2021 Fiscal Year Research-status Report

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

Research Project

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 – 2023-03-31
Keywords	化学変化のモデル
Outline of Annual Research Achievements	本研究は、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」を理論的・実践的に検討し、教育として妥当なモデルを開発するものである。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て分子模型の評価を行ってきた。これによれば従来の模型は、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。そこで現実空間における従来のモデルの限界を、VRで視覚的に、ARで力覚的に提示する方針を採ることで解決することとした。しかし、コロナ禍の影響は大きく、アクティブラーニングの実施の難しさ、接触型デバイス利用の衛生的課題がある。また、デバイス自体は、発展途上にあり、妥当な要件を選択できない点で現時点にできることは限られた。そこで、本研究の期間を延長して、教育実践における理論的研究を進めた。特に、「溶解も化学変化である」とする高橋金三郎の知見に基づき、極地方式研究会テキスト「とけるものとかすもの」の教育内容・教材構成の理論的・実践的検討を進めた。これによれば、溶質と溶媒の相互作用による相の変化が重要であり、固体の塩は液体の水とくっついて離れない液体の「しおみず」になったのである。「液体のしおみず」から「もし粒が見えるとしたら」と書かせる教育については、①固体的塩粒のみ考えさせるのは妥当ではない。②意味があるのは溶質と溶媒の相互作用である。③従って電気的相互作用を高校で教えるならば、これに先立ち示すべき現象は「拡散（とけたものは沈澱せず溶液の上部からも抽出できる）」である。④化学変化一般としては「変化するには相手がいる」との理解であり、ここから電気的陰性・陽性を電子のレベルで基礎付けていく教育が必要だろう。
Current Status of Research Progress	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、高校での実践的検証を念頭においた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行い、研究課題を進める。2022年度は、実装すべき最低限必要な機能を「階層間相互移行（原子核・電子ー原子ー分子ーマクロ物質）」の過程から抽出するにとどめる。2022年度に高校での実験的授業が難しい場合には、大学における実践の検討や、先行実践の理論的検討など、柔軟な対応を採る。
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。2022年度はアクションリサーチの実施可否によって使用計画を妥当な範囲で柔軟に変える。実施できる場合を前提に、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。