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 【理科の取り組み::化学】 第2年次のまとめ(理科-化学) (2007.03.31)

1.教科指導方針について
①外部との研究機関および製造現場との連携
  第2期SSHの活動として本年度に実施した事業は次の通りである。すべてSSC活動として希望者を対象に実施。(詳細はSSC活動報告参照)

 平成18年度実施した事業
  1)「透過型電子顕微鏡(TEM)で原子を見る」 京都教育大学
  2)「X線マイクロアナライザー(XMA)による元素分析」 京都教育大学
  3)「鉛蓄電池工場見学」 ㈱ジーエス・ユアサ コーポレーション
  4)「製鉄所見学」 ㈱神戸製鋼所加古川製鉄所
  5)講演「光で遊ぶ金ナノ粒子」 大阪大学,日本学術振興会

②高大接続
  京都教育大学の学生と本校生徒でグループをつくり,1つのテーマについて継続的な探究活動を実施することを考えたが,今年度の実施には至らなかった。

③国際性の導入
  日本学術振興会の「サイエンス・ダイアログ事業」を活用し,外国人研究者の話を聞く機会を設けた。(詳細はSSC活動報告参照)
  日英サイエンスワークショップを実施。(詳細は日英サイエンスワークショップ報告参照)
  日英サイエンスワークショップの参加校であったイギリスの高校と理科の教員間での交流を開始した。現在はそれぞれのカリキュラムや現在実施している実験について情報交換している段階であるが,今後も継続し,1つのテーマを見つけて共同研究などに発展させていくことができればと思う。
  英語科との共同授業については今年度は実施できなかった。一昨年の反省を元に来年度は少しでも実現したい。

④科学クラブの充実
  ①で記した事業以外で,本校内で実施した科学クラブの活動は次の通りである。すべてSSC活動として希望者を対象に実施。草木染めについては,2名が継続して発展的に実験を続け,その成果を校内のSSC活動生徒発表会で発表した。(詳細はSSC活動報告参照)
  1)青銅鏡作り
  2)草木染め
  3)超伝導体の作成
 
2.各課題の年次ごとの進展目標について
 (ア)「理科・数学教育を通じて豊かな国際性を育む方法の開発」
   教科指導方針・国際性の導入参照
 (イ)「高大接続に資するカリキュラムとシステムの開発」
   教科指導方針・高大連携参照
 (ウ)「より継続的なパートナーとしての大学ならびに外部機関との連携のあり方の開発」
   教科指導方針・高大連携参照
 (エ)「教科指導からの発展としての自主的創造的活動の開発」
   SSC活動の「草木染め」において,本学大学院生および本校卒業生がTAとして継続的に探求的活動の支援を行った。(SSC活動報告参照)
   また,校内のSSC活動や日英サイエンスなどの報告会などによって,多くの生徒の科学への関心が高まったためか,大学や企業等の化学に関する実験教室への参加,サイエンスキャンプ等の研修会への参加が増えてきた。また,化学オリンピックには1名が参加した。今後も様々な企画の考案や大学や研究所の実験教室や講演会等の積極的な呼びかけを行っていきたい。
 (オ)「今日的課題を解決する力を有する理科・数学教員の養成プログラム開発」
   教育大学での実習やその事前学習を大学生に指導させることなどを考えていたが,今年はその研究室に所属する学生が少なかったこともあり,実現できなかった。しかし,本校で放課後に実施したSSC活動においては,TAとして教育大院生,京都工芸繊維大生(本校卒業生)の2名の協力を得た。今後の実験の方向性を生徒と共に考え,適切なアドバイスを与え,生徒発表会のプレゼンテーションの指導まで熱心に行った。10月以降,教育実習を終えた教育大生にSSC活動「鉛蓄電池工場見学」「製鉄所見学」への参加を呼びかけたが,残念ながら今年度は参加者はなかった。来年度以降は教育大生と本校生徒が共に,興味を持った課題について共同研究し,その成果を発表する機会を設けることなどを現在考案中である。
 (カ)「成果の公開・共有,評価・検証と研究内容改善への取り組み」
   特になし

