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1 生徒が積極的に実験に参加できる新しい授業実践 - 視聴覚ツール ( タブレット PC) の活用 - 千葉県立 高等学校 ( 化学 ) 1 はじめに本校では, ここ数年, 理科実験に 興味や関心があり積極的に取り組みたい と思っている生徒であっても実験プリントや実験手順, 実験前に口頭で説明される注意事項等の内容を十分理解できていないものが多く見られるようになった 実験は本来, 生徒の興味や関心をより一層高め, 学習効果を向上させる手段である その実験を生徒がスムーズに進めることができず, 操作ミスや観察事項を見逃してしまうと, 生徒は 実験に失敗してしまった と考えてしまい, 失敗したことだけが印象に残り, 興味や関心を高めるという一つ目の目標を果たせなくなってしまう また, 目的意識を持って観察や実験を行わせる, 科学的に探究する能力と態度を育てる という次の目標まで進むことができなくなってしまう よって, 実験効果を向上させ, 授業の目的を達成するためにはすべての生徒が実験手順を躊躇することなく進行させ 実験が成功した という結果を残せるようにすることが重要である そのためには, 今までとは異なった生徒へのアプローチを考える必要性がある そこで, 実験手順を理解させるために視聴覚ツールを使い, 視覚から実験手順等を理解させる方法を用いることが, 現在の生徒には向いているのではないかと考えた 2 研究方法 (1) 視聴覚ツール ( タブレット PC) を取り入れた実験展開 (2) 視聴覚ツール ( タブレット PC) を取り入れた実験効果の向上性の検証 (3) 視聴覚ツール ( タブレット PC) を取り入れたことによる利点の検証と課題 (4) 生徒アンケートによる検証と課題 (5) ネットワーク環境が整っていない場所での利用 3 本校のネットワーク環境本校では, 平成 23 年度から普通科に加え, 新たに情報コミュニケーション科が設置された そのため, 学校全体でネットワークが整備されているだけではなく, この学科の生徒はタブレット PC を所有しており, 情報科の授業には限定せずいろいろな場面で活用している また, 普通科の生徒も授業で利用できるように数台のタブレット PC を学校側が用意している この本校ならではの環境を生かし, タブレット PC と実験を組み合わせた授業を展開することで理科の基礎学力の定着や科学的に考察する能力を身に付けさせる取り組みを行った 4 研究内容 (1) 視聴覚ツール ( タブレット PC) を取り入れた実験展開すべての実験で有効活用できるわけではないと考えるので, タブレット PC を組み合わせることによって, 今までよりも効果の向上が期待できる実験について授業実践を行った 理 -3-1

2 ア 混合物の分離本校では, 毎年 2 年生で化学 Ⅰ が必修であるため, 全生徒にこの実験を授業の中で行っている ( 平成 24 年度より 1 年生で化学基礎が開始されたので今年からは 1 年生も実施 ) 高校入学後, はじめて行う化学の実験であるため, 操作の手際が悪く実験の進行が遅れることがよくある このような実験で, プレゼンテーションソフトを使うことにより, スムーズに実験を進めることができると考えた また, 時間的な余裕も生まれるのではと思い, 新たに実験 3 を追加して行ってみた ( ア ) 実験内容実験 1 簡易蒸留装置を使い, ワインからアルコールを分離実験 2 ペーパークロマトグラフィーによる水性ペンの色素分離実験 3 かん水からのヨウ素の抽出 ( イ ) 事前準備担当する2 年情報コミュニケーション科の生徒に対して, 次のような手順で視聴覚ツール ( タブレットPC) を利用する 1 タブレットPC 用のプレゼンテーションソフトで4つの実験手順を作成する 2 プレゼンテーションソフトで作成したファイルを生徒共有ドライブにアップする 3 実験前日までに生徒全員に生徒共有ドライブから生徒のタブレットPCにファイルをダウンロードさせ, 実験手順を事前に学習させる ( 図 1) 図 1 生徒個人のタブレット PC に保存されたファイル 理 -3-2

