明
『天気変化の規則性』 に関す る教材研究
The Development of Teaching M aterials for “Weather Change''
竹 村 静 夫*
竹 村 厚 司**
TAKEMURA Shizuo TAKEMURA Atsushi
直近の気象情報 を用い て 『天気変化 の規則性』 に関す る教材の作成 を試みた . その結果, 小学校の教科書 にあ る よ う な 確な 『天気変化 の規則性』 を示す気象情報 を得 る こ と はかな り 難 し い こ と が判明 し た . そのため直近の気象情報 を教材 と し て利用す る際の留意すべ き点 につい て考察 し た. ま た, 筆者 ら が兵庫教育大学で の授業 (初等理科教育法) で学生に 行 わせ て い る課題 をあ わせ て紹介 し た .
キ ーワ ー ド : 天気の変化, 小学校理科, 中学校理科, 初等理科教育法
K ey words : weather forecast, science education, elementary school, j unior high school
は じ め に 現行の小学校の学習指導要領 (文部科学省, 2008 : 平 成20年 3 月28 日改定) におい て, 気象分野に関係 し た単 元 は , 第 3 学年 (「 太陽 と 地面 の様 子」 ) と 第 4 学年 (「 天気の様子」 ) . 第 5 学年 (「 天気の変化」 ) に配置 さ れ てい る . こ の内, 現指導要領か ら加わ っ た内容 と し て, 第 5 学年に 『雲 と 天気の変化』 があ り , 「雲の量や動 き は, 天気の変化 と 関係があ る こ と」 や 「 天気の変化 は, 映像 な どの気象情報 を用い て予想 で き る こ と」 な どが理 解すべ き 項目 と し て記 さ れてい る . そ し て, 学習の手段 と し て , テ レ ビ, 新聞, イ ン タ ーネ ッ ト の活用が挙 げ ら れて お り , こ れ ら を通 じ て 「 天気の変化 の規則性」 を学 ぶこ と が求 め ら れてい る . こ れを受け て, 多 く の小学校 第 5 学年の教科書 (平成28年度版) には次の 3 点 ( 日本 付近の気象衛星画像, ア メ ダス降水量 [全国] , 各地の 天気の状況が読 み取 れる風景写真) の組み合わせが, 24 時間 ご と に配置 さ れてお り , 日本付近で は 「 天気はおお よ そ 西 か ら 東 へ変化 し て い く と い う 規則 性 が あ る こ と (以下, 『天気変化の規則性』 と 略記) が把握で き る内容 に な っ て い る . 筆者 ら は, 兵庫教育大学におい て小 ・ 中学校の教員免 許の必修 ま たは選択必修科目で あ る初等理科教育法や理 科教育法の一部 を分担 し てい る. 気象分野の講義に割け る時間は少 ないが, 限ら れた時間の中で小 ・ 中学校教員 に必要 な実験 ・ 観察等の技能 を修得 さ せ, 将来の教材研 究の基礎 と な る力 を身 に付 け さ せ る こ と を目標の 1 つ と し てい る . 本論で は, ま ず初等理科教育法におい て 『天 気変化の規則性』 に関す る実習 を行 う 際に直面 し た問題 点 を指摘 し , 小学校 と 中学校の授業におい て 『天気変化 の規則性』 に関係す る内容 を扱 う 際の困難 さ につい て考 * 兵庫教育大学大学院教科教育実践開発専攻理数系教育 コ ース 准教授
* *
兵庫教育大学大学院教科教育実践開発専攻理数系教育 コ ース 教授 察す る . ま た, 現時点 (2016年度) で筆者 ら が大学で実 際に行 っ てい る実習内 容 も あ わせ て紹介 す る .『天気変化の規則性』 に関連す る教材
小 学校に お い て 『天気変化 の規則 性』 は , 「 雲 と 天気 の変化」 の後 に続い て学 ぶ内容 で あ る . ま た, 中学校に おい ては教科書 に よ り 若干 のバ リ エ ー シ ョ ンは あ る が, お お む ね 「気象 観測」 の後 に置 かれて お り , 内容 も よ り 具体的 に 「前線の通過 と 天気の変化」 と な っ てい る . し か し , 小 ・ 中学校の単元内容に含 ま れる気温や風向 ・ 風 力 な どのマ イ ク ロ ス ケ ールの気象 観測の結果 と , 天気図 に 示 さ れ る よ う な メ ソ ~ マ ク ロ ス ケ ールの天気変化 を , 児童 ・ 生徒が結 びつけ て理解す る こ と の難 し さ が指摘 さ れてい る (名越 ・ 木村, 1994) . 