科学知講座『先輩の研究から学ぶ課題研究の手法の1例～測定装置としてのiPadの利用～』では、本校の理数キャリアコースの卒業生で、課題研究活動で顕著な業績を挙げた2名を講師として招き、その活動の軌跡をたどることで課題研究の手法を学びました。
今年度より高校1年生は全員がiPadを所持しています。理数キャリアコースでは今までにiPadを用いた研究活動を多く行っているので、その経験を生徒に還元すべくiPadのアプリ活用についても扱いました。本講座には15名の生徒が参加しました。

まずはじめに、本講座の内容を料理のフルコースに例え、本日の流れについて説明しました。本講座を最大限に生かすためには『課題研究とはなにか』『課題研究活動で得られる力は何か』『課題研究で習得した力はどう役立てるか』(前菜・スープ)をまずはじめに知った(味わった)上で、『文京の課題研究の特徴・長所』(魚料理)、『先輩の活動を追体験する』(肉料理)を学ぶ(味わう)ということです。

理数の課題研究活動は、『色々なことに疑問を持ち興味を持つことができる』『自分で色々なことを学習できる(自分で学ぶ力が育つ)』『何をすればいいか自分で判断できる』『自分の意見を正確かつわかりやすく相手に伝えられる』『自分がやりたいことが見つかる』ことに繋がります。この学びで得られる力は、教育改革によって大学入試でこれから非常に強く求められるようになった『新しい学力』そのものです。探究活動を通じて自分の興味や関心に対して真摯に向き合うことで、高校生として全国トップレベルの成果を挙げた卒業生2名による講話や、現在の高校3年生が取り組んできた最新情報を担任として指導してきた視点を交えて、授業を展開しました。

卒業生からは、大学進学や就職活動をする際に自分の中に1つの芯があることが大事であり、それが自分たちにとっては課題研究活動であったこと、答えのない問いを探究していく活動は最初は不安しかなかったが、自身の努力で自分だけの答えを掴むことができたこと、そういう活動で得られた経験は一生のものなので、一生懸命頑張ってみるとよいという体験談が語られました。生徒達にとってまだハッキリと形が見えなかった探究活動について、最終的に目指す形がおぼろげながら見えてきたようです。

次に行われたのは、iPadのアプリを測定機器として活用するという講義です。卒業生は2人とも課題研究活動の記録や実験にiPadを用いていました。1人はiPadのマイクと音の解析アプリを用いることで、楽器の音色を解析し成果を挙げています。

本校の課題研究活動では、まずは身近な範囲で実験を繰り返し行い、基礎スキルを身につけることを重視しており、必要に応じて大学や研究施設などの専門的な設備を用いるなどと発展させています。受講対象の１年生の生徒達はiPadを持っていますので、センサーアプリを有効活用することは研究上大きな力になります。『iPadのカメラアプリ』『iPad内蔵の各種センサー(加速度・圧力・磁力・回転・音)を使用するアプリ』などを実際に使うことで、その機能の多様さを学習しました。

【生徒の感想】
今日の講座は、私にとって素晴らしい講座になりました。この講座を受けることになってからは、先輩たちはどんな研究をしたのかとても気になったため楽しみでした。思った以上にすごい方が来たので、学ぶことがたくさんありました。

私は課題研究はあまり興味はありませんでした。でも今回した科学知講座で改めていろんなことが知りました。また、先輩は課題研究で賞をとったり、就職でいろんな人に自分の努力を認めてくれたことを聞いて、大事なんだな〜と深く知れました。

科学知講座『日常のなかの「問い」をみつめよう』では、電子回路技術やプログラミングの活用について学びます。温度センサーなどいろいろな計測機器に使用されるセンサーの特徴を知り、課題研究で必要なデータを収集するための回路を自作することに挑戦する体験も行います。この講座には、理数キャリア1年生の22名の生徒が参加しました。

はじめに、今回の講座で使用するマイコンArduinoを使った生理心理学入門のお話をききました。併設大学の先生が、この講座のために様々な説明動画を準備してくださいました。 計測装置自作の意義について説明を受け、生徒たちの表情が引き締まります。

