実験科学の方法（‘０２）

HOME 2004/11/08 1130315.doc 科目名実験科学の方法(02) 1 ＝実験科学の方法（‘０２）＝（TV）〔主任講師：濱田嘉昭（放送大学教授）〕〔主任講師：菊山宗弘（新潟大学教授）〕全体のねらい自然科学では自然界に起こる様々な現象を分類・整理し、これらの現象を支配する法則を明らかにしようとすると共に、現象を予測し、場合によれば新たな現象を作り上げようとする。このためには、実験と観察、論理が必要である。自然科学には物理学、化学、生物学など様々な分野があるが、自然科学としての基本的な考え方などは共通している。この講義では、様々な自然科学に共通する考え方、手法を学ぶと共に、自然科学の学習の進め方に役立てようとする。回テーマ内容執筆担当講師名 (所属･職名) 放送担当講師名 (所属･職名)

1 自然科学の構造自然科学はどのようにして発展して来たのか、現状はどうであるかなどを概観する。次に自然現象の現れ方の特徴とそれに見合う探求の方法についてまとめる。最後に自然科学の諸分野とそれらの相互関係を検討し、自然科学の学び方についても言及する。濱田嘉昭（放送大学教授）菊山宗弘（新潟大学教授）濱田嘉昭（放送大学教授）菊山宗弘（新潟大学教授）

2 自然科学における観察と実験自然科学は自然現象を観察や実験をとおして理解しようとするものである。正しい観察や実験を行うにはどのような手順を踏むべきかを考える。事実としての自然現象、理解するための観察や実験結果との関連、一般化としての概念や法則について考えてみる。菊山宗弘濱田嘉昭菊山宗弘濱田嘉昭

3 自然科学の言葉と表現：単位と標準様々な分野の研究結果を伝達し、知識を共有するためには「共通語」が必要となる。このため各種の物理量には、その物理量の意味や基準が厳密に定義されている。この章では定義や基準・標準について解説する。濱田嘉昭菊山宗弘濱田嘉昭菊山宗弘

4 自然科学の戦略：分析と統合様々な現象に対する実験や観察によって得られた結果を分類・整理することによって、その結果の中に含まれる意味を汲み取り、現象を引き起こす原因を抽出することができる。さらにその原因を、その実験だけに固有のものとするのではなく、可能な限り一般的な法則としてまとめることが大切である。分析と統合の関係、そのプロセスを解説する。菊山宗弘濱田嘉昭菊山宗弘濱田嘉昭

5 目に見える現象力学的現象、生物の織り成す世界などは目に見える形で観察できるものが多い。したがって伝統的に蓄積されてきた知識の体系を作っている。これらの分野の現象の特徴と観察・実験の組み方、結果のまとめ方、法則化に至る過程を可能なかぎり具体的な例を挙げて解説する。目に見える現象の裏に目に見えないミクロの過程があることを同時に理解する。同上同上

6 目に見えない現象素粒子、原子や分子などのミクロの物質は目で見ることはできない。これらの物質が関係する現象の特徴と観察・実験の組み方、結果のまとめ方、法則化に至る過程を可能なかぎり具体的な例を挙げて解説する。目に見えないミクロの過程は、マクロの物質の現象として現れる場合があることを同時に理解する。濱田嘉昭菊山宗弘濱田嘉昭菊山宗弘 2004/11/08 1130315.doc 科目名実験科学の方法(02) 2 回テーマ内容執筆担当講師名 (所属･職名) 放送担当講師名 (所属･職名)

7 自然現象に働きかけるわれわれは自然現象の起こる原因を知るために観察や実験を行う。実験に際しては、何らかの形で対象に働きかけその応答を見る。このとき、対象に及ぼす影響を可能な限り小さくするという方法と、激しく働きかけることによって現象の裏に潜んでいた実体を顕わにする方法がある。それぞれの意味と実例を解説する。菊山宗弘濱田嘉昭菊山宗弘濱田嘉昭

8 自然現象を見る目を研ぎ澄ます自然現象が発する信号を謙虚に見つめることは必要であるが、信号を受け止める感度と範囲を広げる努力も重要である。また測定の方法によっては、同一の現象も異なった様相を示す場合がある。この章では実際に測定をするときの技術的な問題とともに、何を観測しているのかを熟知しておくことの重要性を解説する。濱田嘉昭菊山宗弘濱田嘉昭菊山宗弘

9 自然現象の美しさを知る自然現象に関する実験や観察による事実をそのままメモや文章として記述しただけでは、分析や考察の対象とはならない。実験・観察データの中に含まれる規則性や原因を抽出するにはグラフ化とか統計処理などが必要となる場合がある。どのような処理の方法があって、どの処理法を適用すればよいのか。その注意点は何かなどについて解説する。菊山宗弘濱田嘉昭菊山宗弘濱田嘉昭

10 自然現象の裏に潜む姿を暴く実験や観察によって得たデータは、自然現象の表す一つの事実であるが、その事実に隠された“真実”をデータの解析を通じて明らかにすることができる。一過性の現象、厳密な数値を再現性よく入手することが難しい分野などの研究を支える基礎は何か、そのような領域のデータはどのように扱えばよいかを解説する。濱田嘉昭菊山宗弘濱田嘉昭菊山宗弘

11 自然現象の秩序と法則の表現一見雑多で複雑に見える自然法則を整然と定量的・論理的に記述し、観察や実験の結果と比較し判断を下すには、それにふさわしい表現法が必要である。それが数学である。この章では、数式で表現するということの意義を解説する。同上同上

12 自然科学における評価と判断実験や観察によってある結論を引き出す場合に必要なことは、関連する現象やこれまで蓄積されてきた知識や法則との整合性である。独断を排し、結論の妥当性を謙虚に検討する必要がある。それには自分のデータや結果の解析や評価だけでなく、他の研究者の成果との間の比較検討が重要である。この過程を実際に即して解説する。同上同上

13 情報の収集自然科学の知識や技術には膨大な蓄積がある。何がどこまで明らかになっているか、あるいは何が未解決の問題であるか、どのような考えが提出されているかの検討は、実験計画の段階から、成果の発表の段階まで、常に必要とされる。この章では情報の収集、特に文献の検索について解説する。同上同上 2004/11/08 1130315.doc 科目名実験科学の方法(02) 3 回テーマ内容執筆担当講師名 (所属･職名) 放送担当講師名 (所属･職名)

14 研究成果の発表と討論自然科学の研究で得られた新事実や法則を人類共通の財産にするためには一定のルールにしたがって結果を整理し、適切な方法や媒体を用いて発表する必要がある。報告書（レポート）の作成、論文のまとめ方、発表のしかたについて説明する。また学習段階での報告書、実習レポートのまとめ方などについても概説する。菊山宗弘濱田嘉昭菊山宗弘濱田嘉昭

15 自然科学の今後の発展２０世紀に自然科学は巨大な発展をした。各分野では今後どのような発展が期待されているのか。２１世紀の近未来の姿を予測する。１４回までの内容のうちいくつかの重要と思われる話題を取り上げることにより、全体としてのまとめとする。同上同上