受 入 呑 号 P'ら
ノi「 φ:0資 セ{̀YrF
高等学校
平 成12年 度
教 育 研 究 員 研 究 報 告 書
》
理 科
)
東 京 都 教 育 委 員 会
平 成12年 度
教 育 研 究 員 名 簿(理 科)
分 野 学 校 名 氏 名
物
理
都 立 砧 工 業 高 等 学 校 都 立 蔵 前 工 業 高 等 学 校 都 立 久 留 米 高 等 学 校 都 立 南 野 高 等 学 校
竹 花 康 男
入 山 美 樹 子
佐 藤 功
鈴 木 茂 之
化
学
都 立 明 正 高 等 学 校 都 立 八 王 子 北 高 等 学 校 都 立 小 平 南 高 等 学 校
杉 山 和 正
佐 藤 聖 一
水 間 武 彦
生
物
都 立 鷺 宮 高 等 学 校 都 立 日 本 橋 高 等 学 校 都 立 第 五 商 業 高 等 学 校
中 島 由 貴
山 田 茂 博
生 沼 清 光
地 学
都 立 大 泉 北 高 等 学 校 都 立 小 金 井 北 高 等 学 校
永 田 智
大 浦 淳
担 当 教 育庁指導部高等 学校教育指導課 指導主事 大 室 文 之
口》 》
1)》
環 境 に 対 す る関 心 や 探 究 心 を高 め 、科 学 的 な思 考 力 を養 い 、 総 合 的 に 自然 を と らえ られ る よ うに す る指 導
目 次
1主 題 設 定 の 理 由 2
H研 究 方 針 と研 究 上 の 留 意 点 2
1)
研究構想 図 3
皿 研 究 内 容
1エ ネ ル ギ ー 変 換 効 率 の 実 験 を 通 し て 、 省 エ ネ ル ギ ー や
環 境 保 全 の 意 識 を 高 め る 指 導 4
2身 近 な 河 川 の 水 質 調 査 を 通 して 水 の 汚 染 と 浄 化 の 仕 組 み を 考 察
す る こ と に よ り 自 然 を 総 合 的 に と ら え られ る よ う に す る 指 導 9
1))
3酸 性 雨 の 理 解 や ミニ 生 態 系 の 制 作 を 通 して 、 環 境 を 総 合 的 に 考 え さ せ る 指 導
4オ ゾ ン層 の 破 壊 問 題 を 通 して 、 地 球 環 境 に つ い て 考 え さ せ る 指 導
14
19
IV研 究 の ま と め と今 後 の 課 題 24
一1一
環境 に対 す る関心や探 究心 を高 め、科学 的な思考 力 を養 い、
総 合的 に自然 をと らえ られ るようにす る指導
1主 題 設 定 の 理 由
21世 紀 を 迎 え 、 引 き続 き 我 が 国 の 国 際 化 、 情 報 化 が 進 展 し 、 科 学 技 術 な ど の 発 展 が 進 む 中 、 平 成12年 度 か ら新 教 育 課 程 へ の 移 行 措 置 が 開 始 さ れ る な ど 、 時 代 の 変 化 に 対 応 した 教 育 の 改 革 が 着 実 に 進 ん で い る 。 理 科 に お い て も、 生 徒 が ゆ と り を も っ て 観 察 、 実 験 に 取 り組 み 、 問 題 解 決 能 力 や 多 面 的 ・総 合 的 な 見 方 を 培 う こ と が 従 前 に も増 して 重 視 さ れ る よ う に な っ た 。 そ して 、 自 然 の 事 物 ・現 象 へ の 関 心 ・意 欲 や 疑 問 を 追 求 して や ま な い 好 奇 心 や 探 究 心 を 育 て る こ と を 始 め 、 豊 か な 科 学 的 素 養 を 養 う こ とが 求 め られ て い る 。
ま た 、20世 紀 後 半 か ら地 球 環 境 の 問 題 は 人 類 の 存 亡 に か か わ る こ とで あ る と認 識 さ れ る よ う に な っ て き た が 、 理 科 の 学 習 で 身 に 付 け た 内 容 を 環 境 に 関 係 し た 学 習 を 行 う 際 生 か す こ と が 期 待 さ れ て い る 。 理 科 で は 自然 の 事 物 ・現 象 を 対 象 に 様 々 な 切 り 口 か ら学 習 活 動 を 行 う が 、 自 然 は 総 合 的 な も の で あ り 、 指 導 に 当 た っ て 、 生 徒 が 科 学 的 で 総 合 的 な 自然 観 を 自 ら学 び と る よ う に 援 助 す る こ と が 重 要 で あ る 。
そ こ で 、 人 間 活 動 と環 境 と い う 認 識 を大 切 に し な が ら 、 社 会 の 変 化 を 踏 ま え て 、 「環 境 に 対 す る 関 心 や 探 究 心 を 高 め 、 科 学 的 な 思 考 力 を 養 い 、 総 合 的 に 自然 を と ら え ら れ る よ う に す る 指 導 」 を 研 究 主 題 と し て 設 定 した 。
ゆ)
II研 究 方 針 と研 究 上 の 留 意 点
本 研 究 で は 、 新 学 習 指 導 要 領 の 趣 旨 を 十 分 視 野 に 入 れ な が ら 、 環 境 に 対 す る 生 徒 の 関 心 を 高 め 、 身 近 な 事 物 ・現 象 を 生 か し た 研 究 を 試 み た 。 そ して 、 実 際 に 起 こ っ て い る 様 々 な 事 物 ・現 象 に つ い て 、 物 理 、 化 学 、 生 物 、 地 学 の 各 分 野 の 特 性 を 生 か し た 学 習 活 動 を 行 い 、 生 徒 が 自 然 を 総 合 的 に と ら え られ る よ う に す る 指 導 の 在 り方 や 方 法 を 研 究 す る こ と を 通 し て 主 題 の 解 決 に 迫 る こ と と し た 。
そ こ で 、 今 まで の 教 育 改 革 の 動 向 、 研 究 主 題 、 研 究 の 進 め 方 な ど の 関 係 を 明 確 に す る た め 、 次 の よ う な 研 究 構 想 図 を 作 成 した 。 本 研 究 構 想 図 で は 、 研 究 の 各 分 野 ご と に 、 主 題 を 受 け て の 仮 説 、 実 践 及 び 検 証 の 項 目 を 設 け 、 研 究 を 進 め る と と も に 、 研 究 方 針 と して 、 次 の3点 を 設 定
し た 。
1環 境 に 対 す る 生 徒 の 関 心 を 高 め る た め に 、 日 常 生 活 と 関 係 の 深 い 事 物 ・現 象 を 観 察 、 実 験 の 対 象 と して 取 り上 げ 、 体 験 的 な 活 動 を 通 して 生 徒 の 学 習 意 欲 を 引 き 出 す よ う に す る 。 2科 学 的 な 思 考 力 を 育 て る た め に 、 探 究 の 過 程 を 重 視 す る 指 導 計 画 を 作 成 し 、 授 業 実 践 に
結 び 付 け る 。
3様 々 な事 物 ・現 象 を 通 して 問 題 の 本 質 を 認 識 で き る よ う に す る と と も に 、 生 徒 の 問 題 解 決 能 力 を 高 め 、 自 然 を 総 合 的 に と ら え ら れ る よ う す る 指 導 を 充 実 さ せ る よ う に す る 。 ま た 、 本 研 究 を 進 め る 上 で の 留 意 点 は 次 の と お り で あ る 。