学期単元主な実験・実習
教師による演示生徒実験SSC活動
1学期物質の構成物質の分類・成分KIO3,マロン酸などの振動反応化学実験の基本操作(CuSO4・5H2Oを用いた化学変化)
ワインの蒸留
マジックのペーパークロマトグラフィー
ヨウ素の抽出(ヘキサン)・昇華
硝酸銀の沈殿反応
炎色反応の観察
物質の構成粒子・原子・分子・イオン電解質水溶液の電気伝導性透過型電子顕微鏡(TEM)で原子を見る〔京都教育大学〕
希ガスの安定性(Heガスによる変声)
NaCl,CuSO4,方解石,カリミョウバンの単結晶の観察青銅作り
物質の構造化学結合ドライアイスの性質(電子レンジによる加熱など)
極性分子の性質(ビュレットからヘキサン、水を流出)走査型電子顕微鏡(SEM)で元素分析〔京都教育大学〕
物質の構成物質量・反応式オレイン酸の単分子膜法によるアボガドロ数の測定モル濃度の溶液の調整
圧電素子を用いたエタノールの爆発草木染①
物質の変化化学反応と熱テルミット反応
使い捨てカイロの原理中和熱の測定(ヘスの法則:温度センサーを用いた測定とデータ処理)
濃硫酸と尿素の溶解熱,水酸化バリウムと塩化アンモニウムの吸熱反応(水が凍る)
酸と塩基紫キャベツを使って呈色反応
pHの測定(pHメーター、万能pH指示薬)中和滴定,食酢の定量
酸と金属の反応
夏期休業超伝導酸化物の作成超伝導酸化物の作成
草木染に関する課題研究草木染②(~1月末まで)
2学期物質の変化酸化還元反応主な酸化剤と還元剤の反応酸化還元滴定
ボルタ電池・ダニエル電池・マンガン乾電池
鉛蓄電池鉛蓄電池工場の見学〔ジーエスユアサコーポレーション〕
金属の水溶液と金属の反応(金属樹)
水溶液の電気分解
Niめっき
無機物質周期表と元素の性質
非金属元素の単体と化合物塩素の発生と性質、塩素系漂白剤と酸性洗剤ハロゲンの単体と化合物の性質
液体窒素(Br2管、Cl2管、O2、テニスボール)硫黄の同素体
酸素の発生と性質硫酸の性質
アンモニアの反応(ネスラー試薬、濃塩酸)ケイ酸ナトリウムとケイ酸
黄リンの反応(自然発火)
銅と濃硝酸、希硝酸の反応、NOとO2の反応
金属元素の単体と化合物リチウムとナトリウムの反応アルカリ金属とアルカリ土類金属の単体と化合物の性質
黄銅作りアルミニウムと亜鉛(両性元素)の単体と化合物の性質
鉄は生きている(視聴覚教材)
クロム酸イオンと二クロム酸イオン金属イオンの反応
未知試料金属イオンの分離と確認
冬期休業製鉄所見学             〔神戸製鋼加古川製鉄所〕
3学期有機化合物有機化合物の特徴と構造
炭化水素メタン、エチレンの製法と反応アルカン・アルケン・アルキンの性質
シャボン玉に点火(メタン、ブタン)
酸素含む有機化合物アルコールの水溶性とNaとの反応
ホルムアルデヒドの製法と性質カルボニル化合物
ヨードホルム反応エステルの合成
カルボン酸の性質(酢酸、ギ酸、マレイン酸、フマル酸)
高級脂肪酸の性質(水溶性、臭素との反応)セッケンと合成洗剤の合成と性質
芳香族化合物ベンゼンの性質

 【理科の取り組み::化学】 第1年次のまとめ(理科-化学) (2006.03.31)

科目「物質科学Ⅰ」および「物質科学Ⅱ」は第2期SSHに対してはまだ開講されていないため実施していない。ここでは,第1期SSHの成果の中で,第2期SSHに発展的に取り組めるよう構想したものについて記載する。

