高等学校 : 理科

化学反応の一例を基に実験を行い、その結果をグラフで示すことによって、化学反応式の係数比が物質の物質量比になっていることを見いだしました。また、事前の予想と異なる結果に対して、生徒同士で学び合うことにより、考察を通して課題を解決し、互いの理解力の向上を目指しました。

この実践は、単元「酸と塩基」における「中和滴定」実験を、データロガーとタブレットＰＣ（いずれも総合教育センターの貸出用物品）を用いて行ったものである。指示薬の色の変化では判断が難しかった中和点付近でのpHの急激な変化が、随時表示されるグラフを通して捉えやすくなった。中和反応のイメージが掴みやすくなり、また考察にゆとりをもって取り組めるようになった。

中和滴定に伴う水溶液の電気伝導度の変化を測定し、当量点を決定する実験である。難溶性塩を生成する希硫酸と水酸化バリウムの中和反応を取り上げたことで電気伝導度の変化が顕著に確認できる点、マイクロスケールで滴定を行えるようにした点、実験操作等を確認するために用いるタブレットＰＣを、電源としても活用している点等が特長である。

まず教科担当教師の演示による、ニトロベンゼン、アニリン、安息香酸、フェノールの混合物からの抽出・分離の実験を観察させ、芳香族化合物の分離の原理を理解させます。次に、生徒自身による分液ロートを使った模擬実験を通して、抽出・分離をするための技能を身に付けさせます。

多繊交織布に、マラカイトグリーン、エリスロシン、p-フェニルアゾフェノールをそれぞれ少量ずつ溶かした水溶液で染色させます。そして、色素と繊維の組み合わせによる染着性の違いを整理させ、色素分子と繊維分子との相互作用を、それぞれの構造式を確認しながら考察させます。さらに染料の繊維への染着のメカニズムを化学的に追究させます。

　科目「化学」における小項目「電離平衡」を中心とした指導事例。希硫酸と水酸化カリウム水溶液を中和反応させたときに発生する中和熱を測定したり、希硫酸と水酸化カリウム水溶液を中和反応させたときに観察できるいくつかの現象を確認したり、それぞれの現象を理論的に考察したりすることを目的とした探究活動。

　科目「化学」における小項目「電離平衡」に関する指導事例。濃度が異なる酢酸のpHをそれぞれ正確に測定し、酢酸の電離度や電離定数を決定することを目的とした生徒実験。

　科目「化学基礎」における小単元（小項目）「分子と共有結合」に関する指導事例。①分子からなる物質の分子の形と物質の性質との関係について、分子模型などを活用しながら考察させる探究活動（演習・実験）。②炭素の同素体の模型をケント紙と発泡スチロール球等で作製し、共有結合の結晶の特徴や、分子と結晶の違いを考察させる生徒実験。

　科目「化学基礎」における小単元（中項目）「化学と人間生活とのかかわり」に関する指導事例。①小項目「人間生活の中の化学」を、プラスチックを題材に効果的に指導するための生徒実験と演示実験（計５本）。②小項目「化学とその役割」において、合成洗剤の適切な使用量を確認させながら、物質の適切な使用量について考察させる生徒実験。

①ファラデーの電気分解の法則を気体の法則を利用して検証する生徒実験。②電気分解の工業的利用について生徒の視点で調べて発表会を行うという探究活動。

①電解質水溶液に通電したときに電極上で起こる現象に関して、電解質や電極の違いによって生じる反応の違いを的確に捉えられるようにするための演示実験。②ある電解質水溶液の電気分解の実験について、実験結果を予想し、それを検証するための実験方法を考え、協議し、実験計画を生徒自身の表現方法でまとめた上で実践させる形式の生徒実験。

○２種類の金属間の酸化・還元反応やイオン化傾向の概念を化学電池の仕組みと結び付けるための演示実験 ○電極上での反応をはじめ、電極間の導線中の電子の移動や電池の電解液中の電荷としてのイオンの移動のメカニズムを理解させるための生徒実験\"