○ 現 行 の 学 習 指 導 要 領 だ け で は な く 、 「理 科 総 合A」 や 「理 科 総 合B」 な ど の 新 科 目 が 設 け ら れ た 新 学 習 指 導 要 領 で も活 用 で き る よ う に す る 。
○ 生 徒 へ の ア ン ケ ー トな ど に よ り生 徒 の 実 態 を 把 握 し、 指 導 計 画 や 教 材 ・指 導 法 の 開 発 や 工 夫 に 努 め る と と も に 、 生 徒 が 自 ら 学 ぶ 意 欲 や 態 度 を積 極 的 に 評 価 す る 。
りD
{》 》
o)
研 究 構 想 図
主
背 景
環 境 問 題 へ の 対 応
・環 境 と発 展 に 関 す る リ オ 宣 言(H4 .6)
・中 央 環 境 審 議 会 答 申(H11 .12)
・東 京 都 環 境 基 本 計 画(H9 .3)
・ 「環 境 白 書 」
生 徒 の 実 態
・能 力 ・適 性 の 多 様 化
・興 味 ・関 心 の 多 様 化
・環 境 問 題 に 対 す る理 解 の 多 様 化
・実 体 験 の 不 足
・情 報 の 氾 濫
主
主題を・受蔚ての仮説
▼
1
、・中 央 教 育 審 議 会 第 二次 答 申(H9 .7)
・教 育 課 程 審 議 会 答 申(H10 .7)
1新 学 習 指 導 要 領(H11.3)}
・東 京 都教 育 委員 会 教 育 目標(H12 .1)
・都 立 高 校 改 革 推 進 計 画(H9 .9)第 二 次 実 施 計 画(H11.10)
ノ
v
環 境 に対 す る 関心 や 探 究 心 を高 め 、 科 学 的 な思 考 力 を養 い 、
総 合 的 に 自然 を と らえ られ る よ うにす る指導
1
▼ ▼ ▼ ▼
物 理 化 学 生 物 地 学
い ろい ろ なエ ネル ギ ー の 変 換 の 実 験 を通 して科 学 的 ・ 総 合 的 にエ ネ ル ギ ー を と ら え る こ とが で きる よ うに な るで あ ろ う。 ま た 、現 在 と 将 来 の エ ネ ル ギ ー を 見つ め た と き 、省 エ ネ ル ギ ーや 環 境 保 全 の 意 識 も高 ま っ て い
くで あ ろ う。
授 業 計 画 にお い て 、 身 近 な 河 川 の水 質 調 査 を継 続 的 に実 施 し、汚 染 の 実 態 を正 確 に把 握 す る こ とが で きれ ば 、 河 川 の 汚 染 状 況 と都 市 開 発 お よび 河 川 の 自然 浄 化 とそ こに 生 息 す る微 生 物 との 関 係 が わ か り、
自然 を総 合 的 に と らえ る 能 力 が 身 に 付 くで あ ろ う。
酸 性 雨 を題 材 と して 環 境 へ の 関 心 を高 め 、 その 原 因 と 影 響 の 学 習 、 将 来 の 地 球 環 境 の 予 測 と環 境 問 題 に対 す る取 り組 み の 考 察 、 ミニ 生 態 系 制 作 に よ る生 態 系 の 概 念 の 把 握 を通 して 、 自然 が 総 合 的 に と ら え られ る よ う に なる で あ ろ う。
オ ゾ ン層 の 形 成 や 、 そ の役 割 、 近 年 にお け る破 壊 の現 状 な ど につ い て 、実 験 ・実 習 を通 して 学 習 し、 オ ゾ ン 層 を さ ま ざ ま な角 度 か ら探 究 す る こ とに よ って 、 自然 を 総 合 的 に と ら える こ とが で きる よ うにな るで あろ う。
・エ ネ ルギ ー の 変 換 効 率 を 測 定 す る 実 験
・身 の 回 りの エ ネ ルギ ー を 量 的 に と らえ させ る授 業
・汚 染 ・浄化 の仕 組 み につ い て の 実験 ・考 察
・水 質検 査方 法 の理 論 学 習
・水 質検 査 の実 施
・きれ い な水 環 境 作 りの探 究
薗
・酸性 雨 の測 定
・生物 体へ の影 響
・酸 性 雨 の 原 因
・ビデ オ に よ る学 習
・地球 環 境 全 体 の考 察
・ミニ生 態 系 の制 作
・オ ゾ ン層 と紫 外線 に 関 す る基 礎 的学 習
・野 外 で の紫 外 線 の測 定
・オ ゾ ン生 成実 験
・紫 外 線 吸 収 実 験
・層 観 測 デ ー タの 分析
エ ネ ル ギ ー保 存 の 法 則 、 損 失 、 有効 利 用 の 理解 が 深 ま り、環境 保 全の 意識 が高 まっ た か 。
河 川 の水 質調 査 を通 じて 環 境 問 題 を意 識 し、 きれ い な水 環 境 作 りの 探 究 が で きた か 。
酸 性 雨 の理 解 や ミニ生 態 系 の制 作 を通 して 、環 境 保 全 の意 識 が 高 ま っ た か 。
オ ゾ ン層 の形成 とその役 割 、 破 壊 の現 状 につ い て の理 解 が 深 ま っ た か 。
主 題 の 達 成
一3一
In研 究 内 容
匝
1エ ネ ル ギ ー 変 換 効 率 の 実 験 を 通 して 、 省 エ ネ ル ギ ー や 環 境 保 全 の 意 識 を高 め る 指 導
(1)は じめ に
人 間 は 様 々 な エ ネ ル ギ ー を 他 の 形 態 の エ ネ ル ギ ー に 変 換 しな が ら利 用 し て い る 。 例 え ば 石 油 の よ う な エ ネ ル ギ ー 資 源 は 、 エ ン ジ ン を 動 か して 力 学 的 エ ネ ル ギ ー を得 た り、 発 電 機 を 回 して 電 気 エ ネ ル ギ ー を 得 る た め に 利 用 さ れ て い る 。 しか しエ ン ジ ン や 火 力 発 電 は 、 石 油 が も つ 化 学 的 エ ネ ル ギ ー を 力 学 的 エ ネ ル ギ ー や 電 気 エ ネ ル ギ ー に100%変 換 す る こ と は で き ず 、 廃 熱 な ど の 形 で の エ ネ ル ギ ー 損 失 を 伴 い 、 排 気 ガ ス な ど の 汚 染 物 質 を放 出 す る 。 現 代 社 会 に お い て 人 間 は 便 利 さ 、 快 適 さ を 求 め て エ ネ ル ギ ー を大 量 に 消 費 して お り、 こ の こ と が 大 気 汚 染 や 地 球 温 暖 化 な ど の 環 境 問 題 に つ な が っ て い る 。
新 学 習 指 導 要 領 に お い て 新 設 さ れ た 「理 科 総 合A」 は 、 「自然 の 事 物 ・現 象 に 関 す る 観 察 、 実 験 な ど を 通 し て 、 エ ネ ル ギ ー と物 質 の 成 り立 ち を 中 心 に 、 自 然 の 事 物 ・現 象 に つ い て 理 解 さ せ る と と も に 、 人 間 と 自 然 と の か か わ り に つ い て 考 察 さ せ 、 自 然 に対 す る 総 合 的 な 見 方 や 考 え 方 を 養 う 」 こ と が 目標 と さ れ て い る 。 こ の こ と を 念 頭 に 置 き な が ら 、 本 研 究 で は 、 エ ネ ル ギ ー と い う観 点 で 人 間 活 動 と 自 然 環 境 と の か か わ り を 考 察 さ せ る こ と を テ ー マ と し て 取 り 上 げ た 。
