2021 Fiscal Year Research-status Report
Individual Experiments and Classwork Design based on Microscale Experiment Solving Present Problem in Science Education
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19K02692
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| Research Institution | Shitennoji University |
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Principal Investigator |
佐藤 美子 四天王寺大学, 教育学部, 教授 (50734521)
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2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | マイクロスケール実験 / 教材開発 / 中学校理科 / 小学校理科 / 授業デザイン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
研究課題である「理科教育の現代的課題の解決を図るマイクロスケール実験による個別実験と授業デザイン」に向けて、令和３年度は教材開発と実践活動を中心に取り組んだ。継続的に学会発表、論文による公表も行った。教材開発は、次の３点を中心に行った。１）ダニエル電池をはじめとした電池の原理を探究的に学ぶ教材の開発。２）プログラミング学習と連携したマイクロスケール実験の理科実験への応用、３）実験の楽しさを生徒に伝えるための企画と活動。小・中学校の新学習指導要領の主旨および高校理科の次期学習指導要領の実施を踏まえて教材研究の開発を進めた。特に上記の１）は、プログラミング学習の導入に合わせて積極的に取り組んだ。 具体的には、１）では、『電池の開発の歴史から動作原理を学ぶー理解を深めるマイクロスケール実験』をテーマに、鉛蓄電池、ダニエル電池を中心とした教材実験のまとめと、動作原理を学ぶために展開を特に工夫した。実験をとおした実感を伴う理解が重要であるという視点で開発した。２）では、『小型温度センサーと micro:bit による温度測定の教材実験』を例に、小型のシングルコンピューターであるmicro:bitとパソコンやタブレットを活用しながら開発した。狙いは、プログラミング学習と理科実験の連携であり、理化学習の有用性を認識させることである。3)では、近隣の小中学生を対象にした実験教室をはじめ、研究成果の社会還元事業「ひらめき☆ときめきサイエンス」の実施、また「スマートサイエンスセミナー」の企画、実施などに取り組んだ。また、今までの科研費の援助によるマイクロスケール実験の普及活動について、長年の実践活動が評価され、2022年3月に日本化学連合より、化学コミュニケーション賞2021 審査員特別賞（個人）を授かることができた。
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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
「理科教育の現代的課題の解決」として、昨年度に引き続いて新学習指導要領に沿った理科実験のあり方を検討した。マイクロスケール実験においては、実験結果の可視化および定量化が検討課題であったことを踏まえ、理科実験とプログラミング学習の連携は有効であることを示すことができた。その結果、小学校でのプログラミング学習の必修化、さらに中学校、高校におけるプログラミング学習の発展的取扱いが注目される中、今後も取り組むテーマとして再認識することができた。
具体的は、micro:bitにより、小学校年6理科「発電と電気の利用」の単元における教材実験で、光電池の光強度による電圧の違いをmicro:bitにより測定して、パソコンやタブレットへ転送して可視化を図り、定量的な考察を可能とした。教材開発はすでに完了しており、今後は授業での活用をとおして有効性を検証する段階である。同様に「コンデンサーによる充電と放電」における電圧変化も測定可能であることを確認して教材化した。いずれも「エネルギーと環境」に関わる内容であり、科研費による課題の一環としてとりあげた。 「マイクロスケール実験による個別実験」の趣旨に沿った研究テーマとして開発した気体の性質を学習する「ミニ試験管による気体発生と性質」については、授業実践をおして教材実験の有効性を確認できた。学会発表３件、論文発表１件、実践活動は５件である。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和４年度においては、研究期間４年の最終年度として期間中に開発した教材実験を用いて、その実験教材としての有効性を検証するため、教員志望の学生を対象にした授業での試行、可能であれば小学校や中学校での授業での活用、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、実践的検証を優先的に実施する。また教材としての有効性の確認だけでなく、研究のまとめとしてマニュアルの整備も同時に行う。
研究課題であげている「マイクロスケール実験による個別実験」の趣旨に沿った教材開発のテーマをさらに追加して行うが、特にプログラミング教育との連携も視野にいれた取組を進め、新学習指導用要領に対応した教材実験の開発も念頭におく。また研究課題のひとつである「授業デザイン」の構築に向けて、具体的な授業案の作成の際には探究学習の要素も組入れる予定である。学会、論文による公表も積極的に行う。
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| Causes of Carryover |
令和３年度においては、コロナの感染状況により、関係する学会がすべてリモートによる開催となった、そのため国内出張費の支出がなかった。以上により残額は主に消耗品費として次年度に使用することとした。
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