2022 Fiscal Year Annual Research Report
A Study on the Improvement of Instruction about Electricity through Elementary School to Secondary School
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19K03109
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| Research Institution | Utsunomiya University |
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Principal Investigator |
伊東 明彦 宇都宮大学, 共同教育学部, 特命教授 (70134252)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
出口 明子 宇都宮大学, 共同教育学部, 准教授 (70515981)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 電圧の理解 / 中学校理科 / 電気単元 / 小学校理科 / 電位概念 / 電位測定回路 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
児童生徒にとって理解が困難と言われている電圧概念に着目し，正しい電圧概念の獲得を促進するための小中学校を通した電気分野の教育プログラムの開発に関する実践的な研究を行った．
小学校4年で学習する乾電池の直列つなぎ，並列つなぎによる豆電球の明るさの変化は，電圧概念なしには理解できない．事実，児童の思考パターンの調査から，乾電池の数は電流の大きさに関係しており，並列つなぎで電流が増えないのは回路の合流地点において電気の流れが滞るためであるという誤った考えが多いことが分かった．本研究においては，電圧概念を導入することにより，乾電池のつなぎ方による豆電球の明るさの変化を納得できる小学生が一定程度存在することを示すことができたが，電流と電圧の混乱も起こりうるので，今後ともより丁寧な検討が必要であると考えられる．
一方中学校では，「電圧は電流を流す働きの強さを表す」と定義されているのみで具体的な説明が全くなされていない．そのため，電圧に関する理解が極めて低いことは繰り返し指摘されてきた．本研究においても，学習後の中学生の多くは電圧概念を獲得できていないことが改めて明らかとなった．
本研究では，電位測定回路を用いた授業実践を行い，電圧とは電気的なエネルギーの高さを表すという電位概念を導入し，電圧理解の促進を図った．授業実践の結果，電圧概念の理解は有意に上昇し，電位概念導入の効果を示すことができた．しかし，対象者によって電位概念導入の効果はかなりのばらつきがあることも明らかとなった．また，授業実践による効果の定着は必ずしも十分でないことも明らかとなった．
以上の結果から，現状の学習プログラムでは正しい電圧の理解には到達することが極めて困難であること，電圧の正しい理解を導くためには，位置エネルギーとの学習順序も含めた総合的な学習プログラムの検討が早急に行われるべきであることが示された．
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