2022 Fiscal Year Research-status Report
身近な有機化合物を利用した物質の構造決定の指導法に関する研究
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22K02492
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| Research Institution | Hyogo University of Teacher Education |
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Principal Investigator |
山口 忠承 兵庫教育大学, 学校教育研究科, 教授 (60295722)
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2022-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 小型核磁気共鳴装置 / 有機化合物 / 化学構造 / 実験方法 / 指導方法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
中学校や高等学校で探究活動の中で有機化合物に関する実験を行う場合、教師の知識や技量によって生徒に指導できる内容が変わる。本研究では中学校や高校の教師を対象にした有機化合物の構造を確認できる卓上型の核磁気共鳴装置(NMR)の活用を目的とした研究を行い、物質の同定や含有量を学校の現場で確認できる実験教材の開発に加え、物質の見分け方に関する教育手法に関する研究を行う。卓上型の核磁気共鳴装置は、学校の理科室にも設置でき有機化合物の構造を知る上で有効な装置である。試料中に含まれる有機化合物の構造を知ることにより化合物の性質を予想することができる。
学校の現場で卓上型の核磁気共鳴装置を活用するためには、高校までに学ぶ有機化合物の知識に加えて、受講者が核磁気共鳴装置の必要性を認識できるように実験内容を工夫する必要がある。実験方法や目的物の検出手段の確立している高校化学の教科書記載の実験内容では、受講者の磁気共鳴装置の必要性に対する訴求力が弱いことを考え、これに代わる身近な材料を用いた教材開発を試みた。教材開発の研究の題目として、中学校の教科書に掲載されている糖類やアミノ酸に関する研究に取り組んだ。このうち、糖類の分析方法に関する実験教材について将来教師になる教育大学の学部生や大学院生を対象に、開発した教材の実践を行い、従来の学校現場で可能な各種の分析法に加える形で、以前の研究と比較して核磁気共鳴装置による分析方法の優位性が認識できるか確認を行った。
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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
核磁気共鳴装置の利点を有効に生かすための教材の開発を目的として研究を行った。大きく分けて、糖類の分析に関するテーマと、タンパク質からアミノ酸を分析する教材開発に関する研究を行った。このうち糖類に関係する研究について、高校化学の教科書掲載の市販試薬の単糖類の三化合物、二糖類三化合物の分析を行い、フェーリング液による還元反応の有無と、高校化学程度の実験書籍記載の薄層クロマトグラフィーによる分析と、卓上型核磁気共鳴装置による分析を試みた。いくつかの分析に関する実験とICT教材を組み合わせて、糖に関する実験教材を開発した。
この開発した糖に関する実験教材を用いて大学院生対象に教材の実践を行った。サトウキビから実際に糖を抽出する実験を、分析法を学ぶ実験の前に加えて実践し、薄層クロマトグラフィーによる分析法や、フェーリング液による、二糖類のスクロースであることの確認を行った。アンケートの結果も、実際糖を抽出する操作を加えることによって、身近に感じることのできる材料であることと、受講者が糖の分類ができたことを実感したという記載が多かった。途中の研究成果であるが、卓上型核磁気共鳴装置が実際に活用可能であることを実際に新聞記事として取り上げていただいた。この成果を踏まえて令和５年の８月に実際に現職の教員を交えた研修会を行う予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
昨年度開発した糖とアミノ酸に関する教材開発を教員向けの教材開発を、実験教材として完成させるための予備実験を行い実験教材の作製を行う。この他、安全性の高い身近な食材や植物の抽出液を用いた教材の開発も並行して行う。授業実践で用いることのできる、練習実験としての提示教材の開発を行い、本実験が円滑に進むように改良を行う。開発した実験教材は、事前に大学院生や学部生向けに実践を行い、教材の改善点について検討を行う。
本年８月に現職教員向けの講習会を行うが、研修会で行った実験の効果について検証を行い、成果として論文等で報告する。
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| Causes of Carryover |
令和５年３月に行われた学会の旅費が計上されていないことと、本研究で使用している核磁気共鳴装置のプローブやフィルター等の消耗品が米国からの輸入品であるために、発注後の納品が大幅に遅れていること。
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