたい。そして,それら を表現することは,事象を数理的に考察する過程で,
推測したり見いだしたりした数や図形の性質などを 的確に表したり,その妥当性について根拠を明らか にして筋道を立てて説明したり,既習の数学を活用 する手順を順序よく的確に説明する場面で必要にな る。表現することにより,一層合理的,論理的に考 えを進めるようになったり,より簡潔で,的確な表 現に質的に高めることになったり,新たな事柄に気 づいたりすることも容易になる。また,こうした経 験を通して,表現ついて実感を伴って理解出来るよ うにすることも大切である。
表現することにより互いに自分の考えを伝え合う ことが可能になり,それらを共有したり質的に高め 合ったりすることができる。表現することは知的な コミュニケーションを支え,知的なコミュニケーシ ョンをすることは表現の質が高め,相互に関わり合 いながら学習を進めていくことができる。
また,計算などの演習はスムーズにできるが,そ の中の本質を問われると答えられない生徒も多い。
既習の内容を利用して応用することとなると尚更難
しくなる。知識や技能の習得する過程において,そ の本質を理解していないと身についたとはいえな い。知識や技能の習得のために,既習のことから新 しいことを見いだし,スパイラルな構造を持って自 らの知識を再構築させていくと良いと考えられる。
そこで,数や図形の性質などを見いだすことや,学 んだ数学を利用すること,またその過程で数学的な 表現を用いて説明し合うことで,より一層数理的に 考察する力を高めていきたい。
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指導要領のねらいの中に,「数学的な表現や処理 の仕方を習得し,事象を数理的に考察する能力を高 めること」とある。事象を数理的に考察することは,
主に二つの場面で行われる。一つは,日常生活や社 会における事象を数学的に定式化し,数学的手法に よって処理し,その結果を現実に照らし合わせ解釈 する場面である。もう一つは,数学の世界における 事象を簡潔に処理しやすい形に表現し,適切な方法 を選んで能率的に処理したり,その結果を発展的に 考えたりすることである。
この研究では,事象の中にある規則性や特徴をと らえながら,事象を数理的に考察する能力を高めて いきたい。そのために,事象を数理的に考察する過 程で,推測したり,見いだしたりした数や図形の性 質などを的確に表したり,その妥当性などについて 根拠を明らかにして筋道を立てて説明をしたり,既 習の数学を活用して手順よく的確に説明したりする 場面が必要である。表現することにより,一層合理
的,論理的に考えを進めることができるようになっ たり,より簡潔で,的確な表現ができるようになっ て,新たな事象に気付いたりすることができるよう になる。そうやって事象から気がついたこと,見い だしたことなどを合理的,論理的に表現をし,それ を相手に伝える中でお互いに数理的に考察する能力 を身に付けていって欲しい。そのためには,次の2 点を授業の中に取り入れていこうと考えている。
①数理的に考察したことを整理しまとめる力 個人や集団で考察したことを整理し,自分なりに まとめる力を育成していきたい。そのために,まず 課題を個人で考え,自分なりの考えを持たせるよう にしていく時間が必要である。そして,自分なりに 考えたことを図や表など効果的に使って表現させて いきたい。生徒が自分で考えたことを表現すること で,よりよい表現を知り,また原理原則の本質的な 意味の理解につながるであろう。そこには,例え言 葉足らずでも,自分で考えたこととして記録に残っ ていくだろうし,自分で考えたという積み重ねが今 後につながっていくと考える。とりわけ数学では,
処理の方法を学ぶ傾向にある。計算処理だけでなく,
その本質的な意味をしっかりと捉え,数学的な思考 力,表現力を高めていきたい。
