高等学校
平 成10年 度
教 育 研 究 員 研 究 報 告 書
團
東 京 都 教 育 委 員 会
平 成10年 度
教 育 研 究 員 名 簿(理 科)
分 野 学 校 名 氏 名
都 立 明 正 高 等 学 校 長 谷 川 裕 物
都 立 武 蔵 丘 高 等 学 校 小 室 孝 志 都 立 足 立 高 等 学 校 岡 田 一 浩 理
都 立 野 津 田 高 等 学 校 川 角 玲 子
都 立 杉 並 高 等 学 校 酒 井 秀 樹 化
都 立 永 福 高 等 学 校 小 野 昌 彦 都 立 八 王 子 東 高 等 学 校 臼 井 豊 和 学
都 立 八 王 子 工 業 高 等 学 校 田 代 敏 彦
都 立 目 黒 高 等 学 校 藤 岡 浩
生
都 立 目 黒 高 等 学 校 山 崎 仁
物 都 立 青 梅 東 高 等 学 校 阿 部 英 喜 都 立 武 蔵 野 北 高 等 学 校 岩,瀬 基
担 当 教育庁指導部高等学校 教育指導課 指導 主事 荒 川 洋
身 近 な 事 象 か ら興 味 ・関 心 を 引 き 出 し 、 科 学 的 な も の の 見 方 ・考 え方 を 養 う理 科 の 指 導 法
1H皿
研 究主題設定 の理 由
具体的 底研究方針
目
次
研 究 を 進 め る上 で の 留 意 点
研 究内容
1テ レ ビ リ モ コ ン を 利 用 して 、 赤 外 線 を物 理 的 に 探 究 さ せ る 指 導 法 の 工 夫
2生 徒 の 理 解 を重 視 し た 「中 和 滴 定 」 に 関 す る 教 材 の 開 発 と指 導 法 の 工 夫
3生 物 に 対 す る紫 外 線 の 影 響 を 学 ば せ 、 環 境 保 全 を考 え さ せ る 指 導 法 の 研 究 (メ ラ ニ ン 等 の 身 近 な 材 料 の 導 入)
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身 近 な 事 象 か ら、 興 味 ・関 心 を 引 き 出 し、
科 学 的 な も の の 見 方 ・考 え方 を養 う理 科 の 指 導 法
1研 究 主題 設 定 の理 由
最 近 の 生 徒 は 豊 か な 自然 に 触 れ る 体 験 が 不 足 し て い る こ とが 指 摘 さ れ て い る 。 ま た 、 第3回 国 際 数 学 ・理 科 教 育 調 査 の 結 果 で は 「我 が 国 の 児 童 生 徒 は 知 識 量 は 多 い が 、 問 題 解 決 の た め の 実 験 計 画 の 立 案 や 自 然 を 科 学 的 に 見 る 力 は 、 不 足 して い る 」 と報 告 さ れ て い る 。 間 近 に 迫 っ た 21世 紀 は 、 科 学 技 術 、 高 度 情 報 化 が 一 層 進 展 す る社 会 で あ る 。 ま た 、 平 成14年 度 か ら 完 全 学 校 週 五 日制 が 実 施 さ れ る こ とか ら生 徒 自 ら が 学 び と っ て い く力 を つ け る こ とが ます ます 大 切 に な っ て い る 。
平 成10年 に は 、 教 育 課 程 審 議 会 の 最 終 答 申 が 出 さ れ 、 こ れ か ら の 学 校 教 育 の 方 向 が 明 確 に さ れ た 。 答 申 の 中 で 、 理 科 に お い て は 、 科 学 的 に 調 べ る 能 力 や 態 度 、 科 学 的 な 見 方 や 考 え 方 を 養 う こ と が で き る よ う に す る こ と 、 ま た 、 日常 生 活 と の 関 連 や 、 自 然 環 境 と人 間 と の か か わ り な ど の 学 習 を 重 視 し 、 問 題 解 決 能 力 や 総 合 的 な 見 方 を 培 う こ と を 改 善 の 視 点 と し て あ げ て い る 。 教 育 研 究 員 の 過 去 の 研 究 に お い て は 、 「理 科 好 き な 生 徒 を育 て る 教 材 開 発 と 指 導 法 の 研 究 」、
「自 ら 学 ぶ 意 欲 を 引 き 出 し、 科 学 に 親 しみ を 感 じ さ せ 、 探 究 す る 能 力 ・態 度 を 育 て る 理 科 の 指 導 法 の 研 究 」、 「生 徒 の 興 味 や 学 習 意 欲 を 引 き 出 し、 科 学 的 な 思 考 力 を 育 て る 指 導 法 」 な ど の 研 究 が 行 わ れ た 。 こ れ ら の 先 行 研 究 を も と に 、 生 徒 の 学 習 意 欲 を 向 上 さ せ 、 知 的 好 奇 心 ・探 究 心 を も っ て 観 察 、 実 験 を 行 う た め に は 、 特 に 日 常 生 活 と密 接 に 関 連 し た 身 近 な 事 象 の 中 か ら題 材 を 選 び 、 導 入 す る こ と が 有 効 で あ る と 考 え た 。 こ の た め 、 日常 生 活 の 身 近 な も の を取 り上 げ る こ と と し た 。 ま た 、 生 徒 の 能 力 、 適 性 、 興 味 に 応 じ て 、 自然 の事 物 ・現 象 を探 究 す る 能 力 や 態 度 を 養 う た め に は 、 探 究 の 過 程 を通 し て 、 科 学 的 な 見 方 、 思 考 力 を 養 う指 導 法 の 開 発 に 取 り 組 む 必 要 が あ る と し て 、 標 記 の 研 究 主 題 を設 定 し た 。
II具 体 的 な研 究 方 針
1研 究 の 概 要
物 理 で は 、 テ レ ビ リ モ コ ン を 利 用 し て 、 赤 外 線 を 物 理 的 に 探 究 させ 、 さ ら に 、 情 報 伝 達 の 仕 組 み も学 習 させ る 指 導 法 を研 究 した 。
化 学 で は 、 中 和 滴 定 に 関 す る 演 示 実 験 と 生 徒 実 験 、 及 び 生 徒 の 思 考 の 変 化 や 理 解 を重 視 し た 指 導 法 を 開 発 し た 。
生 物 で は 、 身 近 な 事 象 で あ る 日焼 け と い う現 象 か ら紫 外 線 の 性 質 を 学 び 、 メ ラ ニ ン の ヒ ト に お け る 役 割 及 び オ ゾ ン層 の 破 壊 な ど の 環 境 保 全 に つ い て 考 え 、 理 解 させ た 。
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2取 り 上 げ た 題 材 と生 徒 の 活 動
分科会 日常 生 活 と 密 接 に 関
学 習 意 欲 を引 き出 す 活 動 自然 の事 物 ・現 象 を探 究 す る活 動 連 した題 材
テ レ ビ リ モ コ ン ・リ モ コ ン か ら 赤 外 線 が 出 て ・リ モ コ ン か ら の 赤 外 線 の 波 長 を ビデオカメラ ・デ ジタルカ メラ い る こ と を太 陽 電 池 を 用 い て 測 定 す る
物理 太陽電池 調 べ る ・リ モ コ ン か ら の 赤 外 線 の 信 号 を
調 べ る
か き 氷 用 シ ロ ッ プ ・か き氷 用 シ ロ ッ プ を 指 示 薬 ・中和 滴 定 の 実 験 に よ り食 酢 の 種 食酢 と して 用 い て 、 酸 塩 基 に つ い 類 を 当て る
化学 て調 べ る
