１．研究主題と研究仮説

２．研究の趣旨

（１）新学習指導要領における基本的な考え方

平成24年度より新学習指導要領が全面実施となり，３年が経過した。新学習指導要領では「数学的活動」の重要性が強くうたわれているが，中学校学習指導要領数学解説編では，「数学的活動とは，生徒が目的意識を持って主体的に取り組む数学にかかわりのある様々な営みである。」と述べており，「数学的活動の特性」について，次のように記されている。

また，「指導内容の概観」においては，次のようにも記されている。

そして，数学的活動の典型例として以下の３つの活動を挙げていられている。

（２）本研究とのかかわり

１次関数の学習では，自ら規則性を発見し，それを用いて計算で課題を解決することが重要であると考える。特に１次関数の学習の導入においては，課題を解決するために規則性を発見しなければならないという必要感を持たせて学習を進めていくことが大事であると考える。

そこで１次関数の学習では，まず単元の導入として，ビーカーの水を熱してお湯を沸かす時に，水温の変化のしかたに着目して熱する時間と水温の関係を見つけることで，計算で沸騰するまでの時間を求めるという課題を与え，問題解決の形で学習を進めさせることとした。そして，その際の計算を振り返って式の構成を考えることで，水温ははじめの水温と熱したことで上昇した温度の和で求められる（すなわち，水温＝１分あたりの上昇温度×熱した時間＋はじめの水温の式で表される）ことに生徒自ら気づかせ，そのような式の形で表される関係を１次関数であるということを理解させるために授業を組み立てた。

その意味で，研究仮説（ア）に対しては，「ビーカーの水の水温が100℃になるまでにかかる時間を計算で求めよう」という課題を提示し，そのためにはわからなければならないこと（１分あたりの上昇温度）を自分達で実験して調べるという活動を取り入れることで，意欲を持って問題解決に取り組めるのではないかと考えた。

また，研究仮説（イ）に対しては，たとえ火力に差があり，グループごとの１分あたりの上昇温度が異なったとしても，各グループが出し合った実験データとそれをもとにした沸騰するまでの時間の計算のしかたを出し合って比較することで，計算を構成する式はみな同じ考えで，水温＝１分あたりの上昇温度×熱した時間＋はじめの水温になっていることに，生徒自らが気づくことができるのではないかとと考えた。さらに，グループで実験を行って考察するという過程をふむことは，グループの中でもお互いに沸騰するまでの時間の求め方に間違いがないか確認し合いながら学習を進められるという点でも，有効なのではないかと考えた。

今回，ビーカーの水を熱して100℃になるまでの時間を計算で求めるということで，日常生活場面での問題を数学的に処理するという点から，数学的活動②を取り入れたことになる。その際，水を熱していく過程で，水温は熱した時間に比例して上昇していくという水の性質が生徒の中に定着していなければならない。実験を行う際に，生徒達にその認識があるかどうか注意して授業を進めた。また，水温の変化には誤差がつきものであるということも前提として，１分あたりの上昇温度をどうとらえるかにも注目した。

また，各グループから出された水温を求める計算の式を比較して，水温＝１分あたりの上昇温度×熱した時間＋はじめの水温の式で表され，熱した時間と水温の関係が１次関数の関係になっていることを発見するという点は，数学的活動③にもあたる。生徒が水温を求めるための計算を理解できているのかという点では，言葉を用いた式で説明できるかどうかという点からも注目して授業を進めた。

３．関数の指導について

学習指導要領では，第２学年の関数に関する目標の内容が次のように記されている。

数量関係の学習を系統図で表すと，次のようになる。

小学校では伴って変わる２つの数量について，関係を調べたり，表したりする学習をしてきている。それをもとに中学校では，第１学年で関数であることについて学び，比例・反比例について，変域を負の数にまで拡張して表・式・グラフに表したり，具体的な事象をとらえて説明したりする学習をしている。そして第２学年では，比例の学習の発展として１次関数について学ぶ。表・式・グラフを相互に関連づけながら，グラフの特徴や変化の割合についての理解を深めることになる。また，２元１次方程式も２つの変数ｘ，ｙの関数関係を表す式とみなして考える学習を進める。さらに第３学年では，比例・反比例・１次関数以外の日常生活で経験する代表的な事象の１つとして関数ｙ＝ａｘ^２について，今までの学習を発展させて学んでいく。