3 実験手順のプレゼンテーションファイルの作成は, 工夫することにより生徒が実験をする目線で写真や動画をほとんど一人で撮影することができ, 編集作成が簡単にできる そのため, 簡単な PC の操作ができれば誰でも作ることができる 例えば, ワインの蒸留実験ではプレゼンテーションのスライドは 4 ページ分を作成し, スライドの 1 ページでは動画により次の図 2 のような流れで器具の組み立て方法の一部を見ることができるようにした また,2 ページ以降は実験の注意点をスライドで見ることができるようにした ( 図 3) 図 2 ワインの蒸留実験のスライド 1 図 3 ワインの蒸留実験のスライド 2 ( ウ ) 実験展開 1 生徒にダウンロードさせたファイルを使い, 実験手順確認の説明を行う 図 4はワインの蒸留実験の手順について地上デジタル放送対応テレビに無線 LAN 経由でタブレットPCの画面を映し出したものを使って説明している様子である 図 4 ワインの蒸留の実験手順確認および, 説明の様子 2 実験手順を生徒たちのタブレット PC で確認させながら実験を進めさせた 理 -3-3

4 実験 1 ワインの蒸留でスライドを確認させながら実験を行わせた ( 図 5, 図 6) 図 5 装置の組み立てを行っている様子 図 6 観察や実験を行っている様子 実験 2 ペーパークロマトグラフィーでスライドを確認させながら実験を行わせた ( 図 7, 図 8) 図 7 装置の組み立てを行っている様子 図 8 観察や実験を行っている様子 実験 3 かん水からのヨウ素の抽出でスライドを確認させながら実験を行わせた ( 図 9) 図 9 実験操作を確認しながら行っている様子 (2) 視聴覚ツール ( タブレット PC) を取り入れた実験効果の向上性の検証 ア 生徒の実験への取り組み例年と比較すると, プレゼンテーションのスライドを事前に確認し, 実験手順を理解して実験に臨んでいる生徒が多くいるようであった そのため, 各実験の進行がスムーズになり, 観察や実験に余裕を持って取り組むことができた 理 -3-4

5 ( ア ) 実験の進行状況実験が遅れる原因となっていた次の項目で改善がなされた 簡易蒸留装置の組み立て時間が速くなった ガスバーナーの準備と点火時間が速くなった 各実験の開始から終了までの時間が速くなった ( イ ) 実験操作と積極性実験操作を写真や動画で確認しながら行うことにより, 次の効果が現れた 実験の操作ミスや失敗をしてしまう班がなくなった 実験操作を躊躇することがなくなり, すべての生徒が積極的に取り組むようになった その結果, 班員全員で協力し, 観察や実験を行うことができた ( 図 10, 図 11) 図 10 班員全員で実験に取り組んでいる様子 図 11 班員全員で観察ポイントを確認して いる様子 (3) 視聴覚ツール ( タブレット PC) を取り入れたことによる利点の検証 ア 前年までの実験の様子との比較実験プリントと組み合わせて使用し, タブレット PC を実験操作の確認だけではなく, 観察を行うための新しいツール ( 実験を写真や動画で記録する ) として使用することにより予想を超える効果があった 実験操作や観察, 撮影ポイントの確認など班員同士コミュニケーションが多く行われるようになった 実験への取り組みや進行状況が格段に向上した 生徒全員への観察ポイントの徹底ができた 分離精製の実験項目を追加し, 多くの体験をさせることができた イ 実験効果を向上させた取り組み ( ア ) 画像による観察記録タブレット PC のデジタルカメラ ( ビデオ ) 機能を活用し, 実験前後の状態や実験中の観察を写真や動画として残す取り組みをさせる この取り組みにより, 普段は実験操作などの協力をためらっていた生徒が観察の撮影という形で実験に参加することができるようになった それにより, 次のような効果があった 理 -3-5