1.教科指導方針について
①外部との研究機関および製造現場との連携
 現在第1期SSHで実施しているもので,第2期に継続して実施可能なものについては,以下のようである。現在は授業時間内に実施しているため,実施時期や日程の調整が行いやすいが,来年度からは対象が希望者となるため,土日や長期休暇中に実施しなければならず,特に製造現場との日程調整等が困難になる可能性が心配される。反面,少人数で研究室訪問等が実施できるため,参加生徒全員が見学だけに終わらず,実際に機器を操作できることなどが期待される。

平成17年度実施した事業

1)「透過型電子顕微鏡(TEM)で原子を見る」 京都教育大学

目標:1年次のオリエンテーションでは走査型でアリの観察をおこなっている。走査型と透過型の構造の違いを比較しながら 透過型電子顕微鏡の原理を理解する。また,実際に結晶構造を観察し,原子・分子や結晶構造の学習の理解を深める。

評価と課題:目標はおおむね達成できた。来年度は1年次で走査型の観察を体験していないので,今回,電子顕微鏡での観察が初めてになる生徒が多くなると考えられる。さらに,今年度までは事後レポートを課していたこともあり,当日理解できなかったことも自分で積極的に調べることにより,理解を深めた生徒も多く,事後指導をどのように行うかも考えておく必要がある。

2)「X線マイクロアナライザー(XMA)による元素分析」 京都教育大学

目標:走査型電子顕微鏡の一部として付随しているX線マイクロアナライザーの原理を理解し,実際に非破壊的に金属の元素分析を行い,その有用性を考えさせる。また,透過型と比較することにより,それぞれの機器の共通点と相違点を考えさせる。

評価と課題:目標はおおむね達成できた。来年度の生徒は1年次に走査型でアリ等を観察することを体験していない。また,参加者全員が透過型のSSC活動に参加しているとは限らないので,比較することが困難となる。1)の活動との連携をどのようにするか考える必要がある。また,1)と同様にレポート作成等の事後指導もどのようにするべきか考えるべきである。

3)「鉛蓄電池工場見学」 ㈱ジーエス・ユアサ コーポレーション

目標:実際に鉛蓄電池の製造工程を見学することにより,電池のしくみやリサイクルついて理解を深める。また,製造工程上の工夫点や改良点なども観察することにより,ものづくりの現場に対する理解を深める。

評価と課題:目標はおおむね達成できた。生徒は工場のラインに手が届く位置で見学できたことで製造過程の小さな工夫にも気付くことができ,質問も多く見られた。次年度は学校休業日の実施となるので,工場の稼働日との日程調整が心配される。

4)講演「日本の科学・技術・産業と高校化学―鉄鋼を例として-」 京都大学

目標:製鉄所見学の事前学習として,鉄について理解を深めるとともに,大学の研究者の立場から今の高校生になにが期待されているのかを知り,今後の高校生活を考えさせる。

評価と課題:目標はおおむね達成できた。次年度は製鉄所見学が希望者となるため,授業での実施ができない。事前学習としての効果を考えると実施したいが放課後や休業日での実施となるため,他の行事との日程調整が心配される。

5)「製鉄所見学」 ㈱神戸製鋼所加古川製鉄所

目標:日常生活の中で活躍する材料である鉄について製造過程を見学し,現在の製鉄における最先端での研究についても講義を受けることにより,鉄についての理解を深めるとともに,ものづくりの現場に対する理解を深める。

評価と課題:目標はおおむね達成できた。見学後には活発な質疑応答が行われた。

 事前学習として4)の講演を実施したことにより,生徒の興味関心が大きくなり,積極的に見学等を行うことができた。次年度も効果的な事前学習を考える必要がある。

6)「洗濯を科学する」 京都教育大学

目標:洗濯という身近な事象について日常生活のごくありふれた行為の中に,化学の理論が含まれていることを理解させる。そのために家庭科の観点から導入し,家庭科の実験により興味を持たせて学習させ,さらに,そのような理論が実際の製品にどのように盛り込まれているか,および排水等の環境問題まで学習させ理解を深める。