②数学的に考察したことを人に説明をする力 自分で考察したことを自分の中で終わるのではな く,他人に説明をすることで他者を意識した説明と なり,よりよい表現になるであろう。また,自分の 考えを他人の考えと比較し,吟味することで練り上 げられたものとなるであろう。そして,自分では考 えられなかった独創的な考えに触れ,より創造的で 自由な発想が生まれると考える。
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生徒にとって計算することは得意であるが,自分 なりに考えたことをまとめたり,伝え合ったりする ことは難しい。なぜなら,計算は作業内容が分かり やすく,答えも1つと明快だからである。しかし,
数学の本質の内容となると,極端に難しく感じる。
それ故,答えが分かっていても,その根拠や理由に ついては分かっていないことがある。特に,様々な 事象からその特性を見いだしたり,そこから新しい 法則を見つけ出すには,一定の時間と力が必要だと 考える。そのような力を身につけていくには,多様 な考えができる教材から自分なりの考えを見つけて みることにある。そして,それぞれの考えをお互い に交流し合うことで,お互いに刺激し合い,数学的
な考察能力が育っていくものと考える。特に,自分 の考えを整理し,まとめる力をつけていきたい。
㧞㧚ᬺ㧔㧝㧕 㧔㧝㧕ኻ⽎නరฬ 第3学年,関数
㧔㧞㧕නర⸳ቯߩℂ↱㧔㗴᧚ⷰ↢ᓤⷰᜰዉⷰ㧕 生徒たちはこれまでの学習を通して,一次関数や 反比例の内容で,ともなって変化する数量について 学習を積んできている。これまでの学習の様子を見 ていると,ともなって変化する数量関係について,
式やグラフ,表などを使って表すことは概ね理解が できている。また,関数の特徴を式やグラフ,表な どを使ってとらえるとともに,それらを相互に関連 付けて理解することができているようにも思われ る。しかし,関数の内容は抽象的に考えることが多 く,式やグラフ,表などに表すことができていても その繋がりを十分に理解できない生徒もいる。中で も変化の様子については,その様子をイメージする 力が必要となり,抽象的な概念が培っていない生徒 にとっては難しい内容でもある。特に,関数の学習 では,問題の内容を文章から読み取ることが多く,
問題解決に向けてイメージしにくいため理解に時間 がかかると思われる。
この単元では,yがxの2次式で表される関数が あることを知り,そのなかでも特にy=ax2の形 に表される関数について学習する。生徒たちは,1 次関数以外の代表的な関数として1年で反比例を学 習しているが,1 次関数と反比例は共に「1 対1対 応」の関数であったのに対し,y=ax2は「多対 1対応」の関数である。ここでは,変化の様子や対 応の仕方を,表,グラフ,式を使って考察し,理解 できるようにしたい。特に,具体的な事象を調べる ことを通して,関数関係を見いだし表現し考察する 能力を伸ばしていきたい。
そのために,具体的な事象や場面とのかかわりの 中で学習できるように授業を展開していきたい。関 数y=ax2にかかわる具体的な場面として,斜面 をころがるものの運動や,噴水の水が作る形,ライ トの光,パラボラアンテナなどから放物線について 理解を深めていきたい。また,正方形の面積の変化 の様子や物が落ちる距離の様子を考察していくこと で関数y=ax2を用いて説明することをを通して,
問題解決に向けて考察する力を養いたい。
これらのことを考慮して,本単元を設定した。
数 学 科
㧔㧟㧕ቇ⠌ᜰዉ⸘↹ 㧔ో㧝㧡ᤨ㑆㧕 第1次 関数y=ax2 (10時間)本時1/10 第2次 関数y=ax2の利用 (3時間)
第3次 課題学習 (2時間)
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具体的で多様な考え方ができる事象を提示し,そ の事象から伴って変わる2つの数量を見いだし,変 化の様子や対応の仕方を表や式にすることによっ て,推論する力や多様に考える力,検証する力が高 まると考える。この授業では,長方形を並べていく 中で変化していく数量について考察した。既習の関
係に気付く生徒もいれば,もっと複雑な関係に気付 く生徒もいる。様々な考えを出し合いながら,今回 の単元であるy=ax2の関係について考えたい。
