【自由研究】科学への興味を育てるテーマの選び方、研究の進め方

夏休みの宿題の定番である自由研究。小学校3年生くらいから取り組む学校が多いようですが、「テーマの選び方が分からない」「テーマは選べても、その後の進め方がうまくいかない」という親御さんの悩みも多いようです。

さまざまな自由研究のテーマの中から、今回は自然科学分野の自由研究について、その魅力や研究に役立つヒントを、『すごすぎる天気の図鑑』(荒木健太郎／KADOKAWA)や『科学者になれる!すごすぎる自由研究ガイド』(荒木健太郎)に編集協力され、気象予報士として活躍されている佐々木恭子さんに教えてもらいました。

そもそも、自由研究にはどんな目的があるのでしょうか。

「自由研究の目的は、『実験や観察によって得たデータに基づいて、自分の考えを確かめること』です。そして最も大切なのは、科学分野の自由研究でいえば『科学を楽しむ』ということが重要だと考えます」(佐々木さん)

佐々木さんは、自由研究がその入口になればいいと思っているそうです。普段お子さんが自然科学の分野に興味を持つことがあったとしても、学校がある時はじっくり腰を据えて実験したり観察したりすることは難しいものです。時間に余裕がある夏休み中こそ、そういったことに取り組む良い機会だと言えますね。

「自由研究は、自分が疑問に思ったことを、調べたり研究したりすることによって解決していきます。生活の中のさまざまな問題解決に、科学分野の自由研究で養った“科学的な手法”を用いることができれば、自分自身で解決策を導き出す力もつくでしょう。それは、学校の授業や受験のみならず、社会に出た際にも役立つ能力です」(佐々木さん)

せっかく時間をかけて自由研究を行うのだから、より良い内容にしたいという思いは親子ともにあるでしょう。科学的な視点に立って内容を充実させていくことは、賞を受賞するといった評価にもつながるかもしれません。また、そのような経験を通して研究を楽しめるようになると、論理的な思考を育むことにもつながります。

充実した内容の自由研究を行うために知っておきたいポイントをご紹介します。

「夏休みだから自由研究をしようと思っても、研究の仕方を知らない、教えてもらっていない、というお子さんがほとんどだと思います。また、親御さんも知らない場合が多いです。そのため、手軽な実験キットを組み立てるだけで終わってしまったり、インターネットなどで調べた研究テーマを写すだけになってしまいがちです。しかし、そうではなく、科学的な手法に従って、自分自身の疑問について分析し考察することが大切です」(佐々木さん)

佐々木さんによると、手軽な実験キットや、インターネットで調べた研究テーマをまずはそのままやってみるのもよいですが、その場合も、「その先」を考えることが大事とのこと。つまり、マニュアル通りに実験した後に、自分なりの疑問点を探し、条件を変えて実験してみるといった次のアクションにつなげることが必要なのだそう。

佐々木さんご自身が編集協力をされた「科学者になれる! すごすぎる自由研究ガイド」は、科学的な手法を用いた研究の方法を伝えるために制作されたそう。自由研究を始める前に参考にしてみるとよさそうですね。

「科学者になれる! すごすぎる自由研究ガイド」ダウンロードはこちら

一生懸命実験や観察を重ね、自分なりの結論を導きだした自由研究。できるだけ多くの方に見てもらい「なるほど!」と思ってもらうためには、テーマ、記録方法、データの量といったことだけでなく、研究の「見せ方」も大切だと佐々木さんは言います。

例えば、写真や図を活用することはもちろんですが、その配置を工夫することも効果があるのだそう。

「経験がないと研究結果をうまくまとめて見せるのは難しいと思います。どういった見せ方が分かりやすいかは、過去に賞をとった研究を見ることが勉強になりますので、研究を始める前に見ておくことをおすすめします。『すごすぎる天気の図鑑』のサイトでも、天気の自由研究を募集した際の受賞作を公開していますので、参考にしてください」(佐々木さん)

