科教研報　Vol.23 No.5 アナログ実験教材とデジタルコンテンツ教材の複合的活用による中学校での火山学習 Experimental study on volcanoes with combined use of analog volcano models and digital contents at the junior high schools 東條文治 1・多和田有紗 2・石原里佳 3・川上紳一 2・武藤正典 4 B.Tojo1, A. Tawada2, R. Ishihara3, S. Kawakami2, M. Muto4 1 3 Nagoya University of Arts, 2Gifu University, Takatomi Junior High School, 4Nagara Junior High School ［要約］火山の学習に利用できる，日本やハワイの火山に関するデジタルコンテンツを開発すると同時に，火山噴火のアナログモデル実験教材を開発した．アナログモデルでは，火山灰と溶岩流の両方を複数回発生させることができ，火山活動の繰り返しとそれによる火山体の発達を再現できる．このモデルを用いて火山活動に関する実験を行うにあたり，伊豆大島，ハワイなどの火山映像のデジタルコンテンツを活用して，事象提示と課題づくりを行った．火山活動と地層の形成，火山体の成長という２つのテーマで，中学校理科授業を行い，学習過程を分析した．デジタルコンテンツを利用した事象提示・導入において，対象とする火山や火山現象の画像の選択によって，生徒のアナログモデル実験の意味づけに違いがみられ，事象提示が観察の観点や考察に大きな影響を与えることが示された．中学校での火山の学習を深めるには，指導する教師の火山に関する深い理解が重要である．【キーワード】火山学習，デジタルコンテンツ，実験，中学校れている．こうした実験では，粘性をもつ 1．はじめに地学事象の学習は，野外で直接観察でき流体がよく使われるが，短時間で硬化するない内容が含まれており，実感をともなっ歯科用印象材を用いると，授業時間内に火た理解へと生徒を導くには，実験や観察の山体や溶岩流の断面を切断して観察できる方法について工夫が必要である．本研究でといったメリットがあることが示されていは，火山活用や火山地形について，日本やる（桑井，2004；堤，2004；吉田・加藤，ハワイの火山を現地見学し，画像やビデオ 2005）．本研究でも歯科用印象材を用いた映像などのデジタルコンテンツを開発して，火山のモデル実験教材の開発しているが，授業で活用できるようにした．また，生徒先行研究との大きな違いは，火山活動と地が火山について主体的な学習ができるよう，層の形成の関連性，火山活動による火山体溶岩流の流出や火山灰の噴出を模擬したアの成長をテーマにしており，こうした内容ナログ実験器具を開発した．が授業の課題となるように，適切なデジタルコンテンツを用いていることである．これまで火山に関する学習では，マグマ本研究では上記のテーマについて，２つの粘性と火山の形を調べる実験が広く行わ 21 の中学校で授業を行った結果をもとに，アず伊豆大島を模擬した火山体模型を紙粘土ナログ実験教材とデジタルコンテンツ教材で製作し，固まってから表面は地表に類似の複合的活用による授業実践のあり方につした色を塗り，さらにニスを塗って火山体いて検討した．授業導入時におけるデジタ模型は繰り返し使用できるものにした（図ルコンテンツによる課題の設定によって，１）．火山体模型の大きさは，30cm×30cm 同じアナログ実験を使っても，生徒の火山の箱に収まるようにし，流れ出した溶岩流に対する見方や考え方が異なることが読みや火山灰が周囲にあふれないようにアクリ取れた．このことを踏まえて，アナログ実ルの板で囲った．験教材とデジタルコンテンツ教材の幅広い火山学習への活用の可能性について検討した．２．火山噴火モデル火山噴火のアナログ実験については，火山の火口から流出する溶岩流や火山灰の降下を模擬したものがいくつか報告されているが，これまでは溶岩流と火山灰の実験に図１．