・定 量 実 験 器 具 の 正 確 性 に つ い て調 べ る
紫 外 線 に よ る 日焼 け ・納 豆 菌 に対 す る 紫 外 線 の 影 ・生 物 の 環 境 に対 す る 適 応 を調 べ
UVケ ア商 品 響 を調 べ る る
生物 ・メ ラ ニ ン の 紫 外 線 吸 収 を 確 ・地 球 環 境 問 題 につ い て調 べ る か め る
IH研 究 を進 め る上 での 留意 点
物 理 、 化 学 、 生 物 の3つ の 分 科 会 で 研 究 を 進 め た が 、 そ れ ぞ れ に 共 通 して 以 下 の 点 に 留 意 し て 研 究 を 進 め た 。
◎ 生 徒 の 実 態 に 応 じ た 指 導 法 ・教 材 の 改 善 に 努 め る 。
◎ 扱 う 題 材 は 、 生 徒 に と っ て 身 の 回 り に あ る 、 身 近 な 道 具 、 材 料 を 使 用 す る よ う心 掛 け る 。
◎ 実 験 の 進 め 方 に つ い て は 、 生 徒 自 ら考 え 、 探 究 し、 発 見 して い く過 程 を 重 視 す る 。 さ ら に 、3つ の 分 科 会 そ れ ぞ れ で は 次 の 点 に 留 意 した 。
物 理 で は 、 「物 理IA」 、 「物 理IB」 で 実 践 で き る 内 容 とす る 。 ま た 、 「物 理II」 、 「総 合 理 科 」 に お い て も 実 践 で き る 指 導 内 容 を 検 討 す る 。
指 導 内 容 に つ い て は 、 生 徒 自 ら 探 究 し、 発 見 で き る よ う 工 夫 す る 。 ま た 、 単 な る 定 性 実 験 に 終 わ ら せ ず 、 定 量 的 に も実 験 で き る 内 容 とす る 。
化 学 で は 、 酸 と 塩 基 の 実 験 の 目標 や 内 容 を 検 討 して 、 実 験 技 術 の 習 得 だ け に 終 わ らせ ず 、 実 験 器 具 に 対 す る 理 解 を 深 め 、 生 徒 の 理 解 度 に 応 じた 指 導 が で き る よ う に 工 夫 す る 。 ま た 、 生 徒 の 思 考 内 容 や 理 解 度 を プ レ テ ス ト、 ポ ス トテ ス トな ど を 通 して 把 握 し 、 思 考 の 過 程 を 評 価 で き る よ う 工 夫 す る 。
生 物 で は 、 紫 外 線 の 生 体 に 及 ぼ す 影 響 を 身 近 な 教 材 で 実 験 で き る よ う 工 夫 す る 。 紫 外 線 の 生 物 に 対 す る 影 響 を 理 解 す る と こ ろ か ら 、 様 々 な 環 境 問 題 に つ い て も生 物 学 の 観 点 か ら 総 合 的 に 考 察 す る こ と が で き る よ う に す る 。
W研 究内容
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1テ レ ビ リ モ コ ン を 利 用 して 、 赤 外 線 を物 理 的 に 探 究 さ せ る 指 導 法 の 工 夫 (1)は じ め に
現 代 は 、 科 学 技 術 を 応 用 し た 便 利 な 器 具 が 身 の 回 り に あ ふ れ て い る が 、 そ れ らの動 作 す る 原 理 を 自 分 達 で 解 明 す る こ と は 、 難 し く な っ て お り、 そ れ らは ブ ラ ッ クボ ッ ク ス の よ う に な っ て い る 。 こ の こ と が 、 逆 に 自 然 科 学 へ の 興 味 を 失 わ せ て い る 原 因 に も な っ て い る と 考 え ら れ る 。 高 等 学 校 の 物 理 の 学 習 の 範 囲 内 で 探 究 で き る 題 材 を 選 び 、 教 材 化 す る こ と を 通 して 、 本 研 究 主 題 の 「身 近 な 事 象 か ら 、 興 味 ・関 心 を 引 き 出 し 、科 学 的 な もの の 見 方 ・ 考 え 方 を 養 う指 導 法 」 を工 夫 を す る こ と に し た 。 こ こ で は 、 日常 生 活 で 便 利 に 使 っ て い る テ レ ビ の リ モ コ ン を 取 り上 げ た 。 リ モ コ ンで テ レ ビ を 操 作 す る と き、 リモ コ ンか らは 何 が 出 て い る の か 、 情 報 伝 達 の 仕 組 み は ど う な っ て い る の か を物 理 的 に探 究 さ せ る 指 導 法 の 研 究 を 行 っ た 。
(2)指 導 計 画
リ モ コ ン を 用 い た 授 業 を 「総 合 理 科 」、 「物 理IA」 、 「物 理IB」 、 「物 理ll」 の そ れ ぞ れ の 科 目 で 行 っ た 。
「総 合 理 科 」 で は 、 「(1)自 然 の 探 究 」 の 「ア 自 然 の 認 識 」 に お い て 、 「い か に し て 自 然 を 探 究 す る か 」 の 題 材 の 一 つ と し て 、 テ レ ビ リ モ コ ン か ら 放 射 さ れ る 目 に 見 え な い 赤 外 線 を 観 察 す る 方 法 を 学 習 さ せ る 。 こ こ で の ね ら い は 直 接 感 覚 で は 観 察 し 得 な い も の に つ い て 探 究 す る 方 法 の 手 順 を 考 え さ せ 、 習 得 さ せ る こ と で あ る。
「物 理IA」 で は 、 「(1)光 と 音 」 の 「ア 光 と 目 」 と 「(4)情 報 と そ の 処 理 」 の 「ア 情 報 の 伝 達 」 で 扱 う こ と が で き る 。 テ レ ビ リ モ コ ン か ら 出 て い る も の は 何 か 。 探 究 的 に 調 べ 、 テ レ ビ リ モ コ ン の 出 す 赤 外 線 の 波 形 が 、 各 チ ャ ン ネ ル に よ っ て 違 う こ と を、X‑Y
レ コ ー ダ ー で 描 き 出 し て 調 べ る 。
「物 理IB」 で は 「(3)波 動 」 の 「ウ 光 波 」 に お け る 「ス ペ ク ト ル 」 及 び 「光 と 色 」 の 学 習 の 発 展 を ね ら い と す る 。 ま ず 光 の 色 と 波 長 の 関 係 を 、 回 折 格 子 に よ る ス ペ ク トル の 観 察 を 通 し て 理 解 させ る 。 さ ら に 学 習 の
過 程 で 、 仮 説 ・検 証 な ど の 考 え を 入 れ
「探 究 活 動 」 を 行 う た め の 事 前 学 習 と し て 、 「科 学 の 方 法 」 を学 ぶ 。
「物 理9」 で は 「(2)電 気 と磁 気 」 の
「イ 電 磁 誘 導 と 電 磁 波 」 で 扱 う 。 電 磁 波 の 項 目で は 一 般 に 実 験 は あ ま り取 り扱 わ れ て い な い 。 そ こ で 、 電 磁 波 の 一 つ の 領 域 で あ る 「赤 外 線 」 に つ い て 、 身 近 な 道 具 で あ る テ レ ビ リ モ コ ン を 使 っ た 実 験 を 取 り入 れ た 。
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図1‑1生 徒 の 実験 風 景
表1‑1指 導 計 画
