水のはたらきによる堆積の様子を分かりやすくする教材開発の工夫

〜　第6学年　「大地のつくりと変化」を通して　〜

１　主題設定の理由

　　平成14年度から平成16年度までの3年間，私は小中学校間における校種間交流で中学校に勤務した。その主な理由は，自分が小学校で教えた子どもたちが，進学した中学校において，どのように成長していくのかを，この目で確かめたいという思いからであった。

　　中学校で理科を教えていた3年間，授業をすればするほど，早く小学校に帰りたくなった。それは中学校で教えれば教えるほど，「小学校では，このような方法で教えた方が良いのではないか」，「小学校では，この内容まで教えた方がよいのではないか」などと，小学校で指導すべきことが頭に浮かんできたからである。

私は，中学校で理科を教え，中学校の学習内容を把握したことで，小中学校の9年間を見通した教育をすることがたいへん重要であることを実感した。このことから，教師自身が小中学校の9年間の学習内容に系統性をもち，見通しと育てるべき科学的な見方や考え方，概念をもって，指導することが，子どもたちの理科に対する概念形成をより確かなものにできるのではないかと考え，本主題を設定した。

２　研究の仮説

　【仮説１】

地層の堆積に対する誤概念の形成は，小学校における堆積実験が原因の一つとなっているのではないか。

　【仮説２】

小学校において中学校の学習内容を踏まえた実験を行うことで，地層の堆積に対する誤概念の形成は防げるのではないか。

３　研究の内容

(1)　地層の学習の系統性

(2)　空き瓶を使った堆積実験での授業実践

(3)　中学校の学習内容を踏まえた地層の堆積の自作教具の開発

(4)　中学校の学習内容を踏まえた地層の堆積の自作教具を用いた授業実践

４　研究の実際

(1)　地層の学習の系統性【仮説１・２に関する研究】

　　　 学習指導要領を基に，小学校，中学校，高等学校における地層の学習に関する系統性を明確にすることは，中学校，高等学校への見通しをもった指導を進め，より確かな科学的概念の定着を図る上で重要であると考える。そこで単元の系統性を図１に，その学習内容を表１にまとめる。

図１　小・中・高等学校における地層の学習の系統性

表１　地層の学習の学習活動について

校種	学年	単元	学習活動
小Ｃ	5年	流れる水のはたらき	・　川を観察したり，地面に水を流したりして，流れる水のはたらきを調べる。 ・　川の水による土地の様子の変化について資料や観察によって調べる。
校種	学年	単元	学習活動
小Ｃ	6年	大地のつくりと変化	・　身の回りの土地やその中に含まれるものを調べ，土地の構成物をとらえるとともに，地層の広がりやでき方を考える。 ・　土地の変化について自然変化と関連付けながら調べる。
中�U	1年	地層と過去の様子	・　地層の野外観察を行い，その結果から，地層のでき方や過去の環境を考える。
地�T		野外観察と地形・地質	・　実際の地質調査法について学習する。
地�T		地層の形成と地殻変動	・　風化，堆積，続成の各作用と，その系統性，また地層の対比について学習する。
地�T		化石と地質時代	・　地質時代の調査方法と各時代の特徴について学習する。
生�U		生物界の変遷	・　生命の起源及び生物の進化の過程を地球環境の変化との関係から，その概要を学習する。
地�U		プレートの動き	・　海洋底拡大の理解と，地球の変化について学習する。
地�U		島弧としての日本列島	・　日本列島の成因と最新の学説について学習する。
地�U		日本列島の地史	・　日本列島を構成している地質帯の物理的な成因について学習する。

　　　　小学校で学習する地層の広がりやでき方の学習は，中学校の地層のでき方の学習へとつながり，高等学校でより発展的な内容へとつながっている。そこで，今回実践した６年の地層の学習は，5年の「流れる水のはたらき」の学習を基本としながら，中学校で学習する「河川から流されてきた土砂がどのように地層になっていくのか」の学習へとつながっていることを意識する必要がある。

(2)　空き瓶を使った堆積実験での授業実践【仮説１に関する研究】

　　ア　地層の堆積の仕方に対する子どもの概念把握

　　　　本校６年生４４人に，図２の問題を解かせ，子どもの地層の堆積に対する実態を把握した。その結果を表２に示す。

　　　　大根占小の近くには，「カワゴロモ」の自生している神ノ川や根占の雄川などの２級河川が流れ，子どもたちは錦江湾に流れ込む様子をしばしば見ていると思われるが，河口付近の土砂の粒の大きさには約半数の子どもが気付いていない。また，海底での堆積の仕方も，半数以上の子どもが理解していない。

