Kawasaki University of Medical Welfare Institutional Repository

巻頭言 
 
このたび、「総合教育センター教職課程部門誌」の創刊を迎える運びとなりました。未来
の教師を夢見る学生たち、理論と実践の往還を通して教員養成に携わる大学教員、そして学
校という教育の舞台に立つ教師、これら三者を結ぶ架け橋となり、共に学び、共に成長し合
う場を提供できることに深い感謝と興奮を抱いております。 
総合教育センター教職課程部門は、本学の教育理念を踏まえて、教職課程カリキュラムを
一元的に管理・運営するとともに、各種教育関係機関および地域社会との密接な連携のもと、
実践的指導力を有する教員養成と教員の資質向上に資することを目的としています。これら
の目的を達成するために本部門誌の果たす役割はとても大きいと考えます。 
創刊号には、平成 29 年に示された教職課程コアカリキュラム、特に教科および教科の指
導法に関する科目の内容に関連し、全体構造、授業設計、教材研究などの重要なキーワード
を含む貴重な論文が多く収められています。教職課程コアカリキュラムは、共通的に習得す
べき資質能力を示すと同時に、地域や学校現場のニーズや大学の自主性や独自性が教職課程
に反映され、各大学が責任をもって教師を育成する仕組みを構築することで教職課程全体の
質保証を目指すものとされています。本誌がその目的の一端を担い、継続的な教員の資質向
上に貢献できることを確信しております。 
教育は絶え間ない旅であり、本誌がその一部として、未知の道を共に切り拓き、知識と情
熱を注ぎ込みながら、より良い教育の未来を築いていければと願っております。 
 