前 時 ・光波 の授 業 に お い て 、波 長 に よる 電磁 波 の 分類 や 、 回折 格 子 を使 っ た簡 易 分 光 器の 製作 を通 し、回折格子 を通 っ まで た単 色 光 の 明 点 の 間 隔 が 、 光 の 波 長 に比 例す る こ とを確 認 す る よ う指 導 す る。
・音 波 の授 業 に お い て 、音 波の波形は、音 をマイクロホンで電流 に変換 し、観察で きることを確認す る。
① 太陽 電 池 を ラ ジ カ セ の マ イ ク端 子 に接 続 し、 ラ ジ カ セ を録 音 状 態 にす る 。太 陽 電 池 に 向 け た リモ コ ンの ス イ ッ チ を 入 れ 、 リモ コ ンか らの 信号 を 音 と して 聞 く。
② 太 陽 電 池 は 、 テ レ ビ リモ コ ンに 反 応す る こ と、 赤外 線 は 目に 見 えず 、蛍 光 作 用 が な い こ と な どの実 験 を行 い 、 リモ コ ンか ら出 て い る もの は 、 赤 外線 で あ る と推 論 させ る 。
③ ビ デ オ カ メ ラ の 前 に 可視 光線 フ ィル ター と紫 外線 フ ィル ター を重 ね て装 着 し、 カ メ ラ に 向 か っ て リ モ コ ンの ス イ ッチ を押 す と、 出 て い る もの が は っ き り と見 え る こ と か ら、赤 外 線 で あ る とい う こ とが で き る。
④ ③ で 使 用 した フ ィル ター を装着 した ま ま、外 の景 色 な ど を撮 り、赤 外 線 に よ る映 像 を見 せ る。
⑤ 回折 格 子 を 用 い て 赤 外線 の 波 長 を 求 め る 。
⑥ パ ソ コ ンの微 弱電 流 分析 装 置 を 使 用 して 赤外 線 の波 形 の分 析 をす る 。
前 時 ・電 磁 波 の種 類 の確 認(「 光 と音 」 の単 元 に お け る波 長 の特 性 や光 や音 の 性 質 を復 習) まで ・回折 に つ い て の予 習
① ク リス タル イ ヤ ホ ンを 太 陽 電 池 に 接続 す る 。 太 陽電 池 に 向 け た リモ コ ン の ス イ ッチ を押 す 。 リ モ コ ンか らの 信 号 を 音 と して 聞 く。
② 電圧 計 を フ ォ トダ イオ ー ドに 接 続 す る 。 フ ォ トダイ オ ー ドに 向 け た リ モ コ ンの ス イ ッチ を押 す と 、起 電 力 が 生 じる こ とを確 認 す る。
③ ビ デ オ カ メ ラに 向 け て リモ コ ンの ス イ ッチ を 押 し、 カ メ ラ モ ニ ター に 「何 か」 が 見 え る こ とを確 認 させ る 。
④ ビ デ オ カ メ ラの レ ンズ の 前 に ハ ンカ チ ー フ や 料 理 用 の灰 汁 取 り網 を か け て 、 ビ デ オ カ メ ラ を の ぞ き、 回折 現 象 が起 きて い る の を確 認 す る よ う指 導 す る。
⑤ ビ デ オ カ メ ラの レ ンズ の 前 に 回 折 格 子 をつ け て お く。 カ メ ラ に 向 け て 、 リモ コ ンの上 にLEDを 載 せ 、 光 らせ な が ら リモ コ ンの ス イ ッチ を入 れ る 。LEDの 出 す 赤 、 黄 、 青 の どの 色 よ り も リモ コ ンか ら出 て い る 「何 か 」 の 方 が 、 回折 角 が 大 きい こ と を確 認 し、 そ の 比 か ら リモ コ ンか ら出 て い る の は赤 外線 で あ る ことを確 認 させ る。
⑥ 太 陽 電 池 に 、X‑Yレ コー ダー とス トレー ジ オ シ ロ ス コ ー プ を つ な ぐ。太 陽電 池 に 向 け た テ レ ビ リモ コ ンの1 チ ャ ンネ ル か ら12チ ャ ン ネル まで の ス イ ッチ を押 し、 そ の 波 形 をX‑yレ コ ー ダ ー に描 き出 し、各 チ ャ ン ネル に よ る 波 形 の 違 い が あ る こ とを気 付 か せ る 。
前 時 ・光 の ス ペ ク トル(1時 間)、 光 の 波 長 と色 、 可視 光 線 と赤 外線 ・紫 外 線 、光 の干 渉(2時 間)回 折 と は 何 か 、 まで レー ザ ー の 回 折像 、 回 折 の 式 。
時で前ま
・テ レ ビ リモ コ ンか ら出 て い る もの は何 か を考 え させ る 。
・テ レ ビ リモ コ ンか ら出 て い る もの が 電 波 や 、光、音 の仲間であるのな ら、それぞれ どんな特徴 があるかを考 え させ る 。
① ク リス タル イヤ ホ ンを 太 陽 電 池 に 接続 し、太 陽 電 池 に 向 け て リモ コ ンの ス イ ッチ を押 す 。 リモ コ ンか らの 信 号 を音 と して 聞 く。 リモ コ ンの 他 、 可視 光 線 、 ブ ラ ッ クラ イ トを太 陽 電池 に 当 て て み る 。
② リ モ コ ンか ら出 て い る 「何 か 」 を遮 る 。 リモ コ ンを 手 や紙 で 遮 り、 電波 の仲 間 か ど うか 調べ て み る 。
③ ビ デ オ カ メラ で 、 リモ コ ンの 発 信 部 が 発 光 して 見 え る こ とを示 す 。
④ 赤 、緑 のLEDと と もに リモ コ ンの 発 信 部 を ビデ オ カ メラ で撮 り、 さ らに カ メ ラ の レ ンズ の前 に 回 折 格 子 を 置 い て 、 回折 像 を確 認 す る 。
⑤ リモ コ ンか ら出 て い る の が 「光 」 の 仲 間 で あ る こ とか ら、 回折 格 子 の公 式 か ら、波 長 を 計 算 させ る 。
① 目 に は 見 え な い赤 外線 の存 在 及 び可 視 光 よ り長 い波 長 の測 定 につ い て の探 究 活 動
・ トラ ンジ ス タ と ミニ ス ピー カ ー を 使 っ た 簡 易 受信 機 を製 作 す る。 こ れ に よ り、 赤外 線 に よる 信号 を音 に 変 換 し、 赤 外線 が情 報 を伝 え て い る こ とを 知 る 。 併せ て トラ ンジ ス タの増 幅 作用 の 役割 も知 り、 半導 体 の 学 習 へ 発展 させ る 。
・ビデ オ カ メラへ 向 け た リモ コ ンの ス イ ッチ を 押 し、LEDの 可視 光 と比 較 させ 、 赤外 線 の存 在 を発 見 さ せ 、 波 長 を 求 め る 。
② リ モ コ ン か らの紫 外 線 を題 材 と した課 題 研 究 (ア)赤外 線 の波 と して の性 質 の実 験 に よる学 習
・回折 格 子 を取 り付 け た ビデ オ カ メ ラ の実 験 か ら、赤 外 線 の 回折 現 象 を検 証 させ る 。
・紫 外線 が ス テ ン レス板 な どに よ り反射 す る こ とを確 認 させ る 。
・フ ィル ター や物 質へ の 透過 に つ い て の探 究 学 習 。 (イ)電磁 波 の情 報 伝 達 の役 割 の学 習 。
・りモ コ ンか らの 赤外 線 の信 号 を オ シ ロ ス コ ー プ を使 っ て観 察 させ る。
・リモ コ ンか らの赤 外 線 の信 号 を 使 っ て全 反射 に よ る フ ァ イバ ー ケ ー ブ ルで の伝 達 を検 証 させ る。
