科学的な思考力や表現力の育成　　－観察・実験の結果のまとめ方，　　　　　　表やグラフの読み取り方　　　　　　　の指導の在り方－

大阪教育大学理科教育講座教授　畦　浩二

　【科学的な思考力とは】

科学的な根拠に基づく論理的思考力

ａ．実証性：仮説や考え方の真偽を観察，実験な　　　　　　　どによって検討できるという条件ｂ．再現性：同じ条件下では必ず同じ結果が得ら　　　　　　　れるという条件ｃ．客観性：多くの人々によって承認され公認さ　　　　　　　れるという条件

○ 科学的とは

文部科学省 (2008)

（通過率35.9% ； 設定通過率50% ； 前回の通過率－）

H17 教育課程実施状況調査（物理Ⅰ）

（通過率 43.0% ；設定通過率 70% ；前回の通過率－）

H17 教育課程実施状況調査（生物Ⅰ）

　　『授業がどの程度わかりますか』

学年の進行とともに，「よく分かる」が減少し，「分からない」が増加。小学校→中学校→高等学校にかけて，「よく分かる」が半減。（ H17 教育課程実施状況調

査）

『あなたの担当する授業が好きだと感じてい　る生徒の割合は，およそどの程度ですか』

(H20 理科教員実態調査 )

『生徒による観察や実験を概ねどの程度　　　　行っていますか』

(H20 理科教員実態調査 )

『観察や実験を行うにあたって，障害と　　なっているのは何ですか』

(H20 理科教員実態調査 )

『生徒による探究的な活動は，　　　年間概ね何時間ですか』

年に３時間以下：６～８割理数科と SSHの地学Ⅱでは多い

　 【高等学校物理の実験別実施状況】

○ 実施対象： 2006 年大学入学者で物理履修者 2547 名○ 在学大学：京都地区４大学（京都大学，京都教育大　　　　　　　学，京都工芸繊維大学，同志社大学）　　　　　　関東地区６大学（首都大学東京，東京電　　　　　　　気通信大学，東京学芸大学，中央大学，　　　　　　　東邦大学医学部，埼玉医科大学）○ 目的　　：○大規模な実験データを得ること　　　　　　○大学入学者は全国から集まり，日本全体　　　　　　　の状況や地域による違いなどをとらえら　　　　　　　れること

　 （力学分野）

（波動・原子核分野）

（電磁気分野）

　分野別実験回数　　 実験回数と満足度 の関係　　　　　

　　　　実験回数の多い　 生徒の実験に 上位１０の実験 対する満足度

（黄色：生徒実験で 30 ％以上）

生徒は物理実験に満足していない

○ 「授業がよくわかる」は，小学校→中学校→高　等学校と学年が進行するにつれて，低下する。○ 「理科好きな生徒が半数より多い」と感じる高　　校（普通科）の理科教師は１割にも満たない。　小学校担任で 65% ，中学校の理科教師では41% 。　高校理科教師では極端に低い。○ 「実験や観察の障害」として，高校では，「授　業時間の不足」と「大学入試の」の対応をあげる　教員の割合が高い。○ 生徒による探究的な活動は，少ない。○ 生徒は，高等学校の物理実験に満足していない。

【まとめ】

　　【理科の実験・観察で育てたい力】

◎ 科学的な思考力・判断力・表現力

① 目的意識をもった実験② 結果の考察③ 図や表などのデータを正しく読みとり，　 グラフ化，文章化④ 実生活や実社会との関連性

【諸外国の理科カリキュラム】

小倉　康・松原　静郎（ 2009)

　【日本の理科授業の特徴は？】

( 中学２年生）

小倉　康・松原　静郎(2009)

日本の理科授業の特徴は？

（中学２年生）

　

岡本英治他 (2009)

　【定量実験でみられた生徒　　の特徴や傾向と問題点】

【実験】 物体の高さと位置 エネルギーの関係 （中学 3 年 :121名）

　　　　実験結果

岡本英治他 (2009)

岡本英治他 (2009)