評価と課題:目標はおおむね達成できた。化学,家庭科それぞれの単独授業では補えなかったこと,理解しにくかったことが解消できたことが生徒の感想からも受け取れ,たいへん効果的であり評価できる取り組みであった。

7)「ガス工場・ガス科学館見学」 大阪ガス・ガス科学館

目標:都市ガス製造工場のスケールに触れ,生活物質の製造工程を学習する。また,省エネルギーシステム・次世代エネルギー・環境問題等について,どのように企業が研究をすすめているかを知ることにより興味・関心を深める。

評価と課題:目標はおおむね達成できた。生活に関わることと化学との関連について考えさせることが効果的であった。内容が豊富で,時間が不足気味であることと,事前・事後学習の取り組みについてが今後の課題である。

8)「ブラウン運動からアボガドロ数を求める」 京都教育大学

目標:コロイド溶液の性質を実験によって復習し,理解を深める。また,ブラウン運動を用いて,アボガドロ定数を求める。この手法の原理は,高校生にとってはやや難しいが,時期的にも発展的学習を行うのにふさわしいと考えた。理論の理解,データ処理,洞察力,考察力等さまざまな要素が含まれており,それらを統合して実験を行う力を養うことも併せて目標とする。

評価と課題:目標はおおむね達成できた。ブラウン運動からアボガドロ定数を求める実験は,コンピュータシミュレーションによるデータ解析の実験であった。生徒は,パソコン上のソフトを用いてのデータ処理は手際よくこなせていたが,アインシュタインの理論式から導きだせるブラウン運動とアボガドロ定数との関係の理解はかなり難しいようすであり,感想からもそのことがうかがえた。また,実験結果が予想より小さく出てしまうことの考察を行うことが,今後の課題である。

9)「生体チタン合金材料」 関西大学

目標:チタン元素の特性やチタン合金の医療材料としての性質を理解する。また,生体に用いる材料の「ものづくり」を行う上でクリアしなければならない条件等を理解し,そこに物理学・化学・生物学・医学が関連していることも知り,理科系志望者の興味・関心を深めさせることも目標とする。

評価と課題:目標はおおむね達成できた。チタンという金属元素をよく理解することができた。特に,「ものづくり」の研究には,さまざまな分野の学問が関係している点が理解できるところは評価できる。内容に物理・生物の分野が含まれるところもあり,物理選択者・生物選択者によって理解の仕方が異なったと考えられ,基礎的事項の事前学習が今後の課題である。

10)「ミクロナノスケールの分離分析」 京都大学

目標:分析化学の意義や手法に関して学習するとともに,分析化学に関する実験を体験する。また,化学系大学院の設備・機器等を見学し,研究者の活動を知ることで,生徒の興味・関心をより深めさせることも目標とする。

評価と課題:目標はおおむね達成できた。電気泳動での分離分析が中心であったので,高校で学習する基礎的な理論が,大学での高度な研究に生かされていることを認識するのにとても効果的があった。昨年の課題であったテーマを絞ることも今年度はできていた。

11)「薬 - Science For Better Life - 」 バイエル薬品(株)

目標:身の回りにある薬は,自分の身体にまつわる題材であり,多くの生徒が興味を持っていると考えられる。薬が効くメカニズム,創薬研究等について講義を聴き,さらに実験を通して理解を深めさせる。また,医学・薬学分野への進学を希望する生徒が,より興味・関心を高めていくことも目標とする。

評価と課題:目標はおおむね達成できた。生徒の感想も,丁寧な説明でわかりやすく,かつ興味深い内容であったというものが多く好評であった。特に,花粉症の話など自分の身近なことの解明についての評価が高かった。また,大学での薬学教育,薬学一般に関すること,製薬会社の機構および創薬に関すること等,さまざまな角度からの話も盛り込まれ,進路学習として一面も効果的であった。

