「深い学び」を促す探究型化学実験教材の開発：電気化学分野を中心として

鼓励“深度学习”的探究式化学实验教材开发：聚焦电化学领域

• 批准号: 20K03267
• 负责人: 田口 哲
• 金额: $ 2.58万
• 依托单位: Hokkaido University of Education
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K03267/
• 关键词: 中学校理科; 高校化学; 電気化学; ダニエル電池; 鉛蓄電池; 化学教育; 化学実験教材; 深い学び; 探究; 化学電池; 教科内容学; 実験教材

「深い学び」の実現に寄与する化学実験教材を研究代表者の専門領域である電気化学分野を例に開発するとともに，教材の効果を検証することが本研究の最終目的である。高校化学の電気化学分野(エネルギー変換)では亜鉛電極と銅電極からなるダニエル電池が取り上げられており，この電池は，新学習指導要領では中学校理科の「化学変化とイオン」の単元でも取り扱われるようになったことから，「深い学び」の実現に寄与する化学実験教材として，まずダニエル電池に注目した。本年度は，昨年度考案した「寒天で固めた硫酸亜鉛水溶液に亜鉛電極と銅電極を挿入し，銅電極と寒天との界面に硫酸銅水溶液を1滴だけ接触させて作成した新規ダニエル電池」について，放電による電極の表面状態の変化を走査型電子顕微鏡（SEM）で明らかにした。中学校理科・高校化学で取り上げられている一般的なダニエル電池との放電特性の違いと，この電極表面の状態を関連付けて考察した。前者では，放電による銅電極上への物質（銅）の析出が明確に観察されるが，これは，樹状結晶として析出することで銅が黒色に見えるためであることがわかった。さらに比較として，マグネシウムが負極で亜鉛が正極の電池を構築・放電し，電極の表面状態を走査型電子顕微鏡で観察することで，同じ亜鉛電極でも負極になる場合と正極になる場合があることを可視化した。加えて，二次電池として高校化学で扱われている「鉛蓄電池」に関して，昨年度考案した「硫酸水溶液の代わりに寒天で固めた硫酸ナトリウム水溶液を用いることで安全に作成・実験できるマイクロスケール化鉛蓄電池」における充放電前後の電極表面の状態を，硫酸水溶液・硫酸水素ナトリウム水溶液・硫酸ナトリウム水溶液を用いた鉛蓄電池のそれとSEMを用いて比較し，寒天で固めた硫酸ナトリウム水溶液を使用した鉛蓄電池が自己放電を起こしにくい原因について考察した。

"Deep Learning" and "Chemistry Textbook" are sent to the research representative in the field of chemistry "Electronic Chemistry" The distinction is made between examples and examples, and the effect of the teaching materials is proved, which is the ultimate goal of this study. High School Chemistry - Electrical Chemistry Division (Electrochemical Division) - Lead Electrode and Copper Electrodeニエル Battery がtake り上げられており, このBattery は, new study guide essentials では middle school scienceの　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 partiesdie I will send you the Chemistry Textbook and the Battery Notes. This year's examination, last year's examination was completed, "the cold weather is solid, the lead sulfate aqueous solution is inserted into the lead electrode, the copper electrode is inserted, the copper electrode is cold, the interface is cold, the copper sulfate aqueous solution is inserted, and 1 drop is used. The contact is made using a new standard battery, and the surface state of the discharge electrode is changed using a walk-through electron microscope (SEM). Science subjects in junior high schools and chemistry in high schools are subject to the examination of the discharge characteristics of ordinary batteries and the state of the electrode surface. The former is a clear discharge of the substance (copper) on the copper electrode, and the discharge is clear.は, dendritic crystals and として are separated out and the copper is black and the color is black.さらに として, マグネシウムがnegative electrode で亜 lead がpositive electrode のbattery を construction and discharge し, the surface state of the electrode をwalk-through type battery Sub-microscope observation is the same as the lead electrode, the negative electrode is the negative electrode, the positive electrode is the positive electrode, and the electrode is visualized. Add えて, secondary battery としてHigh school chemistry でわれている「Lead acid battery」に关して, last year's examination papers した「Sulfuric acid aqueous solution の generation わりに Cold weather でThe aqueous solution of solid sulfuric acid is made of いることでSafety・における before and after charging and discharging The state of the electrode surface, sulfuric acid aqueous solution, sulfate hydrochloric acid aqueous solution, sulfuric acid hydrochloric acid aqueous solution, SEM for lead-acid batteries Use いて comparison し, cold weather で solid めた sulfuric acid ナトリウム aqueous solution を use した lead-acid battery が self-discharge を rise こ し に く い reason に つ い て investigation し た.