火山噴火のアナログ実験教材．ついては別の実験として分けて行われている（桑井，2004；堤，2004；吉田・加藤， 2005）．しかし，今回の研究目的のひとつに，火山活動と地層の形成を関連付けることがＡ：火山体モデル．Ｂ：火山体の下から印象材を絞る様子．Ｃ：歯科用印象材を入れた溶岩流キット．Ｄ：パウダーを入れたペットボトルとストローで作ったあり，溶岩流と火山灰それぞれが結果とし火山灰キット．て地層に積み重なることを強調するための（２）溶岩流キット火山噴火モデルについて，工夫を行った．溶岩流の実験には歯科用印象材を用いた．今回開発した火山噴火モデルの特徴は，噴火口からの溶岩流と火山灰の降下の両方を粉末状の印象材を水に溶かすと粘性を示す発生させることができる点である．溶岩流流体となり，1 分程度で硬化するので，火と火山灰の降下の繰り返しによって，地層山のモデル実験に向いている．硬化後はゴが積み重なって火山体が成長していくようムのような状態になり柔軟に変形させるこすを再現できることが，火山活動と地層のとができるので，モデルの火山体模型から形成を関連付ける上で必要である．の取り外しも容易にでき，切断して断面を見ることもできる．授業における実験では絵の具で色をつけた水に印象材を溶かし，（１）火山体模型開発した溶岩流と火山灰の降下のアナロ色を変えて溶岩流を繰り返し流出させるこグ実験は，１つの火口を持つ火山体模型上とによって１回ごとの溶岩の識別も容易にでそれぞれ繰り返し行うことができる．ま出来た． 22 2006 年 11 月の伊豆大島の調査では，山（３）火山灰キット火山灰の実験については，ジオラマパウ頂の三原山カルデラ内，北西山腹の割れ目ダーをペットボトルに入れ，側面からスト噴火口の調査を行った．ここでは，山頂かローで空気を送り込み火口から噴出させるら繰り返し溶岩が流れ出したことに注目し，器具を作成し使用した．火山灰は溶岩流よ噴火の繰り返しを説明する場面で使用できりも広域におよぶため，モデルの火山体模る露頭や火山地形を撮影した．また，伊豆型全体に降り積もらせることを考えると細大島の南西部に位置する地層大断面の露頭粒の素材が適している．ジオラマパウダーでは，多数の火山灰層と谷状地形の部分にも複数の色があり，噴出ごとの識別が可能流下した溶岩流のようすを撮影した．図２となっている．に，伊豆大島についてのデジタルコンテンツの一部を示す． 2007 年 1 月のハワイ島の調査では，キラ３．火山に関するデジタルコンテンツの開ウエア火山の火口と溶岩流，マウナロア火発火山噴火モデルを活用した探求活動を進山の溶岩流，さらにマウイ島のハレマウマめるには，このモデルを用いて何を探求すウ火口の調査を行っている．図３にハワイるのか，実際の火山でみられる事象との関諸島の火山についてのデジタルコンテンツ係性を明確に示す必要がある．そこで，2005 の一部を示す．これらの調査および，その年 8 月に三宅島，2006 年 11 月に伊豆大島，他の日本の火山についての溶岩流や火山地 2007 年 1 月にハワイ島において，火山地形形に関するデータを集めて，「理科教材デーや溶岩流，火山灰層などの調査を行い，授タベース」に掲載している．業で活用できる画像やビデオ映像を取得した．図３．ハワイ島の火山に関するデジタルコンテンツの例．Ａ：キラウエア火山の図２．伊豆大島の火山に関するデジタル火口とマウナロア．Ｂ：キラウエア火山コンテンツの例．Ａ：伊豆大島南西部ののイーストリフトゾーンから流出した道路に面した地層大断面の露頭．Ｂ：三溶岩流．Ｃ：キラウエア・イキのスコリ原山カルデラ内の 1986 年の溶岩流．ア丘．Ｄ：パホイホイ溶岩の表面Ｃ：1986 年の山頂噴火の噴煙．Ｄ：三原山火口の火口壁． 23 約 20 分間にわたる実験活動のあと，実験４．授業実践今回開発したアナログ実験教材とデジタで気づいたことを挙手で発表させ，わかっルコンテンツ教材の複合的活用による中学たことをまとめた．