日本科学教育学会研究会研究報告 Vol. 29 No. 5（2015） 架空生物を用いた新たな生物教育教材の開発 Development of new teaching materials for biology using fictitious organisms. ○佐藤祐太朗・武村政春 SATO, Yutaro・TAKEMURA, Masaharu 東京理科大学大学院・科学教育研究科 Graduate School of Mathematics and Science Education, Tokyo University of Science. [要約] 現行の理科に関する学習指導要領では、小・中・高のいずれにおいても、思考力・表現力の育成 を図ることが目標とされており、これらの育成のために、言語活動を充実させることが重要であるとさ れている。そこで本研究では、思考力や表現力を育成する方法として、モデリング活動に注目し、 「生物 の進化」分野で架空生物を用いたモデリング活動を開発した。大学院生と高校生を対象に本教材の実践 を行い、活動前後で質問紙調査を行った結果、生物の進化に関するイメージや意識の改善が見られた。 本研究会では開発したモデリング活動の紹介とともに、教材完成を目指した展望を述べる。 [キーワード] 生物教育、進化、ミス・コンセプション、モデリング、架空生物、授業実践、質問紙調査 1．はじめに 平成 26 年度現在、小・中・高等学校学習指導要 リングは、モデルに対して、①予測②比較③洗練 領―理科編のいずれにおいても、学生の思考力・ という一連のプロセスをディスカッションを中 表現力の育成を図ることが目標とされており、こ 心とした言語活動の中で複数回行うことで、考え れらの育成のために、言語活動を充実させること や意見、アイデアを整理し、導く活動である が重要とされている。また、中学校理科生物分野 （Hoskinson et al., 2014） 。 や高等学校生物において、論理的な思考と表現力 生物分野の中でも「生物の進化」分野は、長期 の育成は共通する重要な課題であるとされている 的な変化の結果生ずる現象であるため、実験的な （石井ら, 2012） 。石井らは、このような課題を解 検証が不可能な分野であり（佐藤ら, 2005） 、観察 決するには、 論理的な思考や表現力が必要であり、 を行うにしても時間的・空間的なコストが掛かり これに基づく問題解決能力が必要であるとしてい （Royer & Schultheis, 2014） 、実感を伴った実験や る（石井ら, 2012） 。しかし、理科に関する思考力 観察が行われていない。山野井らが高等学校教員 や表現力については、様々な定義づけがされてお を対象に行った Web アンケート調査でも進化に り、確立した一義的見解があるわけではない。そ 関する実験はほとんど行われていないことが分か こで本研究では、生物分野における思考力や表現 っている（山野井ら, 2013） 。また「生物の進化」 力のことを「生物の現象や用語を正しく理解し、 分野は、アメリカや日本を中心にして多くの間違 ある現象や図・表を客観的に捉えて、出合ったこ った概念理解（ミス・コンセプション）が報告さ とのない現象に対しても、自分なりの考えとその れている分野でもある（Bardapurkar, 2008；山野井 根拠を表現すること」と定義した。 ら, 2011） 。 思考力と表現力を育成する方法として、モデル アメリカやイギリスでは生物の進化を学ぶため （図・イラストや表のこと）を用いたモデリング にコンピュータ上で操作を加えるシミュレーショ 活動（Schwarz et al., 2009）が知られている。モデ ンソフトウェアなどが主流であるのに対し、日本 ― 13 ― 日本科学教育学会研究会研究報告 Vol. 29 No. 5（2015） では実物を対象にした観察や実験が主体のために、 よる生息地の予測を行った上で、班内で言語活動 生物材料に制限があり、かえって教材の自由度が を行いながら予測を行う。これと同時に予測した 制限されている（佐藤 & 大鹿, 2005：武村 & 山 生息地に生息する実在の生物や、ツチノコの形質 野井, 2012） 。 が部分的に似ている実在の生物の特徴や写真との 一方、これまでに生物の学習方法として「地球 「比較」を行う。そして班内と教室全体でディス 上に存在しない架空の生物」を用いた教材がいく カッションを行い、自らの予測の「洗練」を行う。 つか開発され、実践されている。これらの生物は これらを繰り返し行うことで、思考力と表現力を 生命が存在しないために、生体材料とは異なり、 育成する活動とした。 教員が様々な工夫を自由に施すことができ、教材 4．教材の実践 利用の目的ごとにカスタマイズできる上、学生の 4-1．大学院生を対象にした実践 興味・関心を惹きつけやすいという特徴をもって 私立 T 大学大学院教育系研究科の大学院生を対 いるとされる（武村 & 山野井, 2012） 。 象に、 予備的な活動実践を行った。 実践の目的は、 2．研究の目的 活動に必要な時間の調査と、比較段階で提示する 本研究では、架空生物のことを「現在の地球上 実在生物の例を知るためである。従って大学院を に存在しない生物で、主に人間が自らの創造力で 対象とした実践では具体的な実在生物との比較は 作り出した生物」と定義し、架空生物を用いて思 行わなかった。また、活動前後で質問紙調査を行 考力と表現力を育成することのできるモデリング うことでモデリング活動の教育効果について検証 活動の開発を研究目的として、モデリング活動の した。 