理数科

ある班の試料台に乗せた試料です。

生徒の皆さんが自分の手で電子顕微鏡を操作して、試料を観察しています。中学校の先生も本校の教員も基本的にはノータッチの状態で、生徒の皆さんに自由に使ってもらいます。

通常は、顕微鏡に接続されたパソコン画面に電子顕微鏡の映像が出てくるのですが、全員で観察するには小さいので、ガラス黒板にパソコンの画面を投影してみんなで電子顕微鏡の映像を観察しています。

皆さん初めての体験で楽しそうに活動をしていました。
生徒の皆さんだけで活動をしているので観察がうまくいかない場面もいくつかありました。その場合は高校教員がフォローしますが、うまくいかないことも大事な体験です。

今回の体験を通じて、ミクロの世界にさらに興味を持ってくれればうれしい限りです。

1回目の実験の結果と考察をワークシートに記入しました。
左側のろ紙は水性黒インクを水で展開したもの、右側のろ紙は同じインクをメタノールで展開したものです。色がきれいに分離していますが、明らかに双方に違いがあります。

今回は、ここからが本番。

最初の実験を受けて、エタノールで展開したときに赤色はどこに行ったのだろうということを考え仮説を立てます。その仮説に基づいて、それぞれの班で赤色を探す実験を考え、実際に行ってみます。

こちらは最初の点にまだ赤色が残っているのではないかと考えて、エタノールで展開したろ紙の出発点だけを切り取り水の中に入れてみました。

大きいろ紙で実験中。

エタノールと水の2種類の展開液で平面的に展開してます。

それぞれ考察をワークシートにまとめています。

通常の授業での実験のようにあらかじめすべての手順が決められているわけではなく、実験結果に基づいて自ら考え、次の実験を展開していくという今回の実習を通じて、課題研究の進め方を体験することができました。

サンプルを電子顕微鏡にセットしている様子です。

電子顕微鏡により映し出された映像をガラス黒板上のスクリーンに投影しています。
今日最初の映像です。プラナリアの断面ということですが...。
この後も条件を変えた資料を観察していました。

場所は変わって、こちらは1年生。
1年生は2学期までの間に様々な大学等の機関で実習を行ってきました。3学期は、その体験を活かして、今度は自分たちが知りたいことを課題研究として行うための準備に入っています。

教室で各々タブレットを使い調べものしながら、グループ内で議論を行い、課題研究で何を行うのかを決定しています。

2年生は、今までのまとめとして、レポート作成と日本語と英語のA0判ポスターを作成して発表するための準備へと取り掛かります。
1年生は、パワーポイントを使い、2年生でどのような課題研究を行うのか発表するための準備に取り掛かります。

講義のあとは、実験開始です。

ウニから卵巣を取り出している様子です。

ウニの卵巣に排卵を促すホルモンを与えています。

排卵の様子を一人一台の実体顕微鏡を使って観察しています。

あらかじめ採取・冷却した精子を温めないようにマイクロピペットで吸い出しています。
この後、抽出したウニの卵の一部に精子を与え受精させます。

受精時の反応は速いので、精子を与えたあとはすぐに観察します。

今回の実験は皆さん大盛り上がりで、ご指導いただいた千葉先生、植竹先生をはじめ、千葉先生の研究室の学生さんも一緒になって楽しげな雰囲気でした。

今回は、貴重な体験をさせていただきありがとうございました。
千葉先生、植竹先生、千葉研究室の学生の皆さん、大変お世話になりました。

このあとは、行内見学を行い、講義室に戻って最初にまとめてもらった疑問点についてのお話。

まだまだ、壮大な疑問が多くどうやってこれを、課題研究のテーマとするかまでにはもう少し時間が必要ということでした。千葉先生と植竹先生には、今後も課題研究のテーマの設定に向けた活動をお願いしています。

今回の経験が、理数科の生徒の皆さんの今後の課題研究に結びつくことを願ってやみません。

最終的な科学的仮説を立てて、実際の研究に至るまでは、研究しようという内容について自分が日常的に疑問を感じていることをたくさん出すことが大切とのこと。

自分が興味を持ったテーマについて、日常的に感じる疑問は何だろう、どれだけ思い浮かぶだろうかと生徒に語り掛けます。

このあと実際の課題研究のグループごとに、自分たちのテーマの日常的に感じる些細な疑問をグループで共有します。

グループの話し合いの中に千葉先生が入っていき、出てきた疑問について生徒と一緒に語り合っています。

自分の疑問をさらに出してみようという宿題が出て、今回の講演は終了です。
2週間後にお茶の水女子大学の千葉先生の研究室を訪問させていただく際に、研究室での実験とともに今回の内容の続きをお話しいただきます。