○金属の反応性（還元力）の違いとイオン化傾向の概念を学習・定着させるための演示実験 ○天然金属資源の有効利用や環境問題の観点から廃液の処理について生徒に考えさせるためのマイクロスケールに近い方法で行う生徒実験\"

異なる金属、或いは金属と水素の間に還元力の違いがあり、単体からイオン、イオンから単体へ相互変化が起こることをしっかりと確認させるための演示実験及び生徒実験

電子の授受が判断しにくい酸化還元反応の例の一つである、水素の燃焼・爆発の実験を行い、分子からなる物質の酸化数の決定の方法について理解を深めるための教師用資料、ワークシート等。

ポリエチレンの袋とチューブ等で簡単な道具を作り、それを用いて容器内の気体を置換すると、操作が簡便にできるばかりでなく、置換した気体の量が目で確認できる。その作成方法と使用方法。

酸化鉄（Ⅲ）（Ｆｅ２Ｏ３）をアルミニウム（Ａｌ）単体で還元し、鉄（Ｆｅ）の単体を得る反応の観察を通して、反応が起こる際の酸素の授受、さらに電子の授受についての理解を促すための指導方法、ワークシート等。

発泡スチロール球を用いた塩化ナトリウムの１億倍のモデル製作

塩化ナトリウムが水に溶解する現象から、イオンが水和していく様子のイメージの形成をうながす観察塩化ナトリウムが水に溶解する現象から、イオンが水和していく様子のイメージの形成をうながす観察

塩化ナトリウムの結晶の体積を計算で求め、単位格子のデータから自分の割り出した塩化ナトリウに含まれるイオンの数を求める実験

楽しく遊びながら物質量の計算に慣れ、理解を深めることができるカードゲームである。トランプの「７ならべ」とほぼ同じルールで、４〜５名で遊ぶことができます。

楽しく遊びながら物質量の計算に慣れ、理解を深めることができるカードゲームです。カードゲーム「ＵＮＯ」とほぼ同じルールで、４〜５名で遊ぶことができます。

水酸化バリウム８水和物と硝酸アンモニウム（または、塩化アンモニウム）の吸熱反応を利用し、試験管に入れた水を凍らせ、吸熱を実感する実験です。

炭酸水素ナトリウムとクエン酸を手のひらの上で反応させ、吸熱を実感する実験です。安全かる簡単に実験できます。

　生徒に「原子量・分子量」を理解させるためには、〈物質が粒でできているという概念〉と〈その粒子に固有の質量があるという概念〉の両方の概念を身につけさせておくことが必要です。〈物質が粒でできているいう概念〉は、１・２億倍の原子・分子模型を利用・活用することで、理解を促すことが可能になります。しかし、〈その粒子に固有の質量があるという概念〉ついての効果的な指導方法がないのが現状です。そこで、この事例では、〈その粒子に固有の質量があるという概念〉の指導の際に役立つ〈おもり入り１億倍の分子模型〉を作成し、その活用例をとりあげました。

　水面にステアリン酸の単分子膜をつくり、ステアリン酸の分子の大きさを測定する実験を中心にして、そこに科学史の視点を加えた演示実験や読み物など加えた事例です。ステアリン酸などの単分子膜の厚さの測定は、以前中学校で行われていたものです。
　生徒にいきなり単分子膜の測定実験をさせずに、科学史の視点を入れた質問や読み物を入れ、測定の原理や計算の結果の意味が生徒により理解しやすい構成にしました。

物質の粒子の熱運動は、その温度が高いほど激しく、粒子のもっているエネルギーも大きいことをフラスコとゼリーをつめたガラス管を用いて実感させる実験です。また、インターネットを活用した指導の工夫も取り入れました。