また,事象に対して考察したことを表現し,小集 団で練り上げることによって人に説明する力や考え たことを整理しまとめる力を付けていきたいと考え ている。小集団での追求では,それぞれが見いだし た伴って変わる数量について,どのような考え方で 式をつくったのかをノートに整理する力を養いた い。そうする活動の中で,出てきた意見について正 しいのかを検証することになり,また他人の意見を 聞いて評価する活動となっている。
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学 習 内 容 ・ 活 動 指 導 ・ 支 援 事 項 ・ 評 価 ( ◆ ) 導 1.本 時 の 学 習 目 標 を 知 る 。 ・ 今 ま で 学 し て き た 比 例 , 反 比 例 , 1 次 関 数
入 に つ い て 復 習 す る 。
展 2.中 央 の 段 の 長 方 形 の 数 に 伴 っ て 変 わ る 数 量 ・ 中 央 の 段 の 長 方 形 を 中 心 に 考 え , 規 則 的 に 開 を 見 つ け る 。 増 加 し て い く 様 子 を つ か ま せ る 。
縦 1 cm, 横 2 cm の 長 方 形 の 紙 を 図 の よ う に , 上 下 に 階 段 状 に 並 べ て い く 。 こ の と き , 中 央 の 長 方 形 の 数 に 伴 っ て 変 わ る 数 量 を で き る だ け た く さ ん 見 つ け て み よ う 。
1 個 目 2 個 目 3 個 目 4 個 目
① 長 方 形 の 個 数 ② 面 積 ・ 長 さ , 面 積 , 個 数 に 注 目 さ せ , 思 い つ く ま
③ 周 り の 長 さ ④ 上 か ら 下 ま で の 高 さ で た く さ ん 挙 げ さ せ る 。
⑤ 縦 の 辺 の 数 ⑥ 辺 の 交 点 の 数 ・ 例 に 挙 げ た 以 外 に も , 内 角 の 和 な ど に 注 目 し た 意 見 が あ れ ば 発 表 さ せ る 。
3.x と y の 関 係 を 表 や 式 , グ ラ フ に 表 す 。 ・ 個 人 追 求 の 時 間 と し , 生 徒 自 身 の 考 え 方 を 活 か し な が ら , 自 分 な り の 調 べ 方 を さ せ る 。 見 つ け 出 し た 数 量 の 中 か ら , 中 央 の 段 の 長 方 形 の 数 を x , 見 い だ し た 数 量 を y と し て , 対 応 表 を 作 り , y を x の 式 で 表 し て み ま し ょ う 。
① 式 y = x2 ・1 辺 を x , ① ~ ⑥ を 求 め る 数 量 y と し て 式
x 1 2 3 4 を 立 て さ せ る 。
y 1 4 9 1 6 ・ 他 に 出 て き た 意 見 が あ れ ば , 調 べ さ せ る 。
② 式 y = 2 x2 ・ 表 に つ い て は x の 変 域 に つ い て 指 示 し , 正
x 1 2 3 4 の 数 で 考 え さ せ る 。
y 2 8 1 8 3 2 ・ グ ラ フ に つ い て は , 変 化 の 様 子 が 簡 単 に わ
③ 式 y = 8 x - 2 か る 範 囲 で 描 か せ る 。
x 1 2 3 4 ◆ 具 体 的 な 事 象 の 中 か ら 伴 っ て 変 わ る 2 つ の y 6 1 4 2 2 3 0 数 量 を 見 い だ し , 変 化 の よ う す や 対 応 の 仕 方
④ 式 y = 2 x - 1 を 表 や 式 を 用 い て 表 す こ と が で き る 。( 生 徒 x 1 2 3 4 観 察 )【 数 学 的 な 見 方 ・ 考 え 方 】
y 1 3 5 7
⑤ 式 y = x2+ 2 x - 1
x 1 2 3 4
y 2 7 1 4 2 3
⑥ 式 y = 2 x2- 2
x 1 2 3 4
y 0 6 1 6 3 0
