「協働的」な学びで、「問題を科学的に解決」しよう 【理科の壺】

連載
理科の壺/進め!理科道~理科エキスパートが教える、小学校理科の指導法とヒント~

國學院大學人間開発学部教授

寺本貴啓
「協働的」な学びで、「問題を科学的に解決」しよう 【理科の壺】

小学校理科は「科学的に問題を解決する力」をつけたい。そこには、ほかの教科と違って「科学的」という言葉が入っています。科学的」というのは、詳しくは本文で述べられますが、実証性」、再現性」、「客観性」という3つの条件を検討することです。今回は、その「科学的に解決する」ためには、学級の友達と協働的に授業を進める必要がある」ということを述べられています。理科の授業は問題解決の過程に沿って解決することが多いですが、具体的にどのようにして「協働的」に学ぶのでしょうか? 今回は、一部の場面ではありますが、事例を挙げながら「協働的」な学びで、問題を科学的に解決」するということを解説します。優秀な先生たちの、ツボをおさえた指導法や指導アイデア。今回はどのような “ツボ” が見られるでしょうか?

執筆/兵庫県公立小学校主幹教諭・下吉美香
連載監修/國學院大學人間開発学部教授・寺本貴啓

1.理科として「問題解決する」には “科学の3つの条件” を知っておこう

理科では、問題解決の過程をたどりながら、問題を科学的に解決することを大切にしています。ここでの「科学的」とは、「実証性」、「再現性」、「客観性」という3つの条件を検討することです。単に問題解決をするだけでは、他の教科でもできますが、ここでは「理科」という教科ですから、「理科」の特性として「科学的に」問題解決することが大切になるわけです。では、「実証性」、「再現性」、「客観性」という3つの条件がどのようなことなのか見ていきましょう。

<科学の基本的な条件>

このように考えると、「問題を科学的に解決する」ためには、独りよがりではいけないということに気付くでしょう。つまり、「問題を科学的に解決する」ためには、自分だけで解決するには不十分で、複数の人と「協働的」に解決していくことが必要ということがわかります。

それでは、小学校理科の問題解決の過程において、「問題を科学的に解決する」ための「協働的」な学習をどうすればよいのか、具体例を見ていきましょう。

ここでは、「予想」と「結果の整理」の場面を例に挙げて説明します。

2.「協働」して科学的に解決する指導例

(1)「予想」の場面

「協働的」な学びで、「問題を科学的に解決」しているのは、どちらでしょう?

「独りよがりではいけない」という目で見てみると、きっとお分かりですね。答えは、Bです。「予想」の場面では、まず、1人1人が、生活経験や既にもっている知識を基にして、自分なりの考えをつくることが大切です。その上で、1人1人の予想を十分共有することが、問題を科学的に解決するために、実は、とても大切なことなのです。

子どもたちは、育ってきた環境や経験が1人1人異なります。ですから、予想の根拠とするものも異なれば、素朴概念といって、「形が変わると重さも変わる」「食塩が水に溶けて見えなくなると水溶液は水と食塩の重さを足した時より少し軽くなる」など、科学的に正しいとは言えない認識も含めて、自分なりの予想を表現します。

そのような予想を共有すると、子どもたちは「あ~」や「えっ」など、思わず心から漏れ出たような声を発することがあります。「あ~、確かに、分かる!」と、自分の考えと同じだと納得したり、「えっ、そうなの、ちがうんじゃない?」と、これまでの自分の認識との「ずれ」に驚いたりしている姿と言えます。こうなると、子どもの心は動き始めます。自ずと「本当はどうなっているのだろう」という気持ちが膨らみ、「早く確かめたい」となるでしょう。互いの経験の違い、これまでの自分の認識との違いを共有するからこそ、「科学的に解決」したくなるのです。

みなさんが予想したことを教えてください。

私は、「重さ」が、振り子が1往復する時間に関係あると思います。小さい時、お兄ちゃんとブランコの競争をしたら、いつも負けてしまって。きっと、お兄ちゃんの方が、体重が重いからかなって思ったので、重さが関係すると思います。

あ~、確かに。大人の方が速かったな。

僕は、「振れ幅」が、振り子が一往復する時間に関係あると思います。だって、ブランコをこぐ時、その場からこぎ始めるよりも、できるだけ座るところを後ろにしてからこぎ始めると速くなるでしょ。だから、振れ幅が関係すると思います。

えっ、それって、勢いがついただけじゃないの?

私は、「長さ」が、振り子が一往復する時間に関係あると思います。みんな、ブランコをねじって、鎖の長さを短くしたことある? そうすると、元の長さの時よりも、速くなったでしょ。だから、長さが関係すると思います。

あ~、確かに、速くなった気がする。じゃあ、重さと長さが関係するのかな?

みなさん、小さい時にブランコで遊んだ経験をよく思い出しながら、予想したのですね。同じブランコの経験でも、それぞれに違いがありますね。では、実際はどうなのか、皆で実験をして確かめてみましょう。

「予想」の場面で「協働」して科学的に解決するポイントは…
①まず、1人1人が、しっかり「予想」を立てる
②1人1人が立てた「予想」を、学級全体で十分共有する
③それぞれの「予想」にちがいがあったり、間違った考えがあったりしてもよし! ちがいや間違いがあるからこそ、子どもたちの心は動き出す!と思って、教師も一緒に共有すること

(2)「結果の整理」の場面

「協働的」な学びで、「問題を科学的に解決」しているのは、どちらでしょう?

