理科教育における観察の機能に関する 実験的研究（第三報）

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理科教育における観察の機能に関する 実験的研究（第三報）

一水素の観察とヨウ素の観察の相関について一

自然科学教育研究室高 野 恒 雄

§1．緒   言

§2．調査方法  （1）調査対象

 （2）被検者の実験プ帥ス

§3．調査結果と考察

 （1）水素の観察とヨウ素の観察の得点における相関  （2）観察得点の大勢はいっ決定されるか

 （3）各現象の観察の有無と得点との相関 結   び

  1．緒   言

 さきにzx一一報および第二報（茨城大学教育学部紀要第5号，1956年3月）において，筆 者は予備知識の有無が観察結果になるべく関係しないような聞題実験，すなわちヨウ素の 実験および水素の実験を小学生，中学生，高校生，大学生の被検者にさせて，その実験に おける観察機能の分析を行い，いくつかの結論と推定とを生んだ。すなわち，これらの実 験において，もし徹底した完金な観察が行われたならば，どれだけの現象が見出されるか を筆者らの回を重ねての観察によりつくりだし，これを採点基準となし，これによって各 被検者の記録を分析し，得点分布，各現象の観察率，学業成績，知能指数と観察力との 関係，観察における先入観の害，観察における転移の問題ラヒントの効果などについて，

いくつかの結論と推定を得たのである。

 しかし，第一報および第二報においては，ヨウ素の実験と水素の実験という，内容，操 作ともに異なる，別種の開題実験について，あくまで別々に調査し，また分析したのであ る。ここにおいて要求されることは，この両実験における観察機能を有機的に結びつけ て，その関係を把握して，観察の機能の機微について解釈をえることである。本第三報は その一つの試みとして，上記両実験を同一被検者に行わせ，実験順序その他の条件を変化

させて，観察の機能の転移の問題などを追求し，あわせて，二実験の観察結果の聞に内在 する相関を求めた結果を報告する。

 §2。調 査 方 法

 （1）調 査 対象

 茨城大学教育単部1年生約70名および中学校1年生12名。今回は調査方法の特殊性によ り，あまり多人数は要：しなかった。

 （2）破倫讐の翼験識一際

 本第三報における調査は，水素の勧察とヨウ素の側察とを，観察機能の点から比較，考 察するのてあるが，この丁合同一被検者に二つの実験を行わせるのに，どちらを先に行う かにより，後に行う実験の観察には当然異なったいろいろの影響が入ってしまうといえ る。例えば二実験が内容，操作ともに異なるものだとはいいながら，ともかく試験管中に おける駒験の観察であろことには変りなく，先に行った観察の経験が，後に行った観察に 転移することも考えられるし，その他この研究において直接問題としない種々の要因が働 きかけるであろうと考えられる。だから二つのグル・・一プの一方には水素の観察，他方には

ヨウ素の観察をさせたのでは，分析結果にあまり信頼がおけなくなるのである。そこで筆 者は，集団相亙の条件を一致させることが困錐であったり，または一致があやしいので，

一回だけの上ヒ較群実験の結果が信頼できないときに使う，実験要因を旋転させて念を入れ る調査法，いわゆるRotation method（旋転法凌）るいは交替群論）を用いた。すなわち，

被検者の実験コースは第1表のようになるわけである。

 つまり，二つのグルーープ（24名   第1表

       1ずつ）に水素の観察とヨウ素の観 察の二種の実験を，実施順序を逆

にして行わせるわけである。実験 内容の詳細は第一報および第二報 にのべてあるが，その要点は，水 素の観察については「容量約20cc

の試験管にO．1規定硫酸約10ccを 入れ，これに約lgの華状亜鉛を

      調  甕  方  法       （Rotation method）

    観察についの注意および材料配布

     ｝ T     L

瞭噺辞（30分）糠の幣（30分）

     材料配布および休憩（10分）

     s      t

 ヨウの観察（30分）  水素の観察（30分）

     ほ      B

 F水素→ヨウ素」組   「ヨウ素→水素」組

投入したときに現れる一一連の現象を，できろだけくわしく観察して記録する」という方法 をとり，ヨウ素の観察については「試験管中に約50mg程度のヨウ素を入れ，これをアル コー一一 ］Lランプで熱していった時に現れる一連の現象を，できるだけくわしく概察して記録