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それでは、ここからは、具体的なテーマの選び方や研究の進め方をご紹介していきます。

今回、佐々木さんからは、実際に研究者が行っている研究手順に即した方法を教えていただきました。この手順を知ることで、世界が広がり、自由研究以外のさまざまな場面でも活用できるのだそう。ぜひお子さんと一緒にチャレンジしてみてください。

テーマを決めるにあたり、まずはどんな分野があるのかを知ることが大切です。分野が分かれば、そこからお子さんの興味のあるテーマに絞っていくことや、研究の起点となる疑問を見つけることもできるかもしれません。

自然科学の分野にはどういったものがあるのでしょうか? 簡単にご説明します。

・地球科学・天文学
対象となるのは、岩石、科学、火山などの地質、海洋、気象、星、太陽、惑星を含む宇宙です。

「この分野で意識していただきたいのは、『収集』だけに終わらないようにすることです。例えば、石を集めることを自由研究にする場合がありますが、それなら、自宅の庭で、学校で、山で、海で集めて、それぞれの違いを比べるといった観察が必要です」(佐々木さん)

・物理科学
光、音、熱、電気、磁気などを扱う分野で、物が動く仕組みや構造・組成などを調べます。科学実験を行う際は、大人と一緒に安全に取り組みましょう。

・生命科学
動物、植物、人体など、生命の営みを扱う分野です。人や動物を傷つけないように、大人と一緒に取り組みましょう。

佐々木さんによると、科学分野の自由研究のテーマといっても、必ずしも上の分野からテーマを選ぶ必要はないとのこと。テーマを迷っている時の選択肢として参考にしてもらえるとよいとのことでした。また、研究したいことが文系の分野であった場合でも、科学的手法の活用は可能ですので、お子さんの興味に合わせてテーマを選ぶのがいいでしょう。

「テーマを選んだら、疑問点や課題を見つけますが、これが大切です。大人が疑問点や課題を押し付けてしまい、興味のないことで研究を進めるのでは子どもはモチベーションが上がりません。例えば、子どもが石について興味を持っているなら、『海にはどんな石があるのかな?』というように、ヒントになることをさりげなく言ってあげるのもよいでしょう」(佐々木さん)

佐々木さんによると「太陽の光は植物の成長にどのように影響するか」のような、いかにも科学的な内容だけではなく、もっと身近な「どのジャムが一番おいしいのか?」といった内容でもよいとのこと。

研究には手間も時間もかかるので、お子さん本人が疑問に思い、研究したいと思えるテーマを見つけることが大切ですね。

研究を成功させるには、仮説を立て、実験・観察の条件を考えて実験し、分析・考察して結論を導く、この手順が大切だと佐々木さんは言います。具体的にご説明していきます。

「疑問に対して、本やインターネットなどで詳しく調べたうえで、自分なりの仮説を立てます。この時、仮説が間違ってはいけないと考える方もいますが、研究にとっては仮説が事実と違っていたことは失敗ではありません」(佐々木さん)

ただし、インターネットには誤った情報も多数ありますので、情報源についてもしっかり確認をとりましょう。また、学校の先生や専門的な知識を持っている人と疑問について議論して仮説を立てるのもよいでしょう。

研究対象となるもの、実験道具、カメラなど、実験や観察に必要なものをあらかじめすべて用意します。また、何を用意したのか後から分かるように、それぞれ写真を撮っておきましょう。

自由研究は子ども主導で行うべきですが、資料集めや道具の準備、実験を安全に行うための見守りなど、適宜サポートしてあげられるといいですね。

どのような条件で実験・観察を行うかを決めます。正しい結果を得るために大切なのは、条件を一つだけ変えて、他は変えないようにすることです。
例えば、テーマが「水の量が植物の成長に及ぼす影響」なら、同じ品種の植物で種をまくタイミングや日当たりなどの条件も同じにして、水の量だけを変えて成長を観察してみます。

