【提案】 火が消えたのは二酸化炭素のせいではない
～６年理科「ものの燃え方と空気」の学習～ 加藤 幸男
０．概要
二酸化炭素はものを燃やすはたらきがない気体であるが，児童のみならず大学生も「二酸化炭素は火を消す」という誤認識を持っていることが少なくない。
この認識はものが燃えた後の空気を調べる実験において，酸素の割合を調べる適切な実験が以前はなく，二酸化炭素の発生を調べるという学習を中心に行っていたためと考えられる。
現在は「気体検知管」を使って酸素の割合を調べる実験が可能であるのだが，教科書の指導計画では相変わらず二酸化炭素の発生に重きをおいた学習を展開しており以前と変わらない。
これでは「二酸化炭素は火を消す」という認識を植えつけかねない。
酸素の割合の増減をクローズアップした学習プランを考案し，授業実践を行い，その有効性を確かめた。
１．大学生でも迷う問題
東北福祉大学の非常勤講師を引き受けた際，「理科教材研究法」の講義を行った。
そこで，第６学年理科「物の燃え方と空気」に関わる学習内容の一部の問題を，将来教師を目指す大学３年生に出題してみた。
【問題】集気ビンに，酸素１／２と，二酸化炭素１／２を混ぜた空気を作ります。
この中では，ろうそくの火は，普通の空気と比べてどのように燃えるでしょうか。
ア，普通の空気より，よく燃える。
イ，普通の空気より，あまり燃えない。
ウ，普通の空気と同じように燃える。
３つの選択肢から予想を選ばせると，大学生でも半数以上がイと予想する。
どうしてそう考えたのか理由を尋ねると，その多くは，
「物が燃えると二酸化炭素が発生する。二酸化炭素には火を消すはたらきがあるので，ろうそくの火はよく燃えない（又はすぐ消える）。」
というものである。
実際に実験してみると，普通の空気と比べてろうそくの炎が明るくなりよく燃える。
正解はアである。
この事実に大学生はとても驚いているのである。
大学生は空気中には約２０％の酸素があり，二酸化炭素は０．０３％であることは知識として持っている。
だから酸素が１／２（５０％）であれば，普通の空気よりよく燃えることは当然予想できる。
しかし二酸化炭素が５０％となると，ふつうの空気よりかなり二酸化炭素が多いので，その二酸化炭素によって火は消されてしまうと考えてしまうのである。
２ 「火を消す二酸化炭素」の認識はどこから？
二酸化炭素には火を消すはたらきがあるのだろうか。６年理科の教科書（T社）には，ものが燃えるということに関して，酸素，窒素，二酸化炭素についてこのように記述されている。
○酸素だけを入れたびんの中では，ものがはげしく燃える。このことから，酸素には，ものを燃やすはたらきがあることがわかる。
○ちっ素には，ものを燃やすはたらきはない。
○二酸化炭素には，ものを燃やすはたらきはない。
火を消すはたらきではなく，ものを燃やすはたらきがないのである。
「燃える・燃えない」は，酸素があるかないか（どの程度あるか）によるのであって，二酸化炭素の量には関係がないのである。
では大学生の，「（酸素があるにもかかわらず）二酸化炭素は火を消す」という認識はどこから来たのだろうか。
大学生が小学生の頃に学習に使用した１９９５年頃の６年理科の教科書（T社）を調べてみた。
燃焼後の空気に変化についての学習課題の記述は次のとおりである。
| ３――燃えたあとの空気はどうなっているか ふたをしたびんの中でろうそくを燃やすと，しばらくして火は消えてしまう。 ●ろうそくが燃えたあとの空気は，変化しているのだろうか。 そしてその課題に対して，教科書には２つの予想の記述がある。 ◇ 酸素はなくなって，ちっ素だけになるのかな。 ◇ なにかほかの気体ができるのかな。 |
酸素の変化についての予想がしっかりと記述されている。
そして次に実験に入る。
| ＜実験３＞ろうそくが燃えたあとの空気がどうなっているか調べよう。 |
ここでどんな実験が行われるかというと，酸素がなくなっていることを調べる実験はなく，石灰水を登場させて，その白濁の実験を行っているのである。
そしてまとめとして，
| ○ ろうそくが燃えたあとには，二酸化炭素ができている。 ○ ものが燃えると，空気中の酸素の一部が使われて，二酸化炭素ができる。 |
というまとめを行っているのである。
結果として，次のことが言える。
① 酸素が減ったことの実験はなく(このころ気体検知管はなかった)，酸素が減って燃えなくなったと教えていない。
② 二酸化炭素が発生したことが強調されていて，そのせいで火が消えたような印象を与える。