総合教育センター長 
宮川 健 


Japanese

巻頭言

P(論文)原著departmental bulletin pape

則武, 良英

湯澤, 正通

認知的再評価におけるワーキングメモリと 自尊感情の関係

三村, 邦子

中新, 美保子

井上, 清香

松田, 美鈴

香西, 早苗

「口唇口蓋裂」の非当事者に対する意識調査 ―本疾患を知っていると回答した群の認識―

武井, 祐子

門田, 昌子

奥富, 庸一

竹内, いつ子

岩藤, 百香

岡野, 維新

寺崎, 正治

気質特徴に適合した親子ふれあい遊び体験が養育者の育児不安及び育児自己効力感に及ぼす効果 ― 対面あるいはオンラインによる実施形式の違いの検討―

P(論文)Original Paperdepartmental bulletin pape

ONODERA, Sho

WADA, Takuma

ISHIDA, Yasuo

YOSHIOKA, Akira

SO, Kiho

HAYASHI, Sotaro

ARATANI, Yurie

MATSUO, Kaori

ISHIMOTO, Yasuko

TAKAHARA, Terumasa

YAMAGUCHI, Hidetaka

KATAYAMA, Keisho

1
Kawasaki Journal of Medical Welfare Vol. 29,  No. 1,  2023 1-6
Original Paper
＊1 Department of Health and Sports Science, Faculty of Health Science and Technology
    Kawasaki University of Medical Welfare, 288 Matsushima, Kurashiki, 701-0193, Japan
    E-Mail: shote@mw.kawasaki-m.ac.jp
＊2 Department of Living Science, Tottri College
＊3 Faculty of Management, Okayama University of Science
＊4 Faculty of Education, Kansai University of Social Welfare
＊5 JOY LIFE Co., Ltd
＊6 Faculty of Education, Fukuyama City University
＊7 Department of Nursing, Shikoku Medical College
＊8 Department of Sports Social Management, Kibi International University
＊9 Research Center of Health, Physical Fitness and Sports, Nagoya University
Differences between Riding Positions on 
Oxygen Uptake during Tandem Bicycle Pedaling
Sho ONODERA＊1, Takuma WADA＊2, Yasuo ISHIDA＊3, 
Akira YOSHIOKA＊4, Kiho SO＊5, Sotaro HAYASHI＊6, 
Yurie ARATANI＊7, Kaori MATSUO＊1, Yasuko ISHIMOTO＊1, 
Terumasa TAKAHARA＊8, Hidetaka YAMAGUCHI＊8 and 
Keisho KATAYAMA＊9
(Accepted May 23, 2023)
Key words: tandem bicycle, oxygen uptake, heart rate, blood pressure, RPE
Abstract
　The aim of this study was to prove the new Douglas bag use method and the hypothesis that 
oxygen uptake of front riders was higher than rear riders during tandem bicycle riding in a field 
study. Fourteen male subjects volunteered to participate in this study. The heart rate, oxygen 
uptake, blood pressure and rating of perceived exertion (RPE) were measured. The rear-riding 
participant operated the cock of the Douglas bag. A significant difference was observed between 
the front rider (22.8±6.3 ml/kg/min) and rear rider (20.2±6.4 ml/kg/min) where oxygen uptake 
was lower for the rear rider than the front rider (p<0.05). RPE tended to be higher for front riders 
than for rear riders. The originality of this study is in the development of the idea of a method 
of exhaled gas sampling using the new Douglas bag method. A new finding is that we clarified 
the physical stress of tandem bicycle riders in terms of both energy expenditure and perceived 
exertion. This study successfully measured the absolute value of oxygen uptake in a field 
experiment. Our results suggest that front riders are more stressed than rear riders. This study 
confirmed the physiological stress of the front rider based on the new Douglas bag use method in 
a field study.
1. Introduction
　A tandem bicycle is a two-seater bicycle in which the front and rear rider cooperate in pedaling. Due to 
factors such as wind pressure, handling and braking, the physical responses of front riders are higher than 
2 Sho Onodera et al.
that of rear riders1). Previous field studies2,3) reported that the degree of physical responses during tandem 
cycling was determined from relative oxygen uptake (%VO2) calculated from heart rate (HR). It is well 
known that there is a linear relationship between HR and VO2 during leg cycling and a lot of studies have 
utilized the individual HR-VO2 equation to estimate VO2 and energy expenditure during exercise in the 
field4-6). We calculated %VO2 from HR for the 2-hour, 3-hour, and 5-hour tandem bicycle races2,3,7). From these 
field experiments, we obtained data that front riders have a higher physical response than rear riders2,3,7,8).
　Previous studies have already performed breath gas analysis during single seat-bicycle pedaling in 
the field9,10). However, no previous field studies have directly analyzed the exhaled gas of subjects during 
tandem cycling. Breath gas analysis is used to quantify the concentration of oxygen and carbon dioxide in 
exhaled breath. For the first time, we developed a method to measure oxygen uptake of subjects during 
tandem bicycle riding using the Douglas bag method.
　Therefore, the aim of this study was to prove the new Douglas bag method and the hypothesis that the 
oxygen uptake of front riders is higher than that of rear riders during tandem bicycle riding in field studies 
using the Douglas bag method.
2. Methods
　Fourteen male subjects volunteered to participate in this study. Average (SD) age, body weight and body 
height were 33 (8.4) years, 73 (7.8) kg and 171 (6.1) cm, respectively. 
　The heart rate (HR; RS800CX; POLAR, Sweden), oxygen uptake, blood pressure (501; KENZMEDICO, 
Japan), and rating of perceived exertion (RPE)11) were measured. Heart rate was measured at rest, during 
exercise, and at the end of exercise. Blood pressure was measured before and after exercise. RPE was 
scored using the Borg scale11) and was measured during the riding at each rep. Participants were seated 
for 30min at rest. Oxygen uptake (ml/kg/min) of participants during rest was measured using the Douglas 
bag method. Expired gases were collected in the Douglas bag during the 60s. Gas fractions were analyzed 
by mass spectrometer (ARCO-2000; AROCO SYSTEM, Japan) that was calibrated before each test. The 
expired gas volume was measured using a certified dry gas meter (DC-5; SHINAGAWA, Japan). As for 
