中等教員養成課程（理科）新入生の「化学」に対するイメージ

東京未来大学研究紀要
2016 vol.9
研究ノート
中等教員養成課程（理科）新入生の「化学」に対するイメージ
―「実験」が持つ具象性の利用に向けて―
田中元・鈴木哲也
Image of Chemistry for New Students in a Course of Science, Department of Education
Hajime Tanaka and Tetsuya Suzuki
要約
科学（化学）リテラシーを追究する研究調査の一環として、2014, 2015 年度に教員養成系学部（理科）
入学者を対象として、
「化学」をキーコンセプトに据えたコンセプトマップを描かせた。現行の中等教育
で化学教育が物質の構造や粒子概念を扱うことから始まるため、筆者らはこれらに関わる概念がコンセ
プトマップに大きく表れることを期待した。しかし結果では、予想に反してこのウエイトが明らかに小
さく、最も顕著に表れたものは「実験」に関するイメージ群であった。昨今は化学分野に限らず中学、
高校で実験体験が少ないという話題もあり、実際に多くの新入生に対して実験経験の欠如を実感させら
れることが多い。すなわち本研究の調査の結果は、若い世代にとって実験経験の有無によらず、実験の
イメージが他を凌ぐインパクトを持つことを示す。実験が持つこの具象性の力を物質の構造の理解や粒
子概念の形成に向ける工夫が、これからの理科教育に望まれるのではないか。
キーワード
コンセプトマップ，理科，実験，化学，科学リテラシー
1．目的
筆者らは理科教員に求められる科学リテラシーに関心を持ち１—４），端緒として田中が専門とする化学
領域から研究を進めている。今回、その一環として教員養成系学部（理科）入学者を対象としてコンセ
プトマップを描かせた。今後継続した調査を行い彼らのコンセプトマップの変遷を追うことで、将来理
科教員を目指すに当たりどのような変化が見られるのかを調べる予定である。
本調査は学生達が大学における科学（化学）関連講義を一切受けていない段階でのものであり、中等
教育が形成した化学概念の全体像・傾向をうかがう資料となる。入学時の学生達の化学に対するイメー
ジを探り、１ 今日の中等教育における化学が学生の大学入学時までに実際にどのような概念形成を与
えたかを把握すること ２ 理科教員養成に当たるための指針を得ること この２点を目的とする。
2．研究方法
(1) 調査対象
コンセプトマップとは、概念（コンセプト）と概念とを線で結び、概念間の関係を視覚化するもので
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中等教員養成課程（理科）新入生の「化学」に対するイメージ
田中元・鈴木哲也
ある。本報告においては、2014・2015 年度の秀明大学学校教師学部理科専修コースおよび初等教育コ
ース（理科）選択者計 51 名を対象としてコンセプトマップを描かせた。本学部の卒業条件として彼ら
には中学校・高等学校教諭一種免許状の取得が必須であり、すなわち理科教員としての資格を得なけれ
ばならない立場にある。
本学部の講義「化学概説」の第一回目の冒頭で「化学」をキーコンセプトとしてコンセプトマップを
描かせた。この講義は対象となった学生達にとって必修科目であり、前期に開講される。また、本講義
以外に新入生が前期に履修する化学関連の講義は存在しない。すなわち、本学部に入学して将来理科の
教員になることを志望する学生全員に対し、大学における化学教育の影響を受ける直前の状態をリサー
チすることができる。
(2) コンセプトマップの作成と解析対象の用語の抽出
学生達にコンセプトマップを描かせた手順は次の通りである。
１ 適当な言葉（例；スポーツ、アート）を指定し、イメージマップを描く練習を行う（図１）
。
２ 「化学」から始まるイメージマップを描かせる（３分間）
。
３ １で描いたイメージマップを基に、コンセプトマップの原型を作成させる。
４ コンセプトマップの原型に連想する用語を付け加え、コンセプトマップを完成させる。
５ ２で描いたイメージマップを基に、３，４と同様の手続きを経て「化学」をキーコンセプトとし
たコンセプトマップを描かせる（10 分間）
（図２）
。
図１ 学生が描いたイメージマップの例
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2016 vol.9
図２ 学生が描いたコンセプトマップの例
一つ一つのコンセプトマップからそれぞれのネットワークグラフデータを得て（図３）
、得られたネ
ットワークグラフデータの和集合から 1062 個の言葉を集めた（表１）
。これらの中には化学概念と直接
結びつくとは言い難いものも多い（例；表１中の「刑務所」
「弁護士」
「天国」等）
。そこでこれらの言葉
（a）
（b）
図３ 学生が描いたコンセプトマップからネットワークデータを得た例
(a) 学生が描いたコンセプトマップをデータ化した一例
(b) (a)から得られたネットワークグラフデータ
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中等教員養成課程（理科）新入生の「化学」に対するイメージ
田中元・鈴木哲也
の中から、高校の化学教科書 15 冊 5—19)または大学の一般化学教科書 32 冊 20—51）の中に少なくとも一度