・LEDを 使 っ た可 視 光線 に よる ラ ジ カ セ や ウ ォ ー クマ ン を使 っ た光 通 信 の 実 験 を させ る 。
(3)主 な 教 材 の 紹 介
ア 「太 陽 電 池 」 と 「フ ォ ト ト ラ ン ジ ス タ ー に よ る 受 信 機 」(図1‑2)
リ モ コ ン か ら 出 て い る 赤 外 線 を 受 信 す る に は 、 市 販 の 太 陽 電 池 に 、 ク リ ス タ ル イ ヤ ホ ン を つ な げ ば 十 分 リ モ コ ン の 信 号 音 を 聞 き 取 る こ と が で き る 。 た だ 、 生 徒 実 験 の 場 合 、 多 く の 生 徒 が 一 度 に 聞 き 取 る こ と が で き な い た め 、 フ ォ ト ト ラ ン ジ ス タ を 利 用 し た 簡 易 受 信 機 を 製 作 し た 。 こ れ は 、 フ ォ ト ト ラ ン ジ ス タ へ 入 っ た 信 号 を 、 ト ラ ン ジ ス タ1個 の み で 増 幅 し 、 ミ ニ ス ピ ー カ ー か ら 音 声 と し て 信 号 を 取 り 出 す も の で あ る 。 電 源 は 単 三 電 池4本 使 用 す る 簡 易 型 の 受 信 機 だ が 、 リ モ コ ン の 信 号 音 を 十 分 明 瞭 に 取 り 出 す こ と が で
き 、 生 徒 に は 評 判 が 良 か っ た 。 イ リ モ コ ン 台(図1‑3)
ビ デ オ カ メ ラ のCCDは 赤 外 線 も 紫 外 線 に も 感 じ る た め 、 リ モ コ ン か ら の 赤 外 線 を 回 折 格 子 を 通 し て ビ デ オ カ メ ラ に 照 射 す る と 、 白 く 点 滅 が 見 え 、 回 折 し て い る 様 子 が 観 察 で き る 。 し か も 、 赤 色 の 可 視 光 線 よ り は 波 長 が 長 い た め 、 明 点 の 間 隔 も 大 き い 。 こ れ を 青 色 と 赤 色 の 光 と 同 時 に 観 察 し 、 比 較 す る た め に 、 リ モ コ ン 台 を 製 作 し た 。 赤 外 線 の 波 長 の 計 算 に お い て は 、 波 長 が 既 知(6,5×102nm)の 赤 色LEDの 光 を 基 準 に し た 。
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図1‑2受 信 機
ウ ビ デ オ カ メ ラ 、 デ ジ タ ル カ メ ラ リ モ コ ン か ら 出 る 赤 外 線 を 見 え る よ う に す る た め ビ デ オ カ メ ラ や デ ジ タ ル カ メ ラ を 利 用 し 、 そ の 様 子 を 大 型 モ ニ タ ー に 映 し だ し た 。
工 波 形 表 示 装 置
信 号 の 観 察 及 び 探 究 に つ い て は 、 ス tト レ ー ジ オ シ ロ ス コ ー プ、X‑yレ コ ー ダ ー 、 パ ソ コ ン イ ン タ ー フ ェ イ ス を 利 用艦し た 。
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図1‑3リ モ コ ン 台
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図1‑4実 験 セ ッ ト
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オ 通 信 に 関 す る 実 験 装 置
リ モ コ ン か ら 出 て い る 赤 外 線 は 、 光 と 同 様 に 波 の 性 質 を も っ て い る 。 こ の 性 質 を 利 用 し て 、 回 折 格 子 に よ る 回 折 の 実 験 、 金 属 板 に よ る 反 射 の 実 験 、 フ ァ
イ バ ー ケ ー ブ ル で の 全 反 射 に よ る 情 報 伝 達 、 各 種 フ ィ ル タ ー に よ る 透 過 の 実 験 を 行 っ た 。 ま た 、 リ モ コ ン か ら 出 て い る 赤 外 線 は 、 可 視 光 線 の 赤 色 の 光 に 極 め て 近 い も の で あ り 、 そ の こ と を 踏 ま え 、 赤 色 の 高 輝 度LEDを 使 っ て 、 光 通 信 を 行 っ た 。 用 意 し た ラ ジ カ セ 等
図1‑5生 徒 実験 風 景
の イ ヤ ホ ン端 子 の 出 力 を 市 販 の コ イ ル の 両 極 に加 え る 。 そ の 電 圧 を 赤 色 のLED回 路 に 入 力 させ 、 受 信 機 セ ッ トに 向 け て 発 信 さ せ た 。
(4)授 業 内 容
本 研 究 に よ る 授 業 内 容 は 、 内 容 の 選 択 に よ っ て 、 「総 合 理 科 」、 「物 理IA」 、 「物 理IB」
「物 理1[」 の い ず れ で も 実 施 で き る よ う に 工 夫 し た 。 ア リ モ コ ン か ら 出 て い る も の の 予 測
リ モ コ ン か ら 出 て い る も の に つ い て の 仮 説 を 立 て る 。 「何 か 」 が リ モ コ ン か ら 出 て い る こ と 、 ま た 授 業 展 開 に よ っ て は 「何 で あ る か 」 ま で 考 え さ せ る 。
イ 太 陽 電 池 の は た ら き
太 陽 電 池 に 電 圧 計 を つ な ぎ 太 陽 電 池 の は た ら き を 調 べ る 。 ウ リ モ コ ン の は た ら き
ク リ ス タ ル イ ヤ ホ ン 又 は ア ン プ に つ な い だ 太 陽 電 池 に 向 け て 、 リ モ コ ン の ス イ ッ チ を 押 す 。 断 続 音 が 聞 こ え る こ と か ら 、 「光 の 仲 間 」 が 出 て い る の で は な い か と い う 仮 説 が 成 り 立 つ 。 ま た 、 太 陽 電 池 の 代 わ り に フ ォ ト ト ラ ン ジ ス タ を 利 用 し た 実 験 も 行 う 。 エ リ モ コ ン か ら 出 る 「光j
リ モ コ ン を ビ デ オ カ メ ラ 又 は デ ジ タ ル カ メ ラ に 向 け て 、 ス イ ッ チ を 押 し て み る 。 カ メ ラ の モ ニ タ ー に 白 い 点 滅 が 見 ら れ る こ と を 確 認 す る 。 つ い で 、 緑 色(又 は 青 色)と 赤 色 のLEDを 組 み こ ん だ リ モ コ ン 台(図1‑3)を 用 い 、 ビ デ オ カ メ ラ 等 で 撮 影 し 、3つ の 光 源 の 像 が 映 る こ と を 確 認 す る 。
オ 回 折 格 子 を 利 用 し た 実 験
回 折 格 子 を ビ デ オ カ メ ラ ま た は デ ジ タ ル カ メ ラ の 前 に 置 き 、 回 折 が 起 こ る こ と を 確 認 す る 。
波 長 の 違 い に よ る 明 点 の 間 隔 か ら 、 赤 や 緑(青)の 光 の 波 長 と 、 リ モ コ ン か ら 出 て い る 光 の 波 長 を 近 似 と し て 、 比 で 求 め 、 「赤 外 線 」 が 出 て い る こ と を 確 認 さ せ る 。 こ の 際 、 モ ニ タ ー 画 面 か ら 直 接 測 定 す る 方 法 と 、 一 度 プ リ ン タ ー な ど で 印 刷 さ せ た も の を 利 用 す
