第４６回 長野県視覚・放送・情報教育研究大会飯水大会 理科学習指導案 期 日 単 元 名 指 導 者 授業学級 授 業 者 授業会場 １ 平成２６年１０月３０日（木）２校時 『化学変化と原子・分子』 東信教育事務所指導主事 山﨑 茂則 先生 ２年２組 （男子１５名、女子１３名、計２８名） 小林 直木 教諭 飯山市立城南中学校 多目的室 研究テーマ 【全校研究テーマ】 共に学び合い、自分に自信と誇りを持つ生徒の育成 ～「できた」「わかった」を実感し、学ぶ意欲を高める授業づくり～ 【理科研究テーマ】 科学的な見方や考え方を深め、自己肯定感と追究意欲を高める生徒の育成 ～友との関わりを生む視聴覚機器の活用を通して～ ２ 理科研究テーマ設定の理由 本校生徒の理科学習への取り組みを見ると、一問一答式のように答えが決まっているものに対して は積極的に発言する姿が見られ、指示された実験にもまじめに取り組み、結果を記録することができ る。しかし、仕組みやきまりなどの考え方を問われた時には必要以上に消極的になったり、結果をも とに考察する場面で思考が深まっていきにくかったりする。特に、目に見えない現象を苦手と感じて いる生徒が多い。このような生徒の実態について理科教科会では以下のように考えた。 ①粒子やエネルギーの概念など目に見えない事象について実験結果から考察する場面で、何に 着目すればよいのかつかめない。 ②科学的な見方や考え方について自信が持てず、認めたり批正したりできないでいる。 ①について、粒子概念においては１年次から３年次まで各単元に渡り、連続して扱っている内容で あるが、目に見えないものの捉え方が困難で、考察に結びつけることが難しい。考察する力をつける ため、考察に必要な視点を生徒に示すことが必要だと考える。②については、個々の科学的な見方や 考え方を互いにどうとらえるのか、認めたり批正したりしていく場面を設定していくようにしたい。 本校理科では、昨年度から考察場面に重点を置き、キーワードを用いた考察場面を設定するととも に、友の考察をデジタルカメラで撮影し、互いに見合う活動場面を設定して研究を進めてきた。その 取り組みを通して、友達の考えに「なるほど」と声に出して共感する生徒の姿が増えてきた。考察に 重点を置いた研究はＣＲＴ検査の結果に現れ、現３年生の考察の力が１年前に比べて伸びているとい う成果が見られた。しかし一方で、ＣＲＴ検査の結果から学習意欲が低い傾向が明らかになってきた。 そこで本年度は、考察の場面で自分の考えを記述することができたり、友達から自分の考察を認め られたりすることが学習意欲の向上につながると考え、昨年度に引き続き研究を深め実践してきてい る。特に理科室は、実験用の机が対面式で互いに顔を合わせて学習できるため、友達と考察を比較し たり意見交換したりする学習が成立しやすい。加えて、視聴覚機器を活用することで、友達との関わ りが更に増えることが期待できる。 本研究では、目に見えない科学的事象について、生徒たちのいくつかの角度からの見方を取り上げ る。そして、異なる角度からの見方でも本質は正しいことを互いに認め合い、科学的な見方を広げた り、友から認められることで、自分の科学的な見方の正しさに自信を持てたりする活動にする。こう することで、理科の授業における自己肯定感を育みたいと考え、本研究テーマを設定した。 -1- ３ 研究内容 昨年度より、デジタルカメラとテレビモニタを使った授業実践を重ねてきた。この項では、デジタル カメラとテレビモニタの使い方を示し、さらに研究テーマに寄せた生徒の変容について述べる。 （１）考察視点を明確にさせるために、キーワードを用いた考察発問をすること。 １年「物質の姿と状態変化」の単元において、水とエタノールの混合物を蒸留によって分別する実験 を行った。生徒には、蒸留の実験方法のみを指示して取り組ませた。具体的には、次のような指示であ る。 