6 観察の撮影という形で生徒の実験への積極的な参加を促すことができた 班員の中で観察してほしい現象に気づかなかった生徒がいたとき, 映像等を通して気づかせ, 実際にその現象を観察することができた 実験中に気づくことができなかった生徒も実験後に映像を見ることにより, 見逃した現象を理解することができた 観察事項として撮影をするように指示した一例は, 次の通りである 蒸発したエタノールが空気により冷却され, ガラス管の中で凝縮が起こり液体に変わる様子を動画撮影させた ( 図 12) 図 12 動画で撮影している様子 ヨウ素の抽出前と抽出後の様子を写真撮影させた ( 図 13, 図 14) 図 13 写真撮影の様子 1 図 14 写真撮影の様子 2 ( イ ) 観察画像を入れたデジタル報告書の提出各班の生徒撮影した観察記録の画像をデジタル報告書として班の代表者に作成させ, 提出させる 提出の手順は, 次の形で行った 1 デジタル報告書の原本は, タブレットPC 用のワープロソフトを利用して作成し, 映像として提出させる写真や動画の見本をあらかじめ貼り付けておく 2 生徒共有ドライブに見本を保存し, デジタル報告書の提出者に実験前日までにダウンロードさせる また, 提出用の写真や動画を実験観察のどのポイントで撮ればよいかを確認させる 観察事項を徹底させるため, 提出者以外も同様にダウンロードさせる 3 実験終了後, 提出者は写真と映像および, コメントをつけて, 生徒共有フォルダに提出する 理 -3-6

7 提出された報告書は, 個人 ( 教師および, 生徒 ) のタブレット PC にダウンロードして確認することができる 図 15 は教師用のタブレット PC にダウンロ ードして取り込んだ報告書のファイルの一覧である 図 16, 図 17 は提出された報告書の一例である 図 15 タブレット PC に取り込んだ報告書一覧 図 16 ある班の報告書 (1 ページ目 ) 図 17 ある班の報告書 (2 ページ目 ) デジタル報告書を作成させることにより, 配布した実験プリントとデジタル報告書を比較しながら実験に取り組む生徒が多く見られた また, 実験プリントとデジタル報告書の併用については, 実験の中で説明を行った ( 図 18) 図 19 は, 生徒が実験プリントおよび, デジタル報告書を作成している様子である 図 18 実験プリントとデジタル報告書の 併用の仕方についての説明の様子 図 19 実験プリントとデジタル報告書を 作成している様子 理 -3-7

8 ( ウ ) 実験プリントとの併用タブレット PC と実験プリントを併用することにより, 実験操作や観察事項について今までよりも理解度が高かったと感じた また, デジタル報告書を班で作成して提出することを義務づけたことにより, 実験プリントだけで行っていたときよりも次の項目でよい結果が現れた 各班でデジタル報告書の提出を義務づけたため, 班員相互の話合いの時間が多くなった 写真や動画の撮影でよいものを撮ろうと観察ポイントに注目するようになり, 目的意識を持って観察する時間が増えた 実験プリントに比べ デジタル報告書の方が観察事項等を細かく書いてあるものが多く見られた デジタル報告書で観察事項等を多く記入していたのは, 紙面で文章を書くよりも携帯電話のメール等で文章を書くことになれているため, 表現がしやすかったのだと思われる 参考のために, デジタル報告書の一例 ( 図 16, 図 17) として載せた生徒の実験プリントを示す ( 図 20) また, 観察事項を動画に撮ることにより, そのときの生徒の驚きの様子が音声を通して直に知ることができ, 実験効果の大きさをそこから確認することができた 図 20 デジタル報告書提出生徒の実験プリント 理 -3-8

