科学的な思考力や表現力の育成
-観察・実験の結果のまとめ方,
表やグラフの読み取り方
の指導の在り方-
大阪教育大学理科教育講座
教授 畦 浩二
【科学的な思考力とは】
科学的な根拠に基づく論理的思考力
○科学的とは
a.実証性:仮説や考え方の真偽を観察,実験な
どによって検討できるという条件
b.再現性:同じ条件下では必ず同じ結果が得ら
れるという条件
c.客観性:多くの人々によって承認され公認さ
れるという条件
文部科学省(2008)
H17 教育課程
実施状況調査
(物理Ⅰ)
(通過率35.9%;
設定通過率50%;
前回の通過率-)
H17 教育課程実施状況調査(生物Ⅰ)
(通過率43.0%;設定通過率70%;前回の通過率-)
『授業がどの程度わかりますか』
学年の進行とともに,「よく分かる」が減少し,「分からない」が増加。
小学校→中学校→高等学校にかけて,「よく分かる」が半減。
(H17 教育課程実施状況調査)
『あなたの担当する授業が好きだと感じてい
る生徒の割合は,およそどの程度ですか』
(H20理科教員実態調査)
『生徒による観察や実験を概ねどの程度
行っていますか』
(H20理科教員実態調査)
『観察や実験を行うにあたって,障害と
なっているのは何ですか』
(H20理科教員実態調査)
『生徒による探究的な活動は,
年間概ね何時間ですか』
年に3時間以下:
6~8割
理数科とSSHの
地学Ⅱでは多い
【高等学校物理の実験別実施状況】
○実施対象:2006年大学入学者で物理履修者2547名
○在学大学:京都地区4大学(京都大学,京都教育大
学,京都工芸繊維大学,同志社大学)
関東地区6大学(首都大学東京,東京電
気通信大学,東京学芸大学,中央大学,
東邦大学医学部,埼玉医科大学)
○目的
:○大規模な実験データを得ること
○大学入学者は全国から集まり,日本全体
の状況や地域による違いなどをとらえら
れること
(力学分野)
(波動・原子核分野)
(電磁気分野)
分野別実験回数
実験回数と満足度
の関係
実験回数の多い
上位10の実験
生徒の実験に
対する満足度
生徒は物理実験に満足していない
(黄色:生徒実験で30%以上)
【まとめ】
○ 「授業がよくわかる」は,小学校→中学校→高
等学校と学年が進行するにつれて,低下する。
○「理科好きな生徒が半数より多い」と感じる高
校(普通科)の理科教師は1割にも満たない。
小学校担任で65%,中学校の理科教師では41%。
高校理科教師では極端に低い。
○ 「実験や観察の障害」として,高校では,「授
業時間の不足」と「大学入試の」の対応をあげる
教員の割合が高い。
○生徒による探究的な活動は,少ない。
○生徒は,高等学校の物理実験に満足していない。
【理科の実験・観察で育てたい力】
◎ 科学的な思考力・判断力・表現力
① 目的意識をもった実験
② 結果の考察
③ 図や表などのデータを正しく読みとり,
グラフ化,文章化
④ 実生活や実社会との関連性
【諸外国の理科カリキュラム】
【日本の理科授業の特徴は?】
(中学2年生)
小倉 康・松原 静郎(2009)
日本の
理科授
業の特
徴は?
(中学2年生)
小倉 康・松原
静郎(2009)
【定量実験でみられた生徒
の特徴や傾向と問題点】
【実験】
物体の高さと位置
エネルギーの関係
(中学3年:121名)
岡本英治他(2009)
実験結果
岡本英治他(2009)
岡本英治他(2009)
【定量実験での生徒のデータ収集】
問題点
①実験の測定のとき
に,値を正確に読
み取らない
②集めるデータの個
数は,ばらつきが
ある
③目的に沿ったデー
タの収集をおこな
えないものがいる
学習指導
◎生徒に実験への意欲や
姿勢・態度を持たせる
◎生徒に実験目的を把握
させて,目的に沿った
方法を考えさせる
◎生徒にデータの意味を
認識させ,科学的分析
や科学的解釈の手法を
身につけさせる
○生徒は実験デ
ータをどのよう
に解釈している
のか?
