2021 Fiscal Year Research-status Report
Construction of Instructional Design for Individual Action of Children and Students Using Microscale Experiments Method
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20K03227
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| Research Institution | Kyoto University of Education |
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Principal Investigator |
芝原 寛泰 京都教育大学, 名誉教授 (60144408)
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2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | マイクロスケール実験 / 教材開発 / プログラミング学習 / 探究学習 / 小学校理科 / 中学校理科 / 高校化学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
令和３年度は研究期間３年の中間年度として教材開発と実践活動を中心に取り組み、学会発表、論文その他の公表も継続的に行った。令和３年度は、小・中学校の新学習指導要領の改訂に伴う新教科書の内容と実施状況を踏まえ、マイクロスケール実験の普及に向けて教材実験テーマの設定を行い、教材開発に取り組んだ。特に、小中学校におけるプログラミング教育の本格的実施を踏まえ「マイクロスケール実験とプログラミング教育の連携」を中心に取り組んだ。このテーマは前年度にも取り組んだが、さらにテーマを拡張して、小学校理科にとどまらず、中学校理科さらに高校化学への発展的に活用できる実験テーマを選んだ。具体的には、「ダニエル電池の起電力変化のmicro:bitによる測定」「小型温度センサーの開発と溶解熱および中和熱による温度変化の測定」等が主な実験テーマである。いずれもマイクロスケール実験の特徴である個別実験と探究的活動を生かすための様々な工夫を行った。マイクロスケール実験の以前からの課題である「定量的測定」に対する解決の目処がたち、大きな前進となった。
研究結果は主に理科教育学会において課題研究発表会等の発表を行った。また英国で開催された「Microscale and Small Scale Innovation Practical Chemistry in Education」において、ポスター発表（リモート参加）も行った。また前年度からの研究テーマの継続として「気体実験のマイクロスケール実験による教材化」については、その成果を発表した。研究期間において開発した教材実験は３件である。令和３年度は、開発した教材の実践的検証を十分に進めることができなかったが、「ひらめき☆ときめきサイエンス」にて特別講師として参加し，開発教材の実践的活用を一部、行うことができた。
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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
研究実績の概要でも述べた「マイクロスケール実験とプログラミング教育の連携」への取組みは、「児童生徒参加型の主体的学習を支援する」という研究目的と連動させる必要がある。マイクロスケール実験による個別実験とプログラミング学習の活動は、互いに連携が可能であり、主体的な学習を促すことが期待できる。以上の趣旨を開発した実験教材に対して、実践的に検証して評価する必要がある。この実践的検証については、コロナ禍において「ひらめき☆ときめきサイエンス」における実践活動（特別講師として参加）が唯一となった。
今年度において開発した実験テーマにおいては、測定途中の結果をリアルタイムで、micro:bitを使ったプログラミングによりパソコンあるいはタブレットに転送することができる。この特性を生かし、作製した化学電池の特性を経時変化とともにリアルタイムに記録して評価することができた。マイクロスケール実験の教材開発におけるデータの定量化の課題を解決することが確認できた。これは前年度の研究成果を踏まえた発展的成果となった。また理科実験とプログラミング教育との連携においても一定の成果を得ることができた。
令和３年度においては、コロナ禍の中、ほとんどの研究活動について形態を変えて実施となり、学会もリモート発表のみにとどまった。国内の学会発表に加え、国際会議での発表はリモートによるポスター発表であったが、一定の成果もあった。学会発表は３件、論文発表は１件である。
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| Strategy for Future Research Activity |
前年度までに開発した教材実験を、令和４年度においては研究協力者と連携して、通常の授業だけでなく地域の実験教室、教員研修、ひらめき☆ときめきサイエンス等においても活用して、教材としての有効性の確認と、研究のまとめを行う。令和３年度において実施予定であった実践的検証を最優先に進める。
２年間の研究経緯より、プログラミング学習との連携により、マイクロスケール実験の教材開発におけるデータの定量化の課題を解決できた。またプログラミング学習の知識や技術を、理科実験に活用できることも確認できたので、この点をさらに発展させたい。
一方、学校現場への普及のためには、費用面においても検討が必要であるので、より安価な材料、器具を用いて教材開発することも課題とする。また実践的検証に向けて、操作の簡略化、マニュアルの整備もさらに進める。
環境問題―エネルギー問題と関連して、「電池」の学習は実験をとおした実感を伴う理解が求められている。この状況を踏まえ、中学校理科、高校化学で取り扱う「ダニエル電池」、「鉛蓄電池」を探究的に理解するために前述のプログラミング学習との連携を踏まえた教材開発と実践的検証をさらに進める。
コロナの感染状況にも依存するが、できるだけ実践の場を設定できるようにする。安全性の高い実験であれば、遠隔授業による指導の可能性も検討する。また研究課題の最終年度として、近年に開発したマイクロスケール実験教材のテキストの作成と発刊も進める。
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| Causes of Carryover |
令和3年度においては、コロナ禍の中、ほとんどの研究活動について、形態を変えた実施や中止となった。学会はリモート開催となり、そのため出張旅費等の支出がなくなり、残金が生じ次年度への繰り越しとなった。教材開発のための材料費等は物品費として予定通り支出を行い、研究を進める上で問題は生じなかった。
次年度においては、コロナ禍による制約を見込んで、計画通り、最終年度として研究のまとめを行う。リモートによる研究活動も積極的に進め、制約下においても事前の準備を徹底して計画に沿った経費の出費を行う。教材開発および実験テキストの作成については、計画とおり鋭意をもって進める。
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