「物 理1」 や 「理 科 総 合A」 に お い て 、 エ ネ ル ギ ー 変 換 の 定 量 的 な 実 験 を 行 っ た り 、 身 の 回 りの エ ネ ル ギ ー を 量 的 に と ら え させ る 授 業 を 行 う こ と は 、 仕 事 や エ ネ ル ギ ー の 概 念 を 身 に 付 け さ せ る だ け で な く、 環 境 問 題 を 科 学 的 ・総 合 的 に 理 解 し、 省 エ ネ ル ギ ー や 環 境 保 全 の 意 識 を 高 め る 上 で 有 効 で あ る と 考 え る 。
そ こ で 本 研 究 で は 、 様 々 な エ ネ ル ギ ー 変 換 を 定 量 的 に 調 べ る 実 験 教 材 を 開 発 す る と と も に 、 身 の 回 りの エ ネ ル ギ ー を量 的 に と ら え さ せ る た め の 指 導 計 画 を作 成 した 。
(2)指 導 計 画
本 研 究 の ね ら い は 第 一 に 「体 験 に 基 づ くエ ネ ル ギ ー 感 覚 を 身 に付 け る 」、 第 二 に 「エ ネ ル ギ ー の 変 換 効 率 の 実 測 を 通 して 、 エ ネ ル ギ ー の 本 質 を 理 解 さ せ 、 資 源 の 有 効 活 用 な ど を 考 察 さ せ る 」 こ と に あ る 。
第 一 の ね ら い は 、 従 来 の エ ネ ル ギ ー 分 野 の 学 習 に お け る 「仕 事 量 」 の 大 き さ の 議 論 が 生 徒 の 経 験 的 理 解 か ら 離 れ た と こ ろ で 行 わ れ て き た 傾 向 を 見 直 し、 体 験 を 通 して エ ネ ル ギ ー 感 覚 を 身 に 付 け させ よ う と す る こ と に あ る 。
第 二 の ね ら い は 、 エ ネ ル ギ ー の 形 態 が 変 わ る 際 の 「エ ネ ル ギ ー 保 存 の 法 則 」 と 、 「エ ネ ル ギ ー 損 失 」 と の 関 係 を 理 解 さ せ る 。 そ して エ ネ ル ギ ー 変 換 効 率 を 実 験 的 に 求 め る こ と で 日常 生 活 に お け る エ ネ ル ギ ー の 量 的 関 係 に 注 目 さ せ て 環 境 に 対 す る 配 慮 の 意 義 を 理 解 さ せ る こ と に あ る 。
t
〉1
1)ゆ
q
〉1
ゆゆ
表1‑1指 導 計 画
指 導 項 目 ・内 容 学 習 活 動 朔田.馳 音、 」、占い
エ ネ ル ギ ー の 定 義 ① 仕 事=力 ×移 動 距 離 を 用 い て 、 物 体 ・1Jと は ど の く 1 ① 仕 事 の 定 義 ・単 位
② 仕 事 率 の 定 義 ・単 位
を 持 ち上 げ た り、 運 搬 し た りす る と き の 仕 事 を 計 算 す る 。
ら い の 仕 事 ・ エ ネ ル ギ ー で
時 ③ エ ネ ル ギ ー の 定 義 ・単 位 ② 仕 事 率=仕 事 ÷ 時 間 を 用 い て 、 仕 事 あ る か を 具 体
限 の 効 率 を 表 せ る こ と を 理 解 す る 。 例 を 通 して 実
③ エ ネ ル ギ ー と は 仕 事 を す る 能 力 で あ 感 で き る よ う
る こ と を 理 解 す る 。 に す る 。
エ ネ ル ギ ー の 種 類 と 特 徴 ・そ れ ぞ れ の エ ネ ル ギ ー に つ い て 、 身
① 運 動 エ ネ ル ギ ー 近 な 具 体 例 を あ げ る 。
② 重 力 に よ る 位 置 エ ネ ル ギ ー ・生 活 の 中 で エ ネ ル ギ ー が ど の よ う に 2 ③ 弾 性力 に よ る位 置 エ ネ ル ギ ー
④ 熱 エ ネ ル ギ ー
利 用 さ れ て い る の か を 考 え る 。
時 ⑤ 電 気 エ ネ ル ギ ー 限 ⑥ 化 学 エ ネ ル ギ ー
⑦ 光 エ ネ ル ギ ー
⑧ 原 子 核 エ ネ ル ギ ー
⑨ 音 の エ ネ ル ギ ー
⑩ その他
エ ネ ル ギ ー の 移 り変 わ り と 保 ・エ ネ ル ギ ー が い ろ い ろ の 形 に 姿 を 変
3 存 則 え る こ とが 出 来 る こ と を 具 体 例 を 挙
時 げ て 説 明 で き る 。
・エ ネ ル ギ ー の 変 換 に お い て、 そ れ に
限 関 係 す る 全 エ ネ ル ギ ー の 和 は 一 定 で
あ る こ と を 理 解 す る 。
エ ネ ル ギ ー 変 換 効 率 の 測 定 ① ヘ ロ ン エ ン ジ ン を 動 か し て お も り を ・こ れ ら の 実 験
(実 験) 持 ち 上 げ る 。 を 可 能 な 範 囲
① 化 学 エ ネ ル ギ ー → 力 学 的 工 ② 水 の 入 っ た 容 器 を 上 下 動 さ せ 水 温 を で お こ な う 。
4 ネ ル ギ ー 上 げ る 。
時 ② 力 学 的 エ ネ ル ギ ー → 熱 エ ネ ル ギ ー
③ 手 回 し発 電 機 で 発 電 し 、 お も り を 持 ち 上 げ る 。
限 ③ 電 気 エ ネ ル ギ ー → 力 学 的 工 ④ 太 陽 電 池 で 太 陽 光 か ら電 気 エ ネ ル ギ ー
ネ ル ギ ー を 得 る 。
④ 光 エ ネ ル ギ ー → 電 気 エ ネ ル
ギ ー
地 球 環 境 と エ ネ ル ギ ー ・実 験 結 果 か らエ ネ ル ギ ー 変 換 効 率 の
5 低 さ を 知 る 。
時 ・私 た ち が エ ネ ル ギ ー を 利 用 す る と き、
限 エ ネ ル ギ ー の 損 失 を 伴 う こ と を 理 解
し 、 省 エ ネ ル ギ ー に つ い て 考 え る 。
一5一
(3)授 業 実 践 と 教 材
① 実 験 「熱 機 関 に よ る エ ネ ル ギ ー の 変 換 効 率 の 測 定 」 ア 実 験 方 法:空 き 缶 を 利 用 し た 蒸 気 機 関
(ヘ ロ ン エ ン ジ ン)を 用 い て 、 エ ネ ル ギ ー の 釣 り 用 サルカン→ レ 形 態 が 「化 学 エ ネ ル ギ ー(ア ル コ ー ル)→ 熱 滑 車
エ ネ ル ギ ー(水 の 沸 騰)→ 力 学 的 エ ネ ル ギ ー (エ ン ジ ン の 回 転)」 と 変 化 す る 様 子 を 観 察 す る 。
空 き 缶 に 水 を 約50mP入 れ ア ル ミ テ ー プ で 穴 を 塞 ぐ 。 ア ル コ ー ル ラ ン プ で 熱 す と 、 ア ル ミ パ イ プ の 先 か ら 蒸 気 が 噴 出 し 、 ヘ ロ ン エ ン ジ ン が 回 転 を 始 め る 。30秒 ご と の ア ル コ ー ル の 減 少 量 を 測 定 し 、 消 費 さ れ た ア ル コ ー ル の 化 学 エ ネ ル ギ ー を 求 め る 。
エ ン ジ ン の 回 転 軸 に 糸 を 結 び 、 糸 の 先 に25 gの お も り を つ な ぐ 。 お も り が30秒 間 に 持 ち 上 が っ た 高 さ か ら 、 得 ら れ た 力 学 的 エ ネ ル ギ ー を 求 め る 。
化 学 エ ネ ル ギ ー か ら 力 学 的 エ ネ ル ギ ー へ の 変 換 効 率 を%で 求 め る 。
イ
ガ ラス管 →
金 属 用 ハoテ
259お も斜
アルコールラソブ →
固定
くミこ) 一.
