第89回全国算数・数学教育研究(高知)大会
第40回中国・四国算数・数学教育研究(高知)大会
<第12分科会:コンピュータ・教育機器>
動き、変わる画面で楽しく学ぶ数学指導
〜パワーポイントや自作ソフトを活用して〜
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島根県浜田市立浜田東中学校
田渕 卓夫
1 校区や学校の概要
本校は浜田市の東部の2校が平成11年に統合してできた、生徒数194人、7学級(内特別支援学級1)の中規模校である。校区内には山や海の豊かな自然が残り、石見海浜公園、畳ケ浦、アクアスなどの名所や観光施設も点在している。このような恵まれた環境の中、生徒は素直でのびのびと、開校9年目の新しい校舎で勉学に励んでいる。
数学の授業は1クラスを2つに分け、1グループ10〜20人で習熟度別少人数指導を行っている。少人数指導で教室
が不足し、会議室を授業で使わせ
てもらっているという事情もある。
会議室には70インチの大型ディ
スプレー(リアプロ方式)が備わ
っており、私は3年前からこれを
用いて日常的にパソコンを使った
授業をしているのである。
2 研究の概要
近年のパソコンの普及には著しいものがあり、授業にも取り入れられるようになって久しい。しかし、パソコンを用いた授業というと、「パソコン教室が空いていないとできない・・・」、「専用ソフトがないから・・・」とか難しく考え、時間的余裕もないし、ついついおっくうになってしまいがちである。しかしパソコンの進化や周辺機器の発達に伴い、今では特別な指導法ではなくなってきた。もっと手軽に、日常的に、一斉指導で使うことができてこそ、パソコンの有効な活用場面が広がると考え、私は3年前から基本的にすべての学年、単元でパソコンを使って日常的に授業をしている。
使うソフトはパワーポイントと自作ソフトである。パワーポイントは優れたプレゼン
テーションソフトであり、私は、主にこれを用いた授業を実践している。とりわけ文字や図形を動かし視覚に訴える方法を用いると、生徒の興味を引き、理解を助ける効果があるとともに、ともすると堅苦しくなりがちな数学の授業も楽しく学べ、数学嫌いの生徒も減ることが期待できる。
しかし、パワーポイントにも不得意な場面や指導する上で注意しなければならないこともあり、自作ソフトや他の方法で補いながらの実践例を紹介する。
3 環境整備
パソコンを用いて普通教室で授業をしようとする時、まずは環境を整えなければならない。すなわちパソコンやソフトはもちろん、その画面を提示する専用ディスプレーやプロジェクターを準備する必要がある。近年ICT技術の進歩により様々な機器が登場し、利用しやすくなってきた。それらについて、私の実践例をもとに説明する。
@パソコンとパワーポイント
PowerPoint(パワーポイント)はmicrosoft社の製品であり、同社のWindows98、XP、VistaなどのOSもとで動くプレゼンテーションソフトである。当然それが動くパソコンが必要であるが、教室までの持ち運びを考えると、ノート型のパソコンが望ましい。また、ワイヤレスマウスを用いると指導しながら少し離れた所からクリックできるので便利である。
A専用大型ディスプレー
教室に専用大型ディスプレーがあれば最も望ましい。後ろの生徒からも見えるためには少なくても40インチ以上の液晶またはリアプロ、プラズマ型のディスプレーがほしい。
幸い、本校の会議室には大型ディスプレー(70インチ、Hitachi製リアプロ方式)がある。しかし、ほとんどの学校には無いだろうし、買ってもらうにしても安くなってきたとはいえ、やはり予算の関係で購入は難しいだろう。
Bプロジェクター
大型専用ディスプレーが無い場合、プロジェクターを使いスクリーンに投射するという方法を用いる。近年小型で光量の強いプロジェクターも各社から出ており、暗幕を使わなくても十分授業が可能になってきた。光量は2000ルーメンはほしい。持ち運びを考えると小型のものが望ましい。2kg程度以下のものが各社から市販されている。ワイヤレス通信式のものも出ているが、やや動きがぎこちない。
C備え付けスクリーン
