吉本 直弘

日本の梅雨季から夏季にかけて大雨をもたらす水蒸気が地球規模の大気の運動によって日本付近へ輸送されていることに着目して，WEB気象マップを活用した探究教材を開発し，実践を行った。本実践では3種類のWEB気象マップを活用し，個々の生徒がマップから読み取れる雲，雨，風の情報を複合的に整理し，水蒸気の起源を探究することを授業の軸とした。中学校3年生を対象として，2021年8月の大雨を事例とした実践を行った結果，水蒸気の起源について，複数の異なる情報源を総合的に考察して71％の生徒が少なくとも太平洋やインド洋の遠方から水蒸気が輸送されていた可能性を見いだして表現することができた。本教材の有用性を検討した結果，77％の生徒は複数の情報を複合的に捉えて考察を行うことができたとともに，それを通して日本の気象と地球規模で生じている大気大循環のつながりを考えるきっかけとなった。さらに，37％の生徒はWEB気象マップの利用を通じて気象への興味関心が喚起され，20％の生徒は今後も活用したいと感じており，本稿が開発したWEB気象マップを利用した探究教材の有用性は一定程度示されたと考えられる。

type:Article 中学校理科第2学年「気象とその変化」の「日本の天気の特徴」について,令和2年(2020年)検定済の教科書の分析を行った。冬季における日本の天気の特徴として,すべての教科書において日本海側で雪,太平洋側で晴れとなることが記載されていた。しかし,その特徴を天気図から捉えることができた教科書は一部に限られた。シベリア気団の性質について,すべての教科書で冷たく乾燥していることが記載されていた。しかし,寒冷や乾燥の程度については主文や気団の模式図からは捉えることはできなかった。観測データ等の資料を用いて,冬季における日本の天気の特徴をシベリア気団と関連付けて理解する探究的な学習の方法を提案した。 This study analyzed lower secondary science textbooks for Grade 2, approved in 2020, regarding the “characteristics of Japan's weather" in the “weather and its changes." As characteristics of Japan's weather in winter, all textbooks described that it snows on the side of the Sea of Japan and clears on the side of the Pacific Ocean. However, the textbook, which could catch the features from the weather map, was partly limited. Regarding the characteristics of Siberian air mass, all textbooks described it as being cold and dry. However, the degree to which it was cold and dry could not be conveyed from the main text, or from the schematic diagram of air masses. This study proposes an exploratory learning method to understand the characteristics of Japan's weather in winter by relating them to the Siberian air mass.

2020年のコロナウイルス感染拡大の影響で，小学校若手教員を対象に8月に実施予定であった課題探究型の理科研修を，対面形式で実施することができなくなった．その代替策として，Google Classroomを用いたe-ラーニングプログラムを新たに開発して，大阪教育大学柏原キャンパス近隣地域の1自治体の教育委員会と連携し，オンデマンド型の研修を実施した．対面研修のようなグループ活動を組み込むことは出来なかったが，対面研修にも活かすことができる，特色あるプログラムを作成することができた．

<p>著者らは，小学校の若手教員を対象にした課題探究型の理科研修を年1回実施している．その課題は，5本の同じ容器に入った正体不明の5種類の水を，8種類の候補の中から同定するというものである．従来の研修では，全班の水の組合せが同じで，実験に必要な器具を事前に教卓に用意するなど暗黙のヒントが多く，学びの到達度に課題があった.そこで2019年度の研修では，班ごとに容器と中身の組み合わせを変え，実験器具を事前に見せないようにした.その結果，正解した班の割合は減ったが，科学的なものの考え方や，問題解決の方法に関する受講者の意識は高まった．不正解事例についての考察から，研修改善のための有用な知見を得た.</p>

<p>小学校の若手教員を対象にした理科研修のプログラムとして，課題探究型のグループワークを実施した．同じ容器に入った正体の分からない5種類の水を，8種類の候補の中から同定するという課題に，情報の収集・整理，予想・仮説の立案，実験計画の立案，実験の実施，考察，発表のためのポスター制作まですべて，4名からなる班のメンバーの協力により取り組んだ．最後にポスターセッション形式の発表と，ルーブリックによる相互評価を行った．事後アンケートの結果から，受講者らはこのプログラムを通じて，集団での学び合いの有効性について体験的に理解したことが伺えた．一方，発表ポスターと相互評価の結果からは，科学的なものの見方や考え方に関して班ごとの到達度に幅があることが明らかになった．</p>