r
先 をペ ンチ で つ ぶ す
実 験 結 果;メ チ ル ア ル コ ー ル1gあ た り の 燃 焼 熱 は 約2.1kcalで 、30秒 間 で0.5g前 後 の ア ル コ ー ル が 消 費 さ れ る 。
得 ら れ る 力 学 的 エ ネ ル ギ ー は 、 装 置 が 手 作 り な の で 安 定 し て い な い が 、 お も り は30秒 間 に25〜90cm上 が る 。
生 徒 が 求 め た エ ネ ル ギ ー 効 率 は0.0005〜0.002%と 極 め て 小 さ い 。
ウ 実 験 時 の 生 徒 の 様 子:「 回 っ た 。 回 っ た 。」 あ ち こ ち で 生 徒 の 歓 声 が 上 が る 。 水 を 入 れ た だ け の 空 き 缶 が 、 熱 す る だ け で 回 転 を 始 め た の だ 。 授 業 中 あ ま り 熱 心 で あ る と は い え な い 生 徒 た ち も 、 目 を 丸 く し て 大 喜 び だ っ た 。
はか り→
図1‑1ヘ ロ ン エ ン ジ ン 概 略 図
門ll輪
・ 齢・
㌔.翫, 紳'識
}置 ￡3 '
挿堪漁 壁
墾
図1‑2実 験 風 景
「先 生 ど う し て 回 る の 。」 い っ た ん 興 味 を 持 っ た 生 徒 達 は 授 業 を 楽 し み 始 め た 。
工 生 徒 の 感 想 よ り:「 目 に 見 え る エ ネ ル ギ ー は 面 白 い と 思 っ た 。 見 た 目 は す ご い エ ン ジ ン で は な い が 、 す ご い 仕 事 を す る と 思 っ た 。 地 球 に は い ろ い ろ な 形 の エ ネ ル ギ ー が あ る と 思 う と 、 面 白 そ う だ と 思 っ た 。」 「今 ま で エ ネ ル ギ ー が 変 化 す る と い う の が よ く 分 か ら な か っ た け ど 、 実 験 を 通 し て 理 解 で き ま し た 。 あ と 、 空 き 缶 で こ ん な 実 験 用 具 が で き て 、 エ ネ ル ギ ー の 変 化 の 実 験 が で き る の が す ご い と 思 い ま し た 。」 「水 を 沸 騰 さ せ る こ と で 、 缶 を 回 転 さ せ た り す る な ん て 、
と て も 面 白 い と 思 っ た 。 化 学 エ ネ ル ギ ー が 力 学 的 エ ネ ル ギ ー に 変 わ る と 、 エ ネ ル ギ ー は ほ と ん
一
》1)
)ゆ
1
)ゆ
ど な く な る こ と に 驚 き ま し た 。」 「自 分 の 暮 し て い る 身 近 な 所 に た く さ ん の エ ネ ル ギ ー が あ る こ と が 分 か っ た 。」 「エ ネ ル ギ ー の 変 化 が 見 ら れ て お も し ろ か っ た 。 無 駄 の な い エ ネ ル ギ ー の 利 用 が 大 切 だ と 感 じ ま し た 。」
② 実 験 「力 学 的 エ ネ ル ギ ー → 熱 エ ネ ル ギ ー の エ ネ ル ギ ー 変 換 効 率 の 測 定 」
物 理 の 分 野 に お い て 『エ ネ ル ギ ー 』 の 単 元 で 、 ま ず 最 初 に 扱 う の が 力 学 的 エ ネ ル ギ ー で あ り 、 次 に 出 て く る の が 熱 エ ネ ル ギ ー で あ る 。 こ の 基 礎 と な る2つ の エ ネ ル ギ ー の 変 換 効 率 を 求 め る た め に 、 身 近 に あ り 、 す ぐ に 用 意 で き る 材 料 を 用 い て 以 下 の よ う な 実 験 を 行 っ た 。
(実 験1)水 を 魔 法 瓶 に 入 れ て
(ア)1mの 高 さ か ら落 下 さ せ る こ と を 繰 り返 す (イ)50cmの 幅 で 上 下 に 振 る こ と を 繰 り返 す
場 合 の 実 験 前 後 の 温 度 を 測 定 し 、 力 学 的 エ ネ ル ギ ー が 熱 エ ネ ル ギ ー に 変 わ る 割 合 を 求 め る 。
(実 験2)断 熱 材 で ま わ り を 包 ん だ 紙 筒 の 中 に 金 属 粒 を 入 れ ふ た を し、 筒 を 上 下 に 逆 転 さ せ る こ と を繰 り返 す 。 こ の 実 験 前 後 の 温 度 を 測 定 し、 力 学 的 エ ネ ル ギ ー が 熱 エ ネ ル ギ ー に 変 わ る 割 合 を 求 め る 。
③ 実 験 「手 回 し発 電 機 を 用 い た エ ネ ル ギ ー 変 換 効 率 の 測 定 」 (力 学 的 エ ネ ル ギ ー → 電 気 エ ネ ル ギ ー → 力 学 的 エ ネ ル ギ ー)
力 学 的 エ ネ ル ギ ー と 電 気 エ ネ ル ギ ー と の 変 換 に お い て 、 そ の 変 換 効 率 は ど の く ら い か を 市 販 の 手 回 し 発 電 機 を 改 造 し て 糸 巻 き 車 を つ け た 装 置 を 用 意 し て 調 べ る 。
お も りMlを 静 か に 落 下 さ せ る と 、G王 に よ っ て 発 電 さ れ 、 G2が モ ー タ ー と な っ て 回 転 し 、 お も りMZが 持 ち 上 げ ら れ る 。
(方 法)(ア)質 量M,、M、 お よ び 高 さh,、h,を 測 定 す る 。 (イ}お も りMが 初 め に も っ て い た 位 置 エ ネ ル ギ ー
M,gh,及 び お も りM2が 得 た 位 置 エ ネ ル ギ ーM2gん2 を 計 算 す る 。
(ウ)エ ネ ル ギ ー 変 換 効 率MZgh2/M,gh,を 求 め る 。 本 実 験 で は 、M,=500g、h,=1.00m程 度 が 適 当 で 、M,を 50、100、150gの3通 り に つ い て 測 定 す る と 、 変 換 効 率 は10
〜15%程 度 と な っ た。.M,が 大 き す ぎ て も 小 さ す ぎ て も 変 換
一7一
鑓,
圏 欝
47cm
・灘蓼馨妻
図1‑3実 験1
Pi
金 属 球
図1m実 験2
図1‑5実 験 装 置 の 説 明 図
一磁 謬 鞭 難 饗曝
縛畷1騨 謙夢
爆… 瞭 譲・ 撫
噸 蛭 糠 ・'瀬
、紺=筆;礁 ・
図1‑6実 験 風 景
効 率 は 低 下 す る 。
④ 実 験 「太 陽 電 池 の エ ネ ル ギ ー 変 換 効 率 の 測 定 」
太 陽 電 池 は ク リ ー ン な 新 エ ネ ル ギ ー と し て 有 望 視 さ れ て い る が 効 率 や コ ス トの 面 で ま だ 実 用 上 の 問 題 を 抱 え て い る 。
こ の 実 験 で は 光 エ ネ ル ギ ー か ら電 気 エ ネ ル ギ ー へ の 変 換 効 率 の 測 定 を 通 して 太 陽 電 池 に 対 す る 関 心 や 理 解 を 深 め る 。