身の回りの具体的な事象を考察したり理解したりするためには，関数的な見方や考え方を必要とする場面が多い。また，関数的な見方や考え方は，これまでの数学の学習やこれからの数学の学習において有効となることが多い。そのことをふまえて，２つの数量の関係を表・式・グラフなどを用いて見つけ出したり，それらに表して考えたりすることで，関数を活用し説明する能力を伸ばしていけるよう心掛けたい。

４．単元について

（３）指導計画

５．学習指導案

３　展　開

６．授業の実際

Ｔ１	※水の入った500mlビーカーを取り上げて このビーカーの中の水を熱していきたいと思います。沸騰するまで何分くらいかかるでしょう？
Ｓ１	５分くらい
Ｔ２	今日はこのビーカーの水をバーナーで熱して沸騰するまでの時間を，実験をして調べてみたいと思いますが，最後まで実験するのではなく，ある程度調べたら計算で求めたいと思います。 では，今まで勉強した数学の考え方を利用して求めるには，何がわかればいいと思いますか？ （なかなか挙手がなかったため，黒板にヒントを空欄にして書く）
Ｔ３	「お湯を沸かす時，水には　　　　　　　　という性質があるから，　　　　　　　　　　がわかれば沸騰するまでの時間を予想することができる。」この空欄を埋めてみて下さい。
Ｓ２	「水には水温は時間に比例して上がっていくという性質があるから，１分間にどれだけ水温が上がるかがわかれば沸騰するまでの時間を予想することができる。」だと思います。
Ｔ４	では，実験をして１分間にどれだけ水温が上がるのか調べてみて，あとは計算で求めてみましょう。今日の学習課題は「お湯が沸くまでの時間を熱する時間と水温の関係に注目して計算で求めよう。」です。
	～生徒は学習課題を記入する～
Ｔ５	実験の進め方を確認します。 まずは実験器具を用意します。実験に使うのは，水を500ml入れたビーカー，温度計，スタンド，三脚，バーナーです。 次に，記録のとり方を確認します。バーナーをつけ，ストップウォッチで時間を計り始めた時の温度を測って下さい。あとは１分ごとに水温を測っていって下さい。温度計の目盛りは目分量で１目盛りの10分の１まで，グループで確認しながら読み取って記録していって下さい。 次に，実験上の注意を確認します。バーナーの使い方にしたがって，安全に気をつけて熱して下さい。温度計の先端はビーカーの底につけないようにセッティングして下さい。 何か質問はありますか？（質問なし） では，実験の準備をして下さい。
	～実験の準備を始める～
Ｔ６	ではバーナーに火をつけたら，時間を計り始めます。０分の時の温度を記録して下さい。 ※以後，１分ごとに時間をしらせ，記録を取らせる（６分まで記録を取らせた）
Ｔ７	バーナーの火を消して実験を中断して下さい。 今調べたことをもとに，水が沸騰するまでに何分かかるのか予測してみましょう。そう予測した理由も答えられるようにしておきましょう。一緒に実験を行ったグループで考えてみて下さい。 ～各グループで実験データから沸騰するまでの時間を予測する～ ～ノートに予測を書くことができたグループには，黒板貼り出し用の画用紙にも書かせる～
	（すべてのグループが書き終えることができたわけではなかったので，１グループを取り上げた）
Ｔ８	このグループは約10分かかると予測しました。その理由を発表して下さい。
Ｓ３	実験から１分ごとに３℃，５℃，４℃，７℃，10℃，12℃とばらつきはあるけれど，１分間に約７℃ずつ上がっているので，このまま熱すれば10分後に100℃になると思います。
Ｔ９	各グループで火の強さが違うので，みんな沸騰するまで同じ時間がかかるわけではないと思いますが，このグループの場合，水温はどのような計算をすれば求められるでしょう。
Ｓ４	７×熱した時間を計算すればいい。
Ｔ10	本当にこの計算で良いのだろうか？結局100℃にするためにははじめの状態から何度あげれば良いか考えてみよう。
Ｓ５	７×熱した時間＋30で計算すればいい。
Ｔ11	ところで，この７は何を表している数字だろう？
Ｓ６	１分間に上がる温度。
Ｔ12	30は何を表している数字だろう？
Ｓ７	はじめの水温。
Ｔ13	では，水温はどういう計算で求められるだろう？言葉で表してみよう。
Ｓ８	水温＝１分間に上がる温度×熱した時間＋はじめの水温
Ｔ14	これは比例ですか？
Ｓ９	はじめの温度をたさなければいけないので，比例ではない。
Ｔ15	これから２年生では，このようにかけ算だけではなく，さらに何かとたさなければいけないような関係，つまり比例とは少し違う関係について勉強していきます。