4. 4 人 グ ル ー プ に な り , 式 の 形 や 表 の 値 か ら ・ 変 化 の 割 合 が 一 定 な の か , そ う で な い の か そ の 特 徴 を お さ え る 。 が 表 や グ ラ フ で ど の よ う に 表 れ て い る か を お
さ え る 。
・ y = a x2 で は , x の 値 が 2 倍 , 3 倍 に な る と , y の 値 が 4 倍 , 9 倍 に な る こ と に 気 づ か せ る 。
◆ 2 つ の 変 数 x , y の 間 に y = a x2の 関 係 が あ る こ と を 理 解 す る 。( 生 徒 観 察 ・ ノ ー ト )【 知 識 ・ 理 解 】
ま 5.本 時 の 学 習 内 容 を 確 認 す る 。 ・ こ れ か ら の 学 習 に お い て,関 数 y = a x2に と つ い て 学 習 し て い く こ と を お さ え る 。
め
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本時の目標は,「具体的な事象の中から伴って変 わる2つの数量を見いだし,変化の様子や対応の仕 方を表や式を用いて表すことができる」 で あ る 。 課 題 の 中 か ら 伴 っ て 変 化 す る 数 量 を 考 え さ せ た が , 出 て き た 発 言 と し て は , ①長方形の個数
②面積③周りの長さ④上から下までの高さがよく 出てきた。③④に関して言えば,1 次関数であり,
既習の内容である。表を埋めるのは比較的スムーズ に思えたが,式にするとなると式がまとめられずに 困っている様子が見られた。④の変化の様子を考え た生徒は,式をまとめるとy=2x-1となるが,
式がy=x+(x-1)となっており,まとめられ ていなかった。これは,長方形の個数を上段のx個 と下段の(x-1)個に分けて考えたものであり,
思考に沿って式を作ったのであると推測される。し かし,式の意味を説明させると,その式が何を表し ているのかが分からない様子であった。式をまとめ ていると,1 次関数の式となり,既習の内容である と気がつくのである。このことから生徒は,1 次関 数は増加量が一定であり,表を見れば1次関数の関 係であるということが分かるのであるが,そのこと は理解していない生徒が多いと思われる。
さらに,小集団での問題解決の追求を中心に授業 を行った。その結果,式をつくる上での考え方をお 互いに吸収することができ,多様な考え方に触れる ことができた。また同時に他の人の考えを聞くこと で,他人の考えが正しいのかを検証することも行わ れる。それらを通して,数学的な思考力を高めるこ とを期待している。
㧟㧚ᬺ㧔㧞㧕 㧔㧝㧕ኻ⽎නరฬ 第3学年,図形と比
㧔㧞㧕නర⸳ቯߩℂ↱㧔㗴᧚ⷰ↢ᓤⷰᜰዉⷰ㧕 新しい学習指導要領では,与えられた問題を解い
て答えを求められるようすることだけを目指すもの ではなく,基礎的・基本的な知識及び技能を習得し,
それらを活用して問題を解決するために必要な思考 力,判断力,表現力等をはぐくむことと,数学の学 習に主体的に取り組む態度を養うことにバランスよ く取り組むことが求められている。その中でも思考 力,判断力,表現力を数学的活動の中からどのよう に養っていくのかが,数学の学習を構築する上で重 要なことだと考える。
生徒たちはこれまでの学習を通して,図形の性質 について学習を積み重ねている。2年生では,合同 な図形について考え,様々な図形から合同な三角形 を見つけたり,またその図形が合同となる理由につ いて論理的に説明をしたりする活動をしてきた。そ の活動の中で,図形の性質における基礎的な知識に ついては,概ね理解ができており,その性質を利用 して問題を解くこともできる。さらに,さまざまな 図形の特徴についても理解が深まっているし,論理 的に説明することについても練習を積んできてい る。そして,問題解決の過程でいくつかの性質を組 み合わせ,数学的な思考力を育てていきたい。また,
図形の本質的な意味をしっかりと捉え,それを利用 して数学的な技能を養って欲しいと考える。