最近の教室には黒板の前か横に天井にスクリーンが設置してあって、必要な時は垂らして利用することができる教室が多い。しかし垂らすと黒板が隠れたり、スクリーンにピッタリ表示するように調整が必要で、準備に時間がかかりおっくうになる。また画面に書き込みができず細かい指導をするには黒板との併用が望ましい。
Dホワイトボード 本校の会議室はホワイトボードで、スクリーンの代わりに、これに投影すると書き込みもでき、細かい指導をするとき便利である。私は大型ディスプレーが故障した時などにこの方法を用いている。
しかし、ホワイトボードの教室はまだ少なく、そうでない場合には教室に移動用のホワイトボードを持ち込んで使用するという手がある。
Eマグネットシート
大型マグネットシートが市販されており、教室の黒板に貼ることで投射できる。シートに書き込みもでき便利である。会議室が使えない時には教室でこの組み合わせを愛用している。普通のホワイトボードシートや、表面の反射を押さえたプロジェクタースクリーン仕様のものもあり、授業の前に貼る作業も簡単である。
F黒板
最後に、黒板にそのまま投射という手もある。光量が強いプロジェクターで、カーテンなどで少し暗くすると案外見えるものである。エプソン社などのメーカーによれば黒板投影モードを持ち、色を調整してくれるものも出ている。しかし、やはりやや暗くなり、カーテンを引いたりして、暗くしなければ見にくいというのが現状である。手軽にできるので図やグラフを表示する時など補助的に使う場合に有効である。
4 パワーポイント編
(1)パワーポイントの利点
教室でパソコンを用いて授業できる環境が整ったら、次はソフトである。授業で生徒に説明するために私が愛用しているのは「パワーポイント」である。パワーポイントは字や絵を表示し様々な説明をする、プレゼンテーションソフトの代表的なものであり、以前から会議など多くの場面で使われている。
以下、授業でパワーポイントを用いる利点についてまとめてみる。
@<板書の時間や手間が省け、繰り返し見せたり、能率よく進めることができる。>
近年の授業時数削減の中では、限られた授業時間を効率的に使う必要が生じる。授業の効率化という面ではパワーポイントはピッタリである。板書の時間が省けその分、生徒に集中できる。パワーポイントを用いた授業では、常に生徒に正対して説明できる。また、大事な所は繰り返し見せたり、前の時間の復習など手軽に効率よくできる。
A<文字がきれいで見やすく、表、グラフ、図形、写真なども手軽に表示できる>
先生の書く個性的な手書きの板書を否定するつもりはないが、パワーポイントでは文字がきれいに表示でき、見やすい。また、必要最低限のものだけ入力されており、内容や配置も洗練されているはずである。黒板に書くにはやっかいな表やグラフ、図形なども簡単に表示できる。さらに、イラストや動くキャラクターなど使うと効果的である。教科書の図をスキャナーで撮って表示したり、生徒の興味を引くような写真なども簡単に表示できる。
B<動く、消える、現れるなど視覚に訴える表現ができ、生徒の理解が深まる>
いうまでもなく、これがパワーポイントを使う最大の利点である。パワーポイントには字や絵を様々な方法で表示したり、逆に消したりできる機能がある。最初からたくさんの文字が出ていれば見る気もしないだろうが、少しずつ順を追って表示すると思考の形成に役立つことは言うまでもない。その表示方法も、様々なパターンがあり生徒を飽きさせることはない。また、逆に初めの方には表示していた不必要なものは消して見やすくしたりすることも理解を助ける。これを利用した様々な応用例や工夫した指導方法が考えられる。
また、アニメーション機能があり、字や絵を自由に移動させたり回転させることもできる。絵や図形が動くと、「エッ!」という驚きを与え、「なぜ?」というような思考が働くきっかけになる。このような方法を駆使すると、抽象的、概念的な数字や図形の世界も視覚的、直感的に理解できるようにすることができる。
C<一度作ったものを工夫、発展させながら、次年度以降も使える。>
パワーポイントのファイルを作るのが大変と思われる。現に私も最初は大変だったが、徐々に慣れるにしたがって、コツのようなものが分かりそうでも無くなった。また一度作ると、それを改良しながら次年度以降も使え、効率的でさえあることが分かった。
