基盤的理化学教育における21世紀型実験のデザインと実験教材の開発

• Project/Area Number: 15020206
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Humanities and Social Sciences
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 斎藤 紘一 東北大学, 高等教育開発推進センター, 教授 (90004457)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 甲 國信 東北大学, 理学研究科, 教授 (40005799) ; 荻野 博 放送大学, 教授 (00004292) ; 関根 勉 東北大学, 理学研究科, 助教授 (20154651) ; 福田 貴光 東北大学, 高等教育開発推進センター, 助手 (40344741)
• Project Period (FY): 2003 – 2004
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2004)
• Budget Amount: ¥7,500,000 (Direct Cost: ¥7,500,000); Fiscal Year 2004: ¥4,000,000 (Direct Cost: ¥4,000,000); Fiscal Year 2003: ¥3,500,000 (Direct Cost: ¥3,500,000)
• Keywords: 科学教育 / 化学実験 / マイクロスケール・ケミストリー / 実験教材 / マイクロスケールケミストリー

Research Abstract

高等学校や大学一般教育での理化学実験の機会を増やすためには、教育効果を低下させることなく、安全性を確保し、薬品使用量ならびに実験廃液排出量の低減と実験準備・後かたづけへの教師の負担軽減を図ることが可能な実験方法の導入が必要である。本研究では、有力な候補と考えられるマイクロスケール化学実験に注目し、我が国におけるマイクロスケール化学実験の導入策を検討し、平成16年度においては以下のような試みを実施した。
(1)セミナー・ジンポジウム・講演会の開催:マイクロスケール化学実験の紹介・普及を目的として、セミナー等を国内4ヶ所(仙台、水戸、東京、京都)で開催した。このため、中学・高校教育にマイクロスケール化学実験の積極導入を進めている中国での指導者である周寧懐教授(中国マイクロスケール化学実験研究センター所長)を講師に招へいした。同教授により実験の演示と教育現場での実際について詳しい紹介が行われた。本研究代表者・分担者および協力者による講演も行われ、各会場とも教員や学生など多数の参加者を得て、当初の目的は達せられた。
(2)マイクロスケール化学実験のデザイン:有機合成反応のマイクロスケール実験の一例として酢酸イソペンチルの合成をテーマとして、従来のスケールとの比較実験を授業規模で試行して、その効果を検証した。その結果、薬品使用量で従来法の1〜3.7%、薬品購入費用で2.8%、実験廃液排出量では水溶液13%、有機溶液50%に減少しておりマイクロスケール化学実験が経費的にも環境負荷的にも低減化に有効と確認された。また、実験操作の簡潔化により、安全性も高いことがわかった。普及説明に有効なスライドCDを作成した。
(3)実験教材の開発:安価で教育目的に十分な機能を備えた機器分析装置として、ガスクロマトグラフ、イオンクロマトグラフ、液体クロマトグラフ、吸光光度計の開発を行った。これらの機器については、教育目的からブラックボックス化を避け、高圧ガスボンベなど特別な取り扱いが要求される器具・試薬の使用を避けるように留意した。また、教師による演示実験を考慮し、多数の生徒が観察できるように接写撮影-拡大映写システムを組み合わせていることも特徴となっている。
(4)学習指導要領改訂後の高等学校での理科実験の実状について、アンケート調査を実施した。