この単元では,相似な図形の性質を知り,与えら れた課題の中から相似な図形を見つけ出し,相似で あることを条件を使って証明をしていく学習内容で ある。生徒たちは,コピー機やパソコンなどで拡大 すること,縮小することは身近なものとして存在す る題材である。また,測量にも利用されており,直 接測定することが困難な木の高さや,間に池などの 障害物がある2本の木の距離を求めることができ る。相似な図形について相似条件を使って論理的に 説明していくなかで,既習の学習内容と組み合わせ ながら図形に対しての理解を深めていくと考える。
加えて相似比と面積比や体積比については,平面図 形の相似の意味から類推して,立方体,直方体,柱
数 学 科
体,錐体,球なの基本的な立体についての相似の意 味を理解して欲しい。これらの学習は,それらを平 面で考えるため,拡大や縮小した図について想像し て問題解決にあたっていくので,与えられた図形を イメージしていかなくてはいけない。そのために実 物を見せたり,視覚化した教材を使っていきたい。
そのためにはイメージしやすい教材の提示をして いきたいと考える。また,やや複雑な立体では実感 を伴いにくいので,実験等,体験を通して実感を得 るような展開を意識したい。そうすることで既習の 学習内容とともに思考を深めながら,基本的な図形 の相似の意味を理解し,相似な図形の性質を用いて 図形に計量ができるようにすることである。
これらのことを考慮して,本単元を設定した。
㧔㧟㧕ቇ⠌ᜰዉ⸘↹ 㧔ో㧝㧣ᤨ㑆㧕
第1次 相似な図形 (5時間)
第2次 平行線と比の性質 (6時間)
第3次 相似比と面積比,体積比
(3時間)本時1/3
第4次 円の性質 (3時間)
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問題解決型の発問を設定した。どちらが大きいで すか,と発問することで,生徒に自分なりの意見を 持たせ,その意見を交流させようと考える。その意 見を出しながら,自分の意見の検証させる。
㧔㧡㧕ޟᖱႎߣᤨ㑆ޠߣߩ㑐ㅪ
数学における記号や表現はもっとも合理的で,論 理的にまとめられているものである。その表し方を 学び,それらを使いこなすことで数学的な思考力・
表現力を身につけ,それらを使って論理的な思考で 物事を捉え,また表現することができると考える。
数学的な思考力・表現力は,合理的,論理的に考え を進めるとともに,互いの知的なコミュニケーショ ンを図るために重要な役割を果たすものである。今 回の授業では,相似比を使って図形の面積を求めよ うとしている。与えられた情報を必要に応じて活用 し,応用していく素地を作っていくと考える。
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学 習 内 容 ・ 活 動 指 導 ・ 支 援 事 項 ・ 評 価( ◆ )評 価 方 法( ☆ ) 導 1.本 時 の 学 習 目 標 を 知 る 。 ・ 相 似 の 性 質 に つ い て 復 習 す る 。
入
展 2.課 題 を 知 る 。 開
右 の 図 で 四 角 形 ADEC と △ DBE の 面 積 は ど ち ら が 大 き い で す か 。
3.ど ち ら の 面 積 が 大 き い の か を 予 測 す る 。 ・ 予 測 さ せ ,当 て は ま る も の に 挙 手 を さ せ る 。 四 角 形ADECの ほ う が 大 き い
△ DBEの ほ う が 大 き い 面 積 は 同 じ で あ る
4. 4 人 グ ル ー プ に な り , 課 題 解 決 の 方 法 を 探 ・ △ DBE の 高 さ を a と し て 面 積 を 求 め る よ う
る 。 に 促 す 。
・ △ ABC の 高 さ は , 三 角 形 と 比 の 定 理 を 使 っ て a を 使 っ て 表 す よ う に 促 す 。
・ △ ABC の 面 積 も a を 使 っ て 表 し , そ の 差 を 求 め る よ う に さ せ る 。