水（液体）を題材として、生徒が沸騰や凝縮の現象を構成する粒子の集合状態の変化として捉えることができ、また、主体的な探究への取り組みを促すために、次の一連の演示実験の流れとしました。 ＜演示実験 １ ＞　水を加熱すると何がおこるか。 ＜演示実験 ２ ＞　水を加熱したときに出てくる気体は何か。 ＜演示実験 ３ ＞　水蒸気の吹き出ている管を水の中に入れたらどうなるか。 ＜質　問 ＞　水の中に入れた管から泡が出てこないのはなぜか。 ＜演示実験 ４ ＞　演示実験３の管をそのままにしておくとどうなるか。 ＜実験のまとめ＞　液体が気体になるときの体積変化とエネルギー ＜演示実験 ５ ＞　水蒸気で膨らませた風船を冷やすとどうなるか。

各種気体のシャボン玉を実験用ボンベでつくって空気中に飛ばし、その動きの様子を観察させることによって、生徒に直感的に気体の分子量の違いを実感させることができる実験です。
　「水素は空気よりも軽い」という知識は生徒のほとんどが持っているが、どのくらい軽いのかは、実感できていません。水素のシャボン玉があっという間に上方へあがっていく様を生徒は、興味深く観察します。

物質量の指導法の工夫（１） 　事例で取り上げた内容は、「物質量の導入の部分」である。生徒が高校の化学ではじめて触れることになる単位「ｍｏｌ」について、教室での授業でどんな工夫ができるかを検討しました。 　以下の点について学習指導の工夫・改善を行い、３つの展開を作成しました。 　①１ｍｏｌあたりの粒子の数をイメージできる事例を挙げた。→展開１ 　②「ｍｏｌ」という単位は、「粒子の個数の１集団」であることに慣れ　　るために、「ｍｏｌ」のあとに「個」をつけ、「ｍｏｌ個」と表現する。　　→展開２ 　③生徒が興味を示すような「ある膨大な数・量のまとまりを１集団と考　　えると便利な例」を挙げた。→展開３ 物質量の指導法の工夫（２） 　この事例は、原子・分子・イオン等の「粒子の数」を生徒にイメージしやすくするための、板書の表現方法の工夫・改善を図ったものです。

この教材キットは、フラッシュを使って作成した化学分野のアニメーション集です。生徒がイメージをつかみにくいところを中心に作成しました。。また、アニメーションを利用して、ステップバイステップで説明すると、定着が良かったようです。また、生徒に自由に扱わせ、復習で利用させましたが、好評でした。
　Html形式のファイルを開けばInternet　explorerで見ることができます。基本的に赤ボタンが「進む」、緑ボタンが「戻る」です。

普段実感することのできない大気圧を簡単な道具を使って実感する実験である。「大気圧で空き缶をつぶそう」は、水蒸気の凝縮を利用し、大気圧によって空き缶をつぶす実験です。「新マグデブルグの実験」は、ステンレスボウル２個を水蒸気の凝縮を利用し、大気圧によって離れなくなったステンレスボウル２個を生徒に提示し、離れない理由、離す方法を考えさせる実験です。

水酸化ナトリウムの溶解熱計測実験において、実験結果をリアルタイムにグラフ化することができれば、大幅な時間短縮を図ることができる。このようなコンピュータ計測器は近年、小型化・低価格化が進み、設定から使用法まで比較的簡単なものが市販されている。その活用例を紹介する。

中和滴定実験において、実験結果をリアルタイムにグラフ化することができれば、時間短縮とともに視覚的な理解を促すことができる。このようなコンピュータ計測器は近年、小型化・低価格化が進み、設定から使用法まで比較的簡単なものが市販されている。その活用例を紹介する。

カイコガの性フェロモンの受容器を見いだす探究活動です。自然体験が少ないとされる生徒にも、飼育から蚕の成長を見守ることで、生命を尊重する姿勢を養うことができます。

碁石を使って集団の遺伝子頻度の変化をシミュレーションし、遺伝子頻度が変化する要因を考える教材です。目に見えない遺伝子をイメージすることは難しいですが、碁石を遺伝子に見立てることで、遺伝子頻度の変化が理解しやすく、ゲーム感覚で楽しく学ぶことができます。

