科学教育における間違った答えの力

科学教育が簡単だと言った人はいません。確かに、運動量保存則や量子力学といった概念は理解しにくいものです。しかし、この取り組みを本当に複雑にしているのは、同時により深い教訓も教えようとしていることです。生徒たちに科学そのものの本質を理解してもらうためです。

若い人たちは、科学とは特定の「法則」を学び、それを様々な状況に適用することだと思い込みがちです。結局のところ、テストで習うのは、彼らが学習したことを示すためです。しかし、それは全く違います。科学とは、実験的証拠の収集を通して、こうした概念を構築していくプロセスなのです。

ついでに言うと、これらの概念を本来の姿、つまり法則ではなくモデルと呼びましょう。科学とは、モデルを構築し、検証することです。ただモデルだけを与えてしまうと、生徒に科学のこの側面を理解してもらうのは難しいです。もちろん、物理学では大きなアイデアを裏付けるために歴史的証拠や数学的証拠を挙げることがよくありますが、それだけでは十分ではないことがよくあります。

もちろん、ゼロから始めることはできません。もし生徒がゼロから独自のモデルを構築しなければならないとしたら、それはプログラミングを学ぶためにコンピューターを発明するようなものです。アイザック・ニュートンが言ったとされるように、「私たちは巨人の肩の上に立っている」のです。他者が構築したモデルを参考に、そこから発展させていく必要があるのです。

しかし、科学教育には、あまり認識されていないもう一つの課題があります。それは、生徒たちが世界の仕組みについて、明確に表現されていない独自の考えを持って授業に臨むことが多いということです。私たちはこれを「誤解」と呼びますが、これらもまた彼らの人生経験に基づいたモデルであり、生徒にとって「理解できる」ものでなければならないことを認識することが重要です。

私が提案したいのは、これが実は科学の冒険への素晴らしい入り口となり、教育者としての目標を達成する機会となるということです。生徒たちの思い込みに疑問を投げかけ、概念的な葛藤を生み出すような状況を作り出すことができれば、それは学習にとって素晴らしい機会となるでしょう。

私の小さな光

光線をテーマにした面白い例をご紹介します。点光源を設置し、その前に段ボールを置きました。段ボールには小さなピンホールがあり、その後ろには白いスクリーンがあります。何が見えると思いますか？

当然のことですが、ピンホールを通った光はスクリーン上に点を作ります。では、生徒たちに質問します。同じ穴を持つ光源が2つあったらどうなるでしょうか？

わかりやすくするために、これを複数選択の質問として書きます。

1 つの穴と 2 つのライトがあるスクリーンには何が見えるでしょうか?

a) 画面上に点が 1 つ表示されます。
b) 画面上に点が 2 つ表示されます。
c) 画面上に点が 3 つ以上表示されます。
d) その他、何か不都合なことが起こります。

さあ、あなたの答えは何ですか？心配しないでください。すぐに結果をお見せします。でもまず、生徒たちがどう考えるかお話ししましょう。おそらくこんな感じでしょう。

「ええと、ピンホールが1つなら、点も1つだと思います。でも、他の質問の答えは分かっていたつもりだったのですが、間違っていました。だから、最初の考えも間違っていたと思います。答えは『点が2つ』だと思います。科学は難しいですね。」

はい、それは問題です。科学は難しいから勝てない、ということではありません。重要なのは、学習は難しいということです。考えを変えるのは難しいので、意図的に生徒の内なるモデルと向き合う機会を設けています。ここでは、生徒たちはスクリーン上の点はピンホールによるものだという考えを持っています。これは自然な結論です。つまり、1つの穴は1つの点を意味します。

正しいでしょうか？同じスクリーンですが、光源が2つある写真です。

2つの点！なぜでしょう？この光線図が説明の助けになるかもしれません。それぞれの光源から放射状に光が直線的に外側へ進むとしましょう。2つの光源、ピンホール、スクリーンを上から見た図です。

しかし、本当のところ、答えは重要ではありません。私がここで言いたいのは、教育においては、生徒が間違えるように物事が設定されているということです。それが学習の仕方です。生徒は愚かではありません。ただ、学習には自分の考えを乗り越える必要があるのです。汗を流さずに体を鍛えることはできませんし、根本的なレベルでは、頭の中で多少の葛藤がなければ、本当の意味で学ぶことはできません。

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