はじめに

１．「科学的な思考」と学習指導改善の手立て

（１）	「科学的な思考」とは
	文部省の中学校理科指導資料によると，「科学的な思考とは，自然の事物・現象から問題を把握し，その事象の生じる原因や仕組みを調べる観察・実験を計画・実施し，観察・実験の結果などを分析的・総合的に考察し，その中から規則性を見いだし，普遍的・一般的な科学概念を形成するとともに，既知の事柄や原理・法則などを基に，新たに直面した事象を論理的に説明しようとすることである。」としている。本研究では，育成する「科学的な思考」を，次のように設定した。 １ 問題を解決するための観察や実験方法を考える。 ２ 観察，実験結果を考察し，規則性を見いだす。 ３ 基準を決めて分類したり，関係づけを行ったり，共通点と相違点を見つける。 ４ データを読み取って計算するなど，結果を処理する。 ５ 因果関係をもとに結果を予想したり，類推する。
（２）	学習指導改善の手立て
	「科学的な思考」は，観察・実験を軸とする問題解決的な学習に主体的に取り組む過程で育つと考える。「なぜだろう」「調べてみたい。」「おかしい」という，思いや願いをもって生徒が学習を進めるとき，自ら考え判断しながら学んでいく学習が成立するのである。 　ところで，生徒は「既有の知識や考え」をもとにして自然事象を観察し，そこから問題を見いだすと考えられる。したがって，「自分が行っている」という意識を生徒がもって一連の問題解決的な学習を行うためには，生徒と自然事象の間に，生徒の「既有の知識や考え」を活用して解決しなければならない学びの状況をつくっていくことが必要である。本研究では，そのための教師の支援を以下のように設定した。
ア	生徒の既有の知識や考えを把握する。
	生徒の「既有の知識や考え」を活用するためには，事前に生徒の「既有の知識や考え」を教師が把握したり，学習過程の中で，生徒一人一人の見方や考え方を表出させる工夫を図るとともに，生徒自身にそれを自覚させる必要がある。
イ	認知的葛藤を生起させる課題の設定を工夫する。
	問題解決的な学習を行う上で，もっとも大切なことは，目的意識をいかに高めるかということである。学習において，生徒は既有の知識や考えをもとにして自然事象を観察し，そこから問題を見いだすと考えられる。したがって，目的意識をもたせるためには，生徒の既有の知識や考えと矛盾するような事例を提示し，認知的葛藤を引き起こしたり，知的好奇心や探求心を生じさせるような教材や発問，場面設定の工夫を図る必要がある。
ウ	他者との交流を図る。
	思考を深めるためには，自分と違う見方や考え方にふれることが必要である。そのためには，仮説を設定する段階や結果の考察段階において討論を行うことが有効である。討論をさせることで，自分の論理の弱点に気づいたり，自分が気づかなかった発想を知ることができ，思考する力が深まると考える。
エ	既習事項や生活体験と関連づけるための工夫を図る。
	「科学的な思考」を育てる学習過程 自然事象 他者 （情報交換，討論） 疑問や葛藤 生徒の既有の 知識や考え 問題解決的な学習 結論 ↑ 結果の考察 ↑ 観察・実験 ↑ 仮説設定 ↑ 課題把握 科学的な見方や 考え方 教師の支援 ○ 既有の知識や考えを活用した指導計画 ○ 認知的葛藤を生起させる課題の設定 ○ 交流する場の確保 ○ 既習事項や生活体験と関連づけるための工夫 図１　研究構想図 　問題解決的な学習のそれぞれの学習段階において，それまでに学習したことと関連づけたり，日常の生活場面や今後の学習においてどのように応用できるかなどを，具体的な例を挙げて考えさせることで，その解決方法や獲得した知識を別の場面で活用したり，知識を関連づけて構築することができる。学習によって，問題が解決されたとしても，その解決方法や獲得した知識を別の場面で活用できるまでに深まっていなければ，理解できたとは言えない。したがって，それまでに学習したことと関連づけたり，日常の生活場面や今後の学習においてどのように応用できるかなどを，具体的な例を挙げて考えさせる活動が必要であると考える。

２．実践授業の計画と実施

図３　指導計画

図２　水蒸気に関する生徒の認識

図４　富士山の傘雲ができる理由

討論の一部（教師の授業記録から） Ａ ： 「（山の周りの）水蒸気は，どこからでるのか？」 Ｂ ： 「雨が降って，山の中にある」 Ａ ： 「山に雨が降ったら川に行くので，川や海がないと水蒸気はできない」 Ｂ ： 「山には木があるので木が生きていくのに水蒸気がないとおかしい」 Ｃ ： 「あ〜蒸散じゃ！蒸散で水蒸気がでるわ！」 Ｂ ： 「そう蒸散！蒸散で水蒸気をだす。」 Ａ ： 「蒸散の水蒸気で雲ができるのなら，人間の呼吸でも水蒸気はでていることになる。それだけじゃたりない！」・・・・・（省略）・・・・ Ｅ ： 「水蒸気は，水が沸騰して100℃にならんとできんのに，なんで空気中にあるのかわからん！」 Ａ ： 「水が蒸発したら水蒸気になるじゃん！」 Ｅ ： 「何で？」 課題１ ： 雲は何からできているのか。 課題２ ： 水蒸気は空気中のどこにでもあるのか。 課題３ ： 水蒸気はどこからでてくるのか。 （100℃じゃなくても水蒸気になるのか？） 課題４ ： 雲はどのようにしてできるのか。 図５　生徒が設定した学習課題（拡大する）

←いろいろな場所で，コップのまわりに水滴がつき始める温度（露点）を調べた。場所によって変わらないと報告するグループと場所によって違うと報告するグループがあった。これにより，「空気中の水蒸気はなぜ水滴になるのか？」という新たな課題が見いだされた。

←教室，グランド，山に，乾燥剤を置き，重さの変化で空気中に水蒸気があることを確かめた。お菓子が湿気ることから考えた。	←グランド，理科室，山の空気をビニール袋に集め，冷凍庫へ入れ，氷がつくことで水蒸気があることを確かめた。氷を発見したとき喜ぶ生徒が多かった。
図７　課題２「水蒸気は，空気中のどこにでもあるのか？」の追究活動のようす

←（左）ビニール袋に，グランドの土と山の土，枯れた植物と生きている植物を入れて，しばらく放置し，枯れた植物以外に水滴がつくことを確かめた。 ←（右）みかんの皮から水蒸気が出ていることを確かめた。 　多くの生徒が，植物の蒸散や土から水蒸気が出てくることを確かめる実験を行った。これは，課題設定における認知的葛藤を解消するためであると思われる。

水の沸騰を調べ，100℃以下で水蒸気が発生することを確かめた。火を近づけるとフラスコが白くなることに気づき，温度変化が原因ではないかと考えた。ドライヤーで暖めた後，ガスの燃焼に視点を変え，ろうそくを燃やす実験を行った。ガスの中の水素が燃えて水ができることもあわせて報告した。

図８　課題３「水蒸気は，どこから出てくるのか？」の追究活動のようす

図９　生徒Ａの考え	図10　生徒Ｂの考え
図11　生徒Ｃの疑問

図12　溶解度と関連づけた生徒

図13　討論のようす

３．授業の分析・考察

図14　調査テストとアンケート調査の結果

図15　生徒Ａの概念地図の変容

図16　生徒Ｂの概念地図の変容

図17　生徒Ａの概念地図の変容	図18　生徒Ａの第９時のワークシート

４．成果と課題