実験・観察は毎回記録し、そのデータをまとめて分析します。

「データ分析しやすいのは、大きさ、長さ、時間など数値で計れるものです。表やグラフにしてみると、そこにどのような法則性があるかを見つけることができます。MicrosoftのExcelなどの表計算ソフトを活用するのも良いでしょう」(佐々木さん)

また、気象の観測や植物の観察の場合は、同じ角度から写真を撮っておくと比較しやすいのだそう。

まとめた結果を分析したら、最初に立てた仮説が正しかったのか、そうでないのかを考察します。その後、研究の結論を導き出します。

「コツコツと毎日観察することは地味な作業ですが、データを分析し、仮説が正しかったかどうかを考察するのは、自由研究で一番楽しい部分です。これまで一生懸命集めた材料をおいしく調理するといった感じです。分析の結果、仮説と違う場合があっても、それに対する考察をすれば重要な成果になります。この結果を得て、生活の中でどのように役立てるか、あるいは、次はこういう実験をしようと考えられます」(佐々木さん)

「自由研究をまとめる際に最も重要なのは、立てた仮説、研究によって仮説を検証して、その結果何が分かったかを分かりやすく整理することです」(佐々木さん)

上の表は、自由研究をまとめる際に必要な項目とその内容を一覧にしたものです。ぜひ参考にしてみてくださいね。

自由研究は多くの場合、長い時間をかけて行うものなので、「子どもが途中で飽きてしまったら?」「手順通りに進められなかったら?」という不安があるかもしれません。佐々木さんによると鍵となるのは「大人が、『これはどう?』『あれをやってみたら?』と、研究のテーマを押し付けないこと」なのだそう。

大人が勧めたテーマに子どもが興味をもつ場合もあるかもしれませんが、子ども自身のモチベーションがないテーマでは自由研究を続けるのは難しいですよね。お子さん自身が興味を見極め、自分に合ったテーマや疑問を見つけるのを見守ることが大切です。もしかしたら、親子の何気ない会話から、研究の種を発見することもあるかもしれません。

「実は子どもたちは自分の興味のあることについて、意識せずに観察を続けていることもあります。例えば、雲が好きで、どんな雲の時に雨が降るのか、天気がいいのか、毎日眺めている、といったことなどがそうです。そんな子には、『すごすぎる天気の図鑑』のような書籍を紹介してあげれば、本人が興味を持って取り組める自由研究につながるのではないでしょうか。また、石を集めるのが好きな子には、『それはどこにあった石?』と聞くなど、親御さんがさりげなく研究へ導く言葉を投げかけてみるのもよいかもしれません」(佐々木さん)

子どもの中にある研究の種を芽吹かせるために、日頃から子どもの興味・関心のある事柄をキャッチアップし、さりげなく一緒になって調べたりしてみることが大切だと言えそうですね。

佐々木さんによると、お子さん自身が自由研究のテーマを見つけることや、親が上手にアドバイスすることも難しそうと感じる場合は、図書館や博物館などのイベントを利用するのもお勧めとのこと。

夏休み中、図書館では子ども向けに、調べ学習の方法などを教える教室や、自由研究につながる実験教室などを開催することがあります。また、博物館では、実験や観察が体験できるコーナーや自由研究について相談できるコーナーを設けることもあるので、近隣に図書館や博物館があれば問い合わせてみましょう。

「今回は実際の研究者が行っている研究手順をご紹介しています。研究の手順やルールを示すのは、自由研究の『自由』に反するのではないかと思うかもしれません。しかし、手順を踏んで研究を進めてこそ自分なりの結論を導き出せるものなので、それでこそ研究の醍醐味が味わえます。また、実際にやってみることで、普段の生活の中でも、自分で考えて、問題を解決していく力もついていくようになると思います」と佐々木さん。

夏休みの自由研究を親の悩みのタネではなく、子どもたちにとって実りの多いものにしていきたいですね。

参考文献：科学者になれる!すごすぎる自由研究ガイド