イオンの理解増進のためのマイクロスケール実験とICT活用

2015 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 15K00984
• Research Institution: University of Miyazaki
• Principal Investigator: 中林 健一 宮崎大学, 教育文化学部, 教授 (60201670)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 有井 秀和 宮崎大学, 教育文化学部, 准教授 (80384733) ; 湯地 敏史 宮崎大学, 教育文化学部, 准教授 (80418988)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: イオンの理解増進 / マイクロスケール実験 / ICT活用

Outline of Annual Research Achievements

中高校生のイオンの理解増進のためのマイクロスケール実験とICT教材のタンデム活用を試みた。本研究では，有色銅イオンの移動の観察を目的として，中学・高校の理科または化学実験用のマイクロスケール理科・化学実験装置を開発することを目的としている。　また、ICTを活用する生徒のイオン理解増進のためのFLASH化学教材開発を目指している。今年度は、マイクロスケール実験の結果をもとに、ICT教材をタンデム活用することで、生徒の粒子概念の育成を目指す。
27年度はまず、イオンの理解増進のためのマイクロスケール実験とICT教材のタンデム活用におけるイオンの連想移動観察を可能とするマイクロスケール実験装置の開発を行った。
(1)研究代表者・中林は電気泳動装置におけるイオンの連続移動観察が容易になるための装置面からの改良研究を行った。単位反応場当たりの効率を上げるための，原料・組成・電源の検討を行い，教材作製面から改良を行った。
(2)研究分担者・湯地は装置の発電効率の向上のための電気的特性面から検討を行った。生徒が不得意としている電流とその利用に関する単元において，電解相から学べる電流の発生原理や電解質溶液の役割について教材作製の立場から改良を行った。
(3)　研究分担者・有井は生徒及び教師の興味・関心がどこにあるのかをアンケートを実施して明らかにし、問題点の明確化を行った。
実験で得られた結果をもとに，さらに生徒がイオンの粒子概念を実感をもって捉えるために，粒子モデルを用いた学びあいによる思考・表現活動を取り入れ，理解を深めるプロセス開発を行った。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本研究では，有色銅イオンの移動の観察を目的として，寒天法を用い装置をマイクロスケール化した。本装置の特徴は，寒天そのものを硫酸銅（Ⅱ）水溶液の支持体として用い，陰極相，支持体相，陽極相の3相構造にしたことにある。生徒実験をマイクロスケール化するにより電極間の距離が短くなり，低電圧で短時間にイオンの移動の観察が可能となった。　また，９マスセルを用いることによって，生徒がイオンの移動実験を少人数で観察できるようになる。生徒は実験観察を通して，現象を説明するために生徒自身が様々なモデルを思考し，それを生徒どうしで表現しあうという学びの活動をよりしやすくするために市販のWiiリモコンを活用する生徒のイオン理解増進のためのFLASH化学教材開発を行う。実験とモデル化を併用することを通して，マクロとミクロの視点を常に行き来するような授業の流れをつくることが可能となる。本研究で開発したイオンの観察実験の教材や，その現象を説明するためのICT機器を活用した教材は有用であると考える。

Strategy for Future Research Activity

イオンの連想移動観察を可能とするマイクロスケール実験装置の開発を行うとともに，宮崎大学教育文化学部附属中学校，宮崎市立中学校，私立中学校等で，すでに代表者が実施している出前授業の中で，本実験を実施し、生徒及び教師の興味・関心がどこにあるのかをアンケートを実施して明らかにし、問題点の明確化を行う。また、本実験教材とICT教材とのタンデム活用を想定した粒子モデルのデジタルコンテンツ化を行う。次年度以降は装置の性能評価と授業実践を行い、研究成果の論文・学会発表を行う。