『天気変化の規則性』 だ け で あ れば, 教科書 に記載 さ れた図 と 写真で 説明可能で あ るが, 過去のデー タ で は児童 ・ 生徒が授業で行 う マ イ ク ロ ス ケ ールの気象 観測 と 結 びつけ る こ と がで き ない . ま た, そ も そ も 学習 者に と っ て全 く 関わ り の無 い過去の デー タ よ り は, 学習時に近 く , 児童 ・ 生従が実際に記憶 し てい る気象情報の方が教材 と し ての価値は高い で あ ろ う . 理想 を言え ば, 児童 ・ 生従が実際に気象観測 を行 っ た の と 同時期の気象衛 日生画像 な どの メ ソ ~ マ ク ロ ス ケ ー ルの気象情報が求め ら れる . 以上の観点 から , 未来の小 ・ 中学校教員 で あ る本学の学生が, 初等理科教育法の中で リ ア ル タ イ ムな 『天気変化 の規則 性』 の た めの教材作 成 が可能で あ る か を検討 し た. な お , 本論 で 用 い た個 々の天気図 な ど気象 デ ー タ は ,全 て 気 象 庁 の Web サ イ ト (http://www.Jma.go.Jp/ ma/
index.htm1) か ら ダウ ンロ ー ド し た も の で あ る .
竹 村 静 夫 デ ー タ れ る ケ す こ と 前線お 時間 ご 一 は よ と で き ない が, びそ れに伴 竹 村 厚 司 第 1 図 『天気変化 の規則性』 を示 す例 (24時間ご と ) , ら 東 への明 瞭 な変化 を示 す ケ ー ス は ま れ で あ る .
教材の検討結果
日本付近で特に天気変化の規則性が顕著 な時期は春 と 秋で あ り , 小学校第 5 学年の教科書におい て気象分野の 単元は春 ない し は秋 に学 ぶ よ う に 配置 さ れてい る . 筆者 ら は2011 年 か ら 2016年 の春 と 秋 を 中心 に , 気象庁 の Web サ イ ト 上 で 公 開 さ れ て い る 地上 天気図 や気象 衛 日生 画像 ( 日本付近) , ア メ ダス降水量 (全国) な どの気象 デー タ を収集 し , 小学校第 5 学年の教科書に記載 さ れた よ う な教材が どの程度作成で き るか を検討 し た. その結 果, 以下の様々 な問題点 が明 ら か と な っ た . ・ 気圧配置の変化の速度 (第 1 図~ 第 4 図) 多 く の小学校の教科書で採用 さ れてい る24時間 ごと の の組 み合 わせ で , 『天気変化 の規則性」 ス は非常 に ま れで あ っ た (第 1 図) . ほ と ん どの ケ ー ス で は, が読 み取 全 て を示 低気圧 と 降水域の移動速度が速過 ぎて, 24 の デー タ で は西か ら東への天気変化 が把握で き こ の図の よ う に24時間 ご と の気象情報の組 み合 わせで A n r 西 か なか っ た (第 2 図, 第 3 図) . 3 あ る いは 6 時間 ご と の デ ー タ 組 み合 せ で あ れば, 変化 が明瞭 に な る ケ ース は多 いが ( 第 4 図) , その場合は夜間の情報 を利用せ ざる を 得 ない . 夜間 で は, ラ イ ブ カ メ ラ 等 で公開 さ れてい る各 地の天気の状況が読み取 れる風景 を集め る こ と がで き な い . ま た, 衛星画像 も 赤外画像 を使 わ ざ る得 ない た め, 画像上の雲の分布 が, ア メ ダス の降水域 と 合 わ ない な ど の問題点が予想 さ れる (第 8 図 を参照) . ・ 梅雨の影響 (第 5 図) 本州付近が梅雨に入 る かな り 以前 で あ る 4 月 や お い て も , 沖系 付近 か ら 本州南岸 に かけ て前線 と 伴 う 雲が分布 し てい る こ と が多 く (第 5 図) , 本州付近に影響 し て 「菜種梅雨」 呼 ばれ る状 況が生 じ る こ と あ る .こ
や 「梅雨のは し こ の気圧配置で5 月に
そ れに れ ら が り」 とは 24
l 時間 ご と の衛星画像で は西か ら東への雲の動 き がつかみ に く い . た だ し , 1 ~ 3 時間 ご と の衛星画像で は, 地理 的 な雲の分布 域は変化 し ないが, その領域の中で雲が西第 2 図 『天気変化 の規則性』 が読 み取 り に く い例 (24時間 ご と ) . こ のケ ース では, 衛星画像上の要の分布は明瞭 な 西 から 東 への移動 を示 す が, 移動速度 が速 すぎ て ア メ ダス降水量 か ら は傾向 が読 み取 れな い. か ら東へ移動 し てい る こ と が十分 に見て取 る こ と がで き
る (第6 図).