は登場するものを化学に関わる言葉として選んだところ、解析の対象として 66 個の用語が挙がった。
表１ ネットワークグラフの和集合の一部を表示したもの
化学
元素記号
化学式
自然
有機
無機
電池
ノーベル
キュリー
周期表
ごろ
記憶
脳
頭
細胞
つくる
物
組み合わせ
自由
こうそく
刑務所
裁判
弁護士
資格
勉強
科目
学校
化学
0
4
6
1
6
5
1
1
1
3
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
0
2
0
0
元素記号
4
0
1
0
0
0
0
0
0
2
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
化学式
6
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
自然
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
有機
6
0
0
0
0
2
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
無機
5
0
0
0
2
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
電池
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
ノーベル
1
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
キュリー
1
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
周期表
3
2
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
ごろ
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
記憶
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
(3) 抽出された化学関連用語 66 個の出現回数をカウント
解析対象として抽出された 66 個の用語に関し、
（a）51 名分のマップ上に現れた回数 （b）高校の
化学教科書 15 冊および大学の一般化学教科書 32 冊を合わせた中に現れた回数 をそれぞれカウントし
た（表２）
。
（a）においてマップのキーコンセプトであるため 51 名分の「化学」が現れ、その出現回数がトップ
であるのは当然である。しかし、それに次いで多く登場する用語が「実験」であり、その出現回数 39
回は３位の「原子」の 20 回のほぼ倍であることが注目される。一方で（b）においては、出現回数順で
「実験」は 25 位（出現回数 3307）であり、その上位はほぼ全てが物質の構造、物性、反応に関わる用
語であることが見て取れる。
この（a）
（b）の比較から、大学新入生が強く抱く化学のイメージには、教科書から与えられるもの
ではないものが含まれると示唆される。
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(4) 化学関連用語 66 個のグループ分け
上記(3)の内容を参考として、66 個の用語を「(A) 実験に関わるイメージを持つもの」
「(B) 構造に
関わるイメージ（ミクロ的なイメージ）をもつもの」
「(C) 物性に関わるイメージ（物質・元素のイメ
ージ）をもつもの」
「(D) エネルギーに関わるイメージをもつもの」
「(E) 反応に関わるイメージをも
つもの」
「(F) 感覚的なイメージをもつもの」
「(G) 生活・生命に関わるイメージをもつもの」
「(H) 学
問的領域をイメージするもの」という８グループに分類した（表３）
。
これは、
１ 「実験」に関する用語が（a）に多く現れること
２ 化学は物質の構造、物性、反応を扱う学問とされており、教科書を扱う（b）にこれらが大きな
ウエイトをもつのは当然であると考えられること
３ この２種類以外のグループが存在すると思われること
という３点に注目したものである。
表２ 用語 66 個の出現回数をカウント
(a) 51 名分のマップ上に現れた回数
(b) 高校の化学教科書 15 冊および大学の一般化学教科書 32 冊を合わせた中に現れた回数
－ 239 －
中等教員養成課程（理科）新入生の「化学」に対するイメージ
田中元・鈴木哲也
表３ 用語 66 個を８グループに分類
各用語について表２中の出現回数(a)/(b)の比をとり、その値を用語のウエイトとする。これが大きい
ものほどマップの上での出現回数が教科書群の上での登場回数に比べて大きいものとみなし、用語の
背景色を白くして用語が目立つように表示してある。
３．結果
表３から、中等教員養成系学部（理科）に入学する学生に関して、以下の３点を指摘することができ
ると考えられる。
(1) 大学入学時に化学に対して最も強く抱くイメージは、
「実験」に関するものである。
表３を見ると、マップの上でグループ(A)に属す「実験」よりもウエイトが大きい用語は 20 個程度あ
り、これらの内の「白衣」
「道具」
「ガスバーナー」
「フラスコ」
「ビーカー」という５つが同じくグルー