その1:3点のみ与える
その2:関数の値から誤差
の範囲でずらした点を与え
る
岡本英治他(2009)
【調査結果】
岡本英治他(2009)
【生徒のグラフの作成と
読み取りの傾向と対策】
Ⅰ.すべてのデータが直線や曲線上にそろわないと
判断がゆらぐ傾向がある
誤差の指導
Ⅱ.原点に点があると考えて,原点を通るようにグ
ラフをかいたり,読み取る傾向がある
原点
を通るかどうかを指導
Ⅲ.どのようなグラフであるか判断するとき,学習
者がもつ既知のグラフの「形」が影響を与える
傾向がある
生徒自身の考察場面を設定
数学の教員とも連携を図る
観察・実験結果をグラフ化し
解釈する内容(中学校)
【グラフ作成指導】
(1)ねらい
・ データをグラフにする意義がわかる。
・ グラフに必要な項目,目盛りなどを方眼紙に書き込
むことができる
・ 方眼紙に測定点を打ち,測定点の並び方から直線
か,なめらかな曲線か判断して,線をひくことができ
る。
(2)問題例
注意点:整数ではなく小数点以下の数字をもって,
多少のばらつきがあるようにしておく
江崎士郎(2007)
【グラフチェックポイント】
□グラフのタイトルが書いてあるか。
□横軸に変化させた量が書いてあるか。
□単位が書いてあるか。
□目盛りが書いてあるか。
□縦軸に変化した量が書いてあるか。
□単位が書いてあるか。
□目盛りが書いてあるか。
□測定値を正しく,点で打っているか。
□測定点を折れ線ではなく直線か曲線で引いているか。
□直線,曲線の見きわめは正しいか。
□測定点に合わせた線をひいているか。
□1本の線で引いているか。
江崎士郎(2007)
【学生の結果】
○ グラフのタイトルを書き忘れる学生が多
い。
○ 単位を書き忘れる学生もいる。
○ 考えもなく,簡単に直線を引いている。
「 何故,折れ線ではなくて直線で結ぶ
ことができるのか?」の問いに十分に答
えることができない学生も多い。
【実験レポートの書き方】
~日本人の苦手な表現~
(小学校4年生)
花子さんの前にも,たろうさんの前にも,おなじよ
うなカップに入れたスープがあります。どちらのス
ープも同じ温度でした。花子さんは,さらにふたを
しました。
(1) どちらのスープの方が長い時間さめないと思い
ますか。
(2) また,そのように答えたわけを書きなさい。
松原静郎(2005)
【結果】
(1)の正答率:97%
(2)の正答率:55%(世界43%)
多い間違い:「ふたがしてあるから」
(日本36%,世界28%)
◎理由(わけ)には,二つの答え方がある
(1) 結論を導く元となる事実
(2) その事実と自分の導いた意見を結びつける説明
↓
日本では,事実を示すことで説明しなくても“自明の理”
とすることがよくある。
松原静郎(2005)
◎実験レポートで必要な項目
○目的:考察する内容
○操作:実際に行った手順
○結果:観察した事実
○考察:自分で考えた意見(結論)と
その説明(根拠)
→ 目的に対応した考察
松原静郎(2005)
【定型文の書き方】
○結果の定型文「a(操作)をしたら,b(結果)に
なった。」← 見たままを書く
○考察の定型文「c(結果)から,d(結論)と考えた。
その理由は,e(根拠)だからである。」← 考えないと
書けない
〈結果の記述〉
〈考察の記述〉
実験の操作a
↓
実験や観察の結果b = 実験観察や計算の結果(事実) c
↓←結果と結論を結びつける説明(根拠) e
自分で考えた結論(意見) d
松原静郎(2005)
【実験レポートの指導】
-児童-
書き方・考え方の習得
メタ認知能力の発達
科学的思考力や表現力の伸長
実験レポートとは
教師
観察や実験の過
程を意識的・随意
継続指導
的に整理