「個体と液体を分ける方法には、ろ過があったね。今日は液体と液体を分ける方法を学習します。蒸留 というのだけど、こういう方法だよ。やってみよう。」 生徒は指示されたように実験を進め、試験管に集めた液体のにおいや、火がつくか調べる実験を通し て、混合物が水とエタノールに分けられたことを確認した。実験結果を全体で共有する場面では、まず 温度計の示す温度に注目させ、エタノールが集まったのは７８℃付近であることと、水が集まったのは １００℃付近であることを確認した。次に、これらがそれぞれの沸点に近いことを生徒の言葉をつなぎ 合わせて確認し、「沸点」の言葉を赤チョークで囲んで注目できるようにした。 考察の場面では、 「沸点」をキーワードに次のような考察発問をした。 「混合物を水とエタノールに分けられたのはなぜか。『沸点』という言葉を使って説明しなさい。」 生徒は考察発問を学習カードに書き写した後、自分の考えを記述した。 「沸点が違うから、別々に沸騰して出てきた。」 「水の沸点は１００℃。７８℃では沸騰しないから、水はまだ出てこない。 」 「エタノールの方が沸点が低いので、先に沸騰して出てきた。」 生徒は、沸点という言葉を巧みに使って考察を導き出すことができた。一方、個人追究の場面で手が 止まってしまったＡさんには、机間指導で沸点の違いをもとに教師が説明をした。まだ腑に落ちない様 子だったので、 「この後、友達の発表に注目しましょう」と声をかけた。振り返りの場面でＡさんは「少 し分かった気がする」と、不安そうな様子を残しつつも教師に話した。 【考察】 考察の鍵になる言葉を赤チョークで囲んで板書し、キーワードとしている。考察発問にキーワードを 入れることによって、生徒は考察視点を明確にすることができると考えている。個人追究の場面で考察 を導き出せなかった生徒も、キーワードに注目して友達の発言を聞くことによって、理解の助けになる と考えている。 （２）カメラで生徒の学習カードを撮影しながら行う机間指導 １学年「身のまわりの現象」において、水圧の学習を行った。生徒は、ゴム膜を使って水の深さと水 圧の大きさを調べる実験を行い、結果を記録した。 【Ａさん】 【Ｂさん】 教師は、Ａさんに対し次のように話した。 「図にすると、Ａさんが見たままを記録して、人に伝えることができるね。写真を撮ります。 」 班の友達はこれを見て、 -2- 「おぉー、うまいね」とＡさんに声をかけた。Ａさんは笑顔で写真撮影を受け入れた。 一方、教師はＢさんに対し次のように声をかけた。 「Ｂさんは言葉でまとめたんだね。簡潔明瞭、スマートに仕上げましたね。写真を撮ります。 」 班の友達はＢさんに対し「おー、シンプル」や、「簡単すぎない？」と声をかけた。後者のつぶやきに 対しては、教師が「Ｂさんは、これが分かりやすいんだと考えたからいいんじゃないかな」と伝えたと ころ、 「あーなるほど。そう言われてみれば僕もこれで分かるな」と答えが返ってきた。 【考察】 Ａさんは、水圧について浅いときと深いときでは圧力が異なるという見方を、それぞれ図に示し、写 真で友と共有できたことで、水圧についての見方に自信を持てた。Ｂさんは深いほど水圧が大きいと、 その見方を端的に表し、写真で友と共有したことで水圧についての見方に自信が持てた。また、他の生 徒は２人の見方に賛同して、水圧についての見方を広げた姿であると考える。 （３）異なる表現で同じ生徒の考えを取り上げ、その違いやよさを教師が意味づけること １年「光の性質」の単元において、光源装置と鏡を使って光の反射の法則を学習した。入射角をいろ いろに変えて反射角を調べる実験を通して、生徒は入射角と反射角の関係を考察した。考察では、入射 角や反射角の「角度」を使って記述することと、図を使っても言葉で説明してもよいことを指示した。 教師は、上の３枚の写真について、次のように補足説明を加えた。 「左と真ん中を比べましょう。鏡の置き方が縦か横で違うけれど、人によってどちらが分かりやすいか 違うのでしょうね。