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ファストプランツの小学校における活用法 ‐生物教材
科教研報 Vol.24 No.2 ファストプランツの小学校における活用法 ‐生物教材研究，教師による評価，授業実践まで‐ Multiple Applications of Fast Plants in Elementary School ‐Study as Biological Teaching Material, Evaluation by Teachers, and Teaching Practice‐ 前田紗綾香* 西野秀昭** MAEDA , Sayaka* NISHINO, Hideaki ** 福岡教育大学大学院理科教育専攻* 福岡教育大学理科教育講座** Fukuoka University of Education Graduate School of Education*, Fukuoka University of Education** ［要約］ 本研究では，米国産生物教材であるファストプランツの生活環が一ヶ月半と短く，室内 での栽培が簡易なことに注目し，日本の小学校理科での植物に関する観察･実験教材としての有用性 を検討し，小学校教師への情報提供を行うことを目的とした．まず，日本の小学校理科の植物を扱 う観察・実験，｢植物のそだち方｣(小 3)，｢植物の発芽，成長，受粉・結実」(小 5)，｢生き物と養分｣ (小 6)，において，ファストプランツを利用することでの利点や留意点を明らかにした．次に，小 学校教師にファストプランツを用いた観察・実験を行ってもらい，ファストプランツの教材利用に 関するアンケート調査を実施した． 最後に， 授業実践として小学校の授業｢植物の実や種子のでき方｣ でファストプランツを用いてもらった．本研究によって，生活環が短いファストプランツは，一つ の教材でありながら， 複数の観察･実験に利用できる 「マルチ生物教材」 であることが明確になった． 即ち，ファストプランツを用いることで，授業効率が改善し，児童は意欲を持続して学習できると ともに，観察･実験を実施する教師の負担も軽減されると考えられた． ［キーワード］ ファストプランツ，生活環，小学校教師，観察・実験，発芽・成長，受粉・結実，授業 実践，マルチ生物教材 １．はじめに ２．研究の目的 理科は，自然の事物・現象の観察・実験を通し そこで本研究では，これらの問題を解決するた て，科学的見方や考え方を深めることができる教 めの一つの方策として，生活環が短く，栽培が簡 科である．しかし，理科授業に観察･実験を導入す 易で，様々な観察・実験に応用の可能性が考えら る事は，教師にとっても難しい課題で（JST, 2008a） ， れる「Fast Plants（ファストプランツ） 」を取り上 中学校理科教員の半数ほどは生物分野の観察・実 げた．米国でのファストプランツを使った観察・ 験を行っていない(安藤，2004)．また，多くの小 実験の実績を踏まえ，日本の学校で活用できるよ 学校教師,特に文系出身の教師が観察・実験の実施 う観察・実験の方法を整理することを本研究の主 に困難を感じている(平田・福地・下條，1995；JST, 題とし，小学校における観察・実験への適用可能 2008b)．このような実態を裏打ちするように，小 性を検討し，生物教材としての有効性を判断する 学校・中学校の教員，教育実習生を対象としたア ための情報を提示するとともに，1 種類の植物で ンケート調査結果(西野・前田・前田，2009)によ 様々な観察・実験を行える教材,つまりマルチ生物 ると， 「生物教材の利用においてどのような苦労が 教材として使える活用性も検討した.さらに，小学 ありますか？」