　　イ　空き瓶を使った堆積実験での授業の実際

　　　　本校６年１組２２人に対して，以下のような授業を実践した。

○　主な学習活動 ・　子どもの素朴な見方や考え方	・　教師の支援・対応 （納得・実感させるために必要な観察・実験）
１　前時をふり返る。 ・砂　・どろ　・粘土 ・小石　・火山灰 ２　本時のめあてを話し合う。 ３　地層のでき方を予想する。 ・ 水のはたらき　 ・ 火山のはたらき　 ・ 風のはたらき ４　実験のねらいを確かめる。 砂やどろが，水の中ではどのように積み重なって，地層となるのか調べよう。	・教科書の挿絵を見ながら，地層の構成物を確認させる。
５　≪実験１≫の方法の確認 ガラス瓶の中に砂とどろを入れて激しく振り，しばらくしてから層のでき方を観察する。 ６　≪実験１≫の結果の予想 ・　下にどろ，上に砂がたまる（15人） ・　下に砂，上にどろがたまる（６人） ・　混ざり合ってたまる（１人） ７　≪実験１≫を行う。 ８　≪実験１≫のまとめをする。 ９　問題を解く。	・　砂と泥の境目をはっきりさせるために，熱帯魚飼育用のオーストラリア産の白い砂（直径0.3ｍｍ）を使用した。 実験１　空き瓶使用の堆積実験 ・　実態調査で使用した問題と同じ問題を解かせ，地層の堆積に関する子どもの意識の変容を調べた。

　　ウ　考察

　　　　地層の堆積の仕方に対する実態把握の結果を表３に示す。

表３　空き瓶を使った堆積実験前後の実態把握の結果

		実験前（４４人）		実験後（２２人）
		人数（人）	割合（％）	人数（人）	割合（％）
(1)　河口付近に堆積するものの粒の大きさは？	小さい	２１	４８	９	４７
	大きい	２３	５２	１０	５３
(2)　図のA〜Cにおもに堆積するのは，それぞれ泥・細かい砂・れきのどれか。	れき・砂・泥	１７	３９	７	３２
	泥・砂・れき	４	９	１４	６４
	砂・泥・れき	１１	２５
	砂・れき・泥	８	１８
	れき・泥・砂	３	７	１	５
	泥・れき・砂	１	２

河口付近に堆積するものの粒の大きさについては，授業の前後で変化が見られなかった。これは，「河口付近での地層の堆積」と見ているのではなく，５年「流れる水のはたらき」での学習の「河口付近には粒の小さな角の取れた石がたまる」という内容から考えているのではないかと思われる。また，海底へ向けての地層の堆積の仕方については，空き瓶を使った堆積実験を行うことで，「海底の深い方にれきが堆積する」といった誤概念をもつ子どもが９％から６４％に大きく増えた。

これは，空き瓶を使った堆積実験を行うことで，「重いれきが下に沈む」という意識だけが強く残り，中学校で学習する「河川から流れてきた土砂が海底で堆積すること」を学習する際の，「海底の深い方へ重いれきが沈んでいく」という学習内容への誤概念につながっていると考えられる。つまり，空き瓶を使った堆積実験だけでは，教師のねらいとする概念形成はなされないと考えることができる。

(3)　中学校の学習内容をふまえた地層堆積の自作教具の開発【仮説２に関する研究】

　ア　教科書で紹介されている実験の課題

　　　本校で使用している教科書では，雨どいと水槽を使った地層の堆積の実験と，より簡易な実験

として空き瓶を使った実験が紹介されている。

　　　雨どいと水槽を使った地層の堆積の実験の課題を表４に示す。

表４　雨どいと水槽を使った地層の堆積の実験の課題

水の量や砂・泥との関係	・　水槽内で混濁が起こってしまい，砂や泥の広がり方が，実際と異なってしまう。
水槽の底の形や角度	・　水槽を平らに設置して実験を行っているため，水平な地層の広がりの概念しか育てることができない。水槽を斜めにしたとしても，次第に深くなるという自然の地形とは違ってくる。
数回にわけた土砂流し込み	・　教科書では，土砂の流し込みをわけた分，互層ができるように出ているが，中学校では，何回も繰り返される土砂の流れ込みが河口から海底へ向けて地層をつくる内容となってくる。

　イ　自作教具の開発の視点

地層の堆積に対する誤概念を防ぐために次の図３のような教具を開発した。また，教具開発の視点を表５に示す。

図３　自作の堆積実験教具

また，海底へ向けての地層の堆積の仕方については，空き瓶を使った堆積実験を行うことで，「海底の深い方にれきが堆積する」といった誤概念をもつ子どもが９％から６４％に大きく増えてしまった。

これは，空き瓶を使った堆積実験を行うことで，「重いれきが下に沈む」という意識だけが強く残り，中学校で学習する「河川から流れてきた土砂が海底で堆積すること」を学習する際の，「海底の深い方へ重いれきが沈んでいく」という学習内容への誤概念につながっていると考えられる。つまり，空き瓶を使った堆積実験だけでは，教師のねらいとする概念形成はなされないと考えることができる。