また、真ん中と右を比べましょう。真ん中は、言葉の説明があるのに対し、右はポ イントだけをシンプルにまとめてあります。どちらがいいかは人それぞれでしょうね。」 このように一見異なる見方も、教師がそれぞれの良さを意味づけてやることで、生徒はその本質に気 付き、友達の意見の価値を感知できるようになると考えている。 さらに教師は、言葉で考えを説明した生徒にも、同様に意味づけを加えた。 「A さんは『入射角と反射角が同じ』と言い、B さんは『入射角の角度だけ反射する』と言いました。 A さんは入射角と反射角を同時に見ていますが、 B さんは入射角だけ見ていますね。人によって違うね。」 このように、友達の意見の価値を感知する感覚を養うためには、毎時間の授業において教師が生徒の 発言に対し意味づけをしていくことが大切であると考えている。 【考察】 入射角と反射角について、異なるようで本質は同じ生徒の見方を取り上げ、教師がその違いや良さを 意味づけることによって、取り上げられた生徒は自分の見方に自信を持ち、聞いている生徒たちが入射 角と反射角について、自分とは異なる表し方を認め、入射角・反射角の見方を広げた姿と考える。 ４ 小単元の目標 （１）自然事象への関心･意欲・態度 ①酸化と還元に関する事物事象に進んでかかわり，モデルによる思考や観察･実験に友と関わり ながら積極的に取り組もうとする。 （２）科学的思考・表現 ①酸化と還元の反応について，モデルや化学反応式を使って、化学変化の様子を予想したり説明 したりする。 （３）観察実験の技能 ①酸化還元の実験を安全に行い、実験結果や酸化・還元について、友と見方を共有し、わかって きたことについて筋道立ててまとめる。 -3- （４）自然事象についての知識・理解 ①酸化と還元は同時に起こり、酸素が関係する化学反応で，原子の組み合わせが変わり、反応前 とは異なる物質ができることを理解する。 ５ 小単元の展開 時 学習活動 学習問題 指導 評価 ○スチールウールを燃焼させたときの変化につ ◇スチールウールを燃焼させた様子を提示する。 いて調べる。 ◇燃焼後は有機物とは異なり、質量が増えている 現象について取り上げ、スチールウールの燃焼 スチールウールが燃えるときに、どのような に注目させる。 変化がおきているのだろうか。 １ ◇友と意見交換させながら燃焼前と燃焼後では ・燃焼前と後で、質量の変化や塩酸との反応、 性質が異なることから、鉄でない別の物質にな 磁石への付き方、電流の流れ方などの性質を っていることを理解させる。 (１)－① 比較する。 ５（本時） ○金属が燃焼する反応を、モデルやそれに関連 ◇鉄やその他の金属が酸素と化合するときにお づけた化学反応式を用いて理解する。 こる化学変化について、原子や分子のモデルを 使いながら説明する。 スチールウールが燃えたときに、質量が増え ◇スチールウールの燃焼には酸素が使われるこ るのはなぜだろうか。 とを提示し、燃焼後の質量が増えるのは酸素と ・原子や分子のモデルを使いながら、スチール 結びついたことによると説明する。 ウールの燃焼の反応を説明する。 ２ ・銅の酸化やマグネシウムの燃焼についても実 ◇物質が酸素と化合することを酸化、できた物質 を酸化物、光や熱を出して酸化することを燃焼 験やモデルを通して理解する。 ということを説明する。 ◇有機物の燃焼後にできる物質から、どのような 原子でできているか友と予想し合わせる。 (４)－① ○炭素と酸化銅を混ぜ合わせた粉末を加熱した ◇炭素と酸化銅を混ぜ合わせた粉末を加熱する ときの変化について調べる。 実験を提示する。 ◇発生した気体を調べる方法や試験管内の金属 酸化銅と炭素を反応させるとどのような変 が銅であることを確かめる方法を友と情報交 化が起きるのだろうか。 ３ 換しながら考えさせる。 ・加熱後に試験管に残った物質が銅であること ◇酸化銅・炭素・二酸化炭素・銅のモデルを示し を確かめる。 