②高大接続
 第1期SSHから,一部の分野で高等学校指導要領を超えた範囲で学習を進めてきた。化学を学習する上で,より理解しやすく、または理解が深まるような意図で行ってきた。さらにこの取り組みが高大接続につながると考えている。今後は具体的な分野を特定し,大学の協力を得てカリキュラム開発を行っていくことが課題となる。

③国際性の導入
 当初は「物質科学Ⅰ」の冬期課題として科学雑誌の翻訳を挙げていたが実施できなかった。しかし,英語科との連携で3学期に「英語Ⅰ」「科学英語」で次のような取り組みを行っている。(詳細は英語科のまとめを参照)

「英語Ⅰ」:レイチェル・カーソンの「沈黙の春」が題材として教科書に記載されており,その学習を機に,環境問題について調べさせ,英語でプレゼンテーションさせる。生徒の発表の前には,理科教員が英語の授業で,農薬やDDTについての科学的な知識を与え,発表の際にはコメントをする予定である。

「科学英語」:本年度「物質科学Ⅰ」で実施した実験を題材に,英語でプレゼンテーションする授業に理科教員が参加する予定である。
 現時点ではまだ終了していないため,成果はわからないが,今後,日英サイエンスワークショップ等で英語で発表する機会も増えるため,ぜひ今後も発展させて続けていきたいと考える。

④科学クラブの充実( →第Ⅳ部に詳述する。)

2.各課題の年次ごとの進展目標について(特記すべきものを報告する)

(ア)「理科・数学教育を通じて豊かな国際性を育む方法の開発」
  教科指導方針・国際性の導入参照

(イ)「高大接続に資するカリキュラムとシステムの開発」
  教科指導方針・高大接続参照

(ウ)「より継続的なパートナーとしての大学ならびに外部機関との連携のあり方の開発」

第1期のSSHの行事として,大学での実習や企業での工場見学を実施してきたが,継続的にはなっていない。

本年度は教育大学の研究生に協力する形でマイクロスケールでの実験を「物質科学Ⅰ」の授業で以下の3回実施した。

①紫キャベツとpH
②電池と電気分解
③金属イオンの反応

 生徒も回を重ねるごとに効果的な実験方法の開発と環境問題について考えるようになり,率直な意見をアンケートにも記載するようになった。本年度は研究生の考案した実験に対して実際に生徒が実験をして感想を述べるだけに終わったが,今後,生徒にいろいろな実験を考えさせるような機会を与えていきたい。

(エ)「教科指導からの発展としての自主的創造的活動の開発」
  大学や企業等の化学に関する実験教室への参加,SSC活動の活性化による校内・校外での活動紹介,サイエンスキャンプ等の研修会への参加,自由課題研究による啓発等により,今後の開発を行っていく。

(オ)「今日的課題を解決する力を有する理科・数学教員の養成プログラム開発」

 今年度は1学期に実施した教育大学での2回の電子顕微鏡実習と夏休みに実施した超伝導体の作製において,それぞれの研究室に所属する大学生や大学院生の協力を得た。また,1学期の電子顕微鏡実習は教育実習中の期間でもあったので,実習生にも参加させた。実習生にとってもSSHの取り組みが生徒にとってどのような効果をもたらすかを考えさせるよい機会となった。大学院生には現在は主に機器操作を行ってもらい,待ち時間に実施する実習等は高校側がすべて用意し指導しているが,今後は事前学習や待ち時間の実習等を大学生や実習生に指導させるようなことも考えていきたい。
 大学での実習だけでなく,工場見学等にも同行させ,事前事後学習の指導等にも能動的に参加させていければ,大学生にとって有用であることはもちろんであるが,生徒にとっても継続的な学習が期待でき,大学との連携も期待できる。

 【理科の取り組み::化学】 2年生の授業 (2006.02.08)

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2年生の化学 I は有機化学分野を学習中です。この日はカルボン酸や油脂についての授業でした。
パソコンのデータをスクリーンに映しながらのわかりやすい授業です。

 【理科の取り組み::化学】 「鉛蓄電池工場見学」 (2005.10.11)