また，実験結果を記録校での火山学習の授業実践は，2006 年１月するカードに実験結果と気づいたことを記に岐阜市立長良中学校（多和田ほか，2007；入させた．多和田ほか，2009）と 2007 年 2 月に山県実験後の発表では，次のような発言があっ市立高富中学校（石原ほか，2009）で行った： (1) 溶岩流は毎回同じところを流れるとた．長良中学校での実践では，主に地層のは限らない形成と火山活動を関係付ける導入を行い， (2) 溶岩流は火口付近だけだが，火山灰は高富中学校での実践では，主に火山の形態と火山活動を関係付ける導入を行っている．火口から遠いところにも堆積した (3) 溶岩流や火山灰で地層ができるのに，（１）長良中学校での実践時間がかかっている第１回目の授業実践は単元「大地のつく (4) 溶岩流によって山が成長して大きくりとその変動」は全 20 時間とし，火山活動と地層の形成をテーマにしたモデル実験は，なった地層と火山の学習を終えた第 7 時間目に当こうした発言は，前時までの学習内容にてた．本時の授業では，伊豆大島の地層大は含まれていないことがらである．(1)や(2) 切断面で撮影した火山灰層を提示し，地層は，火山活動によってできる地層の空間スがどのようにできたについて生徒たちの考ケールによる違いに気づいている．(3)は地えを発表させた．地層を構成しているもの学現象の時間スケールに関する発言である．が火山灰やスコリアであることを三宅島でまた，(4)は火山の形成発達に関わる重要な採取した火山灰やスコリア標本を与えて考概念を述べている．えをまとめるヒントとした．生徒たちは火 (2)高富中学校での実践山灰やスコリアで地層ができていることか第２回目の授業実践は単元は全 15 時間ら火山活動によって地層ができたという考とし，火山噴火モデルを用いた実験は，火えをもった．こうした考えを確認したあと，山活動と地層の学習を終えた第 9 時に当て火山模型，溶岩流キット，火山灰キットをた．グループごとに火山のモデル実験させ提示して，各グループで火山からの溶岩流る授業（第 9 時）では，「繰り返し火山活動の流出や火山灰の放出を模擬する実験を行が起こると，火山はどのように変化するだうよう促した．実験の仕方の説明は口頭でろうか」という課題とした．この課題への簡単にし，詳しくは実験方法を解説したプ導入としては，ハワイのマウナロア火山のリントを配布した．グループごとに，溶岩遠景画像や，キラウエア火山から流れ出し流キット 4 個と火山灰キット 4 個を使って，た溶岩流地形を提示した．溶岩流地形の画溶岩流や火山灰の噴出を交互に行って，溶像には，先行するパホイホイ溶岩が流れた岩流や火山灰がどのように形成されるかをあとに，粘性の高いアア溶岩が流出してい調べていった．ることが読み取れるもので，溶岩流が繰り 24 返し流れているという事実をつかませるこ教材の複合的活用による中学校での火山学とに用いた．その後，溶岩流と火山灰を繰習について２回の授業実践の比較によって，り返し火口から噴出させる実験を起こった．デジタルコンテンツによる導入の内容によ生徒のノートの記録からは，次のようなこってアナログ実験による学習効果に違いがとを気づいたことが読み取れた．あることが読み取れる．第１回目の授業実 (1)溶岩流は毎回流れるところを変えなが践では導入で伊豆大島の地層大切断面で撮影した火山灰層を提示し，火山活動によっら，火山全体に溶岩が流れる (2)だんだんと上から見たときの面積も増て地層の形成が形成されるのではないかとえているいう考えを持った後に火山のアナログ実験 (3)傾斜のきついところには厚い溶岩の層を行った．一方，第２回目の授業実践ではハワイのマウナロア火山の遠景画像や，キはできない (4)火山灰は広く，全体的にとんでいったラウエア火山から流れ出した溶岩流地形をまた，生徒の抱いた疑問には，次のよう提示し，火山は溶岩の積み重なりによってなものがあった．(A)２回目の溶岩が噴出口形成したものであるのではないかという考をふさいでしまったため，３回目の溶岩がえを持った後に火山のアナログ実験を行っ出ず，つまってしまった．