「独りよがりではいけない」という目で見てみると、もうお分かりですね。答えは、Bです。「結果の整理」の場面では、子どもたちが取り組んだ全ての実験結果を共有することが大切です。理科では(実験結果などの)「事実」が「根拠」となります。問題を科学的に解決するために、決しておろそかにしてはいけないところです。初めに示した「科学の基本的な条件」を覚えていますか。Aのような学習の進め方では、「科学の基本的な条件」が十分満たされているとは言えませんね。

全ての実験結果を共有すると、明確に傾向をつかむことができる場合もあれば、結果にばらつきがあったり、明らかに1つの班だけ結果が異なっていたりする場合もあります。先生としては、きっと「困った…」になるかもしれませんね。ですが、この結果のばらつきやひと班だけちがうということを、しっかり受け止め、「どうしてここの班はほかの班と結果が違っているのかな」と、子どもたちと共に解決していくことが、問題を科学的に解決していくために、実は、とても大切なことなのです。

次に示す具体例は、教員2年目、理科の学習を子どもたちと始めて3か月目のK先生の実践を基にしています。

①「振れ幅」、「重さ」、「長さ」それぞれの実験において、平均値を求める前に実験結果に各班でばらつきがなく全部のデータを使って平均をしてよいかを皆で確認し、必要に応じて再実験する時間をもちましょう。

全班分の結果が出そろいましたね。あれ、おかしいなって思うところあるかな。

(7班の子ども)1つだけかけ離れているから、実験の方法が正確ではなかったかも。だから、もう一度実験してみます。

*結果の全てを疑うことなく鵜呑みにして、平均値を求める、ということでは、科学的ではありません。結果の確かさを十分に吟味することが大切です。そうすることで、実験方法に立ち戻って、ちがいが生じた原因を考えたり、再実験したりする姿が見られるようになります。

②「振れ幅」、「重さ」、「長さ」全ての平均値を求めることができた後、平均値を見比べましょう。

結果を整理することができましたね。どういう結果が出たと言えるかな。

「長さ」は、明らかに30cmで1.1秒、70cmで1.7秒だから差があると言っていい。

あ~、確かに、それは納得。

「重さ」は全ての場合で1.5秒だけど、「振れ幅」は、10°の時1.4秒だから、これも、差があるんじゃない。

あ~、確かに、気になるけど…、う~ん…。

*子どもたちはどうしても「0.1」の違いに目を向け、「差がある」と判断しがちです。

③誤差に着目して「差がある」と判断する発言があった場合は、もう一度平均値を求める前の数字に立ち戻ったり、全体を眺めて傾向を読み取るよう言葉がけしたりし、「0.1」を差があると言っていいのかどうかについて考える場をもつようにしましょう。

Bさんは、「0.1」ちがうから、差があるはずだ、と考えたのですね。しっかり結果を見比べていますね。みなさんは、どう思いますか。明らかにちがいがある、と言い切れるグラフはどれかな。

*誤差に着目する学びは、5・6年生の学習で多く見られます。結果をどのように見るか、判断するか、問題を科学的に解決する上で、とても大切な学びとなります。

「結果の整理」の場面で「協働」して科学的に解決するポイントは…
①全ての実験結果を、学級全体で共有する
②実験結果の確かさを、皆で確認する。結果のばらつきやとび抜けた結果が見られた場合は、必要に応じて再実験する場をもつ
③子どもが「誤差」に着目した場合は、数値をしっかり見比べていることをまず褒める! そして、学級全体でどのように判断すべきかについて考える場をもつ

今回は、「予想」と「結果の整理」の場面を例に挙げて説明しましたが、理科の問題解決の過程、全てにおいて、協働して科学的に解決することが大切です。決して独りよがりとならないよう、子どもたちが共に「これってこういうことだよね」、「そうだよね」、「確かに。でも、私はこう考えてみたよ」と感じたこと、考えたことを、そこここで言い合いながら問題を科学的に解決していく、そんな姿をめざして、さあ、2学期を歩み始めましょう。

イラスト/難波孝

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<執筆者プロフィール>
下吉美香●しもよし・みか 兵庫県公立学校主幹教諭。理科を中心に日々実践研究を行う。「第54回全国小学校理科研究協議会研究大会 兵庫大会」では、開催校研究主任として、理論とともに授業提案を行った。2019~2020年には、評価規準、評価方法等の工夫改善に関する調査研究委員を経験。共著に、『「指導と評価の一体化」のための学習評価に関する参考資料 小学校理科』(国立教育政策研究所)、『小学校理科 指導スキル大全』(明治図書)、『板書で見る全単元・全時間の授業のすべて 小学校理科6年』(東洋館出版社)、『これからはじめる “GIGA” 全学年1人×1台端末×活用事例 小学校理科5・6年』(日本標準)等がある。


<著者プロフィール>
寺本貴啓●てらもと・たかひろ 國學院大學人間開発学部教授 博士(教育学)。小学校、中学校教諭を経て、広島大学大学院で学び現職。小学校理科の全国学力・学習状況調査問題作成・分析委員、学習指導要領実施状況調査問題作成委員、教科書の編集委員、NHK理科番組委員等を経験し、小学校理科の教師の指導法と子どもの学習理解、学習評価、ICT端末を活用した指導など、授業者に寄与できるような研究を中心に進めている。


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