[方 法]
(ア)市 販 の 太 陽 エ ネ ル ギ ー 放 射 実 験 器 に 太 陽 光 を 当 て て 容 器 内 の 水 の 温 度 上 昇 率 を測 り、 入 力 した 太 陽 光 エ ネ ル ギ ー の 仕 事 率(W/c㎡)を 求 め る 。
(イ)(ア)と同 一 条 件 下 に お い て 太 陽 電 池 に 太 陽 光 を 当 て 、 負 荷 に 対 す る 電 流 及 び 電 圧 を 測 定 す る 。 出 カ ー 負 荷 特 性 か
ら最 大 出 力(W/c㎡)を 見 積 も る 。
(ウ)(ア〉、(イ)より太 陽 電 池 に お け る エ ネ ル ギ ー 変 換 効 率 を 求 め る 。
(4)結 果 と 考 察
電流計
図1‑7回 路 図
図1‑8実 験 風 景
エ ネ ル ギ ー に 関 す る 単 元 に 入 る 前 に 、 生 徒 か ら に ア ン ケ ー ト を と っ た 。 エ ネ ル ギ ー と 地 球 温 暖 化 に 関 す る も の で あ る 。 生 徒 は 「地 球 温 暖 化 」 と い う 言 葉 は 知 っ て い る が 、 「ヒ ー ト ア イ ラ
ン ド 現 象 」 や 「オ ゾ ン 層 の 破 壊 」 と 混 同 し て い る 生 徒 が 多 く み ら れ た 。
エ ネ ル ギ ー の 変 換 実 験 の 後 、 授 業 で エ ネ ル ギ ー 消 費 と 環 境 へ の 影 響 の 話 を し た 。 そ し て 最 後 に 「地 球 温 暖 化 を 防 ぐ 方 法 」 と い う 題 で 思 い つ く こ と を 書 い て も ら っ た 。 結 果 は 前 回 の ア ン ケ ー ト に 比 べ 、 明 ら か に 違 い が み ら れ た 。 生 徒 の 回 答 は 具 体 性 を 帯 び 、 エ ネ ル ギ ー と 環 境 に つ い て 、 温 暖 化 対 策 を 真 剣 に 考 え る よ う に な っ て い る こ と が わ か っ た 。
生 徒 の 回 答 の 多 く は 「植 林 や 木 材 に 変 わ る 資 源 の 開 発 」 「資 源 の 節 約 」 「代 替 エ ネ ル ギ ー の 開 発 と 普 及 」 と い う3つ に 集 約 さ れ る 。 具 体 的 に は 「植 林 の 義 務 付 け 、 ソ ー ラ ー カ ー ・電 気 自 動 車 ・エ コ カ ー の 利 用 、 徒 歩 ・自 転 車 ・公 共 の 交 通 手 段 の 利 用 、 ゴ ミ の 肥 料 や 熱 源 と し て の 再 利 用 、 リ サ イ ク ル 製 品 の 開 発 」 等 が 多 か っ た 。 ま た 、 そ れ 以 外 に も 「二 酸 化 炭 素 を 集 め て 宇 宙 に 捨 て る 」 「科 学 的 に 他 の 物 質 に 変 え る 」 と い っ た 個 性 的 な 回 答 も 出 て く る よ う に な っ た 。 中 に は 「エ ネ ル ギ ー 効 率 を 上 げ る 」 と 書 い て く れ た 生 徒 も い た こ と は う れ し い こ と で あ り 、 環 境 保 全 に 対 す る 意 識 の 高 ま り が う か が え た 。
(5)お わ り に
「エ ネ ル ギ ー を 通 し て 自 然 を 総 合 的 に と ら え ら れ る よ う に す る 。」 こ れ が 物 理 分 野 の 研 究 主 題 だ っ た 。 実 験 の 中 で ヱ ネ ル ギ ー が 形 を 変 え て い く と 、 生 徒 の 目 が 輝 き 、 実 験 後 の 考 察 等 か ら も 、 自 分 た ち の 回 り の 現 象 が エ ネ ル ギ ー の 変 換 で あ る と い う こ と に 気 が 付 い て い る こ と が わ か っ た 。 生 徒 の 反 応 が 最 も 良 く 研 究 の 成 果 を 物 語 っ て い た 。
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2身 近 な 河 川 の 水 質 調 査 を通 して 水 の 汚 染 と浄 化 の 仕 組 み を 考 察 す る こ と に よ り 自 然 を 総 合
圏
的 に と ら え ら れ る よ う に す る指 導 (1)は じめ に
私 た ち の 住 む 地 球 は 、 そ の 表 面 の 約70%が 水 で お お わ れ て い る 。 広 い 宇 宙 空 間 の 中 で 地 球 の み が 表 面 に 満 々 た る 水 や 海 水 を 保 持 し て い る 。 地 球 上 に 水 と い う 物 質 は 多 くあ る が 、 河 川 水 は そ の う ち の0.0001%に 過 ぎ な い と い わ れ て い る 。 こ の 河 川 水 は 生 物 体 が 存 在 し て い く上 で 必 要 不 可 欠 な も の で あ り 、 今 日 の わ れ わ れ の 生 活 そ の もの は 河 川 水 の 恩 恵 の 上 に 成 り立 つ も の で あ る 。 水 道 の 蛇 口 を ひ ね る と あ た り ま え の よ う に 水 が 出 て く る が 、 多 くは こ の 河 川 の 水 を 浄 水 場 へ 引 き 各 家 庭 に 分 配 し た もの で あ る 。 も と も と 自 然 界 の 水 は 自 浄 作 用 を受 け て い る 。 例 え ば 、 河 川 に 汚 染 と して 少 量 の 分 解 可 能 な 有 機 物 が 混 入 した と して も 、 河 川 に 生 息 す る 微 生 物 の 働 き
に よ り分 解 さ れ 、 も と の きれ い な 状 態 に 回 復 す る 。 しか し、 河 川 流 域 の 都 市 開 発 に よ り住 宅 や 工 場 が 建 二ら並 び 浄 化 さ れ な い ま ま の 汚 水 が 河 川 の 自 浄 能 力 を 上 回 る量 で 投 棄 さ れ る よ う に な る と、 河 川 の 汚 染 が 目 に つ く よ う に な っ た 。 身 近 な 河 川 を 観 察 した と き に ほ ぼ 間違 い な く 「汚 染 」 と い う現 実 が そ こ に 存 在 し 、 最 近 で は 世 間 で も頻 繁 に取 り上 げ ら れ る よ う に な っ た 。 「人 間 活 動 」 と 「環 境 」 と い う 観 点 に 立 て ば 、 「人 間 活 動 」 の 代 償 と し て 「環 境 」 の 汚 染 が あ り 両 者 の バ ラ ン ス が 崩 れ て い る 状 態 で あ る 。 河 川 に ど の よ う な 汚 染 が あ る か を把 握 し汚 染 源 が 何 で あ る か を 考 察 す る こ と は 環 境 学 習 へ の 取 り組 み の 第 一 歩 で あ る と 考 え ら れ る 。
