物理の学習過程の中で創造的な能力や態度を養うためには，観察や実験などを通して，事物・現象を見つめ，その本質を意欲的に探究し，自分自身の言葉で表現するという体験を数多く積み重ねることが大切である。そうした体験がもとになって，物理学的なものの見方や考え方が養われるとともに，新しい課題に対する解決の着想や工夫が生まれてくる。
生徒が観察や実験に主体的に取り組み，意欲的に探究しようとするためには，問題解決の過程で生徒の発想を引き出し，十分に認め，発展させるように指導することが大切である。一斉授業と異なり，観察や実験は生徒の個性や技能が明瞭に表れる場である。このような場で発想を生かし表現する力を伸ばすことは，生徒が事物・現象を見付けたり，新たな観察・実験方法を考え出したり，法則性・規則性に気付いたりすることなどにつながるものと考える。
平成８年度の授業研究では，電気容量の単元で生徒の発想を生かす工夫を試みた。具体的には，平行板コンデンサーの性質を調べる学習において，実験計画の作成，電気容量測定装置の製作と測定を行い，発想を生かしながら電気容量の特性を探究できるようにした。電気容量の大きさが変化する様子は，ＲＣ発振の周波数で検出するようにした。電気容量の変化を定性的に知るのに，発振周波数を発光ダイオードの点滅の速さ（電気容量が大きい場合）とスピーカーから出る音の高さ（電気容量が小さい場合）で視覚あるいは聴覚でとらえることができるようにした。また定量的測定としては，発振周波数をコンピュータで計測できるようにした。
平成８年度の授業研究の成果は，次のとおりである。
- 生徒が実験計画を立てられるように工夫すると，見通しをもって課題に取り組むようになる。
- 生徒が実験装置を自作できるように工夫すると，意欲的に課題に取り組むようになる。
- 課題解決の過程で生徒が五感を活用できるように工夫すると，現象を多面的にとらえられるようになり，法則性に気付きやすくなる。
以上の成果を踏まえて，９年度の研究では表現力を高める学習指導の在り方に焦点を当てる。表現力とは，自由な試行活動を通して，自分なりの表し方を工夫することである。観察，実験において表現している生徒の姿としては，試行錯誤しながら新たな方向性や疑問がもてる，創意工夫しながら自分の発想がもてる，話し合い活動の中で認め合い修正しているなどが考えられる。
平成９年度の授業研究では，「光波」における生徒の表現力を高める指導の工夫を行う。光が作り出す現象は日常生活のあらゆる場面で身近に体験できる現象であり，その美しさや不思議さには誰もが感動するところである。高等学校段階では，光が持っているいろいろな性質を波動として理解させることがねらいとなっている。光の反射・屈折・分散などの波動現象を総合的に把握し，一粒一粒の水滴に入る光が再び出ていくときの方向を見付け出し，それぞれの水滴から出る光が総合されて虹になることを理解したときには，自然の素晴らしさを驚きもって感じ取ると思われる。そこで，雨上がりの太陽を背にした空に現れる虹ができる仕組みについて，多面的にとらえることができるような「探究活動」を行うことを通して，表現力を高める指導の在り方について究明する。
| ア | 創造的に実験を進める工夫 「虹はなぜ見えるのか」という疑問から発して，光の反射・屈折・分散などに見られる法則性を手がかりに，虹のもとになる水滴内の光の道筋を予想し，観察や実験をもとにして太陽光がいろいろな色にわかれて目の中に入り，アーチ型の虹となって見えるということを認識するまでの一連の探究活動の中で，自分の発想を生かしたり，互いに認め合い修正したりできるようにする。そのために探究過程を細分化して，探究すべき課題を把握しやすくしたり，課題に対する予想を行いやすくしたりする。また，物理現象を理論の応用としてとらえるのではなく，自分が観察，実験して得た測定値に自信と責任を持って探究活動に取り組めるようにする。 |
| イ | 光学実験装置の工夫 図１は，単色光の反射・屈折を実験するための光学台である。この光学台には，ガイドを設けてレーザー光源を平行移動できるようにしてあり，レーザー光源を厚さ３mmのアクリル円板に対して一定の角度で入射することができる。円形のアクリル板は球体である水滴をイメージできるようにするのに適している。また，光学台の側面全体に白色の厚紙を張り付けて，屈折光や反射光がはっきり見えて，余計な反射光がでないようにする。  図１ 光学台１ 図２は，白色光源の分散光まで測定できるようにした光学台である。この光学台には，黒い厚紙を斜めに立てて衝立とし，側面からはね返ってくる白色光を遮り，分散光を見やすくなるようにした。特に副虹は，この衝立によって鮮明に観察できるようになった。  図２ 光学台２ |
| ウ | 表現力を高める工夫 探究活動において生徒の表現力を高める方法としては，実験レポートの作成や発表会などにおいて，発想を生かして実験の処理や結果のまとめを行ったり，創意工夫して発表の内容や方法を考えたりすることなどが考えられる。本研究では，特に本単元の最後に発表会を設けて，探究の成果をお互いに評価できる場を設定する。 |