・ 寒気の影響 (第 7 図) 4 月から 5 月中旬お よ び10月 響 を受 け る ケ ー ス も 少 な く な い 線 の移動 に伴 っ て , 衛 日生画像の 中旬以降では, 寒気の影 こ の場合, 低気圧 と 前 雲 の分布 域 と ア メ ダス の 降水 域は西か ら 東へ変化す るが, 東へ移動す る低気圧は 徐々に発達 し , 一時的に冬型に近い気圧配置に な る . こ のケ ースでは, 途中から日本海側の雲 と 降水域が目立 ち , 見 ・ 掛け上の 『天気変化の規則性』 台風の影響 台風 に関 し て は, 必ず し も を 阻害 す る . 『天気変化の規則性』 に と ら われない動 き をす る こ と が, 既に小学校第 5 学年 で取 り 上げ ら れて い る . し か し , シ ン プルな 『天気変化の規 則性』 の教材 を作 る際の障害 と な る こ と に変わり はない . 当 に も か ら考察
た り 前 の こ と で は あ る が, そ も そ 長 い た め, 沖系 ・ 九州 か ら 北海道 東へ天気が変化 す る こ と は ま れで 本付近の よ う な中緯度地域の天気が, へ と 変化 す る のは異論の無 い所 で あ ろ も日本列島は南北 ま で全体 と し て西 あ る . し か し , 日 お お よ そ西 か ら東 う . 前述 し た よ う に こ の点は小 ・ 中学校の教科書 で も明記 さ れてお り , 例 え ば, 啓林館発行の小学校第 5 学年の教科書では 「日本 付近 で は, 雲がお よ そ西 か ら 東へ動い てい く ので , 天気 も , お よ そ西か ら 東へ変化 し てい く こ と がわか る」 (啓 林館, 2015) , 同 じ く 啓林館発行の中学校第 2 学年の教 科書で は 「日本付近の上空には, 1 年中, 西よ り の風が ふい てい る. こ の風 を偏西風 と い う . 日本付近の低気圧 や移動性高気圧が西か ら東へ移動す るのは, こ の偏西風 に押 し 流 さ れ る ためで あ る」 ( 啓林館, 2016) と 記 さ れ て い る . 性』 が, こ そ の よ う に小 学校 にお い ては 『天気変化 の規則 し て 中学校 に お い て は 『天気変化の規則性」竹 村 静 夫 竹 村 厚 司 第 3 図 『天気変化 の規則性』 が読 み取 り に く い例 (24時間 ご と ) . こ のケ ース では, 衛星画像 と ア メ ダス降水量の両 方 で明確 な傾向 を 読 み取 れな い. に加え て, その原因 と し て偏西風の関与が明示 さ れてい る . 実際には, 偏西風は単に西か ら東への天気変化 に関 与 し てい る だけ では無 く , その風速変化や主軸部で あ る ジ ェ ッ ト 気流の位置, 偏西風波動 な ど様々な形で , 地上 付近の天気 に重大は影響 を与 え てい る . た だ し , その一 方で偏西風は上空の大気の動 き で あ り , 地上に暮 ら す者 に と っ て な じ みがあ る と は言い難い存 在 で あ る . ま た, 偏西風は地球全体の熱収支 を根本的 なエ ネ ルギー と し て お り , その発生機構 を児童や生徒に理解 さ せ る こ と は難 し い . こ のよ う な点 を踏ま え れば, 現行の教科書のよ う に気象衛 星画像や ア メ ダスの降水量分布 を用 い て , 少 な く と も 現象 と し て 「 雲や天気は, 西か ら 東へ移動 す る」 と い う こ と を理解 さ せ る こ と は現実的 で あ ろ う . ただ し , 筆者 らが検討 し た期間 (2011年から2016年ま で の春 と 秋) におい て, 小学校の教科書 に記載 さ れてい る よ う な24時間 ごと の気象情報から 