(2)実践例
パワーポイントを使った指導例を数式、関数、図形の3つの分野であげる。
@<数式分野での応用例>
項の理解や移項、方程式の解法などでの活用例
<表示手順>
@両辺に+15を足す(数字が現れる)
Aもとの−15といっしょになって消える。
B同時に天秤のおもりも加わる
C今度は移項という概念で同じ方程式を解く
D項が左辺から右辺へ飛びながら移動するとき符号が変わる
<解説>
この例では、等式の両辺から同じ数を引いたり足したりして項を消すという操作が、視覚的に実感できるように工夫してある。天秤での操作も併行して見えるようにしてある。 また、次の段階として移項して解く方法と対応させ、−15の項を移項するとき、実際に左辺から右辺とその逆に動かし、最後に符号を変えるという操作を目で見て分かるようにしている。
このように、一件苦手な数式分野でもパワーポイントが有効な場面はたくさんある。
A<関数やグラフでの応用例>
傾きと切片を使って一次関数のグラフの書き方の説明である。
<表示手順>
@式から切片と傾きを確認
A切片の位置を確認(図の移動)
B傾きの分子と分母の意味を確認(図の移動)
C2点を結んでグラフの完成
<解説>
切片や傾きという数字を、グラフ上の位置まで移動し、目で見えるものと対応させる。
その他にもグラフを表示するのに座標軸を黒板に投射し、生徒に書かせるなど関数やグラフの分野はパワーポイントは大いに応用が利く。しかし、パラメーターを自由に変えて書いたりするようなことはできない。
B<図形分野での応用例>
三角形の内角の和が180°であることの証明である
<表示手順>
@三角形の辺ABに平行に補助線CEを引く(線の移動)
A同様に辺BCを延長し、CDを引く(線の移動)
B∠B(同位角)を移動させる(おうぎ形の移動)
C∠A(錯覚)を回転させながら移動(回転と移動)
<解説>
補助線の平行線を移動させて描くことにより、平行という概念が視覚的に理解できる。また、同位角を平行移動、錯覚を回転させながら移動させることにより、同位角と錯角が視覚的に理解できる。また3つの角が1直線上に集まり、180°になるということが実際に移動させることにより、操作的な実感ができる。
このように視覚的な思考や図形の見方が必要な図形分野では、パワーポイントの有効な出番は多い。
C<GIFアニメーションの利用について>
パワーポイント上では「クリップアート」という名前で、簡単な絵やイラストを表示できる機能がある。クリップアートはネット上でたくさん公開されているのでダウンロードして手軽に使用できる。その中で動くものといえばGIFアニメーションがある。GIF形式のアニメーションファイルで、何枚かの絵を組み合わせて自分で作成するソフトもある。
単なるアクセサリーとして画面に配置しておくだけでもよいが、実際に役立つ利用
例としては、作図場面で人を歩かせてみるとか、方程式の追いかけ算で実際に追い
つき追い抜く様子を実演するなどの場合、歩くGIFアニメが役立つ。
<歩くJIFアニメの活用例:方程式(追いかけ算)>
(3)パワーポイントの苦手な点
パワーポイントは優れたプレゼンテーションソフトであり、物事を説明するには十分 な機能を備えており、工夫しだいである程度の応用も利く。しかし、使っていくうち、 パワーポイントだけでは不足する点もあることが分かってきた。パワーポイントの不得 意なところについてまとめてみると
@<乱数を使っていろいろな問題を作る>
乱数を使っていろいろな問題を作成して、ドリル的なことまでパワーポイントにさせるのは無理である。パソコンでドリルをしようとする場合は、専用ソフトの方が望ましい。
A<パラメーターを変えてグラフを書いたり、表示する>
パワーポイントはあらかじめ設定した動きはするが、パラメーターを変えて、いろいろなグラフを書いたりするような融通はきかない。
B<図形をシミュレーション的に動かす>
図形のある辺を自分の思う方向へ動かすなど、シミュレーション的に図形を自由に動かし、変化を調べたり、長さや角度を求めたりするようなことはできない。そのような用途の場合は専用ソフトが必要である。