実際につまってている．しまうことはあるのか．(B)１回目の溶岩と，実験によって生徒が観察結果としてあげ２回目の溶岩の間に３回目の溶岩が流れてたものには，共通するものとそれぞれの授いる．実際にこのようなことがおこるのか．業実践で特徴的なものがあった．これは導 (A)については，山頂のカルデラの形成と入によって明確にされた課題が異なること関係している．伊豆大島の 1986 年の活動でが関係していると考えられる．第１回目のは，山頂のカルデラからマグマがあふれ出授業実践では地層の形成に関する観点でのしたが，マグマのレベルが下がると，火口観察，第２回目の授業実践では火山の成長の下には空洞ができ，やがて陥没して新しについての観点が多くあげられた．一方でいカルデラが形成されている．この疑問にどちらにも共通する観察結果は，今回使用ついては，カルデラの形成という現象に目した火山のアナログ実験装置によって気がを向けさせるきっかけとなる．一方，（B）付きやすい点といえるだろう．しかし，同は，実際の火山活動では山腹噴火やシルのじ観察結果でもそれをどのように考察，あ形成に対応するものである．こちらも，こるいは理解するかという点においては違いうした現象で実際の火山で発生した事例をが見てとれることから，導入あるいは課題紹介することで，今回用いたモデルが本当の設定によって同じ実験教材を使っても学の火山にきわめて近い現象を再現している習内容が大きく変化することがわかった．地学現象の学習は多様な現象が複合，総という実感をいだかせることができる．合的に影響する現象を取り扱うことが多く，火山学習におけるアナログ実験においても５．議論同時に多様な見方が可能となっている．こアナログ実験教材とデジタルコンテンツ 25 のような実験を使いながら効果的に学習を践―，岐阜大学教育学部研究報告，33，組み立てるためには，課題や導入を効果的 25-30．に設定する必要がある．これまでは火山の桑井美彦（2004）火山についてのモデル実アナログ実験などでの溶岩流の素材といっ験，理科の教育，53，No.621，256-259．たものを検討する研究が多かったが，学習多和田有紗・武藤正典・川上紳一・東條文内容に即した効果的なデジタルコンテンツ治（2007）火山モデル実験をとりいれたによる導入などにより研究の比重をおく必中が高での授業実践：地学現象の空間ス要があるといえる．ケールや時間スケールを実感できる教材開発を通じて，日本理科教育学会第 57 回全国大会要項，No.57，159．６．結論中学校理科授業で，歯科用印象材と伊豆多和田有紗・武藤正則・東條文治・川上紳大島を模擬した火山体モデルを用いた火山一（2009）火山噴火現象と地層のでき方噴火のモデル実験を行った．この実験は，を関連づける実験教材の開発と中学校で実際の火山活動と類似の現象が多数みられの授業実践による予察的評価，岐阜大学るため，生徒たちの興味や関心を高める実教育学部研究報告，33，17-24．験として有効であることが明らかになった．堤智洋（2004）歯科印象材を活用した火実験から考察する内容は，導入時の事象提山モデルの開発と実践，北海道理科教育示と深く関わっており，国内外の火山でのセンター研究報告，65-71．野外調査やデジタルコンテンツの開発を平吉田勇・加藤尚裕（2005）火山の噴火モデ行して進めたことが，高い学習成果と結びル実験を利用した授業，理科の教育，54，ついた．教師が自然現象を深く理解し，適 No. 634，320-323．切な事象を提示することで，探求課題を明確にさせることができ，火山噴火のモデル実験で，生徒が主体的に火山に対する見方や考え方をつかむ授業が展開できた．火山モデル実験の活用の仕方は，導入時における事象提示と密接に結びついており，今回の授業以外にもさまざまな活用の仕方がありうる．今後も授業で活用し，活用事例を蓄積していきたい．引用文献石原里佳・川上紳一・多和田有紗（2009）歯科用印象材を用いた火山噴火と地層の形成に関するモデル実験―中学校理科「大地のつくりとその変化」での授業実 26