全国学カ・学習状況調査・小学校理科調査間題(H27 年度）を，理，工学部に所属する中裔理科教員志望大学生に解答してもらい，その結果を小学校児童の調査結果と比較した。調査対象の大学生の平均正解率は87.5%であった(H27 年度小学6 年生の正解率60.8%)。主に知識を間う「A」間題については，間題によって大学生の正解率にばらつきがみられ，主に活用を間う「B」間題については，ほとんどが 90%近い正解率であった。記述式の間題では，無回答はほとんどない一方，正解基準に求められる意見と根拠の両方の記述と書き分けは，24%程度に留まった。

初任～５年目の小学校教員研修の受講者に対して，理科指導力の実態把握と，研修の効果測定のためのアンケート調査を行った。その結果，科学への関与度が，研修の効果を議論する上 で注目すべき要因であることが分かった。

<p>球状氷を砂粒子に見立てた，砂岩の続成作用（特に砂の固結化作用）を教示するための実験（A, B, C）を考案，実施し，その実用性を検討した．実験Aでは，氷点下で2つの球状氷を塩ビパイプ中に重ねて静置した．実験Bでは，実験Aと同様の方法で，2つの球状氷の上に890gの重しを乗せた．実験A，Bともに，1ヶ月後，球状氷は結合していた．実験Cでは，室温下でアクリルパイプ中に2つの球状氷を重ねて入れ，ラップで密閉した後，氷点下で静置した．2ヶ月後，球状氷は結合していた．実験Aの1ヶ月後および実験Cの2ヶ月後における結合した球状氷を薄片にし，偏光板に挟んでクロスニコル状態で観察した．実験Aでは面接触を示し，球状氷の結合が圧力溶解による砂粒子の結合に類似していた．実験Cでは，球状氷は霜を介して結合されていた．実験A，Bは圧力溶解，実験Cはセメント化作用を模した実験教材として活用できると考えられる．</p>

全国学力・学習状況調査の結果を踏まえ,大阪教育大学において教員養成を目的として開講されている2つの気象関連科目について,観察・実験の導入により授業改善を図った。授業で行った観察・実験は,小中学校の理科で行うものである。授業で観察・実験を行ったことについて学生アンケートを行った結果,学習意欲と学習内容の理解度において,2つの科目ともほとんどの学生が向上したと回答した。また,小中学校の理科の授業における観察・実験の意義の理解についても,2つの科目ともほとんどの学生が肯定的に回答した。教員養成の理科の授業において,講義と観察・実験を組み合わせた授業形式は,学生が小中学校の学習内容から専門的内容まで深く理解するのに効果的であると考えられる。Based on the results of national achievement test, class improvement by introducing observation and experiment was carried out in two meteorological subjects that are opened in courses for school teachers in Osaka Kyoiku University. The observations and experiments that are learned in the class of the science of the elementary and junior high school were conducted. As the results of student questionnaire about observation and experiment, most students in two subjects replied that the observations and experiments improved motivation to learn and enhanced learning comprehension. In addition, most students in two subjects replied affirmatively about the understanding of the significance of observation and experiment in the class of the science of the elementary and junior high school. In a class of the science in teacher training, it can be considered that the class form combined observation and experiment with lecture is effective students to understand deeply from the learning contents of the elementary and junior high school to the specialized contents.

小中学生の雨に対する科学的な興味・関心の喚起を図るため,雨の強さと雨滴の大きさの関係を可視化する教材の開発を行った。光学式雨滴粒径分布計によって観測された雨滴粒径分布データを基に,雨滴の10倍の直径をもつ発泡スチロール球を用いて雨滴の粒径分布模型を製作した。雨滴の模型を用いることにより,強い雨は弱い雨と比べて大きな雨滴が降っているだけでなく,大小様々な雨滴が数多く降っていることを視覚的にわかりやすく示すことができた。The teaching materials that visualize the relationships between rainfall intensity and raindrop size were developed in order to rouse scientific interest and concern about rain for elementary and junior high school students. Based on raindrop-size-distribution data observed by an optical disdrometer, the raindrop-size-distribution models were made using the styrene foam balls with diameters ten times larger than raindrop diameters. It could be shown intelligibly using raindrop models that large raindrops and a large number of raindrops with various sizes were observed in heavy rain in comparison with light rain.