the VO2 measurement, Taylor et al. reported the error associated with Douglas bag testing of VO2 during 
exercise to be 2.4%14). Since then, the Douglas bag method has been considered to be the gold-standard 
method in the exercise and sports sciences field, and it has recently been utilized to verify the accuracy of 
VO2 measurement with online breath-by-breath gas analysis systems13
-16).
　Fourteen subjects were divided in tandem into seven pairs. Pairs matched subjects with the same oxygen 
uptake. Subjects cycled for six laps on an outdoor 400m track one day and again on a 2nd day in reversed 
positions on the tandem bike. The pedaling rate was maintained at 90 rpm using a metronome. The speed 
of the tandem-bicycle was about 33km/h. The same gear ratio was used for pedaling.
　The rear-riding participant operated the cock of the Douglas bag. The rear-riding subject opened the 
cock of the front rider’s Douglas bag at 270 seconds after the start of the exercise and closed the cock at 
330 seconds. Moreover, the rear-riding participant opened the cock of his Douglas bag at 300 seconds after 
the start of the exercise and closed the cock by himself at 360 seconds. Experiments were performed at the 
same time on different days. The temperature and humidity on the day of the experiments were 26℃ and 
the humidity was 50%.
　All data are expressed as mean and standard deviation. RPE is the median and nonparametric analysis. 
Changes in all measurements during rides were compared by one-way analysis of variance (ANOVA). When 
differences were found to be significant, comparisons were made using Bonferroni’s post hoc test. Values of 
P<0.05 were considered statistically significant. 
3. Results
　A significant difference was observed between the front rider (22.8 ± 6.3 ml/kg/min) and rear rider (20.2
± 6.4 ml/kg/min) where oxygen uptake was found to be lower for the front rider (Table 1, p<0.05). No 
3Oxygen Uptake during Tandem Bicycle Pedaling
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4 Sho Onodera et al.
difference in HR (Figure 1) and blood pressure (Table 2) was observed between front rider and rear rider 
during the exercise ride or immediately after. RPE tended to be higher for front riders than for rear riders 
(Figure 2). These data suggest that the physical stress of the front rider could be higher than that of the 
rear rider.
4. Discussion
　The originality of our paper is the development of the idea of a method of exhaled gas sampling using 
the Douglas bag method during tandem bicycle riding. A new finding in our paper is that we clarified 
Figure 1　Changes in heart rate of each cyclist
Table 2　Changes in the blood pressure of each cyclist
Systolic blood pressure Diastolic blood pressure
pre post pre post
Front cyclist 114.7±6.8 136.3±12.3 64.7±11.8 60.7±9.1
Rear cyclist 114.7±6.8 134.3±7.2 64.7±11.8 56.7±7.8
(mmHg) (mean±SD)
Figure 2　Changes in RPE of each cyclist
5Oxygen Uptake during Tandem Bicycle Pedaling
the physical stress of tandem bicycle riders in terms of both energy expenditure and perceived exertion. 
This study successfully measured the absolute value of oxygen uptake in a field experiment. Our results 
revealed that front riders showed more stress than rear riders.
　Yamaji17) showed that the accuracy of breath gas analysis using the Douglas bag method had a maximum 
error of 2%. Wasserman et al.18) and Weber and Janicki19) showed that the accuracy of breath gas analysis 
using an automated metabolic unit had 4% error. These are two of the reasons why breath gas analysis 
using the Douglas bag method is called the gold standard of breath gas analysis. This study is the first 
to evaluate the oxygen uptake of subjects riding a tandem bicycle in a field study using the Douglas bag 
method, and is highly original in this respect. We adopted a cross-analyses design as a way of checking the 
reliability of the data. We found that the oxygen uptake of front riders was greater than that of rear riders. 
From these statistical results, the hypothesis was verified. These data agreed with the findings of previous 
research. Previous studies reported no significant differences between front and rear riders in comparing 
absolute values of heart rate. However, there is a significant difference when comparing the relative heart 
rate and relative oxygen uptake. The obtained data supported the previous findings that the front rider 
was more burdened than rear rider.
　Seifert et al. reported that no differences were observed between the captain and stoker (front and rear 
position)20). They analyzed the heart rate (HR), rating of perceived exertion (RPE) and lactic acid (LA). 
In this study, our analysis and theirs were concordant for HR and RPE. As far as tandem bicycle riding 
is concerned, it was reported that the exercise intensity of a person on the front saddle during tandem-
bicycle exercise was larger than that of the person on the rear saddle2,3). As background, air, rolling, and 
frictional resistances are forces that must be overcome when riding a bicycle1). Onodera et al. reported 
that the physical stress of the front rider was higher than that of the rear rider during a 2-hour tandem 
bicycle ride7). Another study reported that during a 5-hour tandem bicycle ride9), the same tendency was 
observed up to the 3-hour mark8), however, no difference was reported after that. It has been reported 
that the physical stress of the front rider was greater than that of the rear rider during uphill riding 