・ グ ル ー プ 内 で 教 え 合 い が で き る よ う に 机 間 支 援 を 行 う 。
◆ 相 似 な 図 形 の 相 似 比 か ら 面 積 の 比 を 求 め よ
A
B C
D
E
う と し て い る 。( ☆ ノ ー ト 記 述 内 容 )
5.出 て き た 意 見 を 交 流 す る 。 ・ 出 て き た 意 見 を 発 表 さ せ , い く つ か の 求 め 方 を 交 流 さ せ る 。
・ △ DBE∽ △ ABCと な る こ と を お さ え る 。 6.相 似 比 と 面 積 比 と の 関 係 を 理 解 す る 。 ・ △ DBE と △ ABC の 相 似 比 と 面 積 比 と の 関
係 に 注 目 さ せ る 。
定 理 : 相 似 比 が m : n で あ る 2 つ の 図 形 の 面 積 の 比 は , m2: n2で あ る 。
7演 習 問 題 に 取 り 組 む 。 ・ 相 似 比 を 使 っ て 面 積 比 を 求 め さ せ る 。
◆ 相 似 な 図 形 の 面 積 比 を , 相 似 比 を 使 っ て 計 算 で き る 。( ☆ ノ ー ト )
ま 8.本 時 の 学 習 内 容 を 確 認 す る 。 ・ 相 似 比 が 1 : 2 の 円 を 準 備 し , 1 枚 の 円 と と 4 枚 の 円 が 釣 り 合 う こ と を 確 認 す る 。
め
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「どちらが大きいのか」と問うと生徒は,答えを 考える。大変考えやすい内容であると感じる。どの 生徒にも取りかかりやすく,自分なりの答えを持つ ことができる。数学が苦手な生徒にとって,問題の 意味が理解できなかったり,何をしていいのか分か らず手が付けられないという場面をよく見てきた。
導入として,どの生徒も考えることができるという のは大きい。ただ,もっと選択肢があり,考えに広 がりを持つような課題があるともっと生徒たちを悩 ませ,知的好奇心を揺さぶることができたであろう。
今回は,選択肢も少なく生徒にとって悩んで答えを 出している様子でもなかった。生徒の知的好奇心を 揺さぶり,意欲が高まるような題材を研究していく 必要がある。
小グループでの話し合い活動を取り入れてみた が,生徒は探求心が強く,自分なりに考えたことを 一生懸命に自分なりに説明をしようとしていた。ど のように説明をしていいかが分からない生徒もいた が,試行錯誤をしながら答えを探していた。
自分の考えたことを正しいのか分からないけれど も,なんとか自分なりに見つけたやり方を説明をし ている場面が見られた。うまくいかなかった生徒に とっては試行錯誤の連続であったが,そうやって考 えていく過程を大切にしていきたい。
最後に,相似比と面積比との関係について感覚と して覚えさせるために,ある実験を行った。それは 天秤に相似比が1:2の円を両端にぶら下げるとい うもので,相似比が1:2の円がそれぞれ1枚と4 枚で釣り合う結果となる。
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成果としては,事例1のように長方形から規則性 を見つけてさせてみると,それぞれの思考のレベル に応じて,規則性を見つけていた。生徒自身が考え たことを整理させ,自分なりの表現をさせた。なか なか規則性を式にすることは難しかったみたいだ が,いろいろと試行錯誤していたようであった。中 には,高校での内容に気がついた生徒もいて,規則 性を式に表すことに苦労していたようであった。
数学的に表現をすることについては,小グループ での話し合いをすることでお互いの交流がスムーズ に進み効率よくお互いの交流ができた。与えられた 課題に対して自分なりに表現しようと取り組んでい る姿が見られた。
今後としては,表現したことしたことに対して評 価させることで,より一層深みが出てくる。評価し たことを自分の言葉でまとめさせ,残る形にしてい きたい。また,それを全体で交流できるようにして いたいと思う。