9 ウ 視聴覚ツール ( タブレット PC) を利用する上での課題 ( ア ) 実験操作やデジタル報告書のファイル作成とダウンロード生徒のタブレット PC へのダウンロード時間を少なくするため, ファイルサイズを小さくしなければならない そのためには, 次のように作成しなければならない 実験操作やデジタル報告書のファイルに貼り付ける動画のサイズを小さくする 実験操作のファイルは, 各実験項目ごとに作成する 無線 LAN 回線の混雑を避けるため, 授業中のダウンロードを分散させる または, 休み時間や放課後等にダウンロードさせる 生徒に提出させるデジタル報告書も同様に, 生徒が作成するときにファイルサイズを小さくして作成し, 提出させる必要がある ( イ ) 観察や実験デジタル報告書作成のために, 観察事項において改善すべき点があった デジタル報告書用の写真や動画を撮り忘れてしまう班がある デジタル報告書を作成している生徒が, 並行して行っている実験を直に観察することができなかった ( 実験の感想の中に 実際に見ることができなかった と書いてあった ) (4) 生徒アンケートによる検証と課題 ア 実験の進め方について実施した生徒アンケートアンケートでは, 次の項目について質問をした 問 1 理科の実験が好きですか 問 2 中学校時代は, 実験に積極的に参加しましたか 問 3 タブレットPCを使うことにより, 実験装置の組み立てがよくわかりましたか 問 4 タブレットPCを使うことにより, 実験操作がよくわかりましたか 問 5 タブレットPCを使うことにより, 実験に今までよりも積極的に参加できましたか 問 6 実験報告書は, デジタル報告書とプリントのどちらで行うのがよいですか 問 7 実験にタブレットPCを取り入れて使用していくことをどう感じましたか イ アンケート結果生徒アンケートの結果は, 次のようになった ( 図 21~ 図 27) 図 21 理科の実験が好きですか? 図 22 中学時代は実験に積極的に参加しましたか? 理 -3-9

10 図 23 装置の組立て方がよくわかりましたか? 図 24 実験操作がよくわかりましたか? 図 25 今までよりも実験に積極的に参加できましたか? 図 26 デジタルとプリントのどちらがよいか? 図 27 タブレット PC を取り入れた方がよいか? ウ アンケート結果の検証と課題 ( ア ) 生徒アンケートからの検証 1 問 1については, クラス40 名のうち29 名の生徒が 好き と答えた ( 図 21) 問 2については, 積極的に実験に参加した と答えた生徒は 13 名と 好き と回答した生徒の半数以下であった ( 図 22) 問 1,2の質問の回答から, 理科の実験は好きだが積極的に取り組むことのできなかった生徒が多いことがわかる 2 問 3については, タブレット PCを使うことにより, 実験装置の組み立てがよくわかった または わかった と答えた生徒が 35 名であった ( 図 23) 問 4については, タブレットPCを使うことにより, 実験操作がよくわかった または わかった と答えた生徒が38 名であった ( 図 24) 問 5については, タブレットPCを使うことにより, 今までと比べて積極的に実験に取り組むことができるようになった生徒が13 名に増加した ( 図 25) 理 -3-10