る 方 法 が あ る 。 力 信 号 の 分 析
太 陽 電 池 に オ シ ロ ス コ ー プ やX‑Yレ コ ー ダ ー を つ な ぎ 、 リ モ コ ン か ら の 信 号 を 調 べ る 。 メ ー カ ー に よ る 違 い 、 チ ャ ン ネ ル に よ る 違 い な ど を 調 べ る 。
キ 情 報 伝 達 の 実 験
光 フ ァ イ バ ー ケ ー ブ ル 、 可 視 光 線 フ ィ ル タ ー 、 反 射 板 な ど を 用 い 、 赤 外 線 の 基 本 的 な 性 質 に つ い て の 理 解 を 深 め る 。 ま た 、 フ ォ ト ト ラ ン ジ ス タ を 利 用 し た 通 信 実 験 を 行 う 。 ク ま と め
・ リ モ コ ン か ら 出 て い る も の は 赤 外 線 で あ る。
・回 折 現 象 を 利 用 し て、 波 長 の 特 定 が で き る 。
・デ ジ タ ル 信 号 を 利 用 し て 情 報 伝 達 が 行 わ れ る
。 以 上 の こ と を 確 認 し て ま と め と す る 。
(5)授 業 結 果
実 験 の 最 初 の 段 階 で 行 う 、 リ モ コ ン の 信 号 音 の 聞 取 りは 、 生 徒 に と っ て 、 意 外 性 が あ っ た の か 、 多 くの 生 徒 が 驚 き と 興 味 を示 して い た 。 リ モ コ ン か ら の 赤 外 線 の 波 長 の 測 定 は 、 か な り精 度 の 良 い 値 が 出 た た め 、 赤 外 線 は 、 可 視 光 線 よ り波 長 が 長 い こ と を 改 め て 実 感 し た よ う で あ る 。 そ して 、 信 号 の 探 究 に つ い て は 、 い ろ い ろ な 手 段 を 用 い て 行 っ た が 、 い ず れ に お い て も 、 信 号 が 明 瞭 に観 察 で き た 。 今 回 の 研 究 の 授 業 実 践 は 、 全 日制 普 通 科4校 に お け る 「総 合 理 科 」、 「物 理IA」 、 「物 理IB」 、 「物 理H」 の4科 目 、 そ れ ぞ れ 行 っ た 。 主 と して 、 波 動 の 学 習 を踏 ま え て の も の で あ り、 上 記 の 結 果 か ら 、 ど の 科 目 に お い て も 本 研 究 の 成 果 を 活 か す こ と が 可 能 で あ る こ と が 確 認 で き た 。 授 業 実 践 後 の ア ン ケ ー ト結 果 か ら
「身 近 な 道 具 の 仕 組 み や 、 普 段 考 え た こ と の な い 情 報 の 伝 達 が 分 か っ た 」 等 の 意 見 が 多 く 出 さ れ 、 今 回 の 実 験 に よ っ て 興 味 と関 心 を 引 き 出 す こ とが で きた と 思 わ れ る 。
ア 測 定 及 び 観 察 の 様 子
リモ コ ン の 赤 外 線 の 波 長 λ≒ 三.λr=坐.6.5。10・nm
5.9 澄
=9.5×1◎2nm
(赤 色 の 波 長:Zr=6.5×102nm)
・図1‑6̀波 長 の 測 定
警
懸
図1‑7回 折 像
騨‑
一8一
イ 生 徒 の 感 想
「毎 日 使 っ て い る リ モ コ ン が こ ん な に す ご い 仕 組 み に な っ て い る の を 知 っ て 驚 い た 」
「モ ニ タ ー に 映 し 出 さ れ た 波 形 を ス ケ ッ チ す る と き 、 チ ャ ン ネ ル の 信 号 が 2進 法 で あ る こ と が 分 か っ た と き は う れ し か っ た 」
「最 初 か ら 答 え の 出 て い る も の を 確 か め る の で は な く 、 考 え る こ と か ら 実 験 が 始 ま り 、 流 れ に 沿 っ て い く こ と が で き 、 分 か り や す か っ た 」
灘 轟 繋
縫 轟 翻銭緩
︑ご︑畷＼ゲ無.誉穂
皇茎蓄慧醸
む{ξ㌔書踊蘇へ義己蕊ミ﹂︑≧略﹁﹁ミ蓬君馳覗93
"一ご藁叱pミぎ楓誌
乱嘉;鑑
二㍉ξ〜時烈論
ド舞昇纂麩慧良騰
蜘 も し 」 し し も 蘇 」 」Lも 細 醐
図1‑8信 号 の 観 察
(6)今 後 の 課 題
各 校 そ れ ぞ れ の 実 験 装 置 を 使 用 し た の で 、 以 下 の よ う に 装 置 に よ る 長 所 ・短 所 が は っ き り し た 。 こ れ ら の 点 を 踏 ま え て 、 各 校 の 実 状 に あ わ せ る と よ い 。
ア 実 験 で 使 う テ レ ビ リ モ コ ン は 、 各 校 で 生 徒 に 持 参 さ せ た た め 身 近 な 教 材 で あ る と い う 第 一 印 象 を 与 え る こ と が で き た 。 検 出 装 置 に な る ヘ ッ ドホ ン や ウ ォ ー ク マ ン な ど も 持 参
さ せ た ほ う が 一 層 身 近 に 感 じ ら れ て よ い 。
イ 回 折 格 子 の セ ッ テ ィ ン グ の 方 法 は 、 回 折 格 子 を 鉄 製 ス タ ン ド に 固 定 し 、 そ こ に ビ デ オ カ メ ラ や デ ジ タ ル カ メ ラ を 近 づ け る 方 法 と 、 そ れ ら の レ ン ズ の 前 に テ ー プ 等 で 固 定 す る 方 法 が あ る 。 前 者 の ほ う がLEDと リ モ コ ン ま で の 距 離 を 一 定 に 保 ち 易 く 、 生 徒 実 験 に は 適 し て い る 。
ウ リ モ コ ン か ら の 赤 外 線 の 光 量 は 少 な い の で 、 ビ デ オ カ メ ラ の モ ニ タ ー で は 暗 く 見 え る の で 、 ビ デ オ カ メ ラ と の 距 離 は 近 い 方(1m以 下)が よ い こ と が 分 か っ た 。 ま たLED の 光 と リ モ コ ン か ら の 赤 外 線 を 同 時 に 見 る た め に 同 一 距 離 に 設 定 で き る リ モ コ ン 台 を 製 作 し た が 、 赤 外 線 とLEDが 同 程 度 の 明 る さ に 見 え る よ うLEDの 光 量 を 調 節 で き る よ う に す る と よ い 。
エ モ ニ タ ー に 映 し 出 さ れ た 明 点 の 間 隔 を 直 接 定 規 で 測 定 し て も 、 思 っ た ほ ど の 誤 差 は 生 じ な か っ た 。 さ ら に 正 確 に す る た め に 、 そ の 画 面 を プ リ ン トア ウ ト し て 配 布 し た 例 が あ っ た が 、 多 数 の 生 徒 が 同 時 に 測 定 で き る 利 点 も あ っ た 。
オ リ モ コ ン か ら の 信 号 の 波 形 は 各 社 様 々 な 信 号 を 使 用 し て い る が 、 分 析 の や り や す さ に お い て は 大 き く 差 が あ っ た 。S社 製 の も の が 分 析 し や す く 、 見 本 例 と し て 使 用 す る と よ
いo