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する」という方法をとったのである。時間はいずれも30分間。第一報および第二報におい ては60分間であったが，本第三報においては，同一一被検者に二つの観察を，間に10分間の 休憩を入れただけで，連続行わせるので，精神的，肉体的両面の疲労が考えられ，また調 査の能率化のためもあり，時間を短縮した方がよいと考え，被検者の観察状態と記録をよ くみたのであるが，30分聞でも調査結果には大差はないと推察されるので，そのようにし たのである。

 最初水素の観察，つぎにヨウ素の観察を行ったグループを「水素→ヨウ素」組といい，

その反対順序で行ったグルーープを「ヨウ素→水素」組ということにする。なお観察時聞中 10分ごとに合図して，それまでの記録の下に線を引いてもらい，観察の進行その他の時聞 的変化をみようとした。また採点基準は第一報および第二報（茨城大学教育学部紀要・第

5号，90頁，100頁）にのべてある通りである。

§3。調査結果と考察

 （1） 水i素の観察とヨウ素の観察の得点にお認る相関

 水素の観察結果の成績の良否が，ヨウ素の観察結果の良否と関係があることは予想され る。事実においても，大体一方の成績がよい者は，他方もよいのが多い。ここに実際の被 検者の観察記録の例を一人についてだけあげてみる。この単生は当大学教育学部初等教育 科二年課程一年の女子挙生で，視力ば左○．2，右O．1であるが，両実験とも，表現は不十分 だが，かなりすぐれた観察を行っている。実験コースは「水素→ヨウ素」組であり，両実験 とも今までに自分で行った経験がない。まず水素の観察を，つぎのように記録している。

 小さい泡が上に昇る。数がだんだん多くなり，入れた亜鉛の表面は泡でおおわれている。試験管を ななめにすると，泡は上側のガラスに接して昇る。大粒の泡は小粒の泡に比べて上昇が速い。

 泡の数が多くなり，試験管の下半分は常に小さい水素がういている。亜鉛のある一部から多くの水 素がでる。亜鉛の表面がはげてきて，小さい水素が煙のようにでる。水素の粒は1〜5秒位，亜鉛の 表面にあって，それから上に昇る。試験管を上からのぞくと，小さい水素がある一一一ケ所を中心に，ふ ん水のようにでていることがわかる。

       （IO分）

 ごく小さい粒がある一ケ所から，たき火のけむりのようにでる。上に上ると，小さい粒の水素は だんだん下に下がってくる。試験管の半分は上昇，半分は下降となっている。比較的大きい泡は長い 閥亜鉛についていて，急にボカソと昇る。試験管の希硫酸の入っていない上方の壁に，汗をかいてき だ。その壁の状態は，下側はごく小粒だが，上側は大きくまばらな水滴がたまる。

      （20分）

 水滴がたまっているのは，硫酸の入っている所から3cm位の所までである。今までにくらべると，

水素の粒が小さくなり，大きいのはほとんどない。直径lmm位の水素が試験管について，ふっても はなれない。亜鉛の黒ずんだ色の部分が多くなる。亜鉛と亜鉛の闘から，大きな粒がでる。粒の上昇 するのが，雲のような層になってきた。希硫酸一面が，粒で白濁となる。亜鉛の半分は黒くなり，そ こから多くでる。」

 この記録の丈章は，表現が必ずしも科単的とはいえない。偶然的な現象を，客観性をも つたものかのような表現をしているところもある。また一つの現象についての説明が，短 かすぎて不十分である。しかし，与えられた実験条件で，この程度に注意深く，数多く現 i象を観察しているのは，かなりすぐれたものといえよう。この記録を第二報にのべた揉点 基準（i茨城大学教育学＝部紀要，第5号，］○○頁）によって採i点すると，現象1，2，5，7，