when comparing the uphill and downhill9). The relative values of oxygen uptake calculated based on these 
inference methods are not of an absolute value. Therefore, there have been discrepancies in the results of 
previous studies. We considered that relative value comparisons have limitations.
　We performed additional experiments with two more pairs of riders to improve the reliability of breath 
gas analysis. During tandem riding, the rear rider opened the cock of the rear rider’s Douglas bag and 
took air, and 30 seconds later, opened the cock of the front rider’s and took air. The result was the same 
(front rider: 23.2 ± 4.18ml/kg/min, rear rider : 16.18 ± 2.15ml/kg/min) even if the order of air sampling was 
reversed.
　This study has supported the previously proposed reasons for stress such as distance, uphill or downhill, 
handling, braking, wind pressure and weather on the front rider. At the same time, it is considered that 
trust in front riders reduces stress for rear riders. It is desirable that the front rider has better physical 
ability than the rear rider. 
5. Conclusion
　This study confirmed that the physiological effects of the front rider were greater than that of the rear 
rider based on oxygen uptake measured by the new Douglas bag usage method in this field study. 
Ethical review
　All procedures were approved by the Ethics Committee of Kawasaki University of Medical Welfare (21-091) 
and all subjects provided informed consent before data collection began. 
Conflicts of interest
　The authors declare no conflicts of interest associated with this manuscript.
6 Sho Onodera et al.
Acknowledgements
　This work was supported by JSPS KAKENHI Grant Number JP18K10950.
References
1. Japan Cycling Association : Investigative research project on the spread of tandem bicycles: Research 
Committee Report. https://dl.ndl.go.jp/pid/11338746/1/1, [2011]. (January 22, 2023)
2. Onodera S, Yoshioka A, Yamaguchi H, Matsumoto N, Nishimura K, Kawano H, Saito T, Arakane K, 
Hayashi S, ...Ogita F : Suitability of modified tandem-bicycle ergometer for the improvement of physical 
fitness and athletic performance. Journal of Physical Fitness and Sports Medicine, 4(2), 249-251, 2015.
3. Onodera S, Saito T, Wada T, Tamari Y, Murata M, Yoshida N, Yoshioka A, Katayama K and Ogita F : 
Suitability of modified tandem-bicycle ergometer during submaximal and maximal exercise. European 
Journal of Sports & Exercise Science, 5(2), 23-30, 2017.
4. Astrand PO and Rodahl K. Textbook of work physiology. McGraw Hill, New York, 1986.
5. Achten J and Jeukendrup AE : Heart rate monitoring. Sports Medicine, 33, 517-538, 2003.
6. Shephard RJ and Aoyagi Y : Measurement of human energy expenditure, with particular reference to 
field studies: An historical perspective. European Journal of Applied Physiology, 112, 2785-2815, 2012.
7. Onodera S, Saito T, Wada T, Murata M, Hayashi S, Watanabe Y, Fujiwara Y and Wakimoto T : Changes 
of heart rate during tandem bicycle cycling in a 2-hour endurance race. Kawasaki Medical Welfare Journal, 
24(1), 89-94, 2014. (In Japanese with English abstract)
8. Onodera S, Tamari Y, Yoshida N, Hamada H, Tamari Y, Hayashi S, Wada T, Yoshioka A, Tuchida Y, ... 
Yamaguchi H : Changes in physiological responses to tandem-bicycle cyclists and a single-bicycle cyclist 
during a three hours endurance race. Kawasaki Journal of Medical Welfare, 24(2), 85-89, 2019. 
9. Onodera S, Wada T, Tamari Y, Yoshida N, Hayashi S, Yamaguchi H, Wakimoto T, Hamada H and 
Yoshioka A : Changes in physiological responses to tandem bicycle exercise during the 5 hours 
endurance race in Okayama International Circuit. Kawasaki Journal of Medical Welfare, 23(2), 65-70, 2018. 
10. Ricci J and Léger LA : VO2max of cyclists from treadmill, bicycle ergometer and velodrome tests. 
European Journal of Applied Physiology, 50, 283-289, 1983.
11. Borg GA : Perceived exertion: A note on "history" and methods. Medicine and Science in Sports, 5(2), 90-
93,1973.
12. Taylor HL, Buskirk E and Henschel A : Maximal oxygen intake as an objective measure of cardio-
respiratory performance. Journal of Applied Physiology, 8, 73-80, 1955.
13. Winkert K, Kirsten J, Dryhaupt J, Steinacker JM and Treff G : The COSMED K5 in breath-by-breath 
and mixing chamber mode at low and high intensities. Medicine Science Sports Exercise, 52, 1153-1162, 2020.
14. Crouter SE, LaMunion SR, Hibbing PR, Kaplan AS, Bassett Jr DR : Accuracy of the Cosmed K5 portable 
calorimeter. Plos ONE, 14, e0226290, 2019.
15. Keely AS, Gordon AZ, Scotty JB, Jong BK, Leandy B and Phillip DC : The impact of face masks on 
performance and physiological outcomes during exercise: A systematic review and meta-analysis. 
Applied Physiology Nutrition Metabolism, 46(7), 693-703, 2021.
16. Reybouck T, Deroost F and Van der Hauwaert LG : Evaluation of breath-by-breath measurement of 
respiratory gas exchange in pediatric exercise testing. Chest, 102, 147-152, 1992.
17. Yamaji K : The science of maximal oxygen uptake. Kyorin Shoin, Tokyo, 1994. (In Japanese)
18. Wasserman K, Hansen JE, Sue DY and Whipp B : Principles of exercise testing and interpretation. Lea & 
Febiger, Philadelphia, 1987.
19. Weber KT and Janicki JS : Cardiopulmonary exercise testing: Physiological principles and clinical applications. 
WB Saunders company, Philadelphia, 1986.
20. Seifert JS, Bacharach DW and Burku ER : The physiological effects of cycling on tandem and single 
bicycles. Biomechanics Journal of Sports Medicine, 37(1), 50-53, 2003.