この実践は、酵素の反応性、特に酵素反応の阻害を取り上げた事例です。考察する力の育成を重視し、授業では、阻害物質「マロン酸」の作用については触れずに実験を行い、その結果をもとに酵素のはたらきとマロン酸の作用について考察をしていきます。

科目「生物」における「生物の系統」に関する実験事例。思考力・判断力等を育成するため、「比較」「分類」「理由付け」という考えるための技法、お互いの考えを伝えたりして意見交換を行うペア学習を学習活動に取り入れました。光合成生物の分類を行い、その結果と「光合成色素の抽出実験」で得られたデータを活用して考察を行います。さらに、観察・実験の結果とグラフ資料を用いて、藻類の生息域について考察し論述します。

科目「生物基礎」における「遺伝子とその働き」に関する実験事例。「ＤＮＡの抽出実験」を題材とし、「ブロッコリーの部位でＤＮＡ収量に差が出るのか」という視点で、根拠を基に仮説を立て、細胞の分裂・成長やＤＮＡ複製などのそれまでに得た知識を活用して、細胞の大きさとＤＮＡ量について考えます。

　科目「生物」における「（１）生命現象と物質　ウ　遺伝現象の発現　(ウ)バイオテクノロジー」に関する実験事例。ウラシルを合成できない酵母菌にウラシル合成とアミラーゼ合成の遺伝子を導入、発現させる遺伝子組換え実験。酵母菌は「代謝とエネルギー」でも扱われ、パン酵母を実験に用いることで、遺伝子組換え技術をより身近に感じさせることを期待した。

　多様な生物の共通性は共通の起源をもつことに由来すること、どれも細胞が基本単位であること、細胞の構造の比較により生物が分類できることを理解させるため、原核生物と真核生物の観察を行う。イシクラゲを利用することで、「共生説」「窒素固定」「生物の進化と地球環境の変化」についても探究的に学ばせられることを紹介する。

　体内環境の維持の例として、腎臓の働きによって体液中の塩類などの濃度調節を取り上げる。まず、例として家庭用浄水器の構造を提示し、その仕組みと構造上の課題を考察させる。これと腎臓の仕組みを対比させることで、腎臓の構造の巧妙さに気付かせる。次に、ブタの腎臓を解剖し、その構造とミクロのレベルでの血液ろ過の仕組みを理解させる。

　DNAの構造、遺伝子の発現についての学習内容を踏まえ、組換え遺伝子の導入による形質転換実験を題材として、遺伝子の発現の仕組みを学ばせる。先端技術を用いた実験に触れることで生物工学に関心をもたせるとともに、遺伝子組換えによる形質転換、遺伝子の発現について理解させることを目標とする。

「植物の体のつくりとはたらき」を理解する上で、有効な概念である「シュートとルート」を用いることで、個体全体での理解を深め、次に学ぶ「植物の生殖」との統合を図る工夫を盛り込んだ観察・実験・授業の展開事例である。

身近な生命体としての食材を試料とした解剖実習により、感覚器や神経系のしくみとはたらきに関する知識の理解を深めつつ、生命尊重の態度を育成する有効な取り組みとなる観察・授業の展開事例である。

身近な動物であるニワトリ胚の発生の観察を行うことで、生物学への関心を高めると同時に、一つの受精卵から個体が形態形成されていくことについて考察を進めることで、実感を伴った「生命」の理解につながる観察・授業の展開事例である。

　染色体の動きや核相の変化について、知識の定着をはかり、論述・図示による表現力を養うために、細胞分裂の意義、染色体の動き、核相の変化等についての授業展開例をまとめた。

　生命現象を生化学の視点から考えるにあたっては、分子レベルでの理解に先駆けて、可視レベルからの導入が効果的である。また、実生活の現象と関連させて考察させることで、知識の活用がより促進される。生徒が実験の目的を明確に把握し、見通しを持って実験を主体的に行うように指導する事例をまとめた。