力 赤 外 線 の 波 形 の 観 察 の 仕 方 は 、 オ シ ロ ス コ ー プ で 波 形 を 静 止 さ せ て 見 ら れ る タ イ プ の も の を 実 験 班 ご と に 一 台 ず つ 使 用 す る の が 理 想 的 で あ る 。 パ ソ コ ン の 微 弱 電 流 分 析 装 置 に よ り 静 止 し た グ ラ フ と し て 大 型 の モ ニ タ ー に 映 す 方 法 も あ る が 、 こ の 方 法 は 全 体 に 説 明 を 加 え る の に 便 利 で あ る 。 ま た 、 オ シ ロ ス コ ー プ の デ ー タ をX‑yレ コ ー ダ で 描 か せ
て プ リ ン トす る 方 法 も あ る 。 必 要 に 応 じ て こ れ ら を 組 み 合 わ せ る と よ い 。
キ 光 通 信 の 実 験 で は 、 高 輝 度LEDを 使 用 し た が 、 今 一 つ 輝 度 が 足 り な か っ た 。 そ の か わ り に 、 最 近 価 格 も 安 く な っ て い る レ ー ザ ー ポ イ ン タ ー を 使 用 す れ ば 距 離 を 大 き く し て ダ イ ナ ミ ッ ク で 安 定 し た 光 通 信 の 実 験 が で き る 。 ま た 、 使 用 し た コ イ ル は 電 磁 力 実 験 器 用 で あ っ た が 、 時 間 が 許 せ ば 、 生 徒 に 自 作 さ せ る の が 望 ま し い 。
ク 今 回 の よ う に 実 験 装 置 の 数 が 限 ら れ 、 い く つ か の 実 験 を 組 み 合 わ せ た 授 業 は 、 受 講 生 の 少 な い 選 択 講 座 等 の 少 人 数 の ク ラ ス で な い と 十 分 な 効 果 は 上 げ に く い 。 特 に 実 験 装 置 が1台 し か な い よ う な 場 合 は 、 ワ ー ク シ ー トの 工 夫 や 実 験 の ロ ー テ ー シ ョ ン 等 に 改 善 の 余 地 は あ る も の の 限 界 が あ っ た 。
ケ 実 験 装 置 と し て 、 コ ン ピ ュ ー タ を 使 用 で き た の は1校 の み で 、 ビ デ オ カ メ ラ や デ ジ タ ル カ メ ラ な ど は 視 聴 覚 の 機 器 を 借 り た り 、 個 人 の 持 ち 物 を 利 用 し た り し て 、 各 校 で 工 夫 し て 実 施 し た が 、 あ の 機 器 が あ れ ば あ の 実 験 が で き た の に と い う こ と が 多 々 あ っ た 。 ま た 、 他 の 機 器 に つ い て も 、 必 要 な 数 の 確 保 が 難 し か っ た 。 こ れ ら の 機 器 は 、 実 践 し た 学 校 に 物 理 科 の 備 品 と し て 備 え て い な か っ た 。 ま た 、 今 後 の 指 導 要 領 の 改 訂 で ま す ま す 新 し い 機 器 が 必 要 に な る こ と が 予 想 さ れ る の で 、 学 校 の 実 験 機 器 の 整 備 が 望 ま れ る 。 コ ビ デ オ カ メ ラ や パ ソ コ ン な ど の 実 験 装 置 そ の も の が ブ ラ ッ ク ボ ッ ク ス の よ う に な っ て
し ま っ て 理 解 し 難 か っ た と い う 生 徒 の 声 が あ っ た 。 ビ デ オ カ メ ラ な ど の よ う に 生 徒 の 手 作 り で 代 用 が 不 可 能 な 場 合 は や む を 得 な い が 、 フ ォ ト ト ラ ン ジ ス タ の 手 作 り 受 信 機 の よ
う に 、 簡 易 な 装 置 な ら 、 今 後 も で き る だ け 生 徒 に 自 作 さ せ る の が 望 ま し い 。
(7)お わ り に
本 研 究 を 行 う に 当 た っ て 特 に 留 意 し た 次 の3点 に つ い て は 、 さ ま ざ ま な 工 夫 の 積 み 重 ね に よ っ て 十 分 な 成 果 を 得 る こ と が で き た 。
ア ー つ の 完 結 し た 実 験 に す る こ と と 、 各 校 の 実 状 に 合 わ せ て ワ ー ク シ ー ト を 工 夫 す る こ と に よ っ て 、 「総 合 理 科 」、 「物 理IA」 、 「物 理IB」 、 「物 理H」 の 各 科 目 で 扱 う こ と が で き る よ う に す る 。
イ ミ ニ 実 験 の 積 み 重 ね に よ っ て 理 論 を 構 築 し 、 実 験 で 証 明 し て い く と い う こ と に よ っ て 、 科 学 的 研 究 方 法 が 自 然 と 身 に 付 く よ う に す る 。
ウ 身 近 な 題 材 を 用 い る こ と に よ っ て 、 生 徒 の 興 味 ・関 心 を 引 き 出 し 、 自 発 的 な 探 究 心 が 芽 生 え る よ う に す る 。
現 代 は 与 え ら れ た ブ ラ ッ ク ボ ッ ク ス 化 し た 機 器 を 操 作 す る こ と だ け で 楽 し み が 得 ら れ 、 科 学 的 探 究 心 が 育 ち に く い 。 今 回 の 実 験 は そ ん な 状 況 を 改 善 す る こ と が で き た よ う に 思 わ れ る 。 生 徒 の ア ン ケ ー ト結 果 や 感 想 に も そ の こ と は 示 さ れ て い る 。 生 徒 は 、 決 し て 科 学 を '嫌 い な の で は な く
、 学 ぶ 喜 び を 忘 れ て い る だ け な の で あ る 。 物 理 を よ り 一 層 身 近 で 興 味 深 .' .い 科 学 に す る た め に 、 今 後 も こ の よ う な 身 近 な 事 象 か ら 興 味 ・関 心 を 引 き 出 し 、 科 学 的 な
̀も の の 見 方 ・考 え 方 を 自 然 に 養 え る 教 材 を 各 単 元 ご と に 開 発 し て い き た い
。
一10一
2生 徒 の 理 解 を 重 視 し た 「中 和 滴 定 」1、関 す る 教 材 の 開 発 と指 導 法 の 工 夫[1ヒ 学]
(1)は じ め に
中 和 滴 定 は 高 等 学 校 で 最 も 広 く 行 わ れ て い る 実 験 の 一 つ で あ り 、 実 際 の 化 学 の 研 究 な ど に も 役 立 つ 重 要 な 定 量 実 験 で あ る 。 こ の 実 験 で は 、 メ ス フ ラ ス コ 、 ホ ー ル ピ ペ ッ ト、 ビ ュ レ ッ ト と い っ た 生 徒 に と っ て な じ み の 薄 い 定 量 器 具 を 一 度 に 多 く 使 用 す る 。 こ う し た 器 具 に つ い て の 知 識 を 得 る こ と は 大 切 で あ る 。 こ の た め 、 ① 「定 量 器 具 に つ い て の 実 験 」 を 行 う こ と で 、 器 具 に つ い て の 理 解 を 深 め る こ と を 目 指 し た 。 ま た 、 生 徒 に と っ て 身 近 な か き 氷 用 シ ロ ッ プ や 食 酢 を 実 験 に 取 り 入 れ る こ と を 検 討 し た 。 ② 「か き 氷 用 シ ロ ッ プ を 酸 塩 基 指 示 薬 と し て 用 い て 演 示 実 験 」 を 行 う こ と に よ っ て 、 生 徒 の 興 味 や 意 欲 を 高 め 、 さ ら に 、 市 販 さ れ て い る 数 種 類 の 食 酢 を 用 い て 、 ③ 「中 和 滴 定 に よ っ て 食 酢 の 種 類 を 当 て る 実 験 」