8，9，12，16，17を見出していることになり，得点は9となる。

 この学生のヨウ素の観察記録は，つぎのようである。

 「試験管をしずかにあたためていくと，だんだん赤紫色のガスがでて，ひろがっていく・赤紫色に なった所はピカピカ光っている。さらにあたためると，こい紫色になるa下から急につよくあたため たら，雲がわくようにむくむくと紫色のガスが上昇し，下から2cm位の所まできた。そこには光る ものがっかなかった。試験管半分位が紫色になる。

 試験管を真横にして，下からあたためると，試験管の上側に，ガラスに息をふきかけたときのよう な現象がおこる。紫色がだんだんはげてきたがり広範囲になつできた。ヨウ素の香りがつよくなる。

紫色のガスの部分と，何もついていないガラス面との境に，ヨウ素の小粒が附着している。それは長 さlmm以下の小さいものである。試験管の真中あたりに，葉のような形の結融ができた。

      （10分）

 一ケ所，試験管の長さの方向に沿って，二二が附着している。2〜3分熱しないでいたら，紫色がは げて黄色みがかつてきた。試験管の底は，うすく茶色にしみのようになっている。

 結晶はある一部は細かい物ばかり，また他方はわりに大きいのとわかれている。結晶がよりあつま ってうおもしろい形をしている。さらにあたためると，また紫色がかつてきた。結晶のあった所をあ たためると，こい色になる。前よりも結晶の位置が上方になる。

       （20分）

 熱することをやめると，また全体に黄色みをおびてくる。ヨウ素を追加して，またあたためてみる と，ヨウ素はとけて液体のようになる。試験管の底のみを熱していたら，ななめ上側のガラス壁に小 さい結鼎がたまった。結晶のある所を熱していたらうとけてドロドPになり，土に昇ったらしく，そ の場からは消えた。試験管の底に，ねずみ色の結団がたまる。

 試験管をさかさにして，あたためても，紫色は口の方によせてくる。試験管にしみのようについ て，黄色っぽい。もっていた手が黄色くなった。においがつよい。」

 この記録においては，同じような現象を何回も反覆して記述しているところがあり，ま たやはり偶然的なものも，のべてある。しかし，いろいろな実験操作をしてみなければ見

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出せないような，すぐれた観察もいくつかみられる。この記録を第一報にのべた採点基準

（茨城大学教育学部紀要，第5号，90頁）によって採点すると，現象1，2，4，7，lO，32，13 を見出していることになり，得点は7となる。

 以上は一人の例にすぎないが，多くの被検者にも，同檬な水素の観察とヨウ素の観察の 家妻得点における相関がみとめられるのである。その相関の程度を検するために，大掌一一一 年生の観察得点における相関係数を求めてみた。これを第2表に示す。

    第2表  水素の得点とヨウ素の得点の相関および平均点の差

響劉跡相関係数墜の平嚇1空勤平出越率1

水素→ヨウ素 ^{十〇． 60 5． 46 4． 33} 1％

   助素→糠 

 相関係数○．60，0。66はPearsonの相関係数の信頼度の検定から，いずれも信頼度は 完全である。この相関係数の値から，相関はかなり高いといえる。しかし，きわめて高い

とはいえない。いずれも観察にはちがいないのであるから，観察力の強い被検者は両方と も高い得点をとり，観察力の低い者は両方とも低い得点になると，一応予想されるところ であるが，上記の値はその割には高くないといえる。この理由としてはつぎのようなこと がらが考えられる。第一に個人による転移能力の大小の差があることである。二つの勧察 を続けて行うとき，何らかの意味における転移が起り得ることは，容易に考えられるが，

