新学習指導要領では，理科の目標が次のように示されている。
自然の事物・現象に関わり，理科の見方・考え方を働かせ，見通しをもって観察，実験を行うことなどを通して，自然の事物・現象を科学的に探究するために必要な資質・能力を次のとおり育成することを目指す。
(1) 自然の事物・現象についての理解を深め，科学的に探究するために必要な観察，実験などに関する基本的な技能を
身に付けるようにする。
(2) 観察，実験などを行い，科学的に探究する力を養う。
(3) 自然の事物・現象に進んで関わり，科学的に探究しようとする態度を養う。
そして，この目標を実現するために，各学年で主に重視する探究の学習過程の例が，次のように整理されている。
・第１学年：自然の事物・現象に進んで関わり，その中から問題を見いだす
・第２学年：解決する方法を立案し，その結果を分析して解釈する
・第３学年：探究の過程を振り返る
本実践では，理科の目標である「科学的に探究する資質・能力の育成」を図るため，上記の探究の学習過程の例を踏まえた授業づくりに取り組んだ。
単元は，第２学年「化学変化と原子・分子」である。
単元の指導計画の作成にあたっては，
・化学変化に関する様々な実験を通して身につけた知識及び技能を活用する場面として，本実践の学習活動を位置づける。
・指導する内容を精選し，科学的な探究を行うための十分な時間を捻出する。
・新学習指導要領の，各学年で主に重視する探究の学習過程の例を踏まえて授業を計画する。
などの点について構想し，本実践の学習活動を次のように設定した。
化学変化と原子・分子（２９時間）
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ア 物質の成り立ち （８時間） |
イ 化学変化 （９時間） |
ウ 化学変化と物質の質量 （５時間） |
本実践の学習活動 （７時間） |
① 探究する課題を設定し，解決するための実験の計画を立案する（２時間）
② 立案した計画に基づいて実験を行う（２時間）
③ 得られた結果を分析して解釈し，ポスターにまとめる（２時間）
④ 探究の成果を共有し合い，探究の過程を振り返る（１時間）
また，教材については，単元で学んだことと日常生活との関わりの視点から，生徒にとって馴染みのある「化学カイロ」を選んだ。化学カイロが発熱する理由については，鉄が酸素と化合するときに熱が発生することを，単元を通して学習する。ところが，化学カイロには，鉄以外にも，水，活性炭，食塩，バーミキュライトなどの原材料が含まれている。「どうして鉄以外の原材料が含まれているのだろう」「それぞれの原材料にはどのような働きがあるのだろう」など，化学カイロの観察を通して，生徒自らが問題を見いだし，好奇心をもって主体的に「自分の課題」を追究できるような授業にしたいと考えた。
１時間目の導入では，生徒に見通しをもたせるために，これから行おうとしている学習活動のねらいと全体（７時間）の流れを説明した。その後，化学カイロを配付して外装や中身を観察し，「カイロは何からできているか？」「カイロはどうして温かくなるのか？」などの発問で生徒の思考を促し，生徒自らが問題を見いだし，探究したい課題を考える活動を行った。
生徒一人ひとりが問題を見いだして課題を設定し，その後の活動に主体的に取り組んでいくことができるように，まず一人でじっくり考える時間をとり，その後ノートを回覧して全員のアイディアを共有し，最後に４人ずつの活動班に分かれて話し合い，班ごとに探究する課題を１つに絞った。
生徒が考えた課題（班ごとに設定）
・材料の割合を変えるとどうなる？
・それぞれの材料にはどんな働きがある？
・カイロの温度はどこまで上がる？
・カイロをよりはやく発熱させるには？
・鉄を他の金属に変えたらどうなる？
・酸素の量とカイロの温度の関係は？
など
２時間目は，班ごとに課題を解決するための実験の計画を立案する活動を行った。実験の計画を立案する際には，
・「変える条件」と「変えない条件」に注意して実験の計画を立案する。
・容器１個につき使用できる鉄粉の質量は，最大２０ｇまでとする。
・実験室で１時間×２回の授業時間内で調べることができる内容とする。
・使用する実験器具や材料の分量などを，ワークシートにできるだけ具体的に書く。
・実験の計画が完成したら，ワークシートを先生に提出してチェックを受ける。
などのポイントやきまりを伝え，必要に応じて各班に指導や助言を行った。また，提出されたワークシートに目を通し，安全面での問題はないかなどをチェックした。
設定した課題や実験の計画のレベルによって，その後の活動の充実度や，生徒の学びの深まりが大きく変わってくる。そのため，課題を設定したり実験の計画を立案したりする際には，「材料の種類や質量に着目する」「変える条件と変えない条件に注意する」などのポイントを丁寧に伝え，生徒が「理科の見方・考え方」をしっかりと働かせながら活動に取り組むことができるように留意した。