『天気変化の規則性』 が読 み取 れ る ケ ー ス は ま れで あ っ た ( 第 1 図 ) . こ れは , 前 述 し た よ う な理想的 な構成の教材 (児童 ・ 生徒が実際 に気象観測 を行 っ たの と 同時期 で, 『天気変化の規則性』 が読 み取 れ る メ ソ ~ マ ク ロ ス ケ ールの気象 情 報 セ ッ ト ) を 得 る こ と が難 し い こ と を 示 し て い る . し た が っ て , 『天気変化 の規則 性』 を教 え る場 で リ ア ル な気象情報 を 用 い る に は , 次 の点 に留 意 す る 必 要が あ る と 思 わ れ る . ・ 小学校 前述 し た よ う に24時 ごと ではな く , 3 時間あ るいは 6 時間 ごと のデー タ であ れば, 明確な 『天気変化の規則性』 を示 す こ と が少 な く な い ( 第 4 図 ) . こ のケ ース で は夜 間の デ ー タ を利 用 す る こ と に な るの で , 風景写真 と 可視 画像はあ き ら め て, 赤外画像 と ア メ ダス降水量分布 を組 み合わせ て使用す るか, 両者の間に見掛け上の矛盾があ る場合は どち ら か を単独で用い る こ と に な る (第 8 図) . こ れで あ っ て学習者 に馴染 みのあ る気象情報 には十 分 な 価値 があ る と 思 われ る . ・ 中学校
t 第 4 図 『天気変化の規則性』 を示 す例 ( 6 時間 ご と ) . 衛星画像の雲分布 と ア メ ダスの降水量が明瞭 な西 から東 への 移動 を示 す. な お, 午 前 0 時の実況天気図は公開 さ れて い な いの で , 午 前 3 時の も の で代用 し て い る . リ ア ルな気象情報には 『天気変化の規則性』 だけ で な く , 梅雨や寒気 な どの影響 も 含 ま れて い る . 一つの教材 ( こ の場合 は気象情報の組 み合 わせ) か ら , 複数の原因 を読 み取 ら せ る こ と が難 し い場合 に は, 『天気変化の規 則性』 だけ は教科書の教材に頼 るべ き か も し れない. し か し , 中学校におい ては, 学習内容が 『天気変化の規則 性』 の原因 と し ての偏西風, 温帯低気圧 と 前線, 日本の 四季の天気 と 続 く ので, 一通 り 単元内容 を学習 し た後で あ れば, 梅雨や寒気の影響が含 ま れてい て も 教材 と し て の価値は高い と 言え る . ま た, 短時間 ( 1 ~ 2 時間) ご と の衛星画像で あ れば, た と え停滞前線上で も 雲は西か ら東へ移動 し てい る こ と は明瞭に読み取れる (第 6 図) . こ の よ う に工夫 す れば中学校 で の学習 に お い て も リ ア ル な気象情報は活用可能で あ る . ・ 教貝 養成系大学 ・ 学部 教員 養成系大学 ・ 学部 におい ては, 必ず し も 『天気変
『天気変化の規則性』 用 し て い る . 化の規則性』 竹 村 静 夫 が履修す る必修科日 であ り , 理科 多 く 含 ま れてい る . そ う い う 意味 竹 村 厚 司 n 第 5 図 業種梅雨の影響 が見 ら れる例 を阻害 し て い る を明確に表す も ので は の一環 と し て学生実習に取 り 入れる , な く こ と ( 12時間 ご と ) . 台 湾 か ら日 本の南海上 に 前線 に伴 う 要 が発生 な お , て も , 午前 0 時の実況天気図 は公開 さ れて い な いの で 教材研究 は意味があ る と 思われる . し か し , 本学の初等理科教育法は学部生全貝 を不得意 と す る学生 も に お い て は, 教育法では明確 な結果 を示す実習が望 ま し く , 初等理科 寒気や菜 種梅雨 な どの影響 を考慮 す る必要があ る実習 は, む し ろ 中等教育の教員免許に必要 な科目 午前 し , 見掛 け上の 3 時 の も の で 代 (本学では理科教育法 や地学実験 な ど) で取 り 扱 う 方が適切 だ と 思われる . 