11 問 3,4,5の質問の回答から, タブレットPCを取り入れて使用することにより今まで 実験に積極的に参加した と回答していなかった生徒のうち13 名が 実験に積極的に参加した と回答するようになった この生徒達の積極的に参加するようになった理由は, 実験手順がわかりやすく, 実験に取り組む意欲が向上していた, 手順がわかりやすかったので, 装置の組み立てなど参加できた, 写真や映像を見て, 自分で実際に見たくなった などの意見があった 理由の中で最も多かったのが デジタル報告書のために写真や映像を撮る作業を行った という意見が半数を占めた 3 問 6については, 半数の生徒が デジタル報告書の方がよい と回答した ( 図 26) 問 6の質問の回答から, プリントよりもデジタル報告書の方がよい と回答したものが半数を超えた その理由として 写真や映像を使うことができ, あとから見てもわかりやすい, 写真や映像を入れることができるので報告書の幅が広がる, 他の班の報告書を確認や共有することができる などである どちらでもない と回答した生徒の理由は, デジタル報告書がよい と回答した生徒の意見と同様のことを挙げる一方で, プリントに書く作業もあった方が, 内容が頭に残りやすい のような両方の利点があることを挙げて回答した生徒がほとんどだった 4 問 7については,35 名の生徒が タブレットPCを取り入れた方がよい と回答し た ( 図 27) 問 7 の質問の回答から, ほとんどの生徒は 使った方がよい と考えている 大多数の意見として 事前に実験手順などを確認できるのでスムーズに実験ができる, 教科書に載っている写真ではなく, 実際に使う器具等の写真なのでわかりやすい, 手順などを見直すことができる, もっとおもしろくできるのではないか? それによって理科が楽しくなるのでは? などの意見があった ( イ ) 検証のまとめ実験は好きであるが実験方法などが教師側からの説明だけでは充分理解できずに躊躇している生徒などに対して, タブレット PC を利用することが 積極的に参加させる ための手立ての一つとして有効であることがわかる また, 今回の実験のようにデジタル報告書を取り入れ, プリントと併用することにより学習効果が上がることが予想される ( ウ ) 課題生徒アンケートの意見の中で, タブレット PC を使っての学習になれていない生徒や今までプリントになれてきた生徒には, タブレット PC を使うことに少し抵抗があったようである その点の改善ができるように手立てを考える必要がある ただし, タブレット P C を使うことに少し抵抗があった生徒の中には, 他校で, あまり取り組んでいないことなので, やった方がよい と考えている生徒も存在する (5) ネットワーク環境が整っていない場所での利用校内における無線 LAN ネットワークが整っていなく, 全生徒がタブレット PC を持っていなくても, 地上デジタル放送対応テレビやプロジェクターを用いて実験操作のプレゼンテーションのスライドを使用することによって, ほぼ同等の効果を得ることができる 実際に, 理 -3-11

12 タブレットＰＣを持っていない本校の普通科の生徒で行ったところ 同等の効果を得ること ができた また 観察事項についても提出された実験プリントの内容から例年に比べ よか ったと感じた その学校で行われている理科の実験について 各科目の熟練者が実験操作を説明したファ イルを制作し 共有化することにより すべての先生が同じレベルの実験実習を行うことが 容易になる また 初任者などの経験の浅い先生の指導にも生かすことができ 授業錬磨の 手助けになると思われる 実際に次の写真 図28 図29 は 私が作成した実験手順のプレゼンテーションを利用し 他の先生が中和滴定の実験を行った授業風景である 他の先生が使用して実施した場合でも ５０分の授業の中でスムーズに実験を進め 同じ効果を得ることができていた 図28 各班の実験操作の様子を地上デジ タル放送対応ＴＶで確認① 図29 各班の実験操作の様子を地上デジ タル放送対応ＴＶで確認② ５ おわりに 全国学力テストで初めて理科が実施され その結果が８月の新聞紙上で発表された 理科の 結果から 観察や実験の分析が苦手である 観察や実験が好きという生徒が正答率が高い と分析結果が書かれていた また 記事の中で観察や実験を行う回数が少ない地域と多い地域 でわずかではあるが正答率の違いがあることも書かれていた 観察や実験を多く行う方が正答 率が高く理解度も良いという結果だった アンケート結果からもわかるように 実験でタブレットＰＣを利用することにより 生徒は 実験操作や手順を戸惑うことなく行うことができ 積極的に授業に参加した また このこと は実験の時間短縮にもつながり その結果 多くの観察や実験を１時間の授業中に取り入れる ことができ 学習効果も向上させることができたと考える 今後も 効果的に観察や実験を行 う方法をさらに研究し 生徒の学力向上につながる授業実践を進めていきたい 最後に 本研究を進めるにあたり 御指導 御助言をいただいた教育庁教育振興部指導課の 高梨祐介先生 尾竹良一先生 前指導課の小芝一臣先生 教科指導員の秋本行治先生 太田和 広先生 前教科指導員の岡田実先生ならびに教科研究員の諸先生方に心よりお礼申し上げます 理 ３ 12