レーザ光による蛍光を用いた方解石の複屈折の授業実践と生徒の理解の変化の研究

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光の行跡を示す教材として,従来の先行研究ではレーザー光による煙中でのチンダル現象を利用する例が多い。今回、紫色(402nm)のレーザーポインターの光による蛍光を利用して光の行跡を示し,光の直進性,反射,屈折,複屈折などの現象やレンズ中の行跡を目視する教材を開発した。ここで用いた蛍光を発する物質は、ある種の液体およびウランガラス,方解石である。これらは可視光で励起し蛍光を発する。また、この教材を用いて実践授業を行ない、授業での生徒の概念変容を検討し、教材の有効性を検証した。光の行跡を示す教材は以下の通りである。1コナラの枝を数時間つけた水は,レーザー光で蛍光を発する。(これをコナラ水と呼ぶ。)他の液体でも蛍光を発するが,この方法が安価で安全である。このコナラ水をアクリル製容器に入れレーザー光を照射すると,緑色の蛍光を発して光の直進性が観察できる。2コナラ水中に鏡を入れ,レーザー光を反射させると,光の反射が観察できる。3ウランガラスをコナラ水中に入れ,レーザー光を照射すると,光の屈折が観察できる。4方解石をコナラ水中に入れ,レーザー光を照射すると,方解石に出入りする光の行跡と方解石中における複屈折が観察できる。5ウランガラスでできたレンズをコナラ水中に入れるとレンズに出入りする光の行跡とレンズでの屈折する光の行跡が観察できる。ここで用いたレンズは凸レンズ,凹レンズを使用した。高等学校・地学Iで上記の4の観察を用いた授業実践を行った。この授業では個人での方解石の複屈折の観察後に,演示実験として4の観察を行い,その後複屈折の仕組みについてグループでの考察を行った。授業での生徒の理解の変化を,コンセプトマップ及び質問紙調査により検討した結果,複屈折についての理解が有意に進んだ。このことから,4のレーザーポインターの蛍光を用いた方解石の複屈折教材は有効であることが明らかになった。