English

Differences between Riding Positions on Oxygen Uptake during Tandem Bicycle Pedaling

Kawasaki Journal of Medical Welfare
Published by
The Kawasaki Medical Welfare Society
288 Matsushima, Kurashiki, 701-0193, Japan
 Vol.29 No.1
 August 2023


Title page

Vol. 33　No. 1　CONTENTS
Review Article
Incorporating Spirituality for People Living in the Community
Who Require Nursing Care: Significance and Issues of Care Plans   1
　　　　　　Nobuo OKAMOTO
Original Papers
Effects of a Parent-Child Interactional Exercise Program Considering Children’s
Temperament on Parents’ Daily-Life Childcare Anxiety and Parenting Self-Efficacy: 
Comparing In-Person, Online, and Revised Online Programs   9
　　　　　　Yuko TAKEI, Masako KADOTA, Yoichi OKUTOMI, Itsuko TAKEUCHI,
　　　　　　Momoka IWADO, Ishin OKANO and Masaharu TERASAKI
Evaluation of Home-visiting Nurses Regarding Discharge Support Provided by Ward Nurses   19
　　　　　　Teruaki YAMAMOTO and Sanae TOMITA
Effects of Different Lumbar Stabilization Methods on Pelvic Rotation and
Muscle Activity During Active Straight Leg Raising   29
　　　　　　Tadanobu SUEHIRO, Hiroshi ISHIDA, Kenichi KOBARA and Yosuke YOSHIMURA
Effect of Foot Position During Toenail Clipping in Chair Sitting Position on Hip Flexion Angle   37
　　　　　　Ryuzo YAMAGATA, Yosuke YOSHIMURA, Takuya UJIKAWA and Tomoshige KOGA
Developmental Characteristics of Narratives in School Age Children:
A Study on Summary Contents and Story Structure   45
　　　　　　Kiyoka ISHII and Yoko KISO
Short Report
Doctors surrounding the Feudal Lord of Okayama: 
From the Ikeda-clan’s historical medical records   55
　　　　　　Ai NISHIWAKI
Selection of Priority Operations for a Business Continuity Plan in the Event 
of a Heavy Rain Disaster at a Nursery School   63
　　　　　　Hiromichi MORIMOTO, Keita IRIE, Shinya TAKIGAWA,
　　　　　　Takeshi SUZUE and Hayato HASHIMOTO
Investigation of Effective in vitro  Addition of a Novel MEK1/2 Inhibitor Binimetinib 
in Human Hematopoietic Tumor Cell Lines   69
　　　　　　Kanae SAKAKIBARA and Kaoru TOHYAMA
Inhibitory Effects of Glycolipid Extracted from Young Barley Leaf Powder (YBLP)
on Inflammatory Cytokine Production in Caenorhabditis elegans    75
　　　　　　Tomihiro MIYADA, Kiyoshi MIURA, Sachi MIYAKE and Kazuyuki OKU
Conversations and Shared Activities that High School Students Seek from Classroom Teachers   81
　　　　　　Wataru IMURA and Tomoko NAMBA
Materials
A Consideration of the “Viewpoints and Ways of Thinking” in Science Required
of Elementary School Teachers: An Analysis of the Courses of Study and the Commentary   89
　　　　　　Tomoyuki NAKAGAWA, Hiroko OKAMASA, Kazuya HASUI and Hayato HASHIMOTO
Teaching Methods in Elementary School Life Studies 
from Ecological and Generalist Perspectives   101
　　　　　　Hiroko OKAMASA, Tomoyuki NAKAGAWA, Hayato HASHIMOTO and Kazuya HASUI
Educational and Practical Research
National Speech-Language-Hearing Therapist Examination Scores and Related Factors   109
　　　　　　Shu HARAYAMA, Daichi IIMURA, Noritaka HATTA,
　　　　　　Rie UETANI and Masashi SHIOMI
Case Report
Research on Database Development of Medical and Nursing Care Information 
in Okayama Prefecture   115
　　　　　　Katsumi HONNO, Tomohiro TANIKAWA, Masakazu MUSHIAKI, Nao KASHIMURA,
　　　　　　Yusei OI, Takehiko MITA, Hiromi KATAOKA, Suguru OSAKA and Hitoshi OBARA
Trends in Elderly Patients in Okayama Prefecture Based on Discharge Status:
Medical Care Analysis Using DPC Data   123
　　　　　　Yusei OI, Katsumi HONNO, Nao KASHIMURA, Masakazu MUSHIAKI, Takehiko MITA,
　　　　　　Tomohiro TANIKAWA, Suguru OSAKA, Hiromi KATAOKA and Hitoshi OBARA
Verification of Accuracy of ICD Coding Using DPC Data at Medical Institutions 
in Okayama Prefecture: For Unspecified Codes of Pneumonia   135
　　　　　　Nao KASHIMURA, Katsumi HONNO, Tomohiro TANIKAWA, Yusei OI,
　　　　　　Masakazu MUSHIAKI, Takehiko MITA, Hiromi KATAOKA,
　　　　　　Suguru OSAKA and Hitoshi OBARA
Submission Guidelines   147
Manuscript Preparation   148
News from the Kawasaki Medical Welfare Society
　General Meeting of Kawasaki Medical Welfare Society   154
　The 63th Research Meeting of Kawasaki Medical Welfare Society（Lecture Presentation）   158


