2016年[ 科学教育振興助成 ] 成果報告

小学生対象実験講座「放課後ScienceTeam」の企画・運営

研究責任者

植田 幹男

所属:和洋国府台女子中学校高等学校 教諭

実施担当者

屋形 英範

所属:和洋国府台女子中学校高等学校 教諭

概要

1 はじめに

本校では,以前より理科教育に力を入れ,実験・実習に主眼をおいた授業作りを展開してきた。特に
中学においては,その3年間で教科書必須の実験から本校教員が考案したものを含め,約100項目(授
業のほぼ半分)におよぶ時間を実習へと費やし,「実体験から学ぶ科学」を実践している。生徒たちへ様々な現象や法則を実際に体感させることは,自然科学への興味や関心,それに続く主体的学びへとつながり,将来,理系の進路や職業を日指す力をもった女子の育成への一助となり得る。
そこで本校理科で培ってきた実験の知識,技術,そして設備を活用し,学びの場を小学生へと広め,多くの子どもたちに自然科学へ触れ体験する場をつくることを目的に,小学生対象の実験講座,「放課後ScienceTeam」の取り組みを企画した。本実験講座では,科学をもっと知りたい,体験したいという好奇心や向上心を児童たちの中に育て,科学を学び得る姿勢を養わせていくことに主眼をおいている。
今回,実際に講座で取り組んだ実験内容や活動の事例について報告する。

2 放課後ScienceTeam概要と実績

本講座は,小学生の児童に対する自然科学の学びの場を提供すると共に,地域小学校との連携を強める試みの1つとして行ってきた。そこで講座参加者の募集は,本校広報部と連携し,近隣小学校への募集活動を中心に行い,さらに,東京や千葉などで開かれた各種説明会などにおいても,講座実施のアナウンスを行ってきた。また募集は,全学年の小学生を対象としていることから,実験中の事故やけがをおこさせないよう安全而を第一に考えた講座作りの点に留意した。具体的には,参加児童の白衣の着用,必要に応じた安全メガネの着用,ガラス器具のプラスチック製代替実験器具の準備,試薬の濃度管理,そして理科教員および実験助手の増員による実験中の机間巡視の強化に力を入れた。
今年度の講座は,全10回,8種類の実験項日で実施した結呆,延べ235名の児童が本校に訪れ実験・観察に参加した(表1)。講座の定員は実験内容により変動するが,教員の目の行き届く範囲内という観点から25名を最大値と考えて当初計画していた。年度初期においては,講座実施と募集の情報を広く行き渡らせることが困難であったため,参加人数が想定より少なめであったのに対し,夏休み近辺より参加希望者が増加し,券集開始初日に予定人数を超過し,募集を締め切らざるおえないことになる回も多々見受けられたため,急逮,担当教員や実験助手を増員して対応することとなった。さらに講座中の実験操作に関しては,中高の理科部にも協力してもらい,実験補助にあたったところ,小学生2~3人に一人程度の割合で,補助生徒または教員を配罹することができた。
理科部の生徒たちは,自身が習った知識や実験操作を熱心に,そしてT寧にひとつひとつ小学生へ教え,手助けする機会をもつことができた。協力してくれた理科部の中高生に対し,小学生が親しみをもって接する場面も見られ,広く目が行き届いたことから実験中のけがの回避や内容の一層の習熟といった点で,中高生の起用はとても有効であった。また教える側の生徒も,事前にしつかりと実験内容を予習し,予備実験から準備したこともあり,相互にとってよりよい学びの場を設けることができた。
実験内容の選定に関しては,1.小学校で得た知識を役立てられるもの,2.実際に見て・さわって内容を楽しめるもの,かつ3.学術的な内容を含み,中学裔校に向けて役立つ発展的な知識を学習できること,を前提として精査した。さらにそれぞれの講座の中で体験し得たことを応用した工作?もの作りを毎回導入するよう工夫し,もの作りの楽しさと講義内容の理解を深めていけるような仕組みを常に取り入れてきた。以下に今年度実施した実験概要をそれぞれ簡潔に記載する。

「液体窒素をつかった極低温の世界の体験」
液体窒素は沸点が一196℃と極めて低温であることから,様々な実験に冷媒として使われる。謂座では,極低温の特徴を利用し,切り花をはじめ種々の物体の冷却と状態変化について観察を行った。例えば,空気を入れた袋を冷やしたときの凝縮の観察,二酸化炭素からのドライアイスの生成(昇華),液体酸素の作成と燃焼などを行った。窒素は身のまわりにあるごく一般的な気体であるが,日常では見ることのできない低温の液体状態での極めて特異な物性を示すことや,超電導などの新技術とその利用についても講座であっかった。