この転移能力に差があれば，相関係数の値はやや減少するわけである。

 第二に生理的な「あき」の個人差がある。30分聞の勧察を10分間を中間にはさんで二度 行うことは，人によりある程度の神経の疲労をともない，いわゆる「あき」てくろことが あり得る。このことは調査時の被検者の様i子によりうなずかれるものがある。この「あき1 の程度には当然個人差があるから，これにより相関係数を低めることになると考えられ

る。

 第三には，水素の観察とヨウ素の観察とでは，観察方法のタイズが異なることである。

襯察における目のおきどころおよび観察に要する実験操作に，かなり顕著な差異を見出す ことができる。水素の観察においては，希硫酸の中に亜鉛を投入した後は，じっと管中の 泡の発生およびそれの付随現象を凝視して，巨視的にまた微視的に，細大もらさず注意深 く諸現象をとらえることが必要である。これに対してヨウ素の観察においては，じっとみ ていただけでは，十分な観察は不可能である。ヨウ素の観察の水素の観察に比べての大き な持ちようは「熱する」という操作を加えることにある。したがって「熱し方」によって，

観察結果の成績は大きく左右される性質をもつている。この熱し方に要求されるものは，

熱する揚所および方向における多角性であり，そのためには積極的な実験操作が必要とな る。すなわち要約すると，水素の観察においては静的な観察（Static observationとよん でよいであろう）が有力な役割を果すのに対して，ヨウ素の観察においては動的な観察

（Dynamic observationと」ミんでよいであろう）がものをいうのである。このような観 察方法の汐イブのちがいは，同じ観察とはいっても，異なった機能を要求する。このため に相関係数が低められることは、容易に理解される。

 ところで，この観察方法のタイプにちがいがあることは，実はかえってつこうのよいこ とに思われる。それは筆者の意図するところであるが，被検者にいくつかの問題実験に対 する観察をさせ，その結果からその被検者の観察力を許価しようとするとき，タイプの異 なった観察をさせてこそ，観察力を綜合的にテストすることができるのではないか、と，予 想されるからである。もちろん，この問題は，棚察力とは何であるかという根本的な問題

をふくんでおり，いうまでもなく織察得点だけで観察力を二三価することは危険である。そ こで勧察力の綜合的評価法については，さらに豊：富な調査を集積し⊂いって，次第にうち たてていきたいと考えている。

 第2表 におけるもう一つの問題は，水素の観察得点の平均点とヨウ素の艘察得点の平 均庶の比較である。表からわかるように「水素→ヨウ素」組，「ヨウ素→水素」組ともに，

いいかえれば観察順序に関係なく，水素の郷察の方がヨウ素の観察より平均点が高い。こ れは第一報および第二報における数百名にのぼる多人数の揚合にもみられた傾向である。

しかし念のため，二郷察得点に有意の差があるかどうかを，Studentのt検定によりしら ぺてみた。その結果は第2表の右端にあるように・各組の危険率は，それぞれ1％および 2％であり，有意の差があると結論できるわけである。したがって，水素の勧察の方が，

ヨウ素の勧察より得点が大きい，いいかえれば，やさしいわけである。この原因として一 応考えられるものには，水素の勧察の方が，観察し得る現象の数が多いことと，前にのべ

た観察方法が静的であることから比較的観察しやすいということがある。

 つぎに参考に，中学校一年生の調査結果をみると第3表のようになる。

      第3表  中学一年生の得点の相関および平均点

   隔察順序相関係数糠の平均点・ウ素の平均点

水素→ヨウ素 ^{十〇． 02 3． 5 3， 8} ヨウ素→水素 ^{十〇． 30 4． 0 3． 8}

 この表にあらわれている事実のうち，特筆すべきことは，相関係数が非常に小さいこと である。よって中単一年生の揚合，水素の観察がよくできたからといって，ヨウ素の観察

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 もよくできるであろうとは，あまりいえないことになる。この理由としては，調査時の筆  者の観察からも，つぎのようなことが考えられる。第一は観察のでき具合に大きな「むら」

 があること，すなわち観察時にかなり感情的な成分が入ってきてしまうということであ  る。第二は生理的な「あき」の糸入差が，大人より極端に大きいこと。第三は観察方法の  タイプのちがいによる影響が大きいことである。要するに，年令的特質からくる影響は，