という問いに対して，｢栽培が難し 校教師を対象に,ファストプランツを用いた各種 い｣， 「教科書通りの適切な教材を入手できない」 ， 観察・実験を紹介する研修会を行い，アンケート 「植物の成長状況と授業の進行状況があわない」 ， 調査による有用性の検証をおこなうとともに，生 「実験結果が出るまでに時間がかかる」など回答 物教材を使う予定がなかった小学校での授業に， されている． 提案してファストプランツを使っていただいた. 127 まず，福岡県内公立の小学校の大多数で使用さ ３．研究の方法 れている大日本図書の理科教科書の植物を用いた １）生物教材研究 ファストプランツは，学名 Brassica rapa という 観察・実験のリストアップを行った(表１)．本研 アブラナ科植物の矮小化した一変種である(佐 究では，リスト中で｢発芽の条件実験｣，｢成長の条 藤・石澤・吉岡，2006)．当初は，アブラナ科植物 件実験｣，｢受粉・結実の実験｣，｢葉のデンプンを の遺伝学研究のためのモデル植物として株化され 調べる実験｣を以下に取り扱う． たものだが，生活環が 35～45 日と短く，植物体が 小さいので学校の教室内でも取り扱いが容易であ 「植物の発芽，成長，受粉・結実」(小５) る．栽培は 24 時間蛍光灯照射，18℃～23℃ほどで a． 発芽の条件実験（いづれも光存在下） ：発芽の の温度管理が必要とされているが，4 月に種子を 条件である，水，温度，空気の環境条件を変えて， 播いたファストプランツは温度管理を行わずに 7 ファストプランツの発芽を観察した．いずれの環 月までは栽培できた．ただし，光源から植物体ま 境条件でも，シャーレに脱脂綿を平たく敷き，水 での距離は 10 ㎝以下程度を保つようにした(図 1)． をたっぷり含ませてから種子を撒いた．ただし水 の条件では，水を与える場合と与えない場合，温 度の条件は，常温(24℃)と冷蔵庫(5℃)で管理した 場合，空気なしの条件では，密閉のためのチャッ ク付きポリ袋に脱酸素剤（三菱ガス化学社製， 「Anaero Pouch・ケンキ」 ）を入れて密閉し，酸素 を取り除いた（60 分で 0.1%以下へ） ． b. 成長の条件実験：成長の条件である，肥料，光 の環境条件を変えて，ファストプランツの成長を 観察した．いずれの環境条件でも，土壌にバーミ 図１ 蛍光灯照射による栽培の様子 キュライトを用いた．肥料の条件では，ハイポネ 表１ 小学校･中学校で行われる生物領域の観察・実 ックスを 2000 倍に希釈した水を与えた場合と，水 験の一覧（大日本図書の小学校の植物を教材とした 道水を与えた場合，光の条件下では，光を照射し 単元を参照した） た場合とダンボールで光を遮った場合を比較した． 学 年 小 ３ 小 ５ 小 ６ 内 容 c.受粉･結実の実験：めしべの柱頭に花粉を人為的 観察・実験 につけ，さやや種子の大きさや色の変化の様子を， 植物の成長と体のつくり の観察 発芽の条件実験 生命のつながり 成長の条件実験 (植物の発芽，成 花のつくり(おしべ，めし 長，受粉･結実) べ，花粉)の観察 受粉・結実の実験 葉のデンプンを調べる実 験 光合成と気体に関する実 生き物と養分 験(気体検知管) 水の通り道(根・茎・葉) の観察 蒸散の実験 植物のそだち方 受粉なしと比較･観察した（ファストプランツは自 家不和合性の為，他家受粉が必要である） ． 「葉のデンプンを調べる実験」(小６) お茶パックを利用した改良型たたき染め法(福 島･正元, 2007)を利用した．終日蛍光灯照射に加 え，窓越し日光に４～５時間当てたファストプラ ンツの葉も煮出し用のポリエチレン製のパックに 入れ２～３分間煮て， 水分をとり， ろ紙にはさみ， 木槌でたたいた．その後，お茶パックごと葉は取 り去った．ろ紙は脱色のため薄い漂白剤に浸した． 水洗した後，ヨウ素液につけて観察を行った． 128 2009)．