化学授業実践記録
自作実験映像を用いた授業の設計　Part1.
〜§酸・塩基とは何か　酸・塩基の反応[1]〜
さいたま市立大宮北高等学校
竹野徹美
　
1．はじめに
　物質のサイエンスである化学の学習において，物質そのものを見たり､触れることのできる実験の重要性はいまさらいうまでも無いことである。しかし，生徒実験を数多く行えば行うほど､予算がかかり，授業の進度は遅くなり､準備などで教員や実習助手の負担が増大する。
　そこで，生徒実験や物質回覧と組み合わせれば，実験映像を多様に準備することで，理解しやすい効果的な授業にすることができる。
　そして，そのことを具体的示すために，§酸・塩基とは何か　という授業のコースアウトラインを紹介する。
　
2．映像化の方法とメディアの選択
[1] デジタルカメラで撮影した映像を，DV-AVIフォーマットでコンピュータのHDに記録する。
[2] 映像編集ソフト Panasonic Motion DV STUDIO 3 を用いて編集し，このDV-AVIの映像をDVD-RAMに，VRフォーマットで記録する。この書き換えは，編集ソフトが自動で行う。
[3] DVD-RAMを選択した理由は，まず書き込みに対する耐久性が高いこと。そしてメディアをケースに入れたままコンピュータで扱えるため，実験をしながらビデオカメラを操作し，さらにコンピュータを扱うという，取り回しの面で安心できることなどが挙げられる。そして，講義室へのDVD録画再生機の導入に伴い，授業用に全ての映像をそのハードディスクに入れている。
[4] フォーマットをMPEG2ではなく，DV-AVIにしているのは，画像の情報量の面からの配慮である。ちなみに，映像1秒当たり，MPEG2は934kB，DV-AVIは3844kBが必要である。そのため，映像のバックアップは，VRフォーマットのものを外付けハードディスクで行っている。
　
3．授業設計の実例　「酸・塩基とは何か」
　高校で学ぶ化学の中でも，教材としての実験が豊富な分野であるにもかかわらず，実験という形で物質を見せるのは，中和適定だけになりがちな分野でもある。ここでは，以下の点を重要な目標行動として授業設計を行った。

[1] 酸が分子からなる物質で，水が存在しないと電離しないことを理解する。
[2] ブレンステッドによる酸・塩基の定義の存在意義を理解する。

　以下に，生徒用プリント「プリント黒板」の概要を示す。なお，定義などは項目だけで内容は省略している。同様にQ) の解答なども同様である。また，実験映像は，映像の中からいくつか静止画で示した。

◆1.酸とは何か Part1.

Q1) 私たち人類の最も身近にあり，歴史的にも由緒があり，食品としても重要な酸は何か。物質名と示性式で答えよ。
Q2) 無機化学の三大強酸とは何か。物質名と分子式で答えよ。

Ex.1)《物質回覧》「酸いろいろ」
[1] 試薬瓶を物質回覧する。
Q3) 「酸性」というものの代表的な性質を列挙せよ。
Ex.2）「酢酸で酸の本質に迫ろう！」
[1] 氷酢酸（99〜100％の純粋な酢酸）の入った試験管Aを氷水の入ったビーカーに入れておく。
☆酢酸の凝固点は16.7℃　過冷却になりやすい。
[2] 氷酢酸が凝固点以下に冷えていることを確認したら攪拌し過冷却をブレイクする。
[3] 氷酢酸の入った試験管B，C，Dを用意し，Bに氷酢酸と同量の純水を加える。Cには氷酢酸の倍量の純水を加える。Dはそのままにしておく。
[4] [3]のそれぞれの試験管にマグネシウムリボンを入れてその変化の違いを観察する。
[5] 試験管Dに，ゆっくりと純水を加えていき，変化を観察する。
[6] 別の氷酢酸入り試験管Eにチョークのかけらを入れ，純水をゆっくり加えていく。
☆チョークの主成分は炭酸カルシウム CaCo3
[7] 氷酢酸を少量，100mLビーカーに入れ，テスターの端子を氷酢酸の中に差し入れて電気伝導度を測定する。
☆[6][7]…あらかじめ結果を予想しよう！
[8] [7]のビーカーに少量ずつ純水を加えて電気伝導度の変化を観察する。

◆2.酢酸の電離

◎酸性の原因物質

Q3) 次の酸の電離式を書け。ただし，水は略してよい。
[1] 塩酸　HCl　[2] 硝酸　HNO3　[3] 硫酸　H2SO4

◆3.酸とは何か　Part2.

◎ 酸の定義［1］…アレーニウスの酸・塩基
◎ 酸の価数

◆4.塩基とは何か　Part1.

◎ 「塩基」というものの代表的な性質
Ex.3）「塩基性水溶液の電気伝導性」
[1] 0.1mol/L水酸化ナトリウム水溶液の入った100mLビーカーを用意する。
[2] 溶液中にテスターの端子を入れて，電気伝導性を確認する。
◎ 塩基の定義［1］…アレーニウスの定義
◎ 塩基の価数
Q4) アンモニア NH3 は水酸化物イオンOH−を持たない分子からなる物質（∵常温で気体）にもかかわらず，その水溶液は塩基性を示すのは何故か。

◆5.アンモニアの電離と塩化水素（塩酸）の電離の比較

◎ 酸・塩基の定義［2］…ブレンステッドの酸・塩基
Q5) 次の反応でブレンステッドの酸・塩基はどれかを考えてみよう。
HCl ＋ NaOH →NaCl＋H2O
アレーニウスの酸 アレーニウスの塩基
Q6) 次の場合について，ブレンステッドの酸・塩基を指摘せよ。
[1] アンモニアの電離　NH3＋H2O NH4＋＋OH−　
[2] 酢酸の電離　CH3COOH＋H2O CH3COO−＋H3O＋

◆6.ブレンステッドの酸・塩基の定義の存在意義

◎ アレーニウスではつじつまの合わない反応がある。
例） 空中での反応(水溶液中ではないので，H＋，OH−ともに生成していない)
Ex.4)「塩化水素とアンモニア」
[1] 試薬一級塩酸の蓋を取り，発煙を観察する。
[2] 風向きを確認し，塩酸とアンモニア水の試薬瓶を並べて置き，蓋をはずす。

　
4．映像教材の今後の展望
　映像には，においや臨場感はないので，全ての実験を映像に置き換えることはできない。しかし，予算や手間をかけずに，欠席者や復習を望む生徒に，繰り返し実験映像を見せることができる…といったような利点も多い。将来的には，ハードディスクに映像とプリント黒板を一体化した情報を入れたコンピュータを使って，生徒が自主学習できる体制などを校内に整えていくことが望まれる。
　最後に，撮影編集にあたり尽力してくれた大宮北高校実習助手・小林健一氏に，深く感謝の意を示したい。

参考文献
・新生出版「いきいき化学アイデア実験」盛口襄
・日本化学会「化学と教育」Vol.56/No.6/2008 定番! 化学実験 「酸・塩基に関する演示実験」　竹野徹美