初 等理科教育法で行 う 課題の条件 と し ては, 『天気変化の 規則性』 の重要性 を再認識 で き る こ と , 小学校での授業 のイ メ ー ジにつ なが る こ と , 多 数の受講生に対 し て実施 で き る こ と , 受 講生が自分自身 で行 う 必 要があ る こ と ( 要す る に 「 コ ピ べ」 で き な い こ と) , 様々 な意味 で の費
第 6 図 短時間ご と の衛星画像 で要の移動 傾向 を示 す例 ( 3 時間 ご と ) . 日本の南 海上 に あ る前線 に沿 っ て雲 が発生 し て い る . 要の分布域はほ と んど変化 し ない が, そ の中の雲塊は移動 し て い る こ と がわか る . 用対効果が見合 う こ と , な どが あ げ ら れ る . ら は初等理科教育法の授業後の課題 と し て, 現在, 筆者 第 9 図に示 し た レ ポー ト を課 し てい る . 課題は A 4 で 4 枚の印刷物 (手順の説明, 24時間 ご と 3 セ ッ ト の天気図 と 衛星画像 「 可視 l ) , 白 地図 ) か ら な り , こ れ を ク リ ア ホ ル ダーに 入 れて授業終了 時 に全員 に 配布 す る . そ し て, レ ポー ト を完 成後 に ク リ ア ホ ル ダ ー ご と 提出 さ せ る形式 を 取 っ て お り , 白地図は授業中の別の課題 と と も に学生に返却す る が, ク リ ア ホル ダー と 3 枚 の印刷物 は再利 用す る こ と がで き る . 今後 も よ り 教育効果の高い も の を目指 し て改 良 し てい く 予定で あ る . ※本文中に 象 デ ー タ
文献
も 述べ た と お り , 本論で用い た天気図 な ど気 は , 全 て 気象庁 の w eb サイ ト jma.go.jpf3ma/index.htm1) か ら ダ ウ ン ロ ー (http://www. ド し た も の で あ る . 気象庁 のサイ ト で は, 地上天気図 な どは長 く て も 数日 で 新 し い も のに更新 さ れて い く た め, 個々の フ ァ イ ル を ダ ウ ンロ ー ド し た 際の URL や日 時 は 記載 し な か っ た・啓林館, 2015,
啓林館, 2016, わ く わ く 理科 5 . 新興出版啓林館, 未来へ ひ ろ が る サイ エ ンス 2 . 啓林館, 270p.. 文部科学省, 2008, 小学校学習指導要領解説 の教室 6 . 東京大学出版会, 217p.. 東京書籍, 2016, 新 し い科学 2 . 束京書籍,194p.,
新興出版 理科編. 大日本図書, 105p. . 名越利幸 ・ 木村龍治, 1994, 気象の教え方学 び方286p..
気象第 7 図 西 か ら 竹 村 静 夫 竹 村 厚 司 M・O0M ・ n i器 M O 0 n i 寒気の影響 があ る例 ( 6 時間 ご と ) . 前半は, 日本の南岸 を東 に移動す る低 気圧 と 前線 に伴 っ て要 と 降水域は 東 へ移動 す る , し か し ., 後半は低気圧 が日本の東海上 で発達 し , 寒気に伴 う 雲 と 降水域が日本海側 で見 ら れる ,
第 8 図 同一 日時の衛星画像 と ア メ ダス降水量. 雲の 分布域 を比較 す る と , 赤外画像よ り 可視画像の方が
ア メ ダ ス降水量分布 と よ く 一 致 す る . 夜間の気象情 報 を用 い る際 は赤外画像 し かな い た め注意 を要 す る .