一 般 的 に 河 川 の 汚 染 物 質 を 定 量 す る 方 法 と して、 汚 染 の 度 合 い を 示 す 指 標 の 一 つ で あ るCO Dに つ い て は 、 測 定 方 法 が 簡 便 な パ ッ ク テ ス ト と い う市 販 キ ッ トが 用 意 さ れ て お り比 較 的 取 り 組 み や す い 。 こ れ は ア ル カ リ水 溶 液 中 に お け る 過 マ ン ガ ン酸 カ リ ウ ム の 酸 化 力 を 利 用 し た 測 定 法 で あ る 。 そ の 他 パ ッ ク テ ス トに よ る水 質 調 査 の 方 法 は 硝 酸 や 亜 硝 酸 、 リ ン 酸 等 の 濃 度 を 定 量 す る こ と も可 能 で あ る 。
生 徒 は 具 体 的 な 体 験 活 動 ・実 験 と し て 身 近 な 河 川 の 水 を 採 取 し前 記 の 手 法 に よ り水 質 検 査 を 行 う こ と が で き る 。 そ の 結 果 を 通 し て 学 習 展 開 が で き 、 問 題 解 決 へ の 見 通 し を 持 つ こ と が 可 能 で あ る 。 こ れ ら の 水 質 検 査 を 実 施 す る こ と に よ り、 汚 染 を 実 感 し汚 染 を な くす 方 法 を 学 ぶ こ と が で き る もの と思 わ れ る 。
(2)指 導 計 画
本 研 究 は 、 現 行 学 習 指 導 要 領 で の 「化 学IA」 に お け る 単 元 「(1)自然 界 の 物 質 と そ の 変 化 」 を 指 導 す る こ と を 目 的 と して 行 っ た 。 下 記 の 指 導 計 画 は 、2単 位 で 実 践 す る場 合 の 一 例 で あ り、
3週 間(6時 間)に わ た り展 開 し た も の で あ る 。
表2‑1指 導 計 画
指 導 項 目 ・ 内 容 学 習 活 動 二 刀閏,山.,、n音 占
導入 「環 境 問 題 に お け る水 質検 査」
15分 ・地 球 上 の水 の 分 布 を認 識 させ 人 間 の ・地 球 上 の水 の分 布 や 人 間 の利 用 す ・具 体 的 な 数字 を出 生 活 に か か わ る 水の 割合 を説 明す る。 る水 につ い て理 解 し、汚 染 の 実 態 し理 解 を深 め る 。
1 に つ い て 考 え る 。
時 展 開 30分
・試 料 の 提 供 場 所 で あ る 「川 口 川」 に 関 して 紹 介 す る。
・測 定 場 所 の 雰 囲 気 を つ か む。
・パ ッ ク テ ス ト法 に よ り ど の よ う な
・パ ッ ク テ ス トを 用 意 し実 物 を 見 せ る。
限 ・パ ック テ ス ト法 を利 用 した操 作 方 法 汚 染 物 質 が 調 べ られ るか 学 ぶ 。 の 概 略 に関 して の 説 明 を行 う。
ま と め ・次 回 実 験 「河 川 の 水 の採 取 」 につ い ・採 取 方 法 を学 び 汚 染 源 に な りう る
5分 て 予 告 す る 。 も の に つ い て も 考 え る 。
一9一
導 入 「実 験:河 川 の 水 の 採 取 」
10分 ・川 口 川 の 流 域 環 境 に関 して説 明す る 。 ・川 口 川 を試 料 提 供 地 点 と して選 ん ・緊急 時 の 連 絡 方 法
・安 全管 理 を徹 底 す る。 だ 理 由 を理 解 し、試 料 採 取 す る上 の確 認 2
で の注 意点 を学 ぶ 。
展 開 ・各 班 と 連 絡 を と り な が ら 、 一 つ の 班 ・各 班 ご と に 測 定 地 点 へ 向 か い 、 河 3 80分 に付 き添 い 、試 料 採 取 の 方 法 や 測 定 川 水 を採 取 しpH・COD・ 亜 硝 酸 ・
時 地 点 の 印 象 を確 認 し適 切 な ア ドバ イ ス を 行 う。
水 温 ・流 速 等 を測 定 し試 料 を持 ち 帰 る 。
限
ま と め ・五 感 を使 った 汚 染 状 況 や 生 き物 の 有 ・採 取 後、 実 験 室 へ 集 合 し黒 板 へ 測 ・後 で 結 果 を プ リ ン 10分 無 を 確 認 しなが ら どの 測 定 地 点 の 汚 定 結 果 を班 毎 に板 書 し、 水温 や 流 ト に ま と め る 。
染 が 大 きい か を把 握 させ る。 速 ・五 感 を使 った 汚 染 度 の 確 認 結 果 につ い て 情 報 交 換 す る。
導 入 「実 験:採 取 した河 川 水 の水 質 検 査 」
10分 ・試 料 の 測 定 項 目(pH・ ア ンモ ニ ア ・ パ ッ クテ ス トに よ る水 質 検 査 の 概 ・判 定 す る ま で の 時 亜 硝 酸 ・COD・ リ ン 酸)毎 に 操 作 略 を 学 び 、 メ リ ッ トや デ メ リ ッ ト 間 を項 目毎 に そ ろ 方 法 を解 説 し、注 意 点 を確 認 す る。 を把 握 す る。 え る 。
4 展 開 ・8地 点 の 試 料 に つ い てpH・ ア ン モ ・採水 地点 ご とに測 定項 目に したが っ ・判 定 時 間 が そ ろ う
時 30分 ニ ア ・亜 硝 酸 ・COD・ リ ン酸 を パ ッ て試 料 の 測 定 を行 う。 よ う机 間巡 回 を行
限 クテ ス ト法 に よ り水 質検 査 す る 。 う 。
ま とめ ・水 が 源 流 か ら下流 部 分へ 流 れ る 中 で ・採 水 地点 ご とに デ ー タを測 定 項 目 ・後 で 結 果 を プ リ ン 10分 汚 染 が ひ どい 部 分 を確 認 す る 。 毎 に黒 板 に列 記 し汚 染 の実 態 を認 トに ま と め る 。
・水 を きれ い に す る た め に何 が必 要 な 識 した上 で 汚 染 源 に 関 して デ ィ
こ と を 考 え る 。 ス カ ッ シ ョ ン を 行 う 。
導入 「実 験:河 川 の 自浄 作 用 に関 して 」
10分 ・前 回 の 実験 結 果 の 取 り扱 い 方 つ い て ・前 回 実 験 結 果 を も う 一 度 見 直 し 、 ・測 定 デ ー タ を 用 意 指 導 す る 。 汚 染 の進 行 の 度 合 い と汚 染 源 と な す る 。
・河 川 の 自浄 作 用 と は どの よ う な もの る人 間 活 動 に つ い て 考 え相 関 関 係 5 か 、微 生 物 に よる 有 機 物 の 分 解 を通 を探 る 。
して 解 説 す る 。 時
展 開 ・河 川 に 存 在 す る活 性 汚 泥 につ い て 実 ・活 性 汚 泥 は どの よ う に して で き る 限 30分 物 を 観 察 させ て 、 どの よ う な環 境 の か を 考 え る 。