を 開 発 し た 。
こ れ ら の 実 験 は 、 か き 氷 用 シ ロ ッ プ や 食 酢 な ど 身 近 な 市 販 品 を 比 較 的 多 く 用 い る こ と 、 並 び に 、 探 究 ゲ ー ム 形 式 の 実 験 と す る こ と で 、 生 徒 の 興 味 ・関 心 を 高 め る よ う 配 慮 し た 。 ま た 、 こ れ ら の 実 験 を 組 み 合 わ せ る こ と で 、 生 徒 の 思 考 の 変 化 や 理 解 を 重 視 し た 指 導 を 試 み た 。 従 来 か ら の 評 価 法 は 、 実 験 技 術 の 習 得 に 偏 っ た も の が 多 く 、 生 徒 の 思 考 の 変 化 等 を 評 価 し よ う と す る 試 み は ほ と ん ど 行 わ れ て い な い 。 本 研 究 に お い て は 、 積 極 的 に 生 徒 の 思 考 の 変 化 を 評 価 す る こ と で 、 生 徒 に 自 信 を つ け な が ら 、 溶 液 の 濃 度 の 決 定 ま で 指 導 す る こ
と を 目 指 し た 。 (2)実 験 教 材
ア 定 量 実 験 器 具 に 対 す る 理 解 を 深 め る た め の 実 験
① 乾 い た100ml用 の ビ ー カ ー 、 メ ス フ ラ ス コ 、 メ ス シ リ ン ダ ー の 器 具 の 質 量 を 、 電 子 天 秤 で そ れ ぞ れ 正 確 に は か る 。
② そ れ ぞ れ の 器 具 に 、 水 道 水 を100m1の 標 線 ま で 入 れ る 。
③ 水 を 入 れ た 器 具 の 質 量 を 、 電 子 天 秤 で 正 確 に は か る 。
④ 結 果 を プ リ ン ト に 記 録 し 、100mlの 体 積 を 正 確 に は か る の に 、3つ の 器 具 の う ち で 最 も 適 し た 器 具 は 何 か を 判 断 す る 。
⑤ 乾 い た 別 の100ml用 の ビ ー カ ー の 質 量 を 電 子 天 秤 で 正 確 に は か る 。
⑥ ビ ュ レ ッ ト に 水 を 満 た し 、 最 初 の 目 盛 り を 読 む 。
⑦ ビ ュ レ ッ トか ら ⑤ の ビ ー カ ー に10滴(10滴 以 上 で も よ い)の 水 を 滴 下 さ せ 、 ビ ュ レ ッ ト の 終 わ り の 目 盛 り を 読 む 。
⑧ 水 が 入 っ た ビ ー カ ー の 質 量 を 正 確 に は か り 、 結 果 を 提 出 用 プ リ ン ト に 記 入 す る 。
⑨ 滴 下 し た 水 の 体 積 と 質 量 と を 比 較 し 、 ビ ュ レ ッ ト の 目 盛 り の1/10の ケ タ ま で(小 数 第2位;0.01mlま で)正 し く 読 む こ と が で き た か を 確 か め る 。(た だ し 、 ±O.Olmlの 差 は 、 誤 差 の 範 囲 と す る 。)
イ か き 氷 用 シ ロ ッ プ を 用 い た 酸 塩 基 指 示 薬 の 演 示 実 験
① か き 氷 器 を 用 い て 、3つ の 容 器(ゼ リ ー や プ リ ン な ど の プ ラ ス チ ッ ク 容 器)に か き 氷 を つ く る 。
② 一 つ の か き 氷 に は 、 炭 酸 水 素 ナ ト リ ウ ム(重 曹)の 粉 末 を か け る 。
'憾 ご
切,
舞̀
図2‑‑1か き 氷 用 シ ロ ッ プ 例
x/
が ∴1
纏
載
図2‑2い ち ご シ ロ ッ プ を か け た か き氷 左:(赤 色)コ ン トロ ー ル
中 央:〈 紫 色)炭 酸 水 素 ナ ト リ ウ ム(重 曹)入 り 右:(緑 色)炭 酸 ナ ト リ ウ ム(ソ ー ダ灰)入 り
図2‑3市 販 の 食酢 例
③ 別 の 一 つ の か き 氷 に は 、 炭 酸 ナ ト リ ウ ム(ソ ー ダ 灰)の 粉 末 を か け る 。
④3つ の か き 氷 す べ て に 、 い ち ご シ ロ ッ プ を か け 、 そ れ ぞ れ の 色 を 観 察 す る (図2‑1、2) ウ 食 酢 の 種 類 を あ て る 申 和 滴 定 の 実 験
市 販 の 食 酢(図2‑3)の 中 和 滴 定 を 行 う こ と で 、 穀 物 酢 、 米 酢 、 リ ン ゴ 酢 の い ず れ か を 当 て る 実 験 を 行 っ た 。 実 験 に 用 い る 食 酢 の 数 や 実 験 目 的 ・方 法 は 、 生 徒 の 理 解 度 に 応 じ て 変 え る こ と が で き る 。 今 園 は 、A〜D校 の4校 で 、 そ れ ぞ れ 異 な る プ リ ン ト を 用 い て 実 験 し た 。 そ れ ぞ れ の 、 プ リ ン ト に 記 し た 実 験 の 目 的 を 表2‑1に そ れ ぞ れ 示 し た 。 D校 で の 実 験 操 作 を 次 に 示 す 。
① ホ ー ル ピ ペ ッ ト を 使 っ て 、 食 酢Aをlcmlは か り と り 、 メ ス フ ラ ス コ に 入 れ る 。
② 純 水 を 全 量 を100m1に な る ま で 加 え る 。
③ 薄 め た 食 酢Aを ホ ー ル ピ ペ ッ ト で 正 確 に10mlは か り と り 、100mlコ ニ カ ル ビ ー カ ー に 入 れ る 。
.④ 駒 込 ピ ペ ン ト を 使 い 、 指 示 薬(紫 キ ャ ベ ッ 液1m1ま た は フ ェ ノ ー ル フ タ レ イ ン1滴) .を 加 え る 。
⑤ ビ ュ レ ッ トの 始 め の 値 を0.01の 位 ま で 読 む く提 出 用 プ リ ン ト に 記 入)。
・;⑥ 滴 定 を 行 い、 中 和 点 に 達 し た ら ビ ュ レ ッ トの 終 わ り の 値 をO.01の 位 ま で 読 む 。
⑦ ● 滴 定 を3回 繰 り 返 し 、 平 均 値 を 求 め る 。
⑧ 食 酢Bに つ い て も 同 様 の 実 験 を 行 い 、 結 果 を 提 出 用 プ リ ン ト に 記 入 す る 。
一12一
表2‑‑1実 験 プ リ ン トに 記 し た 目 的
A校t米 酢(4 .5%)と リ ン ゴ 酢(5.0%〉 は 酸 の 濃 度 が 異 な る 。1つ の ビ ー カ ー の 中 に は 米 酢 、 B校1も う1つ の ビ ー カ ー に は リ ン ゴ 酢 が 入 っ て い る 。 ど ち ら が ど ち ら か 当 て て み よ う 。
穀 物 酢 、 米 酢 、 リ ン ゴ 酢 は 、 そ れ ぞ れ 酸 の 濃 度 が 異 な る 。 酸 の 濃 度 を は か る こ とに よ っ て 、 i三 つ の 食 酢A、B、Cの 種 類 を 当 て よ う 。
D校1穀 物 酢 ・ 米 酢 ・ リ ン ゴ 酢 は ・ そ れ ぞ 綴 の 厳 槻 な る ・ 酸 の 灘 を は カ・る こ と に よ っ て ・!