以上のことから，大学生は火が消えたことについて，酸素の減少ではなく，二酸化炭素の発生を強調された教科書で学習したために，二酸化炭素は「ものを燃やすはたらきがない」ではなく，「火を消すたらきがある」という認識を持つようになったのではないか。
しかしこれは，教科書に原因があるばかりでなく，１９９５年頃には酸素の減少を確かめる適切な実験がなかったことによるとも考えられる。
３ 現在の教科書でも・・・
では，現在の子供たちはどのように教えられているのだろうか。
教科書（T社）を見ると，１９９５年とほぼ同じ学習課題が設定されている。
そしてその予想として，
| ◇ 酸素はなくなっていると思う。 ◇ 酸素は別の気体になっているのかもしれないよ。 |
という２つの記述がある。
いかにも酸素のこと今から調べるぞ！という印象の予想である。
しかし，最初に行う実験はなんと，９５年の教科書と同じで，石灰水で二酸化炭素ができていることをやるのである。
そして次に，酸素が減っていることがさも周知の事実のように，
| 「酸素は全て使われてなくなっているか。」 |
という学習課題が設定されて，それを確かめる実験として，気体検知管で酸素と二酸化炭素の割合を調べているのである。
結論として，やはり教科書の進め方は二酸化炭素の発生が先で，二酸化炭素は石灰水で調べることができるのだということを早く教えたいというように感じられる。
さらに酸素の割合を調べる前に，ダメ押し的にここで，
| 「二酸化炭素にはものを燃やすはたらきはない。」 |
と断言している。
これでは，火が消えたのは二酸化炭素ができたせいだとさらに子どもは誤解するではないだろうか。
酸素については，気体検知管を使って２１％から１７％に減ったことは実験するが，酸素はまだ残っているということを示しただけで，ものを燃やすには一定以上の酸素の割合が必要であるという認識までに至ってはいない。
予想の段階で酸素の減少を問題にしながら，実験はまず二酸化炭素の発生である。
これでは大学生と場合と変わらず，「二酸化炭素は火を消すはたらきがある」という認識を児童に植え付けてしまうであろう。
今は気体検知管という便利な測定器具があるのだから，それを使って，二酸化炭素を調べる前に，まず酸素の割合を調べるべきではないだろうか。
また，酸素があっても，ある程度(２０％以上)の割合がなければ，ものを燃やせないという事実もしっかり抑える必要がある。
燃えなくなったのは酸素が減ったせいだと認識させることが重要なのではないだろうか。
４ では，どう教えるか
（１）ものを燃やすはたらきのある気体を確かめる実験で【授業プラン３】
教科書では，空気は，窒素が約４／５，酸素が約１／５の混合気体であることを教え，窒素と酸素のみの実験で，燃やすはたらきのある気体は酸素と結論づけている。
しかし，空気はいろいろな気体の混合気体である。酸素と窒素だけでなくここで二酸化炭素，さらにブタンガスも取り上げたい。
【問題】この中で，ものを燃やすはたらきがあるのは，どの気体でしょうか。
ア．酸素 イ．二酸化炭素 ウ．ちっ素 エ．ブタンガス
これらの中で酸素だけがものを燃やすはたらきがあり，窒素や二酸化炭素，ブタンガスには燃やすはたらきがないことを同等に扱いたい。
ここで燃える気体のブタンを取り上げるのは，酸素は「燃やすはたらき」のある気体であり，「燃える気体」ではないということをはっきりさせるためである。
（２）空気の成分の学習で【授業プラン５】
前述のように，教科書では空気の成分を図ですぐに示し，「教えること」の内容としての扱いをしている。
しかし児童の多くは，「酸素の割合がもっと多いのではないか。」というイメージを持っている。
よってそのレディネスをもとに空気の成分を考えさせる学習をしたい。
酸素と窒素のいろいろな混合比で燃え方を予想させ，実験する。
【問題１】窒素1/2，酸素1/2の混合気体の中では，ろうそくの火は，普通の空気と比べてどのように燃えるでしょうか。
ア． 普通の空気より，よく燃える。
イ． 普通の空気より，あまりよく燃えない。
ウ． 普通の空気と同じように燃える。
この問題で児童の予想はウが多い。
燃やすはたらきのない窒素と燃やすはたらきのある酸素が半分ずつなので，普通の空気のように燃えると考えるようである。
しかし正解はアということで，普通の空気は酸素が１／２より少ないということを導き出す。
そして，
【問題２】窒素4/5，酸素1/5の混合気体の中では，ろうそくはどのように燃えるか。