「スルメイカの解剖と観察」
スルメイカをはさみと自らの手で解剖し,生物の体のつくりを銀察した。特に,口,食道胃などの消化経路を醤油の注入により,視覚的にとらえ調べた。また目玉中にある水晶体を取り出し,凸レンズのような仕組みであることを実際に確かめた。さらに,エビなどの甲殻類についても
体のつくりを観察し,比較を行った。

「火山のふんかのしくみと山の模型づくり」
固化させたゼラチンを地層に模した状態にし,マグマだまりの様子を再現した。また印象材(歯科医師が使用する型取り剤)をつかった成層火山のモデル作成(地層の積層の様子を再現),PVAと小麦粉で再現するカルデラのできるようすなどを実際に体感させた。さらに,弁当等の容器につかわれるプラスチックのふた1枚に,山の等高線1本を書き加え,等高線の数だけふたを積層させることで,山の等裔線立体模型を工作した。

「光の不思議と液体万華鏡作り」
LED光源装置を使い,光の鏡による反射やプリズムによる屈折,光の三原色などの性質を観察し,偏光板やレンズにより光の波の性質を体感させた。またPET製のプラスチックミラーとプラスチック試験管,さらにPVAとカラフルな小粒の天然石を素材として用い,PVA中をゆっくり素材が動き,その変化の様子が美しい液体万華鏡を工作した。

「化石の発掘と化石のレプリカ作り」
塩原湖成層の地層や化石の調査・研究,展示を行っている「木の葉化石園」より分けていただいた堆積岩を用い,実際に化石発掘を体験させた。また印象材と実物の化石から作成した型を使い,石こうを固化させることで,化石のレプリカ作成を行った。さらに紫外線硬化樹脂(UVレジン)を使用した化石の透明レプリカ作りも行い,いろいろな物質の化学変化の仕組みを学ぶことに加え,種々の化石を手に取り観察する機会をもたせることができた。

「科学で工作」
今年度は,1.葉脈標本の作成・染色およびラミネート加工によるしおり作り,2.クエン酸と重曹を使ったオリジナルバスボム作り,3.蓄光パウダーを使った光るスライムの作成といった,いろいろな薬品,化学変化を体験し,科学を利用した小物の工作を行った。

「金属の不思議な性質を調べて見よう」
金属の一般的な性質である,伝導應磁性を確かめる基礎的な実験から,NaやCaなど水にも反応してしまうイオン化傾向の大きな金属の観察銅・亜鉛のメッキによる真鍮の合成(模擬的な錬金術),そして銀鏡反応やテルミット反応などの金属イオンを主体とする代表的な化学反応を実際に行い,最後に溶融したスズを用い,鋳造のしくみを体験させた。

「顕微鏡で見る,小さな生き物の世界」
ゾウリムシやミドリムシ,ボルボックスなどのプレパラートを作成し,本校の新型顕微鏡を使っての微生物の観察や顕微鏡の使い方を体験させた。さらに染色した植物の道管や師管の観察から,水を吸い上げる組織やその仕組みに本を書き加え,等高線の数だけふたを積層させることで,山の等裔線立体模型を工作した。

「光の不思議と液体万華鏡作り」
LED光源装置を使い,光の鏡による反射やプリズムによる屈折,光の三原色などの性質を観察し,偏光板やレンズにより光の波の性質を体感させた。またPET製のプラスチックミラーとプラスチック試験管,さらにPVAとカラフルな小粒の天然石を素材として用い,PVA中をゆっくり素材が動き,その変化の様子が美しい液体万華鏡を工作した。

「化石の発掘と化石のレプリカ作り」
塩原湖成層の地層や化石の調査・研究,展示を行っている「木の葉化石園」より分けていただいた堆積岩を用い,実際に化石発掘を体験させた。また印象材と実物の化石から作成した型を使い,石こうを固化させることで,化石のレプリカ作成を行った。さらに紫外線硬化樹脂(UVレジン)を使用した化石の透明レプリカ作りも行い,いろいろな物質の化学変化の仕組みを学ぶことに加え,種々の化石を手に取り観察する機会をもたせることができた。

「科学で工作」
今年度は,1.葉脈標本の作成・染色およびラミネート加工によるしおり作り,2.クエン酸と重曹を使ったオリジナルバスボム作り,3.蓄光パウダーを使った光るスライムの作成といった,いろいろな薬品,化学変化を体験し,科学を利用した小物の工作を行った。

「金属の不思議な性質を調べて見よう」
金属の一般的な性質である,伝導應磁性を確かめる基礎的な実験から,NaやCaなど水にも反応してしまうイオン化傾向の大きな金属の観察銅・亜鉛のメッキによる真鍮の合成(模擬的な錬金術),そして銀鏡反応やテルミット反応などの金属イオンを主体とする代表的な化学反応を実際に行い,最後に溶融したスズを用い,鋳造のしくみを体験させた。