二 つ の 食 酢A、B(3種 の う ち の ど れ か)の 種 類 を 当 て よ う。
(3)評 価 方 法
評 価 は 、 次 の3種 類 の 方 法 で 行 っ た 。
① 定 量 実 験 器 具 に 対 す る 「素 朴 概 念 」 の 変 容 調 査(プ レ ・ポ ス ト ア ン ケ ー トの 比 較)
② 提 出 用 実 験 プ リ ン ト の 記 述
③ 食 酢 の 中 和 滴 定 に 関 す る プ レ ・ポ ス ト テ ス ト
な お 、 こ こ で い う 「素 朴 概 念 」 と は 、 生 徒 の 経 験 や 既 有 の 知 識 に 基 づ い た 科 学 的 に 精 緻 化 さ れ て い な い 概 念 の こ と で あ る 。 ① 〜 ③ の プ リ ン トの 例 を 、 図2‑4〜 図2‑6に 示 し た 。
(4>結 果 と 考 察
ア 定 量 実 験 器 具 に 対 す る 理 解 を 深 め る た め の 実 験
溶 液 に つ い て の 学 習 を し て い な い 高 等 学 校1年 生 の 生 徒127人 に 対 し て 行 っ た 実 験 器 具 に 関 す る ア ン ケ ー ト調 査 で は 、 定 量 す る の に 適 し た 器 具 と し て 、 メ ス シ リ ン ダ ー 、 ビ ー カ ー な ど を 挙 げ た 生 徒 が 多 か っ た 。
「.れ はテス,で はあ,ま せんか 、
、あ なたの思。た通,。 書いて下r‑「
年 組 番 氏名 【
‑Hv‑ ‑1
1.次 の 器具 の うち 、 最 も正 確 にioOm1の 体積 をは か れ る もの は ア 〜 キ の ど れ だ と[
患 い ま す か 。 ま た 、 そ 司
1
。A。 。。、用 、 ス フ ラt
読 甜 判
・ 眺 りの数酬
100mlの 位 置!b
・100mlの 目 盛1 な ん と な くld
随
垂
一
2.次 の 器 具 の う ち 、 最 も正 確 に1Qrnlの 体 積 を は か れ る も の は ア 〜 キ の ど れ だ と思 い ます か 。 ま た 、 そ う 思 っ た 理 由 をa〜eの/ 記 号 で 答 え て 下 さ い。
幅
/
]
… 「コ
ア.10ml用 ホ ー ル ピ ペ ッ ト イ.10m!屠 駒 込 ピペ ッ ト ウ.10ml用 ビ ー カ ー
エ.ア と イ オ.ア と ウ カ .イ と ウ キ.ア と イ と ウ
選 ん だ 理 由
a目 盛 り の 数 が 最 も 多 い か ら
b10mlの 位 置 が 最 も細 く な っ て い る か ら c10mlの 目盛 りが 付 い て い る か ら dな ん と な く
eそ の 他rr
一
ーーーー!ーiー⁝栖
図2‑4定 量 実 験 器 具 に 対 す る プ レ ・ポ ス ト ア ン ケ ー トの 一 部
提 出用 プ リ ン ト
年 組 番 班 氏 名
一 一 一 一
1
器 具 乾 い た状 態 の 質量 質量(g)A
水 が 入 っ た状 態 で の質 量(g)B
水 の 質 量(g) B‑A
ビ ー カ ー
考 察
α)薄め た 酢 の 濃 度 を求 め よ
計 算(A) 計 算(B)
計 算(B)
計 算(B) メ ス シ リ ン ダ ー
2
100mlを 正 確 に は か る なぜ 正 確 さに違
lm・1川 lm・ レ日
(2)薄 め る 前 の 酢 の 濃 度 は い く ら か 。 計 算(A)
器 具
ビ ュ レ ッ ト ビ ー カ ー
Im・1/ll Im・1/1
(3)薄 め る前 の 食酢100ml中 に は何gの 酢 酸 が 含 ま れ て い た か 。 計 算(A)
図2‑5提 出 用 実 験 プ リ ン トの 例
中和 滴 定 プ レテ ス ト 年 組 番
問 題 食 酢 中 の酢 酸(分 子 量60)の 濃 度 を 求 め る た め に 、10倍 に 薄 め た 食 酢10.Omlを 0.100mol/1の 水 酸 化 ナ トリ ウ ム水 溶 液 で 滴 定 した 。 以 下 の 各 問 い に 答 え よ。 た だ し、
食 酢 中 に 含 まれ る酸 は、
1>食 酢 を10倍 に薄 め
2)滴 定 に 要 した 水 酸 食 酢 の モ ル濃 度 は い 計算
3)薄 め る前 の 食 酢10
4)食 酢 の 密 度 をLOlg/(㎡ とす る と、 こ の 食酢 に 含 ま れ る酢 酸 の 濃 度 は 何%か 。
計算 答 え1
自己評価 問麺 には 問題文の意味は
ノ1)の 答 え に は
2)の 答 え に は 3)の 答 え に は 4)の 答 え に は
意 欲 的 に 取 り組 ん だ よ くわ か っ た
自信 が あ る 自信 が あ る 自信 が あ る 自信 が あ る
%
適 当 な 数 字 に0 54321 54321 54321 543.21 54321 54321 実験 後 に も う一 度 同 じ問 題 を や っ て
前 よ りわ か る よ うに な っ た54321
少 し 同 じ 少 し
しか た な くや った まっ た くわ か ら なか った 自信 が な い
自信 が な い 自信 が な い 自 信 が な い
前 よ りわ か らな くな った
図2‑6プ レ ・ ポ ス トテ ス トの 例
'
一14一
ま た 、 そ の 中 に は 、 な ぜ そ う 考 え た か と い う 根 拠 ま で は っ き り と 記 述 し た 生 徒 も い た 。 中 和 滴 定 の 実 験 で は 、 生 徒 は 、 メ ス フ ラ ス コ 、 ホ ー ル ピ ペ ッ ト 、 ビ ュ レ ッ ト と い っ た 定 量 器 具 を 一 度 に 多 く 使 用 す る 。 そ れ ま で 信 じ て い た 実 験 器 具 よ り正 確 に 測 定 で き る メ ス フ ラ ス コ な ど の 定 量 器 具 と の 出 会 い は 、 生 徒 に と っ て 大 き な 驚 き と な っ た 。
従 来 の 指 導 で は 、 そ れ ら の 定 量 器 具 が よ り 正 確 で あ る こ と を 口 頭 で 説 明 し 、 実 験 で は 測 定 法 を 中 心 に 指 導 す る こ と が 多 か っ た 。 ま た 、 評 価 に つ い て も 、 正 し い デ ー タ が 得 ら れ た か ど う か の み に 注 目 す る こ と が 多 か っ た 。 し か し 、 正 し い 測 定 技 術 の 習 得 は 、 定 量 的 な 考 え 方 の 基 本 に つ い て の 指 導 が な さ れ た 後 行 わ れ る べ き も の で あ る 。 そ こ で 、 ど の 器 具 が 一 番 正 確 に 体 積 を 測 定 で き る の か と い う こ と を 、 実 験 に よ り 生 徒 自 身 が 理 解 で き
る よ う な 実 験 プ ロ グ ラ ム を 考 え た 。
中 和 滴 定 の 実 験 の 前 に 、 メ ス フ ラ ス コ 、 メ ス シ リ ン ダ ー 、 ビ ー カ ー に そ れ ぞ れ100m1 ず つ の 水 を 取 ら せ 、 質 量 を 測 定 さ せ た(表2‑1)。 メ ス フ ラ ス コ の 方 が よ り 正 確 に 体 積
を 測 定 で き る と い う こ と は 教 科 書 に も 記 述 さ れ て い る が 、 実 際 に 両 方 の 器 具 で 測 定 し た も の を 比 較 す る こ と に よ り 、 定 量 器 具 を 使 う こ と の 意 味 を 理 解 さ せ る こ と が で き た 。 ま た 、 こ れ に よ り 、 実 験 し て い な い ホ ー ル ピ ペ ッ トの 有 用 性 に つ い て も 理 解 さ せ る こ と が で き た(表2‑2、2‑3)。
表2‑1生 徒 が は か っ た100mlの 水 の 質 量(C校 の 例)
*:誤 っ て20eml用 の ビ ー カ ー で は か っ て し ま っ た と きの 値 。
使用器具 1斑12班t3斑14班15班{6班・ll
メ ス フ ラ ス コ 98,88g 99,339 喜
99・29glg9・449 99・32・lg9・189 メ ス シ リ ン ダ ー 97,65g 98,37g か98 .60g 98,52g 98.52gl98.149 圃
ビ ー カ ー 95,84g 96,68g 95,48g 89.609「
1G1.12gig3.779
表2‑2定 量 器 具 に 関 す る 概 念 調 査 〈1>
最 も正 確 に100mlの 体 積 を は か れ る もの
プ レア ンケ ー トは9月 上 旬 に実 施 、 ポス トア ンケ ー トは11月 下 旬 に 実 施
D校 ア1イ
メ ス フ ラ ス コ メ ス シ1}ン ダ ー ビ ー カ ー ウ1エ1オ1カ
(ア と イ 〉
…
(ア と ウ>i(イ と ウ)̀(ア と イ と ウ)
キ
プ レ ア ン ケ ー ト(n=127/ 35% 3396 1% 16% o% 6% 、9%
「
ポ ス トア ン ケ ー ト(n=123) 90% 5% 0% 2% 0%
2%i1%
表2‑3定 量 器 具 に 関 す る 概 念 調 査(2) 最 も正 確 に10mlの 体 積 をは か れ る もの
プ レア ンケ ー トは9月 上 旬 に実 施 、ポ ス トア ン ケー トは1i月 下 旬 に実 施
D校 ア
ホー ル ピペ ッ ト イ 駒込 ピペ ット
ウ ビ ー カ ー
エiオ
(ア と イ) (ア と ウ) カ (イ と ウ)
キ (ア と イ と ウ)
プ レ ア ン ケ ー ト(n=127) 37% 25% 15% 10% 4% 3% 6%
ポ ス トア ン ケ ー ト(n=123>}92%