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見学先:㈱ジーエス・ユアサ コーポレーション

目標:実際に鉛蓄電池の製造工程を見学することにより,電池のしくみやリサイクルついて理解を深める。また,製造工程上の工夫点や改良点なども観察することにより,ものづくりの現場に対する理解を深める。

 【理科の取り組み::化学】 3年生SSHクラス 大阪ガス・ガス科学館 訪問 (2005.07.14)

14日の午後は大阪ガス・ガス科学館を訪問しました。
まずはガス科学館にて紹介を受けた後,2班に分かれ,インストラクターの女性が案内。
液体窒素による実験もしていただきました。(でも本校生はすでに知っている内容でした)
 
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ガスにまつわる様々な実験設備があり,子供から大人まで楽しみながら考えさせるように工夫されていました。
 
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ガス工場をバスに乗って案内していただいたのですが,写真撮影は許されておらず,ここでは写真を掲載できません。あしからず。
天然ガス自動車とディーゼルエンジン自動車の排気ガス比較実験です。白い靴下をマフラーに付け,エンジンを吹かします。もちろん,ディーゼルの方は黒くなりますが,天然ガスの方は白いまま。

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最後に地球環境やエネルギー問題について講義をしていただき,全員帰路につきました。

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 【理科の取り組み::化学】 3年生SSHクラス 京都大学原子炉実験所訪問 (2005.07.14)

昨年に引き続き,午前は京都大学原子炉実験所を訪問しました。
まず初めに簡単な施設紹介と,ビデオによる学習をしました。
 

4つの班に分かれて,内部を案内してもらいます。
試料に中性子を当てて放射化し,アームを用いて操作する実験施設。
 
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実験中の研究者の姿も見られました。安全には相当気を配っている様子。
 
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原子炉内部の様子。

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炉心を見学する生徒。昨年同様,美しい青色のチェレンコフ光を見ることができ,大満足。
カメラ付き携帯で写真を撮る生徒も大勢いました。

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外に出るときには一人ひとり異常がないかを確認(右写真)。

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実験所内の放射性物質が外部に出ないよう,ここで厳重な管理と濃縮をしているとのこと。
 

午後は大阪ガス・ガス科学館を訪問しました。
まずはガス科学館にて紹介を受けた後,2班に分かれ,インストラクターの女性が案内。
液体窒素による実験もしていただきました。(でも本校生はすでに知っている内容でした)
 

ガスにまつわる様々な実験設備があり,子供から大人まで楽しみながら考えさせるように工夫されていました。
 

ガス工場をバスに乗って案内していただいたのですが,写真撮影は許されておらず,ここでは写真を掲載できません。あしからず。
天然ガス自動車とディーゼルエンジン自動車の排気ガス比較実験です。白い靴下をマフラーに付け,エンジンを吹かします。もちろん,ディーゼルの方は黒くなりますが,天然ガスの方は白いまま。
 

最後に地球環境やエネルギー問題について講義をしていただき,全員帰路につきました。

 【理科の取り組み::化学】 「X線マイクロアナライザー(XMA)による元素分析」 (2005.06.10)

実施場所:京都教育大学

目標:
走査型電子顕微鏡の一部として付随しているX線マイクロアナライザーの原理を理解し,実際に非破壊的に金属の元素分析を行い,その有用性を考えさせる。また,透過型と比較することにより,それぞれの機器の共通点と相違点を考える。

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 【理科の取り組み::化学】 「透過型電子顕微鏡(TEM)で原子を見る」  (2005.05.16)

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ファイル 71-5.jpg

実施場所:京都教育大学

目標:1年次のオリエンテーションでは走査型でアリの観察をおこなっている。走査型と透過型の構造の違いを比較しながら 透過型電子顕微鏡の原理を理解する。また,実際に結晶構造を観察し,原子・分子や結晶構造の学習の理解を深める。

対象生徒:2年(1年は,定員に余裕があれば後日募集)

場  所:京都教育大学 理学科研究室

指  導:京都教育大学 理学科教授 芝原寛泰 先生

引  率:本校 杉本浩子教諭(化学)・山中多美子教諭(化学)

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