開発と実践、 その教育効果に関する調査を行った。 実施時期：平成 26 年 6 月 3．教材の開発プロセス 授業時間：90 分（質問紙調査を含む） 3-1．架空生物の選択 実践参加者：大学院生 14 名 モデリング活動の題材として、 未確認生物の 「ツ 4-2．比較実在生物ワークシートの作成 チノコ」を用いることとした。ツチノコは最もポ 大学院生を対象にした実践で登場した予測アイ ピュラーな架空生物の一種である上に、日本各地 デアを参考にして、比較する実在生物の写真とそ で様々な言い伝えやエピソードを持ち合わせてい の形質や特徴を書き表したワークシート（WS） るため、利用しやすいエピソードを教員が選択す を作成した。 ることで、生物の様々な分野において応用可能で 4-3．高校生を対象にした実践 あると考えたためである。本研究では、生物の進 生物の進化を学習した高校生を対象に茨城県立 化についてツチノコを用いたモデリング活動を扱 M 高等学校で授業実践を行った。この実践の目的 い、自然選択や適応など進化の重要な概念に関す は、教材の主な対象者となりうる高校生を対象に る思考力・表現力の育成を目標とした。 高校教員による授業実践を行うことでモデリング ツチノコに関するエピソードは様々であるが、 活動の改善点を発見すること、作成した WS の検 本研究では 「体長約 30 センチメートルで四肢がな 証を行うことである。また、大学院生対象の実践 く、夜行性で、目が小さい」という形質を選択し と同様に活動前後で質問紙調査を行い、モデリン た。 グ活動の教育効果について検証した。 3-2．実践の方法 実施時期：平成 26 年 9 月 生徒（学生）を 4～5 人一組で班分けを行い、 「も 授業時間：55 分（質問紙調査を含む） しツチノコが存在したのならば」という仮定のも 実践参加者：高校生 9 名 とで、ツチノコのイラストを提示し、その生息地 4-4．質問紙調査 についての「予測」を行う。はじめに学生個人に 質問紙調査の質問項目として、①生物進化に関 ― 14 ― 日本科学教育学会研究会研究報告 Vol. 29 No. 5（2015） する履修状況（選択肢）、②「進化」という単語に 5-2．高校生を対象とした実践の結果 対するイメージ（自由記述；単語のみも可） 、③学 5-2-1． 高校生の進化履修と実践への評価 生にとっての「進化」の意味（自由記述） 、④意欲 生物の進化に関する授業の後にモデリング活動 的にモデリング活動に参加できたか（5 段階評価） 、 を行ったため、実践に参加した高校生全員が生物 ⑤モデリング活動を通して生物の進化に興味を抱 進化について学習したと回答した。モデリング活 いたか（5 段階評価）、⑥生物進化に関する正誤問 動に意欲的に参加できたかという質問には 5 段階 題 11 問（○×で回答）を出題した。②・③・⑥の 評価において平均 4.56 であり、標準偏差は 0.58 項目は活動の前後の両方で評価の比較を行った。 であった。また、活動を通して生物進化に興味を 5．実践の結果 もてたかの質問には 5 段階評価において 4.78 であ 5-1．大学院生を対象とした実践の結果 り、標準偏差は 0.42 であった。 5-1-1．大学院生の進化履修と実践への評価 5-2-2．高校生の進化に対するイメージ モデリング活動に参加した大学院生のうち高校 「進化」という単語に対するイメージとして、 あるいは大学の授業内で生物進化を学習したこと ゲームに関する記述は少なく、代わりに人類進化 のある学生は 14 名中 8 名であった。 モデリング活 に関する記述が目立った。例えば「サルからヒト 動に意欲的に参加できたかという質問には 5 段階 に進化した」という間違った記述も見られたが、 評価において平均 4.21 であり、標準偏差は 0.76 人間の進化や文明に関する記述は目立っていた。 であった。また、活動を通して生物進化に興味を 5-2-3．高校生にとっての進化の意味 もてたかの質問には 5 段階評価において 4.14 であ 大学院生に見られたミス・コンセプションを代 り、標準偏差は 0.64 であった。 表する「成長・強化・改良」といった単語の記述 5-1-2．大学院生の進化に対するイメージ は少なかった。活動の前後を通して「環境」や「適 「進化」という単語に対するイメージとして、 応」という単語の登場が見られたが、やはり文脈 活動前にはポケモンやデジモンといったゲームに から判断すると、大学院生と同様に目的論的な記 関する記述が多かったが、活動後はゲームに関す 述が目立ち、モデリング活動による具体的な教育 る記述が大幅に減少した。 効果は見られなかった。 5-1-3．大学院生にとっての進化の意味 5-2-4．生物進化に関する正誤問題 活動前の質問紙調査では生物進化のミス・コン 生物進化に関する正誤問題正解数の変化を、活 セプションの代表例である「成長・強化・改良」 動前後で比較した。集団の大きさが N=9 と、大学 を意味する単語を記述した大学院生が多かったが、 院生よりもさらに小さかったため、偏差の正規分 活動後にはこれらを意味する単語は減少し、 「環境」 布を仮定しないノンパラメトリック検定 や 「適応」 といった単語が登場するようになった。 （Mann-Whitney の U 検定）を行ったが、有意性 しかし、文脈的な判断をしてみると「環境に適応 は認められなかった。 するために進化した」という目的論的な記述が多 6．考察と展望 かった。 6-1．考察 5-1-4．