表５　教具開発の視点

工夫した点	工夫のポイント
じょうごから流し込む土砂	・　砂は，市販の鑑賞魚飼育用の白い砂（直径0.3ｍｍ）を利用する。泥は，学級園の土を水槽に沈ませ，表面にたまったものを，薬さじですくって集める。砂と泥の色を変えることで，境目がはっきりと見える。
砂と泥，水の量	・　砂100ml，泥150mlを500 mlビーカーに入れ，水を加えてしっかり混ぜ合わせる。
土砂を流し込む部分のじょうごとホース	・　河川から土砂が海に流れ込む様子に見立てている。大き目のじょうごを使うことで，土砂を水といっしょに，いっきに流し込むことができる。
２つつなげた２ℓペットボトル	・　１つでは長さが足りず，土砂がペットボトルの反対側にぶつかり，はねかえってしまう。２つつなぐことで，それを防いだ。
ペットボトルの上の部分を切り取る	・　入ってきた水が出て行くところがないと，ペットボトル内で混濁が起こってしまう。そのため，ペットボトルの上の部分を切り取り，水の流れ出る場所を作ることで，ペットボトル内での混濁を最小限に抑えた。
斜めに設置したペットボトル	・　ペットボトルのホースのつながっている方の口の部分を，７�p上げることで，ペットボトルの底が斜めになり，海底が河口から離れるにつれて深くなっている様子を想像しやすくなるようにする。上げすぎると，水面がペットボトルの口まで来なくなる。

(4)　中学校の学習内容をふまえた地層堆積の自作教具を用いた授業実践【仮説２に関する研究】

　　ア　地層堆積の自作教具を用いた授業の実際

　　　　本校６年２組２２人に対して，地層堆積の自作教具を用い，以下のような授業を実践した。

○　主な学習活動 ・　子どもの素朴な見方や考え方		・　教師の支援・対応 （納得・実感させるために必要な観察・実験）
１　前時をふり返る。 地層は何が積み重なってできているのですか。 ・どろ　・粘土 ・小石　・火山灰 ２　本時のめあてを話し合う。 地層はどのようにしてできるのか調べよう。		・　教科書の挿絵を見ながら，地層の構成物を確認させる。 自作教具を観察する子ども
砂やどろは，水の中ではどのように積み重なって，地層となるのか調べよう。 ３　予想する。 ・ 水のはたらき　 ・ 風のはたらき　 ・ 火山のはたらき ４　実験のねらいを確かめる。 ５≪実験２≫の方法の確認 ６≪実験２≫の結果の予想 ７≪実験２≫を行う。 ８≪実験２≫のまとめを行う。 粒が大きくて，重い砂の方が下に沈んで層を作る。 ９　問題を解く。	ペットボトルにできた泥の層（左は口付近　右は底付近）

イ　考察

実験後の地層の堆積に対する概念の変化の結果を表６に示す。

表６　地層の堆積の自作教具を用いた実験後の概念の変化

堆積の自作教具を使った堆積実験では，「海底の深い方に重いれきが堆積する」といった誤概念をもつ子どもは一人もいなかった。また，「河口付近には粒の大きなものが堆積する」と理解している子どもは５２％から７６％へ増え，「河口から順に，れき・砂・泥と堆積する」と理解できている子どもは３９％から５０％へと増えた。その他となっている子どもが５０％いるが，これは，「れき・砂・泥」という用語に対する理解が不十分であったのではないかと考えられる。

５　成果と課題

【仮説１】地層の堆積に対する誤概念の形成は，小学校における堆積実験が原因の一つとなっているのではないか。

○　空き瓶を使った実験だけを行うことは，重さの重いれきが海底の下（深い所）に堆積するという誤概念を子どもたちにもたせやすいことが分かった。

【仮説２】小学校において中学校の学習内容を踏まえた実験を行うことで，地層の堆積に対する誤概念の形成は防げるのではないか。

○　地層の堆積の自作教具を用いたことで，小さな泥が遠くまで流され，粒の大きい砂が手前に堆積するという概念を押さえることができた。

○　地層の堆積の自作教具を用いたことで，中学校での地層の学習へとつながる概念をもたせることができた。

○　中学校の学習内容を把握することで，より効果的な地層堆積の自作教具を開発することができた。

●　れき・砂・泥の言葉と粒の大きさの関係をしっかり把握させないまま，実験を行っていた。確実に押さえてから実験を行うことが，より確実な理解につながる。

●　堆積実験にれきも加えて実験を行うべきだった。れき・砂・泥の３つの層を作ることでより中学校の学習へとつなげることができると考える。れきを加えた堆積実験を行う際は，水の深さをより深くした教材を開発する必要がある。沈降時間に差をつけるためには，本研究で使用した教具では深さが足りない。

錦江町立大根占小学校　教諭　寺田　繁樹