①実験の測定のとき　に，値を正確に読　み取らない②集めるデータの個　数は，ばらつきが　ある③目的に沿ったデー　タの収集をおこな　えないものがいる

【定量実験での生徒のデータ収集】　　　

◎ 生徒に実験への意欲や　　姿勢・態度を持たせる◎ 生徒に実験目的を把握　　させて，目的に沿った　方法を考えさせる◎ 生徒にデータの意味を　認識させ，科学的分析　　や科学的解釈の手法を　　身につけさせる

問題点 学習指導

岡本英治他 (2009)

○ 生徒は実験デ　 ータをどのよう に解釈している のか？

その１：３点のみ与える

その２：関数の値から誤差の範囲でずらした点を与える

岡本英治他(2009)

【調査結果】

　　　　　【生徒のグラフの作成と　　　　 　読み取りの傾向と対策】Ⅰ ．すべてのデータが直線や曲線上にそろわないと　　　判断がゆらぐ傾向がある　　 誤差の指導Ⅱ ．原点に点があると考えて，原点を通るようにグ　　ラフをかいたり，読み取る傾向がある　　原点　　　　を通るかどうかを指導Ⅲ．どのようなグラフであるか判断するとき，学習　　　　者がもつ既知のグラフの「形」が影響を与える　　傾向がある　　

生徒自身の考察場面を設定数学の教員とも連携を図る

　観察・実験結果をグラフ化し　解釈する内容（中学校）

　　　　　【グラフ作成指導】（１）ねらい

　・ データをグラフにする意義がわかる。　・ グラフに必要な項目，目盛りなどを方眼紙に書き込　　　 むことができる　・ 方眼紙に測定点を打ち，測定点の並び方から直線 か，なめらかな曲線か判断して，線をひくことができ る。

（２）問題例

注意点：整数ではなく小数点以下の数字をもって，　　　　　多少のばらつきがあるようにしておく

江崎士郎（ 2007)

　　　　　【グラフチェックポイント】

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

江崎士郎（ 2007)

□グラフのタイトルが書いてあるか。□横軸に変化させた量が書いてあるか。　□単位が書いてあるか。　□目盛りが書いてあるか。□縦軸に変化した量が書いてあるか。　□単位が書いてあるか。　□目盛りが書いてあるか。□測定値を正しく，点で打っているか。□測定点を折れ線ではなく直線か曲線で引いているか。　□直線，曲線の見きわめは正しいか。　□測定点に合わせた線をひいているか。　□１本の線で引いているか。　

　　　　　　【学生の結果】○ グラフのタイトルを書き忘れる学生が多　 い。○ 単位を書き忘れる学生もいる。○ 考えもなく，簡単に直線を引いている。　「 何故，折れ線ではなくて直線で結ぶ　　　ことができるのか？」の問いに十分に答　えることができない学生も多い。

　 【実験レポートの書き方】　　　 　～日本人の苦手な表現～

花子さんの前にも，たろうさんの前にも，おなじようなカップに入れたスープがあります。どちらのスープも同じ温度でした。花子さんは，さらにふたをしました。

(1) どちらのスープの方が長い時間さめないと思いますか。

(2) また，そのように答えたわけを書きなさい。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

（小学校４年生）

松原静郎 (2005)

【結果】(1) の正答率： 97 ％(2) の正答率： 55 ％（世界 43 ％）　多い間違い：「ふたがしてあるから」　（日本 36 ％，世界 28 ％）

◎ 理由（わけ）には，二つの答え方がある(1) 結論を導く元となる事実(2) その事実と自分の導いた意見を結びつける説明

日本では，事実を示すことで説明しなくても“自明の理”　とすることがよくある。

↓

松原静郎 (2005)

◎ 実験レポートで必要な項目

○ 目的：考察する内容○操作：実際に行った手順○ 結果：観察した事実○ 考察：自分で考えた意見（結論）と　　　　その説明（根拠）　　　　→　目的に対応した考察

松原静郎 (2005)

　　　　　　【定型文の書き方】○ 結果の定型文「ａ（操作）をしたら，ｂ（結果）に　なった。」←　見たままを書く○ 考察の定型文「ｃ ( 結果）から，ｄ ( 結論）と考えた。　　その理由は，ｅ ( 根拠）だからである。」←　考えないと 書けない

〈結果の記述〉　　　　　　　 〈考察の記述〉実験の操作ａ　　↓実験や観察の結果ｂ ＝ 実験観察や計算の結果（事実 ) ｃ ↓←結果と結論を結びつける説明 ( 根拠 ) e　　　　　　　　　自分で考えた結論 (意見 ) ｄ