1998年8月7日にメソスケール降雨帯が大阪湾上を南下し,その中で特に発達した積乱雲が関西国際空港(「関西空港」という)に近づいた.同空港において低層ウィンドシアーを監視している空港気象ドップラーレーダー(DRAW)は,この積乱雲が同空港に到達するまでの間にマイクロバーストを延べ24回自動検出した.このとき低層ウィンドシアーに関する共同調査を実施中であった関西航空地方気象台と北海道大学低温科学研究所は,この積乱雲を対象としてDRAWと同研究所の可搬型ドップラーレーダーによるデュアル観測を行った.この積乱雲は少なくとも4つのマイクロバースト(MB)を,7～9分間隔で発生させていたことがわかった.このうちの2つのMBについて,その振舞いと内部・周辺の風の3次元分布を詳細に解析した.2つめのMBについては,DRAWの自動検出では水平距離4kmで17m/sの風の水平シアーが測定され,デュアル解析によると高度3kmで7m/sの下降流,及び高度500mで14m/sの水平風が形成されていた.またMB 3が到達した関西空港では21m/sの瞬間風速が記録された.これらのことから,DRAWの自動検出はMBの位置,形状,風の水平シアーの強さを精度よく算出していることがわかった.同時に,MBの非軸対称性が水平シアーの測定に誤差を生じさせる可能性のあることも分かった.MBの微細構造として,1つめのMBにともなう地上付近の発散流は非軸対称的な分布を示し,MBの移動方向の右前方に強く吹き出していた.このMBにともなう発散流の先端のガストフロントでは上昇流が作られ,その上昇流によって上空に形成された降水コアが着地するとともに,2つめのMBが発生した.MBの生成には,降水粒子の蒸発による下降流内の空気の冷却,及び落下する降水粒子が空気を引きずり下ろす力の両者が作用していたと推測された.航空機がこのMBに進入した場合,飛行経路に沿った風の水平シアーにともなう揚力減少の効果は,下降流が航空機を直接降下させる効果より2.7倍以上であったと見積もられた.

Two longitudinal-mode snowbands (bands I and II) were observed over the Ishikari Bay, Hokkaido, Japan during a wintertime cold-air outbreak. The three-dimensional kinematic structure of a snowband (band II) was examined in detail using dual-Doppler radar data. Band II noticeably developed over the Ishikari Bay. A high-reflectivity (approximately 35 dBZ at the maximum) zone was formed along the band axis and characterized the radar-echo structure of band II. The high-reflectivity zone of band II had the airflow structure dominated by circulations in vertical cross sections perpendicular to the band axis. The interactions between the two snowbands were discussed. Interestingly, it was found that radar-echo bridges existed at the low levels between the two snowbands. The radar-echo bridges were formed in association with low-level outflows from the meso-gamma-scale convective cloud systems composing band I. The low-level outflows moved toward band II with time and penetrated into band II. This caused strong low-level convergence and the enhancement of updrafts in band II. Consequently, stronger radar-echoes were formed in band II and band II rapidly developed. Ice/snow particles were transported from band I into band II by the low-level outflows. It was considered that the rapid growth of these particles in the enhanced updrafts in band II would have contributed to the rapid development of band II.

The orographic modification of a precipitating convective cloud, which formed in association with typhoon 9304 and travelled over the sea, was studied by mainly analyzing the dual-Doppler radar system observational data. From July 24 1900 LST, to July 25 0000 LST, many convective clouds landed at the southeastern coast of the Kii Peninsula. Although they reached the coast in various stages of development, most of them showed similar features. Their radar-echoes were intensified 10 to 20 km off the coast before landing, and the radar-echoes were intensified again or broadened over land after their radar-echo intensities were reduced near the coast. Before the first intensification of convective radar-echoes over the sea, the echoes were intensified in their upper rear-parts 30 to 40 km off the coast, and intensified in their front-parts near the coast. By averaging horizontal winds derived from the dual-Doppler radar system observational data for about two hours, it was shown that the ambient wind speed decreased near the coast, and the horizontal convergence zone larger than 10(-4) s(-1) existed along the coast line about 10 km off the coast. On the basis of these observational results the travelling convective clouds orographic modification, and the efficient formation of precipitation in them were discussed, taking into account the results of numerical experiment about the Kii Peninsula orographic effect on ambient winds. It can be inferred that the large rainfall amount recorded in association with the typhoon around the Kii Peninsula coast was caused as a result of the integration of travelling convective clouds orographic modification.

降雪雲のレーダエコーの構造の時系列解析は,降雪雲の組織化過程を解明するために重要である。冬季の北海道石狩平野に降雪をもたらす雪雲のレーダ観測から,筋雲内の小さな散在していた塊状のエコーが徐々に集まって組織化されるケースが見い出された。本報告ではレーダエコーの形状特徴量の時系列解析から,このエコーの組織化過程を定量的に評価する方法を提案する。