| ア | 単元 波動に関する探究活動「虹はどうしてできるのか」 | |||||||||||||||||||||||||||||||
| イ | 単元目標 虹の生成過程を探究活動のテーマとして，波動に関する学習活動と関連させながら観察・実験を行うとともに，観察・実験を通して，仮説やモデルの設定，推論，条件制御，測定，数的処理，データの分析・解釈，法則性の発見など，物理学的に探究する方法を取得する。 |
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| ウ | 指導計画（１２時間扱い）
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| エ | 活動の概要
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| オ | 授業の実際 ［第四次］探究活動の発表会（1/3時～3/3時）
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| ア | 探究活動について 探究活動のテーマが身近なものであったために，虹のメカニズムの解明に意欲的に取り組んだ。これまでは，測定値が理想値と違っている場合，測定値を無理やり理想値に近付けようとする生徒が多かった。そして，測定の誤差を自分の測定ミスと考えてしまう傾向があった。今回の細分化された探究活動での一連の度重なる観察，実験を通して，誤差の原因を追究し，測定結果が予想に反していたときには何度でも測定することが大切であるという態度を身に付けることができた。 アクリル円版に光を当てる観察・実験で，レーザー光を使った場合は，反射光，屈折光の道筋が見やすく，予想との比較が容易であった。しかし，白色光では光源の強度が弱く，したがって分散光が見にくく，分散の仕方を予想できた生徒も，実験では虹の生成と関連させてとらえることが難しかったようである。実験装置には今後改良の余地があると考える。 今回の探究活動を行った時期は，物理の学習内容が次第に高度になり，生徒の学習意欲が低下する兆しが見え始めていた時期であったが，今回の探究活動を通して物理の面白さを感じ取った生徒が多かったようである。そして，生徒が発想を生かしながら観察・実験に取り組むには，実験の計画から始めて結果の考察を繰り返し行うという，今回のような授業の形態が有効であることが分かった。 |
| イ | 発表会について 探究活動の成果を発表する際のテーマを一つに絞ることで，発表会に向けて取り組んできた探究活動の目標を再確認させるとともに，まとめる活動の目標を明確にできて，発表会に向けてのまとめに集中して取り組ませることができた。第四次の発表会まで４日間の余裕を持たせたので，放課後に各班で討議を繰り返しながら資料づくりを続け，まとめる活動を協力しながら熱心に行った。これまでの実験結果に納得がいかず，放課後に再実験を試みる班があった。また，図書室に通って虹の生成のメカニズムを調べる班もあった。 発表会においては、ＴＰシートを回転させて太陽の高度によって見える高さが変わることを説明した班や，ボール紙で４２度の角度を持った直角三角形を数枚作り，一定方向の入射光に対して分散光を１点に集めるようにすると，水滴が円周上に並ぶことを立体的に説明した班もあった。 今回の研究発表会では，「どうすれば人に分かりやすく表現できるか。」という視点から生徒の様々な工夫が見られた。また，他班の発表を評価することによって，自分たちの表現方法を振り返ることができた。今回の発表会の反省点としては，各発表の後の質疑応答が十分に深まらなかったことが挙げられる。討論がより活発に行われるように一層の工夫が必要である。  図５ 発表会の様子 |
| ア | 身近な現象であればあるほど複雑な物理過程が含まれていることが多い。そのような場合に，探究過程を細分化し，それぞれの段階での課題が明確になるように工夫すると，生徒は発想を生かして意欲的に取り組むことが分かった。 |
| イ | 現象をイメージしやすくなるような観察・実験装置を製作し，探究過程で活用できるように工夫すると，生徒は思考を深め，探究活動に意欲的に取り組むことが分かっった。 |
| ウ | 探究活動の成果を発表し合う場を設け，生徒自らが評価基準を作ってお互いの発表を評価し合えるように工夫すると，生徒は創意工夫しながら発想するようになったり，他の生徒のとらえ方を認めたり，自分のとらえ方を修正したりして，表現力を高められることが分かった。 |
| ア | 身近な自然現象を契機として，物理学的な手法を用いて探究活動を行えるようなテーマを作り，物理の学習にさらに意欲的に取り組むようにする。 |
| イ | 観察，実験の結果から容易に思考活動がうながされるように，実験装置を工夫する。 |
| ウ | 発表会における生徒の表現力をさらに高められるように，事前指導や発表方法を工夫する。 |