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－ 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 ○科学的とは ａ．実証性：仮説や考え方の真偽を観察，実験な 　【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 ○科学的とは 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　 角屋重樹（2007) 文部科学省(2008)

H17 教育課程実施状況調査 （物理Ⅰ） H17 教育課程実施状況調査 （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（生物Ⅰ） （通過率43.0%；設定通過率70%；前回の通過率－）

『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。 　　『授業がどの程度わかりますか』 学年が進行するにつれて，よく分かるが減少し，分からないが増加。 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』 『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) (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』 『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』 『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』 『生徒による探究的な活動は，　　 　年間概ね何時間ですか』 理数科とSSHの地学Ⅱでは多い 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 　 【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） 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　　　　　 黄色の４つの実験は，生徒実験で30％以上

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 　　　　 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 生徒は物理実験に満足していない 生徒は物理実験に満足していない （黄色：生徒実験で30％以上）

【まとめ】 ○ 「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。 　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。

【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 　　【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】 諸外国の理科カリキュラム

　【日本の理科授業の特徴は？】 (中学２年生） (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） 小倉　康・松原　静郎(2009) （中学２年生）

【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） 　【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） 物体の高さと位置エネルギーの関係 岡本英治他(2009)

　　　　実験結果 岡本英治他(2009) 実験結果 岡本英治他(2009)

【定量実験での生徒のデータ収集】 問題点 学習指導 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 【定量実験での生徒のデータ収集】　　　 問題点 学習指導 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 ◎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

○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 　 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 実験データの科学的解釈 その１　　　その２ 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】 【調査結果】 岡本英治他(2009)

【生徒のグラフの作成と 読み取りの傾向と対策】 　　　　　【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　　 数学との教科を超えた連携も必要 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） 　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 　　　　　【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 （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 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) 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】 □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。 　　　　　【グラフチェックポイント】 □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。 □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。　 江崎士郎（2007)

【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。 　　　　　　【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～ 　 【実験レポートの書き方】　　　 　～日本人の苦手な表現～ （小学校４年生） 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。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 松原静郎(2005) 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％） 　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 　　　　　　【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 実験レポートとは 教師 継続指導 　　　　【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 観察や実験の過 程を意識的・随意 的に整理 実験レポートとは 教師 ○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。 継続指導 －児童・生徒－　　　　　　　　実験レポート 書き方・考え方の習得 メタ認知能力の発達 科学的思考力の伸長 科学的ｓｈ ・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

　 【大学生のレポート指導の実態調査】 松浦拓也(2009)

【レポート指導の有無と時期】 レポート指導の有無と時期 松浦拓也(2009)

◎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） ◎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） 　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 項目　　科学的思考力 松浦拓也(2009)

【レポート指導作成の流れ 　　　　　　　　　　　（中学２年:77名） 】 レポート指導作成の流れ 松浦拓也 (2009)

【レポート指導前の７つの課題】 ・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　 レポート指導の７つの課題

　　　【レポート指導作成の流れ】 レポート指導作成の流れ 松浦拓也 (2009)

【生徒の質的変容】 生徒の変容 松浦拓也(2009)

　 【評価問題例】：結論を出す能力 松浦拓也(2009)

【評価規準】 評価規準 松浦拓也(2009)

【科学的思考力の変容】 科学的思考力の変容 松浦拓也(2009)

【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10ｃｍ，15ｃｍ，20ｃｍ，30ｃｍ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。 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10ｃｍ，15ｃｍ，20ｃｍ，30ｃｍと変えたらどうなるだろうか？（森本弘一2009） （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．

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． 　　　　　　　　　　　　　　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． http://rikashien.jst.go.jp/investigation/cpse_report_006B.pdf http://www.jst.go.jp/pr/announce/20090330-2/index.html