と き に有 効 に働 くか を考 え る。 ・富 栄 養 化 と は ど ん な もの か を学 ぶ 。 ま とめ ・窒 素 に 着 目 し た サ イ ク ル に つ い て 解 ・酸 化 還 元 反 応 が か か わ って い る こ
10分 説 す る 。 と を 説 明 す る 。
導 入 「河 川 の 水 質 を汚 染 させ る もの は何 か」
10分 ・ヒ トに お け る 水 の 役 割 を デ ー タ を 示 ・ヒ トに 関 わ る 水 の デ ー タ を ま と め ・資 料 を 用 意 す る。
しなが ら解 説 す る 。 る 。
展開 ・資 料 を参 考 に 河 川 の水 質 が 汚 染 され ・与 え られ た資 料 を も とに河 川 が 汚 ・自由 な発 想 を引 き 6 25分 て し まっ た ら どの よ う に して 回復 さ 染 され る具 体 的 な ケ ー ス を 用紙 に 出 す 。
時 せ る こ と が で き る の か を 考 え る 。 書 き 出 す 。
・汚 染 を浄 化 す る よ う な モ デ ル プ ラ
限 ン トを考 え設 計 図 を書 い て み る 。
ま と め ・河 川 を汚 染 させ ない ために守 らなけ れ ・今 す ぐ で き る こ と に つ い て イ メ ー 15分 ばな らない ことは何 か を考 え させ る。 ジ し 考 え て み る 。
・身 の 回 りの環 境 と調和 す る人 類 の 活 ・水 質 検査 の継 続性 につ い て学 ぶ 。 動 に 関 して 考 え させ る 。
(3)授 業 実 践 と教 材
① 水 質 の 検 査
試 料 を 採 取 し た 川 口 川 は 東 京 都 八 王 子 市 と あ き る 野 市 の 境 に 位 置 す る 今 熊 山 の ふ も と を 源 流 と し 、 主 に 川 口 地 区 を 南 下 し八 王 子 市 中 央 部 に て 浅 川 と合 流 す る 河 川 で あ る 。 浅 川 と 合 流 す る ま で は 他 の 河 川 の 水 が 入 る こ と な く、 も し も 汚 染 物 の 混 入 が 自 浄 作 用 を 下 回 る 場 合 は 合 流 部 で
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も き れ い な 水 が 確 認 さ れ る は ず で あ る 。 しか しな が ら 、 こ の 川 は 八 王 子 市 北 部 の 都 市 開 発 が 進 む と と も に 水 質 の 状 態 も悪 化 の 一 途 を た ど っ て き た 。 ど れ く ら い の 水 質 汚 染 の 実 態 が あ る の か を 確 か め さ せ る た め 、 都 立A高 等 学 校3年 生 に 自分 た ち の 学 校 の 脇 を 流 れ る 川 を よ く観 察 させ 、 川 の 水 を採 取 し簡 単 な 水 質 検 査(水 温 や 流 速 ・pH・COD・ 亜 硝 酸)を 実 施 し た 後 、 そ の 試 料
を 都 立B高 等 学 校 へ 送 り さ ら に 分 析 し て も ら う こ と に した 。 こ こ で は 、 採 取 した 川 口川 の 水 の 他 に 金 魚 を 飼 育 し て い る 水 槽 の 水 や 水 道 水 の 水 質 検 査(pH・COD・ 亜 硝 酸 性 窒 素 ・ア ン モ ニ ア 性 窒 素 ・リ ン 酸)を 行 っ た 。 水 質 の 測 定 に 関 して は 、 市 販 のパ ッ クテ ス トに よる 各 種 キ ッ ト が 手 ご ろ で 迅 速 に 検 査 を 行 え る こ と か ら こ の 方 法 に
よ り検 査 を 行 っ た 。 パ ッ ク テ ス トの 操 作 方 法 に つ い て は 以 下 の 手 順(図 参 照)に 従 い 測 定 した 。
② 測 定 項 目 に つ い て (ア)BODとCOD
湖 沼 や 河 川 に お け る 有 機 物 に よ る 水 質 汚 濁 の 尺 度 と な る も の がBOD(生 物 化 学 的 酸 素 要 求 量)やCO D(化 学 的 酸 素 要 求 量)で あ る 。 人 間 生 活 に お け る 様 々 な排 出 物 は 汚 水 処 理 を し な い 限 り河 川 や 湖 沼 に 流 れ 込 む 現 実 が あ る 。 そ の 排 出 物 は そ こ に 生 活 す る プ ラ ン ク トン 等 に と っ て は 栄 養 源 と な る こ と も あ り、
こ う した 生 物 は 水 に 溶 け て い る 酸 素 を 消 費 し な が ら 生 存 す る こ と が で き る 。 有 機 物 の 多 さ は プ ラ ン ク ト ン 等 の 多 さ に 相 関 し、 これ らが 多 い 分 、 本 来 あ る べ き 溶 存 酸 素 が 不 足 して い る こ と に な る 。 こ の 不 足 し て い る 溶 存 酸 素 の 量 が 汚 染 の 度 合 い で あ る 。 こ れ を 測 定 す る 方 法 がCOD及 びBODの 測 定 で あ る 。
BODを 一 口 に 言 え ば 河 川 水 ま た は 湖 沼 水 に 含 ま れ る 有 機 物(汚 れ)を バ ク テ リ ア が 分 解 す る た め に 消 費 し た 酸 素 の 量 で あ る 。 こ のBODは 河 川 の よ う な 流 水 に お け る 汚 染 の 度 合 い を 測 定 す る と き に 用 い る 。
嚢 ひノ ・∠1≠
ヒ当
① 採水 した水 を コップな ど にわ け る
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一 @〆
・ツ
④ しっか り指 でつ まんだ まま パ ッ クを水 のなか に入れ、
スポイ ト式 に半分 くらい ま で 水 を吸い上 げ る
V
③指 で強 くつ まんでパ ック の 空気 を追 い出す
楓準包(pH>■ 」蝉●剛暢
藪隆 匿■朋 ■ 1111111
比色表
⑤20秒(反 応 時問)待 って、つ いた 色 を標 準色表 と くらへ pHを 確 認す る。 これ を比色
(ひ しょ く)する という
図2‑1PHの 測 定 方 法
し か し な が ら 、BODを 測 定 す る 簡 便 な 方 法 が な い た め 、 自治 体 な ど の 環 境 調 査 の 部 署 が 行 う 河 川 水 の 調 査 に お い て はBODを 用 い 汚 染 の 度 合 い を 調 査 す る ケ ー ス が 多 い 。
こ れ に 対 しCODの 場 合 、 河 川 水 中 の 有 機 物 が 酸 化 さ れ る の に 必 要 な 試 薬(過 マ ン ガ ン 酸 カ リ ウ ム)の 量 を 酸 素 の 量 に 換 算 し て 表 す も の で あ りBODに 比 較 し て 簡 単 に 測 定 す る こ と が で き