しかし，ファストプランツでは播種後１日 ２）教師による評価 学校での有用性について客観的に捉えるために， 目に実験結果を得られるため，児童に持続した観 平成 21 年 8 月 24 日(月)に実施した福岡教育大学 察意欲を持たせる点で有効な植物教材と考えられ 「小学校教師のための理科実験大好きスクール公 る．ただし，種子が小さいこと，小学５年生で空 開講座」において，ファストプランツを使った観 気の成分として酸素を取り扱うことに課題がある． 察・実験（表１）を紹介し，小学校理科授業での b.成長の条件実験 活用性に関してアンケート調査を実施し，効果を 実験を開始後，１週間で茎の伸長に違いがみら 分析した. れた(表３)．光なしの植物は徒長するが，光あり ３）授業実践 福岡市立 M 小学校の小学校５年生「植物の種子と の葉は濃い緑色で茎も太かった．肥料でも，肥料 実のでき方」の授業へ，開花から結実までの各成 ありの葉は大きく葉数も多かったが，肥料なしで 長段階のファストプランツを提供した. は葉は小さく葉数も少なかった．２週間後では明 らかな差が見られた(図３)． 表２ 発芽の割合 条件 水 温度 空気 あり なし 24℃ 5℃ 脱酸素剤無 脱酸素剤有 図２ 発芽の様子 発芽率(％) 24H 後 48H 後 56.7 83.3 0.0 0.0 53.3 73.3 0.0 0.0 43.3 83.3 0.0 46.7 表３ 成長の条件実験 条件 肥料 日光 あり なし あり なし 茎の伸長(cm) 1w 後 2w 後 3.7 18.6 1.7 5.1 3.2 8.7 3.1 3.3 ※1 週間後の日光なしでは，茎が徒長伸長していた． 左は 24 時間後で発根している （長軸 2 ㎜ほど） ．右は 48 時間後で，双葉が出てい る（子葉の長軸 10 ㎜ほど） ． 図３ 成長の様子 ４．結果と考察 実験開始２週間後の肥料あり(左 トレイ)肥料なし(右トレイ)． 「植物の発芽，成長，受粉・結実」(小５) a. 発芽の条件実験 c.受粉･結実の実験 正の対照実験では，種子を播いてから 24 時間後 受粉させた子房ではさや（実）が成長し種子が に半数ほどが発芽し，条件なしではいずれも発芽 とれ，未受粉では，さやは成長せず種子もとれな は見られなかった（表２，図２） ．48 時間後では， かった（図４） ．受粉後３日目から，さやが成長し 約８割の種子が発芽し，双葉を観察することがで ている様子が観察でき，受粉１週間後まで，さや きたが，空気なしでも半数近くが発芽したので実 は伸長した．また，さやの外側からでも種子がふ 験は 24 時間で終わる必要があると考えられる． くらんでくる様子を観察できた（図５） ．受粉後１ 発芽条件の実験で一般的に使われるインゲンで ヶ月にはさやの中の種子を採取できた（図６） ． は， 発芽に４～８日ほどかかる(西野・前田・前田， 129 窓越しで日光に当てた葉も，蛍光灯を人工照射 させた葉も，ヨウ素デンプン反応で青紫色を検出 できた(図７)．たたき染め後，家庭用漂白剤で脱 色させてからヨウ素液をかけると，真っ白なろ紙 から青紫色の葉の形に呈色され，鮮やかな色を観 察することが出来た． 図４ 受粉３日目のさや（実）の形状 窓越しで日光を当てた葉も，蛍光灯の光を当て 左は受粉 したもの（長さ 3.5～4.0cm ほど） ．右は未受粉のもの． た葉も，デンプンを検出することができた(図７)． 蛍光灯の光でも葉でデンプンが作られていること を確認できることから，天気に左右されずに実験 が行える．授業での観察・実験のときに，曇りや 雨の場合があり，思うような結果が得られないこ とがある(西野・前田・前田，2009)が，そういっ た問題の改善になると考えられる． ０日目 ３日目 ５日目 ７日目 図５ 受粉･結実実験の時間経過（さやの成長） 図７ 改良型たたき染めによるヨウ素デンプン反応 左:蛍光灯照射のみ；右:蛍光灯照射に加え，窓越 しに室内で日光照射． ２）教師による評価 図６ 受粉８日目の種（長軸 2 ㎜ほど） ファストプランツの理科授業での活用性に関し 一週間以内という比較的短い日数で，受粉させ て小学校教師 21 名へアンケート調査（質問紙法） た「さや」が大きくなっていくことから，結実の を行った．