4 自作ソフト編
(1)自作ソフトの必要性
前節であげたパワーポイントの欠点を補う意味も含めて、自作ソフトを作成、適宜使用している。
自分で作成したソフトは、いろいろ融通が利き生徒には大好評である。
例えば、最初に「こんにちは東中学校のみなさん」とか「○○くん、起きてる!」とかの言葉や、学校の行事や生徒の写真を表示するだけでも興味、関心をそそり効果がある。
使っていきながら生徒の生の声を聞き、不都合や改善の必要があるところを改善し、また使っていくということを繰り返している。
作成はMicrosoft Visual C++ を用いている。
市販ソフトやフリーソフトも利用する時もあるが、価格面、操作性などの面で自作ソフトの方が融通が利き、重宝している。
以下、授業の一斉指導で使えそうな、3つの自作ソフトについて紹介する。
@<計算ドリルソフト>
正負の計算など、いろいろな方法でドリルができる。
<特徴>
○正負の計算で、暗算でできる程度のものを数字を変えて次々と出題
○一斉指導で使えるように、できるだけ大きな数字で問題を表示している
○設定時間で次々と問題が代わり、画面を見ながら一斉にドリルできる
順番に当てる、ノートに答を書かせる、一斉に口で答えるなど様々な方法で利用できる
○ヒントが視覚的に理解できるよう表示できる
○その他にも「文字の式の計算」、「方程式」、「因数分解」のバージョンもある。
<生徒の感想>
・次々と問題が出て楽しい。
・数字が大きくてよく見える。
・時間で問題が変わっていくのでスリルがある。
・時間が短かすぎてついていけない。
・時間を気にしてあせってしまう。
・ヒントが分かりやすい
・ヒントばかり見てしまう
A<グラフ作成ソフト>
一次関数、二次関数、円などのグラフをパラメーターを変えながら描いたり、座標当て、グラフ作成などのドリルもできる。
<特徴>
○パラメーターを変えて様々なグラフをかける。
○1次関数と2次関数など重ね合わせもでき、組み合わせると簡単な図形問題もできる。
○グラフをかくドリルができる。
○グラフ上の正しい2点をプロットすると自動的にグラフがかけ、次の問題に進める
○書き方のヒントが表示できる
○10問終わると結果に応じて写真とコメントが表示する
<生徒の感想>
・正解だと自動的にグラフを書いてくれるので楽しかった。
・傾きとグラフとの関係がよく分かった。
・最初はグラフの書き方がよく分からなかったが、こつをつかんだら簡単に書ける ようになった。
・正解でないと次に進めないので困ったが、最後までできてよかった。
・たくさんグラフが重なると見にくくなる。
・最後に出てくる写真が楽しかった。
B<図形シュミレーションソフト>
円周上の点を自由に動かして、円周角、中心角などの角度を表示する
<特徴>
○上や横のスクロールバーで円周上の3点が自由に移動できる。
○右に円周角や中心角の大きさが常に表示される。
○円周角と中心角の関係が視覚や実測値の表示で理解できる。
○ワイヤレステンキーを使うと生徒が自席から操作できる。
○自動的に動く「デモンストレーションモード」をもつ
○このほかにも平行四辺形の変形、等積変形のバージョンもある
○平行四辺形の変形バージョンでは、辺の長さを変えると自動的に角の大きさも 表示され、長方形やひし形になった瞬間には名前も出る。
○等積変形のバージョンでは、面積が表示され、平行線上では変わらないことが 確かめられる。
<生徒の感想>
・図形が自由に変形でき楽しい。
・図形が変わるごとに角度も変わり、面白い。
・角度の数字が小さく見にくい
・自分の席から図が動かせるので楽しい。(ワイヤレステンキーの使用)
・たくさんの人で動かすと、自分の自由に動かせない
・自動的に動いているのを見るのが楽しい
5 生徒のアンケートや学力調査結果と考察
(1)アンケート調査
パワーポイントを使った授業について生徒にアンケートをとった。
対象の生徒は2年生応用グループ2クラス33名、1年生基礎グループ2クラス35名、計68名、時期は昨年度(平成18年度)3学期末である。
@<全体の結果:68名>
※パワーポイントを使った授業はどうですか?