最初の実験は、照明器具に採用されているLEDを光らせるための簡単なプログラミングを行い、LEDの点滅時間を制御する実験から始めました。
Arduinoを動かすには、プログラムを書き込む必要があります。 まず、PC上でプログラムを書くための環境を準備します。 英語のwebサイトを真剣に眺め、必要なツールをインストールします。 このソフトウェアでプログラムを書き、正しいか確認し、エラーが出なければArduinoに書き込みます。 また、温度センサーなどいろいろな計測機器に使用されるセンサーを動作させるプログラムを作成し、その回路を用いた実験を行いました。

最後は、今までに使ったセンサーやプログラムを組み合わせ、自分で設定した仮説を検証する実験を行いました。 緊張している心理状況を実験で可視化するにはどうするか、という課題です。 安静時と緊張時の体温変化を調べるために、怖い動画をネットで検索してみたりなど、各々が考え出した個性的な実験ができていました。

今回の講座では、基本的にはあらかじめ用意されたプログラムを使いました。 一連の作業に慣れてきたところで、プログラムの中身を理解して、書き換えにも挑戦しました。
プログラムを1から書くわけではなくとも、それぞれ何かしらのエラーが出てしまい、一度でうまくいくことは少なかったです。 エラーメッセージとにらめっこし、プログラムの問題なのか、マイコン上での接続の問題なのか、一つ一つ可能性をつぶしていきます。 問題解決のため、自主的に検索している姿も見られました。 また、早く終わったチームは、躓いているところへ積極的に教えに行きました。 それぞれ試行錯誤して、LEDを点滅させたり、センサーを使って自分たちが欲しいデータを収集できたときには歓声が上がりました。

実験のための計測機器を考えて、必要なデータを収集するための回路・プログラムを作成し、実験方法を考えてデータを収集するという、一連の課題研究の流れを体験できたと思います。
実験の後は、講義や実験で学んだり気づいたことを、ポートフォリオで振り返りました。自分の言葉で表現することで、講座の意義をあらためて認識できました。

【生徒の感想】
プログラミングはものすごく難しくて、限られた人にしかできないものだと思っていました。しかし講座を受けて、まず誰にでもどこでもやることができるのだということに驚きました。また、様々なことができるということが凄いことだと思いました。

最初は上手くできるか不安でした。でも、講師の先生方が丁寧に優しく教えてくれたのでとてもわかりやすく、最後までしっかりやることが出来ました。とても楽しかったです。これから実験したりすることも多くなると思うのでそこで今回学んだことを活かして行けたらいいなと思います。

今年度の科学知講座『日常のなかの「問い」をみつめよう』に、高校1年生理数キャリアコースの生徒12名が参加しました。指導講師は文京学院大学保健医療技術学部の樋口桂教授と、本校国語科の塩野入優先生です。

科学知としては異色の国語的視点から解説されたこの講座ですが、「探究」する、という点においてまずその第一歩となる"問いを立てる力"、そして"答えのない問いに立ち向かう力"を養成することを最大の目的としています。

問いをたてる練習編のテーマは、TVアニメ「プリキュア」シリーズ。肩に力が入っていた生徒も「懐かしい〜！」と思わず笑顔に。「なんで主人公はピンクなの？」「どのシリーズにもマスコットキャラがいるのはなぜだろう」など、思うままにいろんなツッコミをいれていきます。そのツッコミを追及できそうなもの／できそうにないものに分類し、できそうな問いに対して仮説をたてていきます。また精度の高い仮説を作るにはどうしたらよいのか、レクチャーを受けました。
この講座ではロイロノートを使用して作業を行います。みんなの問いや仮説を共有して、なかなか鋭い指摘には生徒から感嘆の声もあがりました。

さらに練習編の仕上げとして、20年後のプリキュアシリーズの企画案をつくります。それにあたって、過去の歴代魔法少女アニメの変遷を追い、気がついたことから、設定の裏にはなにがあるのかなどに目を向けていきます。また、20年後の未来年表などをもとに、どんな社会になるのかを予測、それらを総合して"売れる"根拠をもったプリキュアのプレゼンをしてもらいました。どうしたら売れるのか、というのも一種の「答えのない問い」にあたります。

実践編として、『安楽死』の合法化の是非について考えました。
最初は生徒全員が合法化について賛成という結果に。しかし、合法化された未来の日本を舞台にしたifストーリーの短編漫画や、様々な見方・意見、事例を通して、テーマに対する考えが深まり、反対に回る生徒・賛成だけれども制度としての検討すべき点を挙げる生徒など、生徒達それぞれの意見が変容していきました。