準備も含めた実験に，思いの他時間がかかってしまい，展開８までしか授業を進めることができなかった。ただし，水温を表す式の構成を考えることで本時のねらいには近づけると考え，言葉の式で表し，比例の形とは違うということは確認できた。

次の時間に，全グループの実験結果から水温を求める計算のしかたを確認させた。グループごとに１分間に上がる温度は異なるものの，すべて水温＝１分間に上がる温度×熱した時間＋はじめの水温の形で計算ができることを確かめた上で，「ｙがｘの１次関数である」ということのまとめと練習問題を行った。

７．考察

◇本来であれば，実験のデータから１次関数であると判断して，計算上で課題を解決していく内容であると考えので，１次関数の利用として扱う内容として教科書でも設定されている。つまり，誤差もふまえて多少のばらつきがあるデータも，おおよそ規則的に変化しているということをよみとることがねらいとされていると考える。しかし，「１次関数である」と判断する際も，変化の様子をグラフなどにして視覚的材料から判断することも１つの方法ではあるが，変化の仕方の構造（水温＝初めの温度＋上昇した温度）に目を向けさせることも大切なことだと考える。そうした意味で，今回はあえて式の構成について着目させるという目的から，あえて１次関数の第１時間目にこうした形の授業を行った意味はあったと思う。

◇昨年度学習した比例との違いであるｙ＝ａｘ＋ｂの「＋ｂ」にあたる部分を意識させたく，実験を通して「＋ｂ」の意味していることを考えさせる授業を心掛けた。逆に，比例と共通する部分である「ａｘ」の部分は，この実験において何を表しているのかを導入でしっかりおさえてから実験に取り組ませたつもりである。ただ，（予測するために必要な要素）＝（１分間あたりの水温の上昇する温度）＝ａの値についておさえるために，導入時に時間をかけすぎた面があるので，その分をもっと簡潔にすませ，実験に時間を割く方が良かったかもしれない。

◇生徒達の発言から，ｙ＝ａｘ＋ｂという文字を使った式の形でまとめられなくても，水温を求めるための式の構成（水温＝初めの温度＋上昇した温度）をしっかり理解できていれば，本時のねらいは十分達成されていたとみて良いと思う。今後の授業でも"言葉を使った式で表してみる"という場面を取り入れることに十分意識すると，変化の割合やグラフの傾きなどの学習にも生きてくると感じている。

◇本時では実験を取り入れたが，生徒に実験などの活動をさせるとどうしても時間がかかる。本来であれば，記録のしかた（表の扱い）なども，生徒に自由にやらせた上で，集団思考場面につなげていきたい。そのためには，実験をへて100℃になる時間を予想する場面に時間をかけるために，実験の操作上の注意（バーナーの扱い）など，事前に確認してすぐできるようにしておくなどの配慮があれば良いのではないか。

◇実験を行うことを前提として，グループでの学習を進めた。このグループ編成も授業者の意図で組ませているが，下位の生徒でも途中までの実験の様子から水温100℃となる時間を予想することはできていた。ただ，なぜその時間だと予想できるのか理由付けするためには，今まで学習してきた数学の知識を用いなければならない。その段階でグループで考えを出し合うことは生徒自身の気づきを助けていた。

◇右のグループは実験から１分間に約４℃ずつ上昇するということには気づいていた。しかし，100℃になる時間を計算する段階で，100÷４と計算していた。

ところが，「途中までの実験のペースをふまえて考えた時，本当に25分もかかるのか」と考えさせた時，初めの時点ですでに30℃であったことに気づき，100℃になるには70℃上昇する時間を求めればいいことに気づいた。そうしたやりとりを通した上で，水温を求める際には，熱した時間×４（１分あたりの上昇温度）＋30（初めの温度）を計算すればいいことに，自分達で気づくことができた。