大ホールにて大会の開催を持ちます。若干緊張した面持ちのようです。

開会式が終了すると、筆記競技 (物理、化学、生物、地学、数学、情報の6科目) が60分、昼食をはさんで、実技競技 (制作) 50分、実技競技 (コンテスト) 65分と進んでいきます。

今年の実技競技も難題で、各校しのぎを削る形となりました。

すべての競技終了後は、特別講演です。
今年は、国立天文台の秦 和弘助教による、「史上初、ブラックホールの撮影に成功 ～地球サイズの電波望遠鏡で、銀河の中心に潜むブラックホールに迫る～」と題してのご講演でした。
秦先生は、世界で初めてブラックホールの姿の撮影に成功した国際プロジェクト『イベント・ホライズン・テレスコープ (EHT)』の日本人メンバーのおひとりです。
大変貴重なお話を数多くうかがうことができました。

この後表彰式・閉会式となりました。
残念ながら、本校は入賞することはできませんでしたが、埼玉県内の科学が大好きな同年代の人々と同じ時間を過ごすことができて、大変有意義で、刺激的な時間を過ごすことができました。

皆様、ご声援いただきありがとうございました。
出場資格は高校１、2年生ですので、2年生は今年が最後となります。
参加してた1年生は、来年度も参加したいと頼もしいことを言ってくれました。
2年生の皆さんは、大変お疲れさまでした。
1年生のメンバーは、来年にむけて頑張ります！

実験実習に移ります。

多肉質の葉の表面に水滴をたらし、ハイスピードカメラで撮影し観察しました。葉の上で水滴が弾んでいて、水をはじく瞬間が見られ、感動の声があがりました。

興味を持った⽣徒たちは、自らアイデアを出し、葉の状態の違いで水滴の跳ね方がどのように変わるのか観察しています

肉眼で見たり、触ったり、積極的に観察しています。

水をはじく多肉質の葉の表面がどうなっているのかを双眼実態顕微鏡で観察しています。

特別に電子顕微鏡を用意していただき観察できました。植物の「気孔」もはっきりと映し出され、興味津々。見たい映像が拡大されると質問も積極的になりました。

低温にすることにって超伝導体の電気抵抗が減少することを確かめる実験です。
液体窒素を使った実験です。もちろん液体窒素を使うのは初めて。
安全のために革手袋をしての実験となります。

超伝導体を液体窒素の入った発泡スチロールトレイに入れて実験を行なっている様子です。
学校でいつも使う金属製のピンセットでは熱伝導動が高く、液体窒素にピンセットが触れるとピンセットが急激に冷却されて指がピンセットに貼り付いて危険です。ここでは、熱伝導度の低い割り箸を使って物質を操作しています。
写真だけ見ると不思議な感じがしますね。

超伝導体の特徴の一つピン留め効果の実験です。磁石の上に冷却した超伝導体を載せています。
上に乗せた超伝導体は、磁石の上で浮かんでいます。しかも、多少動かしても超伝導体は磁石の上にピン留めされている様に浮かんだままの状態を保っています。
とても不思議な光景です。

高校では体験することがとても難しい実験を今回実習することができて、皆さん少々興奮気味です。

宇宙服に関する説明を受けています。

続いて、小型衛星についての説明です。

この後スペースドーム内での活動になります。
ここでは、自由に行動してそれぞれの興味関心に従って学習をしていきます。

こちらは、補給機の写真です。

宇宙服を間近に見ることができます。

初めて見るものが多く、生徒たちは興味津々の様子でした。

この後、昼食をとって筑波大学プラズマ研究センターでの研修グループと物質・材料研究機構 (NIMS) での3つの班 (NIMS班はさらに2つに分かれます) に分かれて午後の研修となります。

9月20日行われたお茶の水女子大学の植竹先生による課題研究概論の様子です。

こらからの課題研究での課題をどのように見つけていくか、その課題にどのように取り組むかをお話しいただきました。

その中では、過去の研究論文を検索して、それぞれが論文を読むという実習も行われました。
課題研究についてイメージを持ってもらえたかと思います。

続いて、課題研究のテーマ探しの一環として10月25日につくば研修を行います。
それに先駆けて中部大学の井上先生に事前指導を行っていただきました。
井上先生には今回のつくば研修のコーディネートもお願いしています。