山形, 隆造

吉村, 洋輔

氏川, 拓也

古我, 知成

椅子座位における足部の位置が足趾の爪切り動作の股関節屈曲角度に及ぼす影響

渡邊, 佳代

西田, 裕明

竹内, 雅貴

30 
 
ビジュアルプログラミング教材を用いた授業の学習評価 
―小学校理科「電気の通り道」を対象に― 
 
渡邊 佳代*1 西田 裕明*2 竹内 雅貴*3 
 
要   旨 
 平成 29年改訂学習指導要領を受けた評価の観点の整理では，引き続き設定した目標およ
び観点別評価に対し，児童がどれだけ到達したかについて，絶対評価である目標準拠評価を
行うことが示された．そこで今回，新たに開発したビジュアルプログラミング教材を用いた
授業について，学習評価の観点と方法および評価用教材（ワークシート）の開発を行った．
開発したワークシートへの記録，プログラミング結果，授業態度等を，開発した学習評価の
観点と方法を用いることで，3観点それぞれに対する児童個々の到達度と具体的な変化を評
価することが可能になると考える． 
 
Keywords：学習評価，電気の通り道，プログラミング的思考 
learning assessment, electric way, computational thinking 
 
1. はじめに 
 平成 29年に告示された小学校学習指導要領において，理科教育およびプログラミング教
育で育む資質・能力の三つの柱は表 11,2)の通りである．それを受け観点別学習状況の評価に
ついては，「知識・技能」「思考・判断・表現」「主体的に学習に取り組む態度」の 3観点に
整理された 3)．著者は理科教育第 3学年の単元である「電気の通り道」のうち電気を通すも
のと通さないものについて，Scratchを用いてビジュアルプログラミング教材を開発した 4)．
ビジュアルプログラミング教材は，タブレット上の身の回りにあるものをタップすると，そ
れが移動して回路につながり，電気を通すものの場合は明かりがつき，電気を通さないもの
の場合は明かりがつかない仮想実験が行える仕組みとなっている．ビジュアルプログラミ
ング教材を用いた授業の構成は，表 2の通りである． 
 学習評価については，単元ごとに目標と 3観点それぞれの評価基準（観点別評価基準）を
設ける必要があるが，「電気の通り道」の単元の目標と観点別評価基準（例）は，表 33,5)の
通りである． 
 一方，プログラミング教育のねらいは，（ⅰ）「プログラミング的思考」を育むこと，（ⅱ）
プログラムの働きやよさ，情報社会がコンピュータ等の情報技術によって支えられている
ことなどに気付くことができるようにするとともに，コンピュータ等を上手に活用して身
近な問題を解決したり，よりよい社会を築いたりしようとする態度を育むこと，（ⅲ）各教 
 
*1 川崎医療福祉大学 医療福祉マネジメント学部 医療情報学科 
*2 川崎医療福祉大学 医療技術学部 健康体育学科 
*3 川崎医療福祉大学 医療技術学部 臨床検査学科 
31 
 
表 1 理科教育およびプログラミング教育で育む資質・能力 1,2) 
 知識及び技能 思考力，判断力，
表現力等 
学びに向かう力，人間性等 
理科 自然の事物・現象についての
理解を図り，観察，実験など
に関する基本的な技能を身
に付けるようにする． 
観察，実験などを
行い，問題解決の
力を養う． 
自然を愛する心情や主体的に
問題解決をしようとする態度
を養う． 
情報 身近な生活でコンピュータ
が活用されていることや，問
題の解決には必要な手順が
あることに気付くこと． 
発達の段階に即し
て，「プログラミン
グ的思考」を育成
すること． 
発達の段階に即して，コンピ
ュータの動きを，よりよい人
生や社会づくりに生かそうと
する態度を涵養する． 
 
表 2 ビジュアルプログラミング教材を用いた授業の構成 4) 
 めあて 実施内容 
第 1時 電気を通すものと
通さないものがあ
ることがわかる． 
 開発した教材をタブレットで開き，身の回りにあるもの
をクリックすることで，電気を通すものか通さないもの
かを調べる． 
 電気を通すものの素材，電気を通さないものの素材を理
解する． 
第 2時 プログラミングの
コードとスプライ
トの動きがわか
る． 
 タブレットで「Scratch」を開き，以下のコードを使って
スプライトを自由に動かす． 
 「イベント」では，「スプライトをクリックすると動く」
コードを使用する． 
 「動き」では，「スプライトが数秒で目的の位置に移動す
る」コードを使用する． 
 「見た目」では，「スプライトに吹き出しで話をさせる」
コードを使用する． 
 完成したプログラムを隣同士で紹介し合う． 
第 3時 グループで作成し
たプログラムを実
行することで，電
気を通すものと通
さないものが紹介
できる． 
 3～4人のグループを作る． 
 電気を通すスプライトと電気を通さないスプライトを 1
人 1つずつ選ぶ． 
 電気を通す場合，通さない場合に使用する「イベント」
の「送る」コードを理解する． 
 グループで作品を完成させ，みんなに紹介する． 
 