、 海 域 や 湖 沼 水 域 で 利 用 さ れ る 単 位 で あ る 。CODの 値 と 水 質 の 関 係 は 以 下 の と お り で あ る。
COD値 師gO/2)0:汚 染 の な い き れ い な 水 、1以 下:ヤ マ メ や イ ワ ナ の す む 渓 流 1〜2:雨 水 、3以 下:鮭 や 鮎 が す め る 、5以 下:鯉 や 鮒 が す め る 2〜10:河 川 の 海 に 近 い 水 質 、10以 上:下 水 で あ る
(イ)窒 素 化 合 物
ま た 、 水 質 汚 染 の 原 因 を 考 え た と き 、 そ れ は 人 間 を 中 心 と し た 「生 物 体 の 活 動 」 結 果 と し て 排 出 さ れ た 窒 素 化 合 物 の 比 重 が 大 き い と い え る 。
窒 素 は 、 「窒 素 ・ リ ン 酸 ・カ リ 」 と い わ れ る よ う に 、 植 物 の 三 大 栄 養 素 の1つ で あ る。 水 の
一11一
「
中 に 窒 素 分 が 過 剰 に な る と富 栄 養 化 と い わ れ る 状 態 に な り、 植 物 プ ラ ン ク ト ン の 異 常 発 生 を 引 き起 こ す 。 生 物 の 死 骸(タ ンパ ク 質 、 ア ミ ノ酸 、 尿 素 な どの 窒 素 分)・ 人 間 や 家 畜 な ど の し尿 ・ 生 活 排 水 ・農 薬 ・肥 料 な ど に 含 ま れ る 窒 素 が 水 の 中 に 排 出 さ れ る こ と で 、 窒 素 分 は 増 加 す る 。 水 の 中 に 排 出 さ れ た 窒 素 の 化 合 物 は 、 腐 敗 菌 に よ っ て 分 解 さ れ て ア ン モ ニ ア に な り、 さ ら に ア
ン モ ニ ア が 酸 化 さ れ て 亜 硝 酸 性 窒 素 、 さ ら に 酸 化 さ れ て 硝 酸 性 窒 素 に な る 。 そ こ で こ れ ら を 総 称 して 、 窒 素 化 合 物 と よ ん で い る 。
水 中 で の 窒 素 の 形 の 違 い は 、 水 中 の 酸 素 の 量 に よ り変 化 す る 。 酸 素 が 多 く と け 込 ん で い る 水 の 中 で は 、 酸 素 と結 び 付 い て 硝 酸 性 イ オ ン に な っ て い る 割 合 が 多 く、 酸 素 の 少 な い 汚 れ た 水 で は 、 還 元 に よ っ て 有 機 態 窒 素 や ア ン モ ニ ウ ム イ オ ン の 形 に な っ て い る 。 従 っ て 、 ア ンモ ニ ウ ム
イ オ ン や 亜 硝 酸 イ オ ン を 定 量 して い く こ と に よ り汚 染 の 推 移 を 知 る こ と が で き る 。
水 の 中 の ア ン モ ニ ア が 酸 化 さ れ た り、 硝 酸 性 窒 素 が 還 元 さ れ た りす る と 、 亜 硝 酸 に な る 。 亜 硝 酸 は 、 有 機 物 の 多 い 汚 水 に 多 く含 ま れ て い る 。 こ の 亜 硝 酸 は 酸 化 さ れ て 硝 酸 に 、 還 元 さ れ て ア ン モ ニ ア に 変 化 す る 大 変 不 安 定 な 状 態 の 物 質 で あ る 。 従 っ て 、 湖 沼 や 水 槽 に お い て 亜 硝 酸 が 硝 酸 に 変 化 す る と き に水 中 の 酸 素 が 大 量 に 消 費 さ れ 、 水 は 酸 欠 状 態 に な り、 魚 な ど は 窒 息 死 し て し ま う こ と に な る 。
(ウ)リ ン化 合 物
リ ン は 窒 素 と 同 様 、 水 が 富 栄 養 化 す る 植 物 の 栄 養 素 と して 知 ら れ て い る が 、 水 の 中 で は リ ン 酸 イ オ ン 、 あ る い は 水 の 中 の 有 機 物 と結 合 して 有 機 リ ン の 形 で 存 在 す る 。 リ ンの 供 給 源 は 、 自 然 界 で は 動 物 や 植 物 の 死 骸 が 分 解 して で き る もの 、 人 工 的 な もの で は リ ン が 含 ま れ て い る 合 成 洗 剤 や ボ デ ィ ー シ ャ ン プ ー な どの 洗 浄 剤 、 台 所 な ど の 生 活 排 水 、 化 学 肥 料 や 農 薬 に よ る も の 、 人 間 や 家 畜 の し 尿 な ど が あ る 。
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(4)結 果 と 考 察
以 上 の 見 地 か ら 、 今 回 の 水 質 調 査 に お け る 測 定 項 目 をpH・ 亜 硝 酸 ・ ア ン モ ニ ア ・COD・ リ ン 酸 に 絞 り 都 立A高 等 学 校 並 び に 都 立B高 等 学 校 に お い て 水 質 検 査 を 行 っ た 。 測 定 結 果 は 以 下 の よ う に な っ た 。 な お 、 都 立A高 等 学 校 で は 実 験 時 間 の 関 係 で ア ン モ ニ ア と リ ン 酸 の 測 定 項 目 は 実 施 し な か っ た 。
表2‑2実 験 結 果1採 水 日2000.10.30(月)都 立A高 校3年 生/検 査 日2000,10.31(火)都 立B高 校1年 生
1))
(上 流 部)← 川 口川 →(下 流 部) 浅川 都 立B高 校実験室
今熊 神社 牛頭橋 釜 の沢 橋 駒形橋 明治橋 新清水橋 川 口川 橋 浅川橋 水 槽(魚) 水道水 cap
mgO/2 3 0 0 10 5 5 3 0 10 2
cag‑n
mgO/2 o.i 0 2 2 2 z 6 3 8以 上 2
pH 7.0 7.0 7.0 6.9 6.6 6.9 7.6 7.3 9.2 7.5
NOZ mgNOz/2
.
o.oz o.oa o.oz o.a 0.15 o.a o.z o.i 0.05 0.01
NQz‑N mgNO2‑N/P
1
0,006 11. 0,006 0.06 0,045 0.06 0.06 1
0.03
1
0,015 0,003 NH4
mgNH;/2 o.i 0 0 o.z i o.z 0.5
I
o.i
I
o.i 0
NHギ ーN mgNH言 一N/P
1
0.08 0 0 0.16 o.s 0.16 0.4
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Pa, mgPd','一/
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o.a 10 0
P mgP/P
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