どのような反応が起こったのか友と予想し合 ・発生した気体が二酸化炭素であることを確か わせる。 (３)－① める。 ○炭素と酸化銅の反応をモデルと関連づけなが ◇酸化銅と炭素の化学反応から、酸化銅が還元さ ら、化学反応式で表現する。 れて銅ができ、二酸化炭素が発生したこと確か める。 酸化銅と炭素の反応はどのような反応なの ◇化学変化の様子を表したモデルを、原子の数に だろうか。 注目して見返し、化学反応式で表現させる。 ４ ・銅に結びついていた酸素がうばわれて炭素と ◇酸化物から酸素をうばう反応を還元といい、 酸 化合するモデルを考える。 化も還元と同時に起こっていることを全体で ・モデルを反応前と反応後の原子の数に注目し 共有する。 て見返しできたモデルと関連づけて化学反応 (４)－① 式で表す。 ○酸化銅が水素によって還元されることを、実 ◇酸化銅が水素の中で銅に変わる反応を提示す 験し、その変化の様子の表したモデルや化学 る。 反応式で表し、酸化と還元が同時に起こり原 ◇酸化と還元が同時に起こることを元に、銅が還 子の組み合わせが変わることを説明する。 元されたときにできる物質について予想させ、 実験を行う。 酸化銅と水素はどのような化学反応をする ◇反応の様子をモデルで表し、何人かのモデルと のだろうか。 比べながら化学反応式を考え、銅より酸素と結 ・水素の試験管内に酸化銅を入れると、試験管 びつきやすい水素によって酸素がうばわれ、原 内に水ができることを塩化コバルト紙で確か 子の組みあわせが変わったことを確かめる。 める。 ・化学変化の様子をモデルで表し、それを化学 ◇還元と酸化は同時に起こることを説明する。 ◇水の中で燃えるマグネシウムの様子を提示し、 反応式に置き換える。 どのような反応が起こっているのか予想させ る。 (２)－① -4- ○水の中で燃焼するマグネシウムの実験を観察 ◇マグネシウムが水の中で燃焼する様子から、マ し、化学反応の様子をモデルやそれに関連づ グネシウムと水はどうなったのか予想し、それ けた化学反応式で説明する。 を確かめるための実験を提示する。 水中で燃えるマグネシウムは、何が還元され ◇水中でマグネシウムを燃焼させたときに原子 はどうなるのかを、モデルを元に予想させ、発 るのだろうか。 生する気体を調べさせる。 ６ ・水中なので、水からうばってきたとすると水 素が発生しているはずだという予想を持つ。 ◇マグネシウムは水素よりも酸素と結びつきや すい性質があることを何人かの意見を取り上 ・マグネシウムが水中で燃焼したときに発生す げて全体で共有する。 る気体を調べる。 (２)－① ・モデルを見返し、それに関連づけた化学反応 式を元に化学変化の様子を説明する。 ６ 学習指導案 本時案 （１）小単元名 「酸素がかかわる化学変化」 （２）本時の位置 全６時間中第５時 前時：酸化銅を炭素で還元する実験を行い、原子モデルを描いて原子が組み換わることを見出した。 次時：水中で Mg を燃焼させる実験を行い、原子モデルを描いて水の還元を理解する。 （３）主眼 酸化銅を炭素で還元する実験を行い、原子モデルを描いて原子の組み合わせが変わることを見出し た生徒が、酸化銅を水素で還元する実験を行う場面で、還元後に残る物質を調べたり、還元前後の物 質名を原子モデルに描き表し化学反応の見方を友と共有すしたりする活動を通して、本実験において 原子の組み合わせがどう変わったか説明し、化学反応式に表すことができる。 （４）指導上の留意点 学習活動３（考察）の場面で手が止まった生徒には、原子の絵カード（ Cu O H H ）を示し、 組み合わせがどう変わったか手元で操作することで考察を導き出せるようにする。また、全体追究の 場面で友達の考えをテレビモニタに写した画面を見るよう声をかける。 （５）展開 時 学習活動 予想される生徒の反応 指導・支援・評価 間 １．