その結果，ファストプランツは無名で 観察･実験に適していると考えられる．受粉後継続 あった（図８）が，本公開講座での観察・実験の してさやの中の種子を観察することで，さらに結 紹介によって全員が興味・関心を示していた（図 実の理解を深めることができる．また従来，アサ ９） ．また，ほぼ全員が実際に授業で利用してみた ガオやツルレイシを使用する場合が多いが，これ いと答え（図 10） ，自由記述では 2 学期から取り らの植物では，同じ成長時期の花を用意するのに 入れたいとの意見も見られた．さらに，紹介した 苦労してしまう．しかし，ファストプランツでは 全ての実験でファストプランツを利用してみたい 一つの植物個体に 10 前後の花が咲く上，栽培に必 との回答で（表４） ，特に植物の発芽，成長，でん 要な鉢は最も小さい場合はフィルムケースでも良 ぷん実験での希望が顕著であった． い．この事から栽培個体数も簡単に増やせ，花を 利用してみたい理由としては,生活環が短いこ 容易に手に入れることができる． とに関する利点が挙げられていた.植物教材にお ける栽培準備にかける時間や結果を得るまでの時 間が限られるという問題点は,ファストプランツ 「葉のデンプンを調べる実験」(小６) 130 を利用すれば解消できると考えられたようだった. 表４ どの観察・実験でファストプランツを利用し また,様々な観察・実験でマルチに使えることは, たいですか？(複数回答可) 観察・実験名 植物の一生(小 3) 発芽の条件実験(小 5) 成長の条件実験(小 5) 花のつくりの観察(小 5) 受粉・結実の実験(小 5) 葉のでんぷんを調べる実験(小 6) 植物を観察・実験ごとに手に入れる手間をかけな くて済む．そのことが,利便性が高く,利用価値が 高いと評価された．このように,ファストプランツ を授業で活用したいという意見が多く,これまで の教材より素早く,確実に実験結果を得られると いう植物教材として活用できると捉えられたと言 (％) 43% 81% 76% 43% 62% 76% えるだろう.しかし,ファストプランツを使う上で ３）授業実践 の不安な声もあがった.子ども達に身近な植物で 福岡市立 M 小学校での授業では，運動会準備が， はないこと，植物体が小さいこと，などである. ファストプランツは決して特殊な植物ではなく， 「植物の実や種子のでき方」の授業の途中に入っ 菜の花と同じアブラナ科であることを理解してい てしまいビデオ教材で終わらなければならないと ただき,不安な点を解消できるよう的確な情報提 ころに，各種の成長段階にあるファストプランツ 供を行っていく必要がある. を提供した（図 11） ． いいえ 100% 図 11 植物の実や種子のできる様子（左写真：左か ら右へ成熟している）とファストプランツを使った 図８ ファストプランツについて知っていますか？ 「植物の実や種子のでき方」の授業の様子（右写真） 少し持った 19% 「植物の実や種子のでき方」では,受粉した実と 受粉しない実を比較させるだけでなく,植物の実 ができるまでの段階を追ったファストプランツを たいへん 持った 81% 一度に子ども達の眼前に準備し,観察を行っても らった （図 11).子どもたちは,実際に時間の経過に 図９ 生物教材としてのファストプランツに興味を 従って実が大きくなる様子を同時に比較しながら 持たれましたか？ 観察することができるので,受粉を行うとどう変 化するのかということをより理解しやすくなった あまり利用 したくない 5% 機会があ れば利用 したい 59% ようだった.また,実施した学校でのように多忙な 時期でも，時間の調整が効き，栽培が容易なファ ぜひ利用 したい 36% ストプランツは利用価値が高いと言えるだろう． 