◇次の授業で行った練習問題は，本時で言葉を使って式の構成を考えることに重点を置いたため，<練習１>では以下のように式の構成を考えて１次関数である判断できていた。

◇<練習２>では，同様に式の構成を考えてはいたものの，線香が16cmから短くなっていくということで，

線香の長さ＝16－0.5×火をつけてからの時間となり，ｙ＝16－0.5ｘの形がｙ＝ａｘ＋ｂの形とは別物だと考えたようで，１次関数とみなすことができない生徒が多かった。ａ＝－0.5，ｂ＝16とみなして，項の置き換えによりｙ＝16－0.5ｘ＝－0.5ｘ＋16とできることの指導の必要性を感じた。

◇グループでの伝え合いを行う際，生徒同士による活発な議論を促すには，メンバー構成に配慮する必要がある。数学を得意としており，多様な見方や考え方ができうる生徒が２名以上いないと，議論も盛り上がらず，考えを練り合うことで新しい気づきは生まれにくい。一般に上位の生徒や下位の生徒を混ぜた状態でグループを構成しがちであるが，生徒同士の伝え合いによる学習の深まりをねらいとする場合，メンバー構成には十分配慮したい。もちろん，数学を苦手とする下位の生徒もその授業への参加したという充実感や達成感を持たせるためにも，生徒１人１人に適した役割を与える配慮が必要であると考える。

８．成果と課題

（１）成果

• ◇次の時間での扱いとなってしまったが，練習問題に取り組んでいる様子を見ていると，いずれも　言葉を用いた式で関係を表すことで，１次関数であるかどうか見極めようとしている生徒が多かった。今回１次関数の導入で実験を取り入れ，水温を求める計算の式の構成を考えることに重点をおいて授業を進めたことで，生徒自身も式の構成を意識するようになったのだと考えられる。
• ◇それぞれの実験データをもとに，各グループが出した水温を求める計算式を比較して，考え方の上で共通な部分を見つけ出させたことで，容易にｙ＝ａｘ＋ｂという１次関数の形になっていることに気づくことができた。できるなら，本時の授業の中でここまで進みたかったが，火力が異なって１分間あたりの上昇温度が異なっていたとしても，"考え方の面で共通な部分を探す"という働きかけは，生徒にとっての気づきを助けたと考えられる。単に，日常生活であり得る場面を用意しての実験を行うのではなく，それをもとに数学の面から特徴を探り出させたり，その特徴を活用して計算で処理させたりするといった活動は，今後も大事にしていきたいと感じた。

（２）課題

• ◇実験において，指示を出しながら準備をさせ，注意点を確認して実験を進めさせる段階において，時間がかかりすぎてしまった。実験を行う際には，いろんなケースを想定して，事前に準備を入念に行っておく必要があると，改めて感じた。
• ◇専門の先生に言わせると，今回の実験において上昇温度が安定しないのは，熱が水の中で対流していることによるものだとのことである。ねらいとする実験に適した水の量についても，より専門的な立場からの意見も参考にすべきだと感じた。
• ◇また，バーナーの扱いについては理科では学習しているものの，久しぶりにバーナーを使用したということで着火に手間取った面がある。火力が強すぎるグループもあった。この点においても，事前に練習しておく等の配慮が必要だと感じた。
• ◇実験結果を見ると，以上の点から１分あたりの上昇温度にかなりのばらつきが見られた。ある程度の誤差が生じるのは仕方ないが，あまり不安定にならないように，配慮できるものであれば配慮したい。また，生徒の出した実験データとして取り上げる際にも，ある程度安定しているグループのデータ（理想に近いデータ）を取り上げるなどの配慮が必要だと感じた。
• ◇ばらつきのあるデータを使用せざる得ない場合でも，グラフ用紙に点をプロットしてみるなど，視覚的に確認するという方法も生徒に体験させておく必要はあったと感じている。やはり，ある程度変化の様子や全体的な傾向は読み取りやすくなったかも知れない。