松原静郎(2005)

　　　　【実験レポートの指導】

－児童－書き方・考え方の習得メタ認知能力の発達

科学的思考力や表現力の伸長

・結果と考察が混同・短文や単語の羅列

・筋の通ってない文章

観察や実験の過程を意識的・随意

的に整理

○ 目的・操作・結果・考察○ 考察では事実（結果）か

ら導いた自分の意見（結論）を示し，その説明

（根拠）を記す。

実験レポートとは教師

継続指導

　 【大学生のレポート指導の実態調査】

松浦拓也(2009)

松浦拓也(2009)

【レポート指導の有無と時期】

　レポート項目　　　科学的思考力① 目的・・・・・・問題を認識する能力② 仮説（予想）・・仮説をたてる能力③ 実験方法・・・・解決方法を立案する能力④ 結果・・・・・・結論をだす能力⑤ 考察・・・・・・結論をだす能力

◎ 実践事例：レポート指導を基盤とした　　　　　　　 科学的思考力の育成◎ 対象学年：中学２年（ 77 名）

松浦拓也(2009)

松浦拓也(2009)

【レポート指導作成の流れ　　　　　　　　　　　（中学２年 :77名） 】

・実験の目的を書かない・実験の予想を書かない・実験結果がどの実験の操作をしたときの結果が　　分からない・実験結果欄に考察が書かれるなど，主観が含ま　れている・考察において，目的（予想）と結論が対応して　いない・考察において，結論のもととなる根拠が記述さ　れていない・考察において，結果から客観的に結論を出して　　いない

【レポート指導前の７つの課題】

松浦拓也(2009)

　　　【レポート指導作成の流れ】

松浦拓也 (2009)

【生徒の質的変容】

　 【評価問題例】：結論を出す能力

松浦拓也 (2009)

【評価規準】

松浦拓也 (2009)

松浦拓也 (2009)

【科学的思考力の変容】

【問題】水中に沈んだオオカナドモに懐中電灯を照射したところ，泡が出てきた。懐中電灯とオオカナドモの距離が５ｃｍの場合， 10 分間に泡が 60個出てきた。この距離を 10 ｃｍ， 15 ｃｍ， 20 ｃｍ， 30 ｃｍと変えたらどうなるだろうか？グラフに示し，そう考えた根拠を文章で表現してみよう。

（森本弘一　　　　　　2009 ）

【引用文献】江崎士郎 (2007) グラフの指導における課題．「中

学校理科 学力向上６つの授業改善」 pp.90-103 ．東洋館出版社．

岡本英治・山下雅文・小茂田聖士・蔦岡孝則・前原俊信 (2009) 実験データの科学的解釈に関する基礎的研究 - 中学校段階の実験処理を通して - ．広島大学学部附属学校共同研究機構研究紀要 37 ：349 -354 ．

小倉　康・松原静郎 (2009) 理科授業の国際比較．理科の教育 58 (679) ： 8-11 ．

国立教育政策研究所 (2007) 平成 17 年度教育課程実施状況調査 ( 高等学校） 381pp ．

後藤顕一 (2007) 「記述の技法」を身につけさせるための学校全体の取り組み．理科の教育 56 ：22-24 ．

松浦拓也 (2008) 実験レポートの指導を基盤とした科学的思考力育成に関する実践的・開発的研究．平成 18 年度～平成 20 年度科学研究成果報告書．85pp ．

松原静郎 (2005) 実験レポートの書き方．国立教育政 策研究所． 6pp ．

森本弘一 (2009) 体験活動を通して生物好きにする　手だて．「新学習指導要領に応える理科教育」．　 pp.151-163 ．東洋館出版社．文部科学省 (2008) 小学校学習指導要領解説 理科

編． 105pp ．大日本図書．

http://rikashien.jst.go.jp/investigation/cpse_report_006B.pdf

http://www.jst.go.jp/pr/announce/20090330-2/index.html

　　　　　　　　　　　　　　山崎敏昭・井上　賢・谷口和成・内村　浩 (2007) 高校物 理実験の実態 -2006 年大学新入生からの分析 - ．物理 教育 55(1) ： 33-38 ．