・結果と考察が混同
・短文や単語の羅列
・筋の通ってない文章
○目的・操作・結果・考察
○考察では事実(結果)か
ら導いた自分の意見
(結論)を示し,その説明
(根拠)を記す。
【大学生のレポート指導の実態調査】
松浦拓也(2009)
【レポート指導の有無と時期】
松浦拓也(2009)
◎実践事例:レポート指導を基盤とした
科学的思考力の育成
◎対象学年:中学2年(77名)
レポート項目
科学的思考力
① 目的・・・・・・問題を認識する能力
② 仮説(予想)・・仮説をたてる能力
③ 実験方法・・・・解決方法を立案する能力
④ 結果・・・・・・結論をだす能力
⑤ 考察・・・・・・結論をだす能力
松浦拓也(2009)
【レポート指導作成の流れ
(中学2年:77名) 】
松浦拓也
(2009)
【レポート指導前の7つの課題】
・実験の目的を書かない
・実験の予想を書かない
・実験結果がどの実験の操作をしたときの結果が
分からない
・実験結果欄に考察が書かれるなど,主観が含ま
れている
・考察において,目的(予想)と結論が対応して
いない
・考察において,結論のもととなる根拠が記述さ
れていない
・考察において,結果から客観的に結論を出して
いない
【レポート指導作成の流れ】
松浦拓也
(2009)
【生徒の質的変容】
松浦拓也(2009)
【評価問題例】:結論を出す能力
松浦拓也(2009)
【評価規準】
松浦拓也(2009)
【科学的思考力の変容】
松浦拓也(2009)
【問題】
水中に沈んだオオカナドモに懐中電灯を照射したところ,泡
が出てきた。懐中電灯とオオカナドモの距離が5cmの場合,
10分間に泡が60個出てきた。この距離を10cm,15cm,20
cm,30cmと変えたらどうなるだろうか?グラフに示し,そう
考えた根拠を文章で表現してみよう。
(森本弘一
2009)
【引用文献】
江崎士郎 (2007) グラフの指導における課題.「中
学校理科 学力向上6つの授業改善」pp.90-103.
東洋館出版社.
岡本英治・山下雅文・小茂田聖士・蔦岡孝則・前原
俊信 (2009) 実験データの科学的解釈に関する基
礎的研究-中学校段階の実験処理を通して-.広島
大学学部附属学校共同研究機構研究紀要37:349
-354.
小倉 康・松原静郎 (2009) 理科授業の国際比較.
理科の教育 58 (679):8-11.
国立教育政策研究所(2007)平成17年度教育課程実施
状況調査(高等学校)381pp.
後藤顕一 (2007) 「記述の技法」を身につけさせる
ための学校全体の取り組み.理科の教育56:2224.
松浦拓也 (2008) 実験レポートの指導を基盤とした
科学的思考力育成に関する実践的・開発的研究.
平成18年度~平成20年度科学研究成果報告書.
85pp.
松原静郎(2005)実験レポートの書き方.国立教育政
策研究所.6pp.
森本弘一 (2009) 体験活動を通して生物好きにする
手だて.「新学習指導要領に応える理科教育」.
pp.151-163.東洋館出版社.
文部科学省 (2008) 小学校学習指導要領解説 理科編
.105pp.大日本図書.
山崎敏昭・井上 賢・谷口和成・内村 浩 (2007)高校物
理実験の実態-2006年大学新入生からの分析-.物理
教育 55(1):33-38.
http://rikashien.jst.go.jp/investigation/cpse_report_006B.pdf
http://www.jst.go.jp/pr/announce/20090330-2/index.html
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