今回のつくば研修では、午前中に宇宙航空研究開発機構 (JAXA) 筑波宇宙センターに、午後は筑波大学プラズマ研究センターと物質・材料研究機構 (NIMS) の2か所に分かれて研修を行います。

宇宙開発の歴史に関するお話です。

10月25日のつくば研修で、理数科の皆さんが科学に関する興味関心を広め、課題研究につながる実り多きものになることを願っています。

そして、その内容についてポスター発表を行いました。

午後からは、東京大学 Kavli IPMUの村山教授のビデオ講義を聴講し、午前中の経験と午後の村山教授の講義をもとに「科学者は広大な宇宙の仕組みや成り立ちをどのように探求しているでしょう？」というお題で、各グループが話し合い再びポスター発表です。

最後に、村山教授がドイツからビデオ会議を用いて、参加者からの質問に答えていただきました。

宇宙物理にどっぷりと浸れる、濃密な1日でした。

午後は捕まえた生物の分類を行いました。

夜は近くの港に行き、ウミホタルの採集です。

戻ってきてから、ウミホタルの光る様子を観察するだけでなく、その体の構造を詳細に教えていただきました。

質疑応答の様子です。同じクラスの仲間からの質問を受けています。

13日 (1日目) 6時間目から1年生理数科も参加しました。(写真手前4列が2年生、その後方が1年生になります。)

砂漠の緑地化に関する課題研究の発表です。

指導している教員からの講評を受けています。

遺伝子組み換え植物に関する課題研究の発表です。

はじめに、屋上にある天文台の見学です。

写真左手前が太陽天文台、真ん中が副天文台、右手奥が主天文台のドームです。

残念ながら当日は曇天だったので、ドームを開けて観測は行われていませんでしたが、中を見学させていただきました。

太陽天文台のドーム内です。

ドーム内に設置されている太陽観測専用の6連式太陽望遠鏡です。

太陽の観察を行っていて、様々な波長により太陽表面の物質毎の観測や太陽表面の地場観測をここでお行っているそうです。

続いて、副天文台に入ります。

副天文台のドーム内に設置されている20cm屈折望遠鏡です。

太陽の黒点観測や太陽光のスペクトル分析、太陽や月の詳細観察、明るい天体の観測などをここで行っているそうです。

太陽の黒点観察結果のシートです。現在はデジタルで集計されていますが、このようにアナログデータとして観察も行っているそうです。

太陽光のスペクトル分析の結果を見せてもらっています。

主天文台のドーム内に設置されている65cm反射望遠鏡です。

口径が65cmということでそれだけ多くの光をこの望遠鏡で集めることができるとのことで、口径が大きいと暗い星も捉えることができるとのことでした。例えるならば、我々の目を65cmに拡大したようなものだそうです。

このような特性を活かし、星雲や星団などの淡い天体の観測をここで行っているそうです。

筐体を支える台座は川口の鋳物でできているそうです。

天文台の見学を終えて、最後はプラネタリウムによる解説です。今回は、H-R図 (ヘルツシュプルング-ラッセル 図) に関する説明をわかりやすく説明した内容でした。

しんかい6500、すばる望遠鏡の展示エリア。

スーパーカミオカンデの展示エリア。

同じくスーパーカミオカンデに関する展示エリアでの調査の様子。

オーダーメイド医療に関する展示エリア。

国際宇宙ステーションに関する展示アリア。

1年生が調査の合間に行われていた、リーダー役の2年生と井上教授との打ち合わせ風景。

どのようにグループをまとめていくのかを井上教授が個別にリーダー役の2年生にご指導いただいています。

調査活動中に日本科学未来館のボランティアの方 (写真手前) にお話を伺っています。

こちらは、日本科学未来館のの科学コミュニケータの方 (写真右側) とディスカッション中です。

ここからは、展示を用いたプレゼンテーションとそのプレゼンテーションの聞き手役による講評の活動の様子です。

すばる望遠鏡に関する発表。

オーダーメイド医療に関する発表。

国際宇宙ステーションに関する発表。

スーパーカミオカンデに関する発表の様子。後ろで2年生が発表の様子を見守ります。