 かなり大きいものと考えられる。そこで今後，小・中学生に対して観察テストを行うとき  は，今までの方法とは別な，もっと年令的特質に適合したテスト形式を，案出せねばなら  ないと考えられるので，改訂に努力したい。

  （2）観察得点の大勢はいつ決定き馳るか

  被検者が30分間の観察を行うとき，必ずしも30分の全時間を使って観察しているとは老  えられないし，また事実そのようである。観察が進む途中で，一種の山もあり得るし，時  間の終りの頃はほとんど観察を行わないでいる揚合もあるであろう。それで各被検者の観  察得点の大小は，どのくらいの時間で決るのかを，相関係数を用いてしらべてみた。すな  わち水素の襯察，ヨウ素の観察ともに，調査方法のところでのべてあるように，観察時間  中10分ごとに合図して，それまでの記録の下に線を引いてもらい，これにより観察の始め  よip 10分間の得点と総得点との相関係数および始めより20分聞の得点と総得点との相関係  数を求めた。その値は第4表および第5表のようである。

         第4表 水素の観察について

   ミ

ヨウ素→水素 十Q65 （2．92）

十〇．82 （3．96） （4，71）

第5表

aウ素→水素 十〇．66 （2．88）

水素→ヨウ素 十〇．69 （3．25）

20 分 間

十〇． 84 （3． 58） （4． 21）

十〇．83 （3．フ9）  （4．33）

 ここで上表の最右端の（ ）内の数値は，30分聞の総得点の平均点である。10分間の得 点の相関係数は，かなり高くはあるが十分高いとはいえず，また中には相当低い値のもの もある。ところが20分間の得点の相関係数はりいずれもO． 8以上になり，非常に高い値を 示している。よって観察得点の大勢は，総時闇30分間のうち，始めの20分間で大体決せら れるといえるわけである。

 （3）各現象の観察の有無と得点との相関

 観察得点の高い者と低い者の得点内訳，すなわち観察し得た現象をしらべてみると，そ れぞれに特ちょうがあるように思われるので，得点の大小と各現象の観察をしたか，しな いかとの相関を求めてみた。数量的な値の一群（鶴察得点）と，二つの範ちゅう（勧察の 有無）に分類された結果の一一群との間の相関であるから，二系列相関係数（■bis）を求め た。用いた計算式はつぎのものである。

      一一脇7払・（p7）

 ここで，Mpはある現象を観察し得た者の観察得点の平均値， M7は全被検者の観察得 点平均値，oは全被検者の観察得点の標準偏差，ρはある現象の観察率， xはカの値によ

り決定せられる数値（表による）である。水素の観察の揚合，この式から求めた二系列相 関係数の値は第6表のようである。

     第6表    この表において，現象17のrbisが十1． 21とな

水素の観察についての二系列相関

       り異常に感じられるが，上式から計算する限りこう 現 象

1

2 3 4

rbis

o

一〇． 38

十〇． 53

現 象 IO

11

ア配8

十〇． 53

十〇． 43

13 1十〇．41 5 1十〇．571 14

6 7 8 9

十〇． 39

十〇．54

十〇． 51

15

rt 一 P P5tJsi．31

ηけ1・21

18 1一一QOI

なるので，例外的なものである。各現象の二系列相 関係数の値から，観察得点との相関の高い現象，す なわち高得点者の観察している現象は，現象1，4，

5，7，9，11，17などであることが迦解される。

 結  び

 以上は，水素の観察とヨウ素の観察との関係につ いて，統計的に吟味してみた結果であるが，今後の 仕事としては，観察方法のタイプの問題の研究と，

小・中学生用のテスト方法の改訂の問題に，努力し ていきたいと考えている。

 ［後記］ 本研究は，昭和30年10月15日，日本理科 教育学会，第五回全国大会（於愛知学芸大学，岡崎市）において講演発表してある。