科等の内容を指導する中で実施する場合には，各教科等での学びをより確実なものとする
32 
 
こと，の三つ 2)である．各教科等の内容を指導する中でプログラミング教育を実施する場合，
先の（ⅰ）～（ⅲ）のねらいを達成することは重要であるが，プログラミングを実施したこ
とを取り立てて評価したり，評定したりするものではなく，それぞれの教科等の評価基準に
より評価するのが基本となる 2)． 
そこで，ビジュアルプログラミング教材を用いた「電気の通り道」のうち電気を通すもの
と通さないものの授業（表 2）において，表 3 の単元の目標と観点別評価基準に対応した学
習評価の観点と方法および評価用教材の開発を目的に研究を行った． 
 
表 3 「電気の通り道」の単元の目標と観点別評価基準 3,5） 
単元の目標 乾電池と豆電球などのつなぎ方と乾電池につないだ物の様子に着目して，
電気を通すときと通さないときのつなぎ方を比較しながら，電気の回路に
ついて調べる活動を通して，それらについての理解を図り，実験などに関
する技能を身に付けるとともに，主に差異点や共通点を基に，問題を見い
だす力や主体的に問題解決しようとする態度を育成する． 
知識・技能
(知) 
①電気を通すつなぎ方と通さないつなぎ方があることを理解している． 
②電気を通す物と通さない物があることを理解している． 
③電気の回路について，器具や機器などを正しく扱いながら調べ，それら
の過程や得られた結果を分かりやすく記録している． 
思考・判
断・表現
(思) 
①電気の回路について，差異点や共通点を基に，問題を見いだし，表現す
るなどして問題解決している． 
②電気の回路について，実験などを行い，得られた結果を基に考察し，表
現するなどして問題解決している． 
主体的に学
習に取り組
む態度(態) 
①電気の回路についての事物・現象に進んで関わり，他者と関わりながら
問題解決しようとしている． 
②電気の回路について学んだことを学習や生活に生かそうとしている． 
 
2. 方法 
 ビジュアルプログラミング教材を用いた「電気の通り道」のうち電気を通すものと通さな
いものの授業（表 2）の第 1 時～第 3 時それぞれに対応した学習評価の観点と方法につい
て，教師用指導書 5)を参考に作成した．その際に，表 3の単元の目標達成を念頭に，どの観
点別評価基準に該当するか明示した．また，評価用教材（以下 ワークシート）は，教師用
指導書 5,6)を参考に作成した．さらに，実際の授業を想定し，個別の支援が必要な場合の対
応方法についても検討した． 
 
3. 結果 
表 2の授業構成に対する評価の観点と方法は表 4，開発したワークシートは図 1の通りで
33 
 
ある． 
 
表 4 授業構成に対する評価の観点と方法 
 
 第 1 時では，ビジュアルプログラミング教材を操作しながら仮想実験を行い，図 1 左の
ワークシートに記録する．その過程で，電気を通す（明かりがつく）ものと，電気を通さな
い（明かりがつかない）ものがあることの理解と，素材が金属であれば電気を通すことの理
解について，ワークシートの記録により評価する．仮想実験の操作方法が分からない児童に
対しては，友達と教え合うよう促し，ワークシートへ記録できない児童に対しては，記録済
みの児童に発言を促すことで，記録できるよう支援する．第 2 時は，Scratch を用いて電気
回路の仮想実験プログラムを作成するためのプログラミング手法を学習する．スプライト
を指示通りに動かすプログラミングの様子を観察し，作成したプログラムと積極的な取り
組み態度により評価する．スプライトを指示通りに動かすことができない児童に対しては，
友達と教え合うよう促す．第 3時では，ビジュアルプログラミング教材を用いて，身の回り
主な学習活動 評価の観点と方法 
＜第 1時＞ 
1. ビジュアルプログラミング教材
を用いて，電気を通すもの，通
さないものを調べる． 
2. 電気を通すものと通さないもの
があることと，電気を通すもの
の性質を理解する． 
思①：仮想実験を行う中で気づいたことや疑問に
思ったことから，差異点や共通点を基に，電気を
通すものについて問題を見いだし，表現している
かを評価する．《発言分析・記述分析》 
態①：電気を通すものを調べる活動に進んで取り
組み，友達と予想や実験結果などを互いに伝え合
いながら，問題解決しようとしているかを評価す
る．《発言分析・行動観察》 
＜第 2時＞ 
1. Scratchを開き，スプライトを動
かすためのプログラムを作成す
る． 
態②：電気回路の仮想実験のプログラムを作成す
るために，プロクラムを自分で設定し，スプライ
トを指示通りに動かすことができたかを評価す
る．《行動観察・記録分析》 
＜第 3時＞ 
1. 身の回りにあるものを，電気を
通すものと通さないものに分類
し，それぞれの素材を調べて記
録する． 
2. 電気を通すものと通さないもの
のスプライトを選び，仮想実験
のプログラムを作成し，みんな
に紹介する． 
思②：得られた結果を基に考察し，電気を通すも
のと通さないものに分類し，表現しているかを評
価する．《発言分析・記述分析》 
知②：電気を通すものについて理解しているか評
価する．《行動観察・記録分析》 
態②：電気の回路について学んだことを分かりや
すく発表しているか評価する．《発言分析・行動観
察》 
34 
 
