モデリングは児童の概念理解をどのように促すのか? : 小学校3年理科「光を調べよう」の単元を通して

平成29年告示の小学校学習指導要領により、小学校理科では「見通しをもって観察、実験を行うことなどを通して、自然の事物・現象についての問題を科学的に解決するために必要な資質・能力」の育成が目標として掲げられています。これに基づき、第4学年では「自然の事物・現象について追究する中で、既習の内容や生活経験を基に、根拠のある予想や仮説を発想し、表現すること」を目指しています。しかし、実際の学習状況を見ると、多くの児童が「予想の理由が分からない。なんとなくそう思っただけ。」と述べるなど、根拠のある予想を立てることに困難を感じています。この問題を解決するため、本研究ではモデリングを用いて児童に根拠のある予想や仮説の発想を促すことを目指します。モデリングとは、視覚的に捉えづらい自然現象を抽象化・簡略化することで、理解を深める活動です。

本研究では、「光を調べよう」という単元において、モデリングが児童の概念理解をどのように促進するかを検証しました。結果として、光線モデルを導入したクラスでは、予想やまとめの段階で正しい解釈を示す児童の割合が高くなりました。また、光線モデルによる視覚化が、児童の理解を助け、根拠のある予想や仮説の発想を促す効果があることが示されました。さらに、モデル図を用いることで、他者とのコミュニケーションが活発になり、概念理解が深まることも確認されました。

本研究では、小学3年生68名を対象として、光線モデルを導入したクラス（実験群）と導入しなかったクラス（対照群）で授業を実施しました。各時間ごとに児童がワークシートに記述した予想やまとめを収集し、図と言葉による表現が科学的視点で捉えられているかを評価しました。評価はA、B、Cの3段階で行い、それぞれの活動における評価指標を設定しました。また、ビデオ録画を通じて授業の様子を記録し、児童の発言や行動を分析しました。

本研究の結果から、モデリングを導入することで、児童が根拠のある予想や仮説を発想する能力が向上することが明らかになりました。特に光線モデルを用いることで、自然現象の捉え方が視覚化され、児童の理解が深まることが示されました。これにより、学習指導要領で求められている「根拠のある予想や仮説を発想する児童」の育成に向けて、具体的な手立てを提供することができました。本研究の成果は、現場教員にとって有用なツールとなり、児童の科学的思考力を高める一助となることが期待されます。

本研究では、光の単元におけるモデリングの効果を検証しましたが、モデリングは他の単元や学年でも導入可能です。今後、さらに多様な単元や学年においてモデリングの効果を検証し、児童の概念理解を促進するための方略を確立することを目指します。具体的には、段階的なモデリング導入の重要性が示唆されたため、児童の準備状況に応じた導入ステップを考慮したカリキュラム開発が求められます。また、他教科との連携やICTを活用したモデリングの効果についても研究を進め、教育現場における実践的な指導法の確立を目指します。

平成29年に発表された小学校の学習指導要領では、理科の授業で「自然の物事や現象について、科学的に解決するための能力」を育てることが目標とされています。特に4年生では「根拠のある予想や仮説を立てること」が求められていますが、子どもたちは「なんとなくそう思った」といった理由で予想を立てるのが難しいと感じています。この問題を解決するために、本研究では、モデリング(見えにくい自然現象を図などで簡単に表現することで、理解を助ける方法のことです。例えば、光の進み方を線で表すなどの方法があります。)という方法を使って子どもたちに根拠のある予想や仮説を考えさせることを目指しています。モデリングとは、見えにくい自然現象を簡単な図などにしてわかりやすくする方法です。

この研究では、「光の単元」でモデリング(見えにくい自然現象を図などで簡単に表現することで、理解を助ける方法のことです。例えば、光の進み方を線で表すなどの方法があります。)を使った授業が子どもたちの理解にどう影響するかを調べました。光線モデル(光の進み方を矢印のついた直線で表す方法です。このモデルを使うと、光がどのように進むかや、反射する様子がわかりやすくなります。)という図を使ったクラスでは、予想やまとめの段階で正しい答えを出す子どもが多くなりました。光の進み方を図で表すことで、子どもたちの理解が深まり、根拠のある予想を立てられるようになったのです。また、この方法を使うとクラスメート同士の話し合いが活発になり、みんなの理解がさらに深まることがわかりました。

この研究では、小学3年生68人を対象に、光線モデル(光の進み方を矢印のついた直線で表す方法です。このモデルを使うと、光がどのように進むかや、反射する様子がわかりやすくなります。)を使ったクラス（実験群）と使わなかったクラス（対照群）で授業を行いました。授業ごとに子どもたちが書いたワークシートを集めて、図や言葉でどれだけ科学的に考えられているかを3段階で評価しました。また、授業の様子をビデオで記録し、子どもたちの発言や行動も分析しました。

この研究の結果、モデリング(見えにくい自然現象を図などで簡単に表現することで、理解を助ける方法のことです。例えば、光の進み方を線で表すなどの方法があります。)を使うことで、子どもたちが根拠のある予想や仮説を考えられるようになることがわかりました。特に光線モデル(光の進み方を矢印のついた直線で表す方法です。このモデルを使うと、光がどのように進むかや、反射する様子がわかりやすくなります。)を使うことで、光の現象がわかりやすくなり、理解が深まることが証明されました。この方法は、子どもたちの科学的な考え方を育てるために非常に有効であり、現場の先生たちにとっても役立つツールとなることが期待されます。

この研究では光の単元でモデリング(見えにくい自然現象を図などで簡単に表現することで、理解を助ける方法のことです。例えば、光の進み方を線で表すなどの方法があります。)の効果を確認しましたが、他の単元や学年でも同じように使える可能性があります。今後は、さらに多様な単元や学年でモデリングの効果を調べていきたいです。また、他の教科との連携やICT（情報通信技術）(コンピュータやインターネットなどを使って情報を伝えたり処理したりする技術のことです。教育の現場では、授業にタブレットや電子黒板を使うことが含まれます。)を活用したモデリングの効果についても研究し、教育現場での実践的な指導法を確立していきたいと思います。