A Study on the Improvement of Instruction about Electricity through Elementary School to Secondary School

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K03109
• Research Institution: Utsunomiya University
• Principal Investigator: 伊東 明彦 宇都宮大学, 共同教育学部, 特命教授 (70134252)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 出口 明子 宇都宮大学, 共同教育学部, 准教授 (70515981)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 理科教育 / 科学教育 / 物理教育 / 電気概念の獲得 / 電圧概念 / 実体的水流モデル

Outline of Annual Research Achievements

令和2年度は，年度当初より新型コロナウィルス感染症の蔓延のため，学校現場における調査や授業実践が行えず，その状況は1年間継続してしまった．そのため，当初予定していた実践的研究は全く行うことができなかった．そこで，前年度までの結果の分析とそれに基づく小中一貫の電気分野の指導法の開発を行った。
（１）これまでの調査で，小学生でも初歩的な電圧概念の導入を導入することによって，電気単元の理解が促進されることが分かった．そのため，小学生に電圧概念を導入するための実験に基づいた授業計画を作成した。そこでは，電流電圧概念がない小学生にも直観的に理解できるよう，簡易なデジタル電流計電圧計を用いた実験装置の工夫を行った．
（２）中学校電気単元においては，電圧概念がほとんど形成されていないこと，実験時の配線の分かりにくさが生徒の理解を阻害していることが分かった．そのため，配線の複雑さを解消するため裸銅線を用いた回路を考案し，配線の容易な電圧計を用いることにより，回路内各部の電圧を容易に測定することにより，電圧がエネルギーの高さに相当することを理解できる実験装置を考案した．
（３）目に見えない電気現象を直観的に理解するために実体的水流モデルがすでに筆者らによって提案されているが，装置を実際に組み立てることは必ずしも容易ではなかった．より広範に利用しやすくするため，実体的水流モデルに関する映像教材の開発を行った．

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

新形コロナウィルス感染症の蔓延のため，学校現場と連携した実践的な研究が全く行えなかった．そのため，「研究実績の概要」にも書いた通り，小学校及び中学校における授業計画の策定を行い，新しい授業のアイデアを構築することができた．しかし，その効果を実証的に検討することができなかった．そのため，令和3年度は，策定した授業計画の実践を実現できるようさらに現場教員との協力関係を構築していく．

Strategy for Future Research Activity

これまでの研究により，電気単元における小中学生の概念形成上の問題はかなり明確になってきた．したがって，令和3年度は学校現場との連携をさらに深めつつ，令和2年度に策定した授業計画の実践を目指して研究を行う．令和3年度の研究において目標とすることは以下のとおりである．
（１）小学生に電圧を導入することにより電気単元の理解が促進されることが示されているが，小学生が電圧と電流の違いをどのように理解しているかは明確に示されていない．電圧を教えることの功罪を明らかにする必要がある．そのため，授業実践とその後の概念調査を行い，よりよい授業計画を提案する．
（２）現行の中学校の理科では電圧概念を明確に教えていない．電圧がエネルギーの高さ，つまり「電位」を表すことを実感を持って理解させることが極めて重要であるが，そのための授業の在り方についてはいまだに研究が不十分である．令和3年度においては，学校現場と連携して，既に筆者らが考案している「電位測定回路」の有効な利用方法について実証的に研究する．
（３）新型コロナウイルス感染症の蔓延を想定した「新しい生活様式」に対応するよう，ICT教材の開発，ウェブサイトを通した情報発信などにも取り組む。

Causes of Carryover

令和2年度においては，新形コロナウィルス感染症の蔓延のため，旅費の支出が0円であった．また，学校現場と連携した授業実践も実施することができなかった．そのため，繰越金が発生した．一方，学会等の研究発表はインターネットを利用したリモート発表が増えており，その傾向は令和3年度も続くものと考えられる．
よって，旅費として計上していた予算は，授業実践のための教材費やウェブ教材の開発費などに転用し，効果的に研究推進を行うとともに，成果発表のための経費に多く充てることとする．