前時を ・原子の絵をかいて反応を説明し ・前時の学習カードを拡大掲示し、炭素 振り返る た。 による酸化銅の還元実験を振り返る。 ・炭素が酸化銅から酸素を奪った。 【本時の実験】 ２．水素に ①試験管内に水素を充填。②酸化銅板をガスバーナーで加熱。 よる還元実 ③酸化銅板を水素中に入れる。④酸化銅が還元され、水が発生。 課 験を映像で 題 見て、どの ・酸化銅が、赤色の銅に還元された。 ・発生した水が見えないよう試験管に覆 を ような反応 ・反応の様子が見たい。 いをした実験動画をモニターに映す。 15 把 か予想す 学習問題 酸化銅と水素は、どのような化学反応をするのだろうか 握 る。 し ・水素と酸素が組み合わさって水が ・H２O ができるという発言を取り上げ、 できそうだ。塩化コバルト紙で調べ 液体が発生する見通しをもてるよう支 たい。 援する。 学習課題 還元された銅を目で確認し、液体の正体を塩化コバルト紙で調べ、 結果を原子の絵にあらわすことで、化学変化を説明しよう。 追 究 し ３．【実験】 加熱した酸 化銅を水素 中に入れて 還元される 実験を行 ・水素をためた試験管に、熱した酸 ・水素と炎を近づけない注意をモニター 化銅を入れたら、赤くなった。これ に映し、生徒が安全に実験できるように は銅だと言える。 する。 25 ・還元後に出来た液体は、塩化コバ ・酸化銅が還元されたことは、銅の赤色 ルト紙を桃色に変えたから、正体は を目視することで確認するよう伝える。 水だ。 ・板書：「酸化銅＋水素→銅＋水」 -5- ま と め う。 ・銅を試験管外へ出すと、再び黒く ４．【考察】 なり酸化銅に戻った。くり返し実験 ・考察発問①「原子の絵をかいて、原子 原子の絵を しよう。 の組み合わせがどう変わったか説明し 描いて化学 A さん よう」 反応を説明 ・考察発問②「考察①をもとに、組み合 する。 わせの変化を化学反応式にしよう」 ・机間指導をし、指導上の留意点の支援 B さん ５．友達の を行う。 考えを見て ・机間指導中に撮影した生徒の学習カー ・H2 が CuO から O2 を奪ったんだ。 聞いて理解 ドをテレビに映す。A、B のように異な 化学反応式にしてみよう。 を深める。 る表現で本質が同じ考えを提示し、双方 ・CuO＋H→Cu＋HO だと思う。 のよさを認め合う場を設定する。 ・HO は水じゃないよ。H2O だよ。 原子の絵を描いて、組み合わせがどう ・CuO＋H→Cu＋H2O ならいいよ。 変わったか説明している。化学反応式 ・水素は分子だから、H２だよ。 に表している。 （机間指導で評価） ・CuO＋H2→Cu＋H2O なら正解だ。 ６．水中で ・水中でも Mg が燃焼を続けた！ ・「これから見せる実験は、ある物質が Mg を燃焼 ・Mg と H２O の反応だ。Mg は最初 還元されています。何が還元されている させる演示 火をつけたから MgO もあるよ。 でしょう。 」 実 験 を 見 ・まさか水が還元された？とすれ ・原子の絵や、原子の組み合わせのキー 10 て、化学変 ば、Mg と O が結びついて、H２が ワードを示すことで、学習活動２の実験 化の説明を 発生している。泡の正体は水素だ。 とつなげて考えられるよう支援する。 考える。 次回実験したい！ ・疑問や興味を残して次時へつなげる。 次 時 の 課 題 を も つ 【参観の視点】 ①原子の絵 組み合せをキーワードにしたことは、個人追究場面で考察を記述する助けになっていたか。 ②考察場面において、生徒の学習カードを写真撮影することによって班内の意見交換が活発になったか。 ③共同追究場面において学習カードを画面に映したことは、化学反応の見方を広げ、化学反応式の理解 を深めることにつながったか。 -6-
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