教材が手に入りにくい，あるいは時間が限られて いる場合に,ファストプランツがあることで,本研 究で紹介した様々な観察・実験を実施可能である. 図 10 今後,生物教材としてファストプランツを利用 子どもたちは実際に観察・実験できるので，実感 してみたいと思われましたか？ を伴った理解に導きやすくなると考えられる. 131 は，野外の植物のように季節や天候に左右されず， ５．おわりに ファストプランツの利用を実際に検討した観 様々な時期に観察・実験が計画的に行えるので， 察・実験は表５の通りである．様々な観察・実験 授業の年次進行に支障がなくなり，また柔軟に指 で利用可能だと言える. 導計画に対応し変更することも可能となる． 表５ 小学校･中学校で行われる生物領域の観察・実 ４）マルチ生物教材として使える 本研究で紹介したように，ファストプランツは 験結果の一覧 学 年 小 ３ 小 ５ 小 ６ 内 容 小学校の様々な観察・実験に応用できる．１つの 観察・実験 教材でマルチに使用できることから，単元や観 植物のそだち方 植物の成長と体の つくりの観察 発芽の条件実験 生命のつながり 成長の条件実験 (植物の発芽，成 花のつくり(おしべ， 長，受粉･結実) めしべ，花粉)の観察 受粉・結実の実験 葉のデンプンを調 べる実験 光合成と気体に関 する実験(気体検知 生き物と養分 管) 水の通り道(根・茎・ 葉)の観察 蒸散の実験 察・実験ごとに生物教材を変える頻度が少なくな ◎ るため，生物教材の入手の負担を軽減できる． ○ ◎ 今後は，別の観察・実験への活用方法も検討 ○ し，それらの観察・実験の方法を，小学校で活 ◎ 用できるよう更なる具体化･普遍化を検討して， ◎ 小学校教師への情報提供を行っていきたい． ○ 参考文献 科学技術振興機構(JST)：理数大好きモデル地域 ○ 事業事前アンケート調査結果, 2008. ○ http://rikai.jst.go.jp/zoshin/about/h17enq. (◎:ファストプランツが適切な教材である観察・実 pdf 験; ○:ファストプランツを利用できる観察・実験) 安藤秀俊:中学校理科教科書に掲載されている 観察・実験の実施状況, 理科教育学研究, ファストプランツの生物教材としての特徴とし 44(3), 35-42, 2004. て，以下の４点を整理しておく． 平田昭雄･福地照輝･下條隆嗣:小学校教師の理科 １）植物体が比較的小さい 学習指導に関する資質の実態, 科学教育研究, 栽培場所は小スペースで済み，簡易な照明装置 19 (1), 52-58, 1995. を使って教室内で容易に栽培できる．従って児童 科学技術振興機構(JST): 平成 20 年度小学校理科 が植物の変化に気づきやすい環境を作れる． 教育実態調査【集計結果(抜粋)】 ，2008. ２）生活環が比較的短い 西野秀昭･前田紗綾香･前田美穂:生物教材バンク 生活環が一ヶ月半ほどで，成長が早く，観察・ と教育実習生による実践的理科授業構成への援 実験の結果を従来よりも早く得ることができる． 助基盤の確立, 科学教育研究, 33(2), 148-158, 例えば，｢植物の発芽，成長，受粉・結実」(小 5) 2009. のインゲンを使った授業とは違い，ファストプラ 佐藤茂･石澤公明･吉岡俊人訳:ファストプランツ ンツでは別の単元を挟まず継続して約１ヶ月半で で学ぶ植物の世界 日本語版テキスト,In The 単元を終えるので，児童は継続して学習でき，観 Woods Group, 小林孝太郎, 1, 2006. 察･実験を実施する教師負担も軽減される． 福島恵美子･正元和盛:でんぷん検出のたたき染め ３）栽培しやすい 法と糖の検出方法, 理科の教育, 56 (622), 62-65, 室内で一年中栽培を行うことが可能であること 2007. 132