「顕微鏡で見る,小さな生き物の世界」
ゾウリムシやミドリムシ,ボルボックスなどのプレパラートを作成し,本校の新型顕微鏡を使っての微生物の観察や顕微鏡の使い方を体験させた。さらに染色した植物の道管や師管の観察から,水を吸い上げる組織やその仕組みについて学ばせた。またゾウリムシのプレパラートに,染色したコウジを添加し,コウジがゾウリムシの体にとりこまれていくようすを,顕微鏡の像をプロジェクターヘ投影しながら全体で観察した。

以上のように,それぞれの実験内容に関しては,小学校理科の内容をふまえつつも,広く中学・高校の学びの範囲も含み,さらには現代の新しい科学技術にも触れられるよう工夫をした。また対象が小学生であるため,4年生以下は保護者の方の同伴をお願いした。実験操作や工作が難しいであろう低学年の児童については,保護者と一緒に実験・観察を行えるように準備したところ,保護者も子どもたち同様,純粋に科学を楽しみ,その楽しさや大切さを再発見する機会をもってもらうことができた。実験後の子どもたちの感想を見ると,楽しく実験に取り組めたようすが多数伺え,特に講座に則したエ作(お持ち帰りができる)が好評であった。自分の手と頭を使い,何かを作り出すという経験は,自然科学への興味付けだけにとどまらず,その法則や現象を理解する上でも重要である。
このような点で,本校で開催した今回の実験謂座は,科学を知る機会を広めること,子どもたちの科学への興味関心を養うこと,といった趣旨にそぐった内容で行うことができたものと考察している。

3 観音崎臨界実習の試み

本校では理科の講座として,夏に神奈川県浦賀にある観音崎自然博物館の協力のもと,磯の生物の観測会を行っている。大潮近辺の日程を選び,実際に海に入り磯に生息する生物を観察するものであるが,博物館の学芸員により観音崎周辺の自然環境や生物の講義も行っていただける。例年,中学生を対象に校内でのみ参加者を募っているが,今年度は,小学生対象実験講座に自然観察会の導入を検討する目的で,試験的に数名程度,近隣小学校より希望者(高学年)を募り同行してもらった。その結果,水に浮くことができれば小学生であっても問題なく中学生とともに自然観察の実習へ参加することができ,フィールドワークの場として適当であることがわかった。学校や実験室を飛び出し,自然環境を体全体で感じる機会をもつこともまた,自然科学を学ぶ上で大切なことの一つであることから,次年度では,実験講座の1つとして広く小学生を募り,臨海実習の実施を視野に入れ計画を立てていく予定である。

4 小学校対象,出張実験講座の試み
今年度,本校理科教員を近隣小学校に派遣しての出張実験講座を試験的に立案し,実験教室を希望する小学校を募集した。その結果,千葉県市川市内の公立小学校からの依頼を受け,「科学工作クラブ」に所属する児童30名を対象に約1時間30分のプログラムで液体窒素を使った状態変化を中心に講座を行った。小学校ではなかなか扱うことができない物質,器具・薬品などを本校から機材を持ち込むことで解消し,小学校理科の枠組みを超えた講座の実施を可能とした。今回参加した児童は,科学クラブ所属であることから,特に理科好きの児童が集まっていることもあり,実験自体をとても楽しみながら積極的に,そして熱心に取り組んでいた。その中でたくさんの発見,不思議さの体験,科学の原理を教え広める有意義な時間をもつことができた。また本出張講座においては,小学校の先生方との協力態勢のもと実現したものであり,同様の謂座を次年度以降も幅広く募集活動を行い,多くの小学校と連携し,子どもたちへ自然科学の不思議に触れる機会,理科の楽しさを見て体験することのできる機会をできる限り多くもっていけるような態勢を一層幣え,実験の企画・運営を行っていこうと考えている。

5 まとめと次年度に向けての方策

様々な実験・観察を通して実物に触れ,自然科学のごく一部を実体験させる場を設けることができた。科学の法則や原理を実験で再現させ体験的に学ぶ機会をもつことは,教科書や写真で見て物事を確認することと比較し,はるかに重要であり大切なことであると考えられる。
次世代の科学の発展を担う子どもたちに対して,科学に対する興味付けを与える機会をもつことは非常に重要である。「好きこそはもののじょうずなれ」とあるように,学間に興味関心をいだかせることが大事であり,それができれば,先へと続く学びは子どもたち自身の力で切り拓いていけるだろう。科学の不思議や大切さ,現代社会への関わり,そしてこれからも絶え間なく進歩する新しい科学技術を,子どもたちに広めていくという趣旨に則り,今回,有意義な講座をもつことができた。楽しいだけで終わってしまう実験ではなく,実物に触れ,実体験から学術的知識を連結させ学ばせることで科学全般の知識?技術向上,理系分野への興味開心の育成という観点で本講座では,大きな効果が得られたことから,今後も同様の活動を精力的に継続していきたいと考えている。