この講座を通して、「どんなところにも探究のきっかけはあるんだ」ということを知り、これからの課題研究に活かしてくれることを願っています。

【生徒の感想】
受講前は、はじめ「日常の中の問い」と聞いて普段疑問に思う事はないな、難しいのかなと考えていた。 受講後には、 些細なことでも少し考えたらたくさん問が浮かんできて普段の生活の中にはスルーしてしまっていて実は疑問に思っていた事が沢山あり、それに気づくことができた。

高校1年生理数キャリアコースの夏期勉強会において、毎年「学際数理探究」の特別講義を行っています。講師は、島根大学教育学部准教授の御園真史先生です。

今年は、8月19日・20日の2日間、オンラインによる講義を受ける形となりました。Google Meetでリアルタイムの講義を聴きながら、Classroomに出された課題に取り組んで、結果を送信して共有するという展開です。島根大学の5人の学生がTAとなって、生徒達とチャットでやりとりをしながら取り組みました。

内容は「数学的モデリング」についてです。
現実の社会における様々な問題を解決するための手法として、「数学的モデリング」があります。今年のテーマは、まさに今最大の課題である「ウイルス感染」。この問題について、みんなで考えていきます。

今日の課題で使用した感染症拡大・収束の動きを読む「SIRモデル」は、S：感受性人口(Susceptible・今後感染する可能性のある人)、I：感染人口(Infected・感染して他人に感染させる能力のある人)、R：免疫人口(Recovered・回復、隔離、死亡した人)の関係を、感染率(β)と回復率(γ)という2つのパラメータを変化させることで調べていくものです。
スプレッドシートのパラメータの値を変えることで変化するグラフから、感染者数の変容の特徴をみんな話し合って探ります。感染率が異なる複数のウイルスや、特効薬の投与で変化する回復率に着目したりと、様々な課題に取り組みます。 扱っているデータは架空のウイルスですが、単なる数学の問題ではなく、今直面している現実の大きな問題がテーマなので、身近な自分たちの問題としてみんなで真剣に考えました。

グラフの変化が意味することとは何か、その変化にどんな特徴があるのか、グラフの読み取りもなかなか難しいのですが、みんなで話し合いながら、そして大学生とのチャットでどこに目をつけるのかのヒントを探りながら、課題に取り組みました。 作業を進めるうちに、みんなの意見に少しずつ変化が出始めました。

2日目には、感染のピークや収束状況の読み取り、都市人口と入院治療の病床数が十分かどうかなど、実際の問題解決に即したシミュレーションもしながら課題に取り組みました。最後に、このSIRモデルは微分方程式（詳しくは大学で学ぶ内容）で表せること、これを解くことがこうした問題を解く糸口になるという講義を聴きました。

世の中の出来事には、まさに正解のない問いがたくさんあります。こうした問題も、数学的モデリングを使うことで予測ができたり、解決策の糸口が見つかったりすることがあるのです。日頃はあまり意識していないけれど、社会のいろいろなところに数学が深く関係しているのだということに気づいた2日間でした

【生徒の感想】
数学を活用することによって世の中の様々なことを分析、考察していけるため、あらゆる対策を練ることができるということを改めて学ぶことができました。 また、近い将来数学を活用して今よりもっと沢山のことを発見したりすることができるのではないかという数学の可能性を改めて感じました。

1人ではできないこともみんなで集まることで沢山の意見が出て、その中で新しいことが見つかるので、グループワークは大切だと思った。

理数キャリアクラスには、本校独自のカリキュラム（学校設定科目）があります。その中の「学際数理探究」の授業で、探究の技法を身に付けるための学習課題、それもすでに休業期間からその構想を練り始めていた「Egg Drop」への実践活動を行う時期となりました。「Egg Dropコンテスト」とは、生徒各自が設計図から構想し、2mの高さから落下させてもウズラの卵2個を割ることなく、保護しきることが出来る、科学の知恵が詰まった「紙製の器」を製作。実際に卵を装着して落下させ、その成果を競い合うコンテストです。
6月27日（土）3・4時間目に実施されたEgg Drop コンテストでは、生徒一人ひとりが、指定時間内に器を製作、使用できる用具も同一条件、落下条件も同一という中、卵を2ｍの高さから落として、自分の企画力を試し、成功に歓喜、失敗にため息、の有意義な2時間を過ごしました。

（写真は左から、エントリーシート作成、前日の制作風景、コンテストの様子、落下後の卵）