化学教育における「電子のふるまいを表現した化学変化のモデル」の理論的・実践的研究

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 18K13261
• Research Institution: Tokyo City University
• Principal Investigator: 渡邉 大輔 東京都市大学, 共通教育部, 講師 (90636193)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 化学反応のモデル

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、高校化学教育の内容・方法を〈電子〉のレベルで見直す立場から、教育内容・教材構成における「要件」について理論的・実践的検討を積み上げ、高校生に理解可能な分子モデルを開発することを意図している。
これまで「自然の階層論」とよばれる自然認識研究、科学哲学におけるモデル論に依拠し、化学教育に有効と考えられる化学論（化学の対象と定義）、モデル論（モデルの構造と認識論的機能）、授業におけるモデル導入の条件を抽出し、分子模型の評価（適用範囲と限界の把握）を行ってきた。これによれば従来の模型では、現実空間における材料的・工作的・技術的な制約によって原子の組み換えにとどまり、「階層間相互移行（原子核・電子ー原子ー分子ーマクロ物質）」の過程を表現できない。
教育的に「妥当な形」で電子の移動による分子の形成と分解を提示するには、現実空間で何ができて何ができないのかを「階層間相互移行による分子の”変化の過程”」という観点から検討していく必要がある。その上で、従来のモデルの限界を、VR技術によって視覚的に表現し、AR技術（ハプティックデバイス）によって力覚的に提示した、化学変化の本質的理解を促す分子模型システムを構築する方針を採る。
2020年度は、技術的な実現可能性、実装すべき最低限必要な機能を子細に検討して「要件」をブラッシュアップし、分子模型システムを具体化することを課題としたが、新型コロナウィルスの影響により、理論的にも実践的にも十分な検討を進めることができなかった。

Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

新型コロナウィルス蔓延の影響により、理論的・実践的な検討が進められなかった。

Strategy for Future Research Activity

本研究では、高校での授業実践を通じたモデルの評価を意図している。新型コロナウィルスの収束の見通しが現在までに立たないことから、研究期間の延長申請を念頭におき、研究課題を進める。2021年度は、技術的な実現可能性、実装すべき最低限必要な機能を子細に検討して「要件」をブラッシュアップし、分子模型システムを具体化する。以上をもとに2022年度に高校での実験的授業を実施したい。高校での実践が難しい場合には、大学における実践を検討するなど、柔軟な対応をとる。

Causes of Carryover

新型コロナウィルスの影響により当初予定されていた研究計画を十分進めることができなかった。2021年度は分子模型システムの具体化を進めるため、ハード面では接触型デバイス、ソフト面では仮想空間の構築費用に充当する。