○よく分かる・・・・・・・・・・・18名(26%)
○どちらかというとよく分かる・・・35名(51%)
○どちらかというとよく分からない・11名(16%)
○よく分からない ・・・4名( 6%)
<全体結果の考察>
パワーポイントを使った授業に対して生徒からのアンケート結果よると8割近くが「分かりやすい」と答えており、おおむね好評である。こちらのねらった「動き、変わる」という効果の意味や、「楽しい」という意図も生徒に伝わっている。しかし、残りの2割のどちらかというとよく分からない、よく分からないと答えた生徒の声の理由を分析し、指導方法を工夫する必要がある。
A<習熟度別集計結果>
@2年応用グループ(32名)
A1年基礎グループ(34名)
<習熟度別結果の考察>
習熟度別では、応用コースの生徒は9割近くが「分かりやすい」と答えている。しかし基礎コースでは7割弱に下がる。これはもともと数学が得意な生徒と、苦手な生徒ばかりの集まりであるための結果の違いが主原因だと思われる。
基礎コースの生徒の7割弱が分かりやすいという数字は、今までの経験から考えると多い数字であり、パワーポイントの効果が現れていると思われる。
B<自由記述欄より>
<生徒の声:@パワーポイント指導の良い点>
・図形などが動いて説明してくれるので、分かりやすい(多数)
・見てて楽しく授業できる。(多数)
・図とか、三角形とかパワーポイントで見た方がわかりやすい
・時間がかからずスムーズに進んで見やすい
・言葉で伝えにくい場合、パワーポイントでは伝えられる
・とてもカラフルでまとめやすかった
・スピードがよく、効率がいい
・チョークで数式を並べられるより、物や数をいどうさせて脈動的?に話をされると 内容も楽しく分かるのでいいと思います。
・図形などは線などが動いて形を作って分かりやすい
・計算のしかたが教科書のやりかたより少し分かりやすかった。
<生徒の声:Aパワーポイント指導の改善すべき点>
・ノートに書き写せない(複数)
・黒板と違ってどんどん映像が変わっていくから、ゆっくり授業をしないと意味が分 からなくなる
・書いてある量が少ないと思う
・早すぎてよく分からない
・説明不足、かってに進む
・動く時とあわせて説明していただけるとうれしいのですが・・・
・三角定規など、先生が実際に書くから学べる点もあると思います
(2)学力調査の結果より
最後に、昨年度から始まった、島根県の学力調査の結果から差し支えないと思われる範囲で結果をあげさせていただく。(平成19年5月9、10日実施)
@意識調査より、数学が「とても好き」、または「まあまあ好き」と答えた生徒の 割合(%)(括弧内)は県平均との差
1年 58.8%(− 1.3)
2年 75.8%(+23.9)
3年 66.2%(+14.6)
<数学が好きですか?>
A平均到達度(理解度)も2年生は昨年度(1年時)の調査に比べて+3.2%向上している。(3年生は全国学力調査があるため、数学は今年度は未調査だが、昨年(2年時)のデータで、県平均を10点近く上回っている。)
<学力調査の結果の考察>
5月上旬の調査ということで、1年生はほとんど、小学校の指導の結果だと考えてよい。したがって2年、3年が大幅に数学が好きという生徒が増えていたり、結果も向上しているのは少なくても半分は、(数学科2人で教えているので)パワーポイント指導での影響だと思われる。
ちなみに私は、毎年1年生の習熟度別指導では「基礎コース」の方を受け持っている。これは少しでも早い段階で、数学に対して苦手意識を持たせないよう、パワーポイントで楽しく学ばせようという意図があり、それが効果を生じているともいえそうである。
6 パワーポイント指導で注意すべき点
アンケート結果や、今まで指導してきた経験から、パワーポイント指導で注意しなければならない点やこれから取り組んでいきたい点などをまとめてみた。
@<ノートがとりにくくなる。>
