2020 Fiscal Year Research-status Report
高校化学における可搬型核磁気共鳴装置の利用促進とＩＣＴ教材開発に関する研究
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19K03080
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| Research Institution | Hyogo University of Teacher Education |
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Principal Investigator |
山口 忠承 兵庫教育大学, 学校教育研究科, 准教授 (60295722)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 核磁気共鳴装置 / 有機化合物 / 化学構造 / ICT教材 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
有機化合物の化学構造を知るために中学や高校の現場で活用できる可搬型の核磁気共鳴装置（NMR）を活用し、化学実験中に核磁気共鳴装置を用いて有機化合物の化学構造を解析できる利点を生かして、化学的構造と物理的性質を関連づけることの可能な教材開発の作製と、解析結果を説明できるICT教材の開発を行う。開発した教材の教育効果について授業実践を通じて調べ、核磁気共鳴装置の実際の利用を促すための研修会を行う。
１年目はサリチル酸を原料としたサリチル酸メチル、アセチルサリチル酸の合成と小型核磁気共鳴装置による試料の評価法の確立を行い、それに関する提示教材の作製を行った。また、柑橘系果物から抽出されるリモネンを用いた教材の開発を行った。
２年目は新規開発した教材として、発泡ポリスチレンを用いたスチレンとポリスチレンの関係を学べる教材の開発を行った。発泡ポリスチレンを熱分解することにより単量体のスチレンが得られることこ小型核磁気共鳴装置で確認した。高分子と低分子との関係を学べるケミカルリサイクルに関する教材が開発できた。この２年目に開発した教材と並行して、１年目に開発したサリチル酸の教材とリモネンの教材について大学の学部向けの学生実験や大学院生の学生実験にて教材の実施方法の検討や、ICTを用いた情報提示の方法の検討を行った。
また、ICT教材の開発においては核磁気共鳴装置の説明だけでなく、有機化合物を対象に合成や分析の実験を行う際に、グループ学習等で活用できる知識を得ることが同時に必要であることも分かった。最終年度にはこれらの研究成果をもとに、中高教員向けの研修会を実施する予定である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
核磁気共鳴装置を利用した教材開発として、高校の教科書に記載されている有機化合物の実験、サリチル酸を原料にした実験教材と、グレープフルーツからリモネンを抽出する実験教材を開発した。昨年度の研究方針に基づき、大学の教材開発の実験授業での授業実践を通じて検証を行い、教材が実施できるか、教育効果や問題点について検討を行った。教材を実施するにあたり、教材の実験の中で核磁気共鳴装置を利用しなければならないのか、高校までの知識を基に分析の手法を生徒に考えさせた。市販の標品を比較対象に用いた場合にできること、科学的に同一物質であることをどのように証明するかについてである。有機化合物の各種分析法を学び、核磁気共鳴装置で分析することの有用性を知ることができる。授業実践を通じて、グループ学習する際の実験時間の配分や、反応が失敗した際の対応について知ることができた。
また、高分子と低分子の関係が学べる教材の開発を試みた。ポリスチレンを熱分解することにより、スチレンへと変換した試料は純粋な単一の化合物として核磁気共鳴装置で分析できた。発泡ポリスチレンも同様な方法でスチレンへと変換し、スチレンの構造を核磁気共鳴装置で確認した。研究の成果としてケミカルリサイクルの教材の開発に成功した。
サリチル酸とリモネンを用いた教材の授業実践を通じて、実践時に用いるIＣＴの資料の要件として、単一物質として分析できること、比較対象として生成物があり、同一物質として認識できること、そして、比較対象の化学構造の違う関連の有機化合物が２種以上あればよいことが明らかになった。
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| Strategy for Future Research Activity |
化学教材として、サリチル酸を原料にした実験教材とグレープフルーツの実験教材を開発し、教材の実践を行った。実践の結果、装置学習だけでなく、物質に対する分析法の理解が重要で、装置の位置づけが必要であることが分かった。昨年度開発した、発泡ポリスチレンが熱分解することによりスチレンとなることを利用した、高分子と低分子の関係を示す化学教材の開発に成功した。今年度も開発した学習教材やＩＣＴ教材の教育効果や問題点を調べるために、大学での授業実践を通じて行う。
更に、今年度は現職の教員向けに、有機化合物の分析法を学ぶと題して研修会を実施することになった。これまで開発したICTの教材と大学での授業実践をもとに、学校で出来る各種有機物の分析の方法の提示や、分析の１つの手段として核磁気共鳴装置を利用した方法があることを示し、学校の現場でこの装置を利用した教材開発の利用を促進できるようにする。研修後にアンケート調査を行い、分析をすることにより教材の利点や欠点を知ることにより、学校のグループ学習等で用いることのできる教材へと近づける。
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| Causes of Carryover |
学会の参加旅費として旅費を計上する必要性がなくなったことと、教材開発のための実践授業が計画通りにできなかったため、消耗品の額が減少した。
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