2014 Fiscal Year Research-status Report
実験で深化させた粒子認識を持つ理科教員を養成するための系統的実験教材開発
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26350222
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| Research Institution | Hokkaido University of Education |
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Principal Investigator |
田口 哲 北海道教育大学, 教育学部, 教授 (60281862)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
柚木 朋也 北海道教育大学, 教育学部, 教授 (00311457)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 科学教育 / 化学教育 / 科学教員養成 / 実験・観察 / 原子・分子 / 粒子 / 物質認識 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
現行学習指導要領解説（理科編）では，「粒子」を科学の基本的な見方や概念の柱に据え，内容の構造化・系統化が図られた。一方，中学校理科教員を目指す大学生の入学時の粒子認識は，「物質は粒子（原子）でできている」との前提を基に演繹的推論だけで身につけてきたものであり，探究的な実験に基づいて「直接的には見えないが物質は確かに粒子からできている」との確信に至ったものとは必ずしも言えない。そこで本研究課題では，科学者が粒子観を獲得するに至った歴史的実験の再現・追試を含め，「巨視的・微視的双方の視点から，実験に基づいて粒子認識を深化させた中学校理科教員」を養成するための系統的実験教材並びにカリキュラム試案を開発することを目的とした。
初年度である今年度は，第一に，ディスポーザブルシリンジを活用した「不可視でも気体は質量を持ち種類があることを実感する実験教材」を開発し，この教材を用いた実践をおこなった。本教材では，小型ガスボンベから取り出した種々の未知気体（窒素・酸素・二酸化炭素等）10mLをこのシリンジに大気圧下で入れ，未知気体の体積（10mL）・質量・温度・大気圧の測定値から理想気体の状態方程式を用いてモル質量を求めることで，未知気体を同定できた。さらに，中学校理科教員養成のための科目で本教材を活用し，学生の巨視的物質認識の深化に対する本教材の有効性と改善点を確認できた。加えて，この方法で同定した未知気体を，当該気体に特有な化学反応を用いて定性的に確認する教材も開発した。
第二に，巨視的物質認識を微視的物質認識に繋ぐための大気圧測定実験教材を開発した。具体的には，内部が真空のガラス製シリンジを用いて，そのピストンと力センサーを伸縮しない紐で繋ぎ，大気圧に逆らってシリンジ本体を手で引く力をセンサーで測定した。この力をピストン断面積で割ることで大気圧が求められることを確認した。
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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
研究実績の概要で述べた通り，今年度の研究計画の大方は達成できた。なお，今年度の計画として，本学学生に対する粒子認識に対するアンケート調査を行う予定であったが，今年度に開発した教材の実践での使用との関わりから，アンケート調査は次年度以降に行うこととした。また，第二の教材について，今年度の計画にあった「シリンジを引く力の標高依存性」についても測定を開始したが，理論値よりもやや大きな値が測定されたので，次年度以降もさらに測定を継続し確認する必要がある。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度以降は，中学校理科教員養成に関する科目で本年度開発した教材を用いた教育実践を継続し，教材の改良を行う。
「不可視でも気体は質量を持ち種類があることを実感する実験教材」については，学生が求めた気体のモル質量の値の分散がやや大きかった。すなわち，小型ボンベからシリンジに未知気体を入れた際に，シリンジ内の気体の圧力の分散がやや大きかった可能性がある。そこで，シリンジへの気体の注入法を工夫することで，シリンジ内の気体の圧力の変動を小さくしモル質量の分散を小さくできないか検討する。
「巨視的物質認識を微視的物質認識に繋ぐ大気圧測定実験教材」については，標高の異なる幾つかの地点に本教材を持ち出しシリンジを引く力を測定することで，標高 vs 大気圧のグラフを作成する。このグラフがボルツマン分布に従えば，その考察から，標高による大気圧の違いは空気の密度の違い，すなわち単位体積あたりの空気の分子数の違いによることがわかり，巨視的視点から捉えていた空気を微視的視点から捉え直す教材となる。
さらに次年度は，より微視的な視点から物質認識を深化させる教材として「ブラウン運動によるアヴォガドロ定数の測定実験教材」の開発に着手する予定である。
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| Causes of Carryover |
物品費については，可能な限り安価な物品を購入したことで幾分節約したため，次年度使用額が生じた。旅費については，航空券を早割チケットにすることで節約したため，次年度使用額が生じた。謝金については，アンケート調査を次年度以降に行うこととしたため今年度は資料整理謝金が発生しなかったので，次年度使用額が生じた。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度使用額については，物品購入と旅費，資料整理のための謝金，学会参加費等での使用を計画している。
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Research Products
(1 results)