私はノートをとること自体にはあまり重点を置いていない。きっちりノートをとってはいるが、まるで理解しておらず、問題が解けない生徒を今までたくさん見てきている。逆にほとんどノートをとらない生徒でも問題はきっちり解ける生徒もいる。しかし、「とりあえずノートをとっていれば安心」という生徒がいることは配慮しなければならない。パワーポイントを使って指導する場合、ノートがとりにくいという点があることを念頭におき、ノートをとる時とそうでない時と、メリハリをつけ指導する必要がある。
A<目で追うだけで分かった気になるが、定着させるにはドリル学習が必要である。>
パワーポイント指導に限らず、『分かる』ということと『できる』ということは一致しない場合がある。説明を聞いて理解しているようでも、実際に問題が解けない場合があることはよく経験する。特にパワーポイント指導は目で追っていくだけの理解になりがちで、分かった気になっても実際にやらせてみるとできない場合が多くある。実際に問題が解けるようにするためには、説明したあと、プリントや他のソフトなどでドリル学習を十分させる必要がある。
しかし、パワーポイントを使った能率的な授業では、時間も十分確保できるので、 ドリル指導も時間が取りやすいという面もある。私は毎時間授業の初めに小テストを 準備して、前時に習ったことを復習させている。その際、前時の授業内容をパワーポ イントを使って簡単に復習するということも可能であり、実践している。
B<ゆっくり指導するため、画面に書き込みをする>
画面を見せてばかりの指導だと、ついつい早くなったり、十分な説明が不足しがちで
ある。このような指導を補助するために、ホワイトボードやマグネットシートや黒板だとペンやチョークで適宜、画面に書き込みを入れ補足しながら説明していくという方法が効果的である。専用ディスプレーの場合は、画面に専用ペンで書き込みができるソフトもあるが、ソフトのインストールとその扱いに習熟しなければならない面がある。
C<なんでもパワーポイントでというのは問題>
生徒の声の「改善すべき点」で、三角定規のことがでていたが、これは作図もパワーポイントでできないだろうかと考え、画面上でコンパスの絵を動かしたり、回転させたりして作図した所からきている。やはり、なんでもパワーポイントでというのは問題があり、教師の実演で示せる場合はそれを超えるものはない。
F<ワイヤレステンキー電卓の活用>
生徒は見てばっかりでも、飽きるのではないだろうかということで、生徒の方からも自席からパソコンの操作ができたらということで、ワイヤレステンキー電卓を使ってみた。自作ソフトに答の数字を入力したり、カーソルキーで図形を移動させたりするだけだが、電波は5mくらいは届き、自席から操作できるので、興味深く、面白が <ワイヤレステンキー電卓。○は受信部>
って操作していた。本格的な利用についてはまだ課題が多いが、ソフトの工夫しだいで、応用が利きそうだ。
また、パワーポイントで問題を出題し、生徒がそれぞれワイヤレステンキーで答を送りエクセルで集計する、というシステムを作り、授業で試みたこともある。授業しながら評価ができ、生徒それぞれの理解度が把握できるので便利であった。準備や操作がやや煩雑であり、日常的な指導で使っていくには負担が重く、現在は中断している。しかし、生徒参加型授業をしたい場合には有効であり、今後改良を進める予定である。
7 研究のまとめ
パワーポイントなどパソコンを使った授業は、黒板とチョークを使った旧態依然とした授業に比べて、効率的、効果的であり、生徒の興味関心が増し、意欲も高まり、理解も深まることが分かった。
しかし長所とともに、いくつかの注意する点もある。それらを理解し、他の方法と組み合わせて使えば有効な手段であることが分かった。とりわけ、これからのマルチメディア環境が整った未来の教室での授業を考えると、主力になるとさえ思われる。
作成、使用している全学年、全単元のパワーポイントのファイルおよび自作ソフトは以下のホームページからダウンロードできるようにしてあるので、自由に使ってほしい。
http://homepage2.nifty.com/takusoft/