　「細胞膜の性質とはたらき」の単元において、PISA調査で「連続型テキスト」と呼ばれている文章で表されたものだけではなく、「非連続型テキスト」と呼ばれているデータを視覚的に表現したもの(図、グラフなど)を題材とし、読解の過程においては、単なる「テキストの中の情報の取り出し」だけではなく、書かれた情報から推論して意味を理解する「テキストの解釈」、書かれた情報を自らの知識や経験に位置付ける「熟考・評価」の３つの観点を設定し、課題が構成されている。

立体的なモデルを操作させることで、エンドウの表現型及び遺伝子型と染色体の関係を実感させることをねらいとした教師用資料

遺伝子が染色体にあることを常に意識させ、遺伝現象について染色体の動きを中心に説明することをねらいとした教師用資料及びワークシート

自然界における炭素、窒素の循環とエネルギーの流れの実態を理解させることをねらいとした教師用資料及びワークシート

微生物の生物現象により製造されている食品、医薬品、生活用品など、産業への応用について目を向けさせることをねらいとした教師用資料及びワークシート

私たちの生活において、免疫がどのように応用されているかを、生物基礎で習得した知識を用いて思考する学習活動です。生徒が教科書やワークシートの資料を読み取り、グループで対話をしながら取り組めるよう構成したワークシートになっています。段階的に必要なヒントを示し、協働的に学習を進め、深い学びにつなげます。

　環境の違いが生物の種の多様性にどのように関係するのかを考察させる観察・実験です。複数の場所から集めた土壌生物を実体顕微鏡で観察して種類と個体数を調べ、環境の差と生物の種の多様性の関係について考察します。ペットボトルと使い捨てカイロを使用した簡易のツルグレン装置を複数用意して観察すると、さまざまな環境の土壌から同時に採取した土壌生物を比較することが可能です。

学習指導要領（平成３０年告示）解説理科によると、探究の過程がより重視されることになった。「赤い色の葉は光合成を行うのか」という課題に対し、生徒自らが観察・実験方法を考え（シート１）、それを基に実験（シート２）を行い、光合成色素に関する理解を深める。

ペットボトル内に封入された空気を、手で押して圧縮させたときの温度変化の様子をリアルタイムにグラフ化することができれば、視覚的な理解を促すことができる。このようなコンピュータ計測器は近年、小型化・低価格化が進み、設定から使用法まで比較的簡単なものが市販されている。その活用例を紹介する。

「科学と人間生活」 「すり抜けることができる黒壁」を製作することを通して、偏光や「すり抜けることができる黒壁」のしくみを考える学習活動です。偏光のしくみを生徒に説明する場面では、偏光という現象がイメージしやすくなるように、自作した偏光モデルを使いました。

振り子の運動における最下点での速さを決める要因を、生徒に予想させ、仮説をたて、実験を行い、検証するという教材です。高さを変える実験はグループ内で、重さを変える実験はクラス全体でデータを共有することで実験を効率的に行うことができます。また、予想や結果を共有する場面を作り、対話により学びが深まるよう工夫しています。

実験や実習を通して、物理量の間に「比例」や「反比例」のような関係性を生徒が見いだし、数式化する過程を重視する授業展開にすることで、実感をもって式の意味を理解できるようにしました。また、単元のはじめに、学習の見通しを示し、学ぶ意義を理解しながら学習できるよう工夫するとともに、生徒が自らの学びを振り返るための工夫や話合いの場の設定などにより、主体的な学びや対話的な学びの実現を目指しました。

強力な磁石（ネオジム磁石等）で振り子をつくり、最下点のすぐ下に金属板などをおいて振らせると、敷いた金属板等の種類によって振り子の動きが異なります。 　本教材では、アクリル板、鉄板、アルミニウム板を敷いたときの磁石振り子の動きを生徒に予想させ、実際の動きと予想を比較することによって、現象を科学的に思考させる授業展開例を紹介しています。

新しい乾電池と古い乾電池の違いは、豆電球をつないでみると一目瞭然ですが、電圧計で電圧（起電力）を測定してみると、それほど大きな違いがないことが分かります。 　本教材では、新しい乾電池と古い乾電池の違いを題材にして、ものごとを科学的に捉え、論理的に思考する態度を育成するための授業展開例と、ワークシートの例を紹介しています。