生物進化に関する正誤問題 開発したモデリング活動を用いた実践では、意 生物進化に関する正誤問題正解数の変化を、活 欲的に活動に参加する学生が多かった。また、多 動前後で比較した。集団の大きさが N=14 と小さ くの学生が活動を通して「生物の進化」に強い興 かったため、偏差の正規分布を仮定しないノンパ 味を示した。多くの学校教育では、意欲的に活動 ラメトリック検定（Mann-Whitney の U 検定）を することや活動に対する興味は学生自身を評価す 行ったが、有意性は認められなかった。 るだけでなく、教育や教材を評価する上で最も重 要な規準の一つである。その点で、モデリング活 ― 15 ― 日本科学教育学会研究会研究報告 Vol. 29 No. 5（2015） 動への意欲や興味は、これが優れた教材と評価で 様にこの場を借りて感謝を申し上げます。 きる点であると言えるだろう。また、大学院生を 対象にした実践では、 モデリング活動を通して 「進 引用及び参考文献 化」に対するゲーム的なイメージからの脱却や、 ・Bardapurkar, A : Do Students See the “Selection” in 明らかなミス・コンセプションからの改善が見ら Organic Evolution? A Critical Review of the れたが、ミス・コンセプションの完全な改善には Causal Structure of Student Explanations, 至らなかった。一方で高校生を対象とした実践で Evo. Edu. Outreach, 1(3), 299-305, 2008. は、モデリング活動を通して具体的な教育効果は ・Hoskinson, A. M., et al : Bridging physics and 見られなかった。しかしながら、本教材が、学生 biology teaching through modeling. Am. J. がミス・コンセプションから脱却し、正しい概念 Phys., 82(5), 434-441, 2014. 理解へのイメージや態度の変化のきっかけになる ・石井照久ほか 3 名 : 中学校理科の生物分野と高 ことは示唆された。 校生物で指導上難しさを感じる事項と改 6-2．展望 善方法に関する考察, 秋田大学教育文化 大学院生・高校生を対象に行った 2 度の実践は 学部教育実践紀要, 34,145-156, 2012. いずれも 14 名、9 名と少人数であったため、本研 ・Royer, A. M., & Schultheis, E. H. : Evolving Better 究はあくまでも予備的な実践の域を出ない。その Cars: Teaching Evolution by Natural ため、生物進化に関する正誤問題正解数に関する Selection with a Digital Inquiry Activity, 活動前後の比較では、比較的母数の小さい集団を Am. Biol. Teacher, 76(4), 259-264, 2014. 対象としたノンパラメトリック検定を用いても有 ・佐藤崇之・大鹿聖公 : 教科書分析と教材研究か 意性の判断ができなかった。また、大学院生は半 ら見た高等学校生物における進化の単元 数近くが生物の進化を学習していない状況であっ に関する一考察, 広島大学大学院教育学 たが、出身の学部は理学部系が多く、学習してい 研究科紀要第二部, 54, 17-24, 2005. ないにしても、ある程度の生物学的教養が身に付 ・ Schwarz, C. V., et al : Developing a learning いていると予想できる。また、高校生も「生物」 progression for scientific modeling: Making （4 単位）で「生物の進化」について学習した直 scientific modeling accessible and meaningful 後にモデリング活動を実践したため、両者にとっ for learners, J. Res. Sci. Teaching, 46(6), てある程度の知識がある状態で行われた実践であ 632-654, 2009. った。今後は、思考力・表現力の育成に繋がった ・武村政春・山野井貴浩 : 架空生物を利用した高 かを評価する評価規準の設定を行った上で、いく 校・大学における生物教育の可能性と展望 つかの実践を本格的に行い、統計分析したいと考 について―いくつかの事例における教育 えている。 効果の分析から－, 科学教育研究, 36(3), 7．まとめ 292-307, 2012. 開発した架空生物を用いたモデリング活動の実 ・山野井貴浩ほか 3 名 : 高校生物Ⅱの授業が進化 践は、 「生物の進化」分野において学生のミス・コ の理解に及ぼす影響 －現行の学習指導要 ンセプションやゲーム的イメージからの脱却のき 領に基づく進化教育の課題を探る－, 生物 っかけになりうることが示唆された。 教育, 54(3), 369-382, 2011. 8．謝辞 ・山野井貴浩ほか 2 名 : 高校生物Ⅰ・Ⅱの教科書 高等学校での実践授業を提供して頂いた茨城県 に掲載されている観察・実験の実施状況― 立水戸第一高等学校石川臣紀教諭をはじめ、授業 教員対象 WEB アンケートを用いた調査―, 実践に参加してくださった大学院生、高校生の皆 白鷗大学教育学部論集, 7(2), 373-389, 2013. ― 16 ―
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