にある多くのものの中から，電気を通すものと通さないものを選び，グループで仮想実験プ
ログラムを作成し発表する．身の回りのものが電気を通すかどうか，またその素材が何かを
理解していることで正しく動作するプログラムが完成するため，プログラムの動作により
評価する．また，グループ発表を聞きながら，図 1右のワークシートに電気を通すものと通
さないもの，つなぎ方によって電気を通す場合と通さない場合があるものに分類して記録
し，それらの素材についても記録する．その記録の内容と発表内容により，理解度を評価す
る．また，児童のグループ活動を観察し，グループに参加できない児童に対しては，声掛け
を行いながら支援する．ワークシートへ記録できない児童がいる場合は，ワークシート記録
の例を電子黒板等に示すことで支援する． 
 
図 1 評価用教材（ワークシート） 
 
4. 考察 
 平成 29年改訂学習指導要領を受けた評価の観点の整理では，引き続き設定した目標およ
び観点別評価に対し，児童がどれだけ到達したかについて，絶対評価である目標準拠評価を
行うことが示された．それにより，授業実施内容に応じた単元ごとの観点別評価基準とそれ
に対応した評価の観点と方法について，授業実施前に設定しておく必要がある． 
 そこで今回，新たに開発したビジュアルプログラミング教材を用いた授業について，学習
評価の観点と方法およびワークシートの開発を行った．開発したワークシートへの記録か
35 
 
ら，表 3「知識・技能」の電気を通すものについての理解を評価することが可能である．ま
たワークシートは，知識のみならず，自分の考えを記録する欄を設けていることから，ワー
クシートに，表 3「思考・判断・表現」の仮想実験を行う中で気づいたこと・疑問に思った
ことの記録や，差異点・共通点として身の回りのものの素材に着目した自分の考えの記録が
できたか評価することが可能である．また，開発したビジュアルプログラミング教材を用い
て仮想実験を行っている様子を観察することで，表 3「主体的に学習に取り組む態度」の電
気を通すものを調べる活動に進んで取り組み，友達と予想や実験結果等を互いに伝え合う
活動の評価が可能である．また，グループでプログラミングを実施する中で，他者と進んで
協力し合えているか，発言を促した際に積極的に参加できているか等を評価することが可
能である．また，作成したプログラムを動作させながらグループで発表する際に，分かりや
すく説明したか評価可能である．以上のことから，開発した評価の観点と方法およびワーク
シートにより，単元の観点別評価基準を満たしているか評価可能なツールが開発できたと
考える．さらに，理科教育にプログラミング教育を導入したことによる効果としては，プロ
グラミング的思考の育成につながることに加え，プログラミング教材を正しく動作させる
ためには正確な知識が必要となるため，プログラミングを行う過程で正確な知識の定着に
つながることが考えられる． 
 
5. まとめ 
 平成 29年度告示の小学校学習指導要領を受けた観点別学習状況の評価は 3観点に整理さ
れ，各単元の観点別評価に対し児童の到達度を評価することとなった．そこで，著者が開発
したビジュアルプログラミング教材を用いた授業について，学習評価の観点と方法および
ワークシートの開発を行った．開発したワークシートへの記録，プログラミング結果，授業
態度等を，開発した学習評価の観点と方法を用いることで，3 観点それぞれに対する児童
個々の到達度と具体的な変化を評価することが可能になると考える． 
 
文   献 
1）文部科学省．小学校学習指導要領（平成 29 年告示）解説「理科編」，2017． 
2）文部科学省．小学校プログラミング教育の手引き（第三版），2020． 
3）国立教育政策研究所教育課程研究センター．「指導と評価の一体化」のための学習評価に
関する参考資料【小学校 理科】（4版）．東洋館出版社，東京，2021． 
4）渡邊佳代．小学校理科におけるビジュアルプログラミング教材の開発－通常学級におけ
る ASD 児を含む授業を想定して－．川崎医療福祉学会誌．Vol.33 補冊，58-66，2023． 
5）新しい理科編集委員会・東京書籍株式会社編集部．新しい理科 3 教師用指導書 評価／
資料編．東京書籍，東京，2020. 
6）新しい理科編集委員会・東京書籍株式会社編集部．新しい理科 3 教師用指導書 学習シ
ート集．東京書籍，東京，2020. 


ビジュアルプログラミング教材を用いた授業の学習評価―小学校理科「電気の通り道」を対象に―

P(論文)資料departmental bulletin pape

岡正, 寛子

中川, 智之

橋本, 勇人

蓮井, 和也

エコロジカルとジェネラリストの視点からみた小学校生活科における指導法