提出されたワークシートを基に実験の事前準備を行った。鉄粉を入れる容器には紙コップを用い，活性炭は粉末状のものではなく，扱いやすい顆粒状のものにするなど，後片付けの手間をできるだけ省いて実験の時間を十分に確保するための工夫をした。実験器具は種類ごとにまとめて棚に収納し，ラベルを貼っておくと，生徒が各自で必要なものを取りに行き，使い終わったら元に戻すことができるので，こうした自由度の高い実験を行いやすくなる。
実験は立案した計画に基づき，４人ずつの班に分かれて取り組んだ。実験中は安全面に気を配りながら各班の活動状況を把握し，必要に応じて指導や助言を行った。また，作業を分担して活動している班には，実験の計画の全体を常に意識し，それぞれが今どの部分を担当しているのかを確認し合いながら探究を進めるように声かけをした。
実験が終了した班から模造紙を配付し，得られた結果を分析して解釈し，探究の成果をポスター１枚にまとめる活動を行った。ここでも，生徒が「理科の見方・考え方」をしっかりと働かせることができるよう，以下の点を，探究の成果をまとめる際のポイントとして挙げた。
・表やグラフを効果的に用いる。
・結果と考察を区別する。
・課題に正対した考察をする。
・根拠に基づいて説明する。
結果を分析して解釈し，探究の成果をポスターにまとめる（左） 完成したポスター（右）
最後の１時間は，各班の探究の成果を共有し合い，探究の過程を振り返る活動を行った。１時間の授業の前半では，教室全体に各班のポスターを並べ，それぞれのポスターを見てまわりながら，一つひとつのポスターについて，感想をカードに記入した。授業の後半では，感想を記入したカードをそれぞれの班に渡し，班ごとに感想を読みながら，自分たちが活動してきた探究の過程を振り返った。探究の過程を振り返る際には，次のような視点が重要であることを説明した。
・導いた結論が，始めに設定した課題の解決となっているか。
・課題の解決となっていない場合は，立案した実験の計画に問題はなかったか，結果の分析や解釈が妥当なものであったかなど，改善すべき点を検討する。
・導いた結論に基づいて，次の課題を発見する。
ポスターを見てまわり，各班の探究の成果を共有し合う（左） 探究の過程を振り返る（右）
以下は，授業後の生徒たちの感想である。
・自分たちで課題を設定し，実験したり結果をまとめて考察したりするのはとても楽しかった。
・実験の計画を立てるときに，変える条件と変えない条件に気をつけて，課題・予想に合った実験をすることができた。
・課題の設定からまとめまで自分たちで考えるのは難しかったが，課題に対してどのような方法でアプローチしていくかを考えることによって，おもしろい実験ができた。
本実践では，生徒自らが問題を見いだして課題を設定する活動に１時間を充て，一人でじっくり考え，アイディアを共有し，班で話し合う時間を設けたことにより，生徒一人ひとりが「自分たちの課題」に対して主体的になり，その後の学習活動に生き生きと楽しそうに取り組む姿を見ることができた。また，化学カイロが発熱する現象を，質的・量的な関係などの科学的な視点で捉えたり，比較や条件制御などの科学的に探究する方法を用いて考えたりすることにより，探究の過程が一層充実したものとなり，生徒の学びの深まりを実感することができた。
一方で課題に感じていることもある。科学的に探究する資質・能力を真に育成していくためには，こうした探究の過程を踏まえた学習活動を繰り返し行っていくことが欠かせない。しかし，そのためには多くの時間が必要になる。本実践では，７時間の活動時間を捻出するために単元全体の指導内容の精選を図ったが，そうしたことによって，例えば授業で省略した部分の理解が進まなかったり，授業の進度が速くなり，生徒の負担が増してしまったりするなどの弊害も考えられる。限られた時間の中で科学的に探究する学習活動をいかに充実させていくか，より良い授業の在り方について模索していく必要がある。
新学習指導要領では，探究の学習過程の例について次のように述べている。
決して固定的なものではなく，問題の内容や性質，あるいは生徒の発達の段階に応じて，ある部分を重点的に扱ったり，適宜省略したりするといった工夫が必要である。
つまり，科学的に探究する学習活動の実施にあたっては，本実践のように，探究の一連の流れを通して行わなければならないということではなく，例えばある日の授業では問題を見いだす活動に少し時間を割き，また別の日には実験の計画を立てる活動に少し時間を割くといった具合に，探究の過程を細分化して日々の授業に少しずつ取り入れていく工夫が求められている。「日々の授業を探究的にしていくためにはどうしたらよいか？」という視点を大切にしながら日々の授業づくりに取り組み，生徒一人ひとりの科学的に探究する資質・能力を育んでいきたい。
