高校理数探究科目における生徒が能動的に学ぶエネルギー学習の実験教材の開発研究

• 研究課題/領域番号: 22K02583
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分09040:教科教育学および初等中等教育学関連
• 研究機関: 東京理科大学
• 研究代表者: 川村 康文 東京理科大学, 理学部第一部物理学科, 教授 (90362087)
• 研究期間 (年度): 2022-04-01 – 2025-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2022年度)
• 配分額: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2024年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2023年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2022年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
• キーワード: サボニウス型風車風力発電機 / 色素増感太陽電池 / 自転車発電 / 理数探究科目 / 能動的学び

研究開始時の研究の概要

高等学校の授業ではアクティブラーニングの実現が期待されている。理数探究基礎および理数探究においては，生徒が自ら課題設定をして課題解決を実施することが求められている。本研究では，理数探究基礎や理数探究において，ＳＤＧｓを推し進めることができる課題を設定し，問題解決につながる学習も求められていると考えられ，そのような学習が成立するような実験教材の開発を行う。

研究実績の概要

高校理数探究科目における生徒が能動的に学ぶエネルギー学習の実験教材の開発研究においては，これまではＳＳＨ高校での授業実践をターゲットにしての研究を進めていたが，現在，理数探究科目を実施するすべての高等学校で活用できる教材の開発を考えて研究を進めている。そのため，高校生がみじかでに入手できる材料を用いての実験開発を行うことで，高校生が理数探究をすすめるうえで，直接的に直感的に，参考になるような教材の作成を行ってきた。また，３Ｄプリンターは，各高等学校に，今後とも導入が広がると考えられるので，３Ｄプリンターを活用したレベルの教材の開発も実施してきた，
現在のところ，サボニウス型風車風力発電機においては，チップスターなどの商品のつつを利用するという方向性とそれらを３Ｄプリンターを用いて，くみ上げるという方向で，１つの教材モデルがすでに完成している。
自転車発電機においては，自転車のタイヤサイズを選ばず利用可能な自転車発電機の開発を行っており，これも３Ｄプリンターを利用することで，強度を増強したり，振動をやわらげたりなどの調整に入っている。
色素増感太陽電池では，インターネット通販などで，いっぱんに入手しやすい酸化チタン粉末に材料を変えて，太陽電池として動作するように目指している。
以上を，ＳＳＨ高校ではない，いっぱんの高等学校に出前授業を行い，各高等学校，場合によっては，中学校や科学館において，授業実践を行い，最適化をはかっていきたい。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

現在のところ，おおむね順調に進展しています。

今後の研究の推進方策

徐々に完成してきている実験機を用いて，授業実践を繰り返し，教材としての実験のありかたを検討していく。特に，理数探究における探究であるが，ＳＳＨ高校などの先端高校ではなく，いっぱんのふつうの高校における理数探究のあり方について，検討を重ねながら，研究を続けていきたい。