　単元「熱と気体」における、指導案、ワークシート及び実験の例です。実験は主に生徒の興味・関心を高めることをねらいとして、次のようなものを紹介しています。①気体分子をイメージさせるための演示実験　②ボイルの法則・シャルルの法則の演示実験　③定量的なボイルの法則の演示実験　④断熱変化の演示実験　⑤生徒実験「絶対零度を求めよう！」

　生徒の興味・関心を引き出しながら、思考力・判断力・表現力等を育成するために、討論を重視した授業展開例を示した。水平投射の復習から始めて、徐々に条件を変えてた場合について討論・考察をさせて、第1宇宙速度を導くまでの授業を紹介する。

　気柱の振動の様子を、可視化する工夫として古くから知られている「クントの実験」を改良した。石松子やコルク粉末の代わりに発泡ビーズを用いる方法と、赤熱させたニクロム線によって定常波の様子を観察する方法を紹介している。

　コンピュータの簡易オシロスコープソフトを用いて、音波の反射する様子を観察することによって、特に開口端でも音波が跳ね返ることを示した。また、開口端反射と閉口端反射では反射波の位相が異なることなどを観察させる生徒実験の実践例を紹介する。発展として、反射した音波が管の中を往復する時間から音速を

高等学校物理のうち電磁気学の分野における「生徒の興味・関心を高める授業」を目指した取組事例を５つ紹介する。 　材料はできるだけ入手しやすいものを用いるようにし、内容的には生徒の興味をひきやすいものを選んだ。

スマートフォンアプリ「ウゴトル」を活用した重力加速度の測定例を紹介します。また、添付したデータ分析用エクセルシートに測定結果を入力することで、グラフが自動的に作成されるようにしました。

　水の屈折率の測定に関する授業展開例です。各生徒が、水の屈折率を求める方法を考え、屈折率の測定に関する理解を深めた上で、回折格子や光の入射角と屈折角を利用した測定を行いました。実験においては、生徒が簡単に測定できるように小型の水槽を用いるなどの工夫をしました。

電磁気学分野において、比較的入手しやすい材料を用いた実験、観察の事例です。なお、本事例は、平成２２年度に栃木県総合教育センターで行った調査研究「高等学校における教科指導の充実」において作成されたものです。 http://www.tochigi-edu.ed.jp/center/cyosa/cyosakenkyu/kyokasido_h22/index.htm

この教材キットは、摩擦力を題材に、日常起こる物体の運動を、観察、実験を通して探究し、それらの基本的な概念や法則を理解させ、運動についての基礎的な見方考え方を身に付けさせることを意図して作成したものです。
　指導案は、静止摩擦力のところのみ掲載しているが、一連のワークシートや確認テストを掲載しました。それらの関係や、作成の意図は、「⑩摩擦ワークシート解説」をご覧いただきたいと思います。

この教材キットは、Flashを使って作成した物理関係のアニメーション集です。生徒が物理現象に関するイメージをつかみにくいところを中心に作成しました。また、アニメーションを利用して、ステップバイステップで説明すると、定着が良かったようです。また、生徒に自由に扱わせ、復習で利用させましたが、好評でした。
　Html形式のファイルを開けばInternet　explorerで見ることができます。基本的に赤ボタンが「進む」、緑ボタンが「戻る」です。

熱力学分野において、比較的入手しやすい材料を用いた実験・観察の事例です。なお、本事例は平成２１年度に栃木県総合教育センターにおいて実施された、調査研究「高等学校における教科指導の充実」の一環で作成されたものです。 http://www.tochigi-edu.ed.jp/center/cyosa/cyosakenkyu/kyokasido_h21/index.htm

自作した重力モデルの観察や、理科年表を活用した探究活動を通して、ケプラーの法則や万有引力の法則に対する理解を深める。

イコンボードArduinoを活用した物理の実験を紹介します。基本が理解できれば簡単に様々な測定器を作ることができるので、授業だけでなく、課題研究での活用も考えられる。