【問題３】窒素9/10，酸素1/10の混合気体の中では，ろうそくはどのように燃えるか。
の課題を考えさせ，これらの実験後に空気の成分を教える。
まとめとして，燃やすはたらきのない窒素が８０％あっても，２０％の酸素でものは燃えること，酸素がもっとあればさらによく燃え，酸素があっても少なすぎると燃えないことを確認しておく。
この実験は，次の授業の「ものが燃えたあとの空気」での火が消えた原因を考える根拠とすることができるので，しっかり理解させる。
（３）物が燃えたあとの空気の学習で【授業プラン６】
前にも述べたが，教科書では先ず二酸化炭素の発生を確認する実験を行っている。
しかし「燃やすはたらきがあるのは酸素だけ」と学習しているのだから，教科書のようにすぐに石灰水で調べてはいけない。
「酸素」がどうなったのかに着目させて考えさせる。
【問題】ろうそくが燃えたあとの，びんの中の空気はどうなっているのだろうか。
①酸素は？ ②その他になにか変化があるか。
先ず酸素の変化を，便利な測定器具の「気体検知管」で調べる。
酸素は約１７％に減っている。
前時に，酸素が１／10の割合の時はろうそくの火は消えることは学習してあるので，本時の実験でも「酸素が少なくなったので燃えなくなった」と結論付ける。
次に，「酸素の他に変化はないか」を問題にし，石灰水を導入する。【授業プラン７】
石灰水を白濁させる気体が発生していることを示し，その気体は二酸化炭素であることを教える。
二酸化炭素はものを燃やすはたらきがないことは先の実験で学習ずみである。
また発生するのは二酸化炭素だけではなく，集気びんがくもることから，水もできていることを示すことも重要である。
（４）ダメ押し的に【授業プラン８】
酸素と二酸化炭素のいろいろな混合比で燃え方を予想させ，実験する。
【問題１】二酸化炭素1/2，酸素1/2を混ぜた空気の中では，ろうそくの火は，普通の空気と比べてどのように燃えるでしょうか。
【問題２】二酸化炭素4/5，酸素1/5を混ぜた空気ではどうでしょうか。
前と同じように３つの選択肢から予想させ，討論し，実験する。
そして二酸化炭素は，火を「消すはたらき」があるわけではないことをまとめる。
燃やすはたらきのない「窒素」と同じであることを補説する。
５ 検証授業
４の授業プランで授業実践を行い，【授業プラン８】でそのプランの妥当性を検証してみた。
ろうそくが燃えると，酸素がへって火が消え，二酸化炭素や水が発生します。
【問題１】二酸化炭素１／２，酸素１／２を混ぜた空気の中では，ろうそくの火は，普通の空気と比べてどのように燃えるでしょうか。
ア，普通の空気より，よく燃える。
イ，普通の空気より，あまり燃えない。
ウ，普通の空気と同じように燃える。
＜児童の予想＞
・ア…窒素1/2の実験の時と同じだから。
・イ … 二酸化炭素が半分もあるから。
二酸化炭素が火を消すから。
・ウ … 燃やすはたらきのある酸素と，燃やさない二酸化炭素が半分ずつだから。
＜考察＞ ｏアの予想が多かったことから，多くの児童は，二酸化炭素の存在ではなく，酸素の割合で考えている。
ｏイやウの予想も合計２０人もいることから，前時までの授業内容が十分に定着していないことも見て取れる。
ｏ１組は誤答のイを予想した児童が多かった。
これは「二酸化炭素が火を消す」という認識を授業以前に持っていた児童のようであった。
これらの児童の認識を変えることはなかなか容易ではないと思われる。
６ まとめと今後の課題
近年，地球温暖化のニュースがよく聞かれ，子供たちは二酸化炭素の増加が原因の一因であることや，化石燃料を燃やすと二酸化炭素が発生するということもよく知っている。
やや悪者の印象の二酸化炭素が，今の教科書の教え方では「火を消す張本人」とさらに誤解されかねない。
酸素が減ったことを今は気体検知管を使って容易に実験できるのであるから，もっと酸素の割合でものの燃え方を学習する学習が望まれる。
火が消えたのは二酸化炭素のせいではないのである。
今回，酸素の増減をクローズアップした学習プランでこの「ものの燃え方と空気」の授業を行った。
その結果，検証授業では７２％の児童が酸素の割合でものの燃え方を考えており，ある程度このプランは有効であったと考える。
しかし，１３％の児童は酸素の割合より二酸化炭素の割合の高さや火を消すといった誤認識を変えられないでいる様子も見受けられる。
今後，その児童の認識はどこからくるのかを探り，プランの改善につなげたい。