プ(A)に属す。調査対象となった学生達にとって、
「実験」をイメージさせる用語が一つの大きなカテゴ
リーを形成していると思ってよいだろう。また解析対象となった 66 個の用語の中で物理的な実体と機
能をもつものは、ここに挙げた５つの用語にグループ(A)にある「試験管」を加えた６つのみである。
(2) 物質の「構造」
「物性」
「反応」の扱いは中等教育における化学の根幹をなすにも関わらず、これら
に対するイメージが希薄である。
表３のグループ(B)の中には「実験」よりも大きなウエイトを持つ用語が皆無である。また、23 個の
用語を擁するグループ(C)の中で、
「実験」よりウエイトの大きな用語は４つのみである。グループ(E)
－ 240 －
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においても、
「実験」よりも大きなウエイトを持つ用語は「炎色反応」のみである。
物質を扱うのが化学という学問であることを考えると、グループ(F), (G), (H)は化学と他分野との境界
領域あるいは化学以外の分野にあるものである。明らかに化学分野の内部とみなされるグループ(A)〜
(E)の中で、
「実験」よりもウエイトが大きい用語の大半がグループ(A)に属すもの、
「実験」に関わるも
のである。また、解析対象となった 66 個の用語の中で物理的な実体と機能をもつものはグループ(A)に
しかない。
(3) 「エネルギー」に関わるイメージが希薄である。
「実験」よりも大きなウエイトを持つ用語は表３のグループ(D)の中に存在しない。このグループに属
す用語として「火」
「熱」
「電気」があり、これらは「実験」に関わるものとも思われるが、抽象的な存
在を表すものであり、
「ガスバーナー」
「フラスコ」などのような具体的存在ではない点が注目される。
(2)のグループ(B)に関する内容と合わせて考えると、ミクロ的な内容からマクロ的内容にわたり、化学
の理論的な側面を覆う各種の抽象的な概念が、学生達の描くマップの上で大きなウエイトを持ちにくい
ことが示される。
4．考察
本調査は秀明大学学校教師学部（理科）の新入生に対して行われたものであるが、他の大学・学部を
対象として同様の調査を行った場合も３(1) ～(3)に挙げたものと類似の結果が出てくる可能性が大き
いと考えられる。おそらく、中等教育における化学は力点を置く割に、ミクロ的・マクロ的両面におい
てその理論的、抽象的な概念の形成に成功していない恐れがある。
解析の対象として選ばれた 66 の用語の中で、
「実験」に関するグループ以外に現れるものは全て、目
に見えないサイズをもつミクロ的な存在か、物質的なものではない存在である。学生はマップを描くに
当たって抽象的な概念を避け具体的なものを選ぶのではなく、化学的に重要とされる（化学分野の教科
書が大きく扱う）抽象的概念を選ばないのである。すなわち、例えば「粒子概念」に代表されるような、
長年その重要性を謳いカリキュラム上大きな時間を割いて来たはずの諸概念の伝達に、中等教育におけ
る化学が決して成功していないことを示すであろう。
ここで著者らが提言するのは、次に記す内容である。化学教育では学生に向けて微視的な、または抽
象的な存在に対する知識を与え、それらをイメージする能力を与える必要がある。しかし、一方でそれ
は困難なことであり長年この困難に直面し続けているのが現状である。したがって近い将来、抽象的な
概念をより巧みに、効果的に伝えるための「実験」テーマの採択や開発が望まれるのでないか。
「粒子概念」は重要であるが、現状ではこれを「実験」を通じて体感させる工夫が十分であるとは思
われない。
「エネルギー」は今日の日常生活にも密接に関わりながら、中等教育における化学ではこれを
定量化された形で学生・生徒が体験する機会がほぼ皆無である。化学を通じて生徒・学生に抽象的な存
在を意識させ考えさせるためには、
「実験」が持つ具象的な力を活用してカリキュラムを構築し始めるべ
－ 241 －
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田中元・鈴木哲也
きではないだろうか。
5．謝辞
本研究の一部は、JSPS 科研費(一般 C;課題番号 15K00987)の助成を受けて行われた。
6．参考文献
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「中高理科教員に求められる科学リテラシー - 教育系学部における化学シラバ
スに焦点を当てて -」
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２）田中元・鈴木哲也，
「大学シラバス調査から読み取る教育系学部の化学リテラシー」
『秀明大学紀要』
(2013)、10,81-95.
３）田中元・鈴木哲也，
「シラバス調査から得られるマップと教育系学部における化学教育の傾向 — 中
高理科教 員に求められる科学リテラシーを追究する過程で —」『東京未来大学紀要』(2014)、
7,209-218.
４）田中元・鈴木哲也，
「大学向け一般化学教科書を基にした教育系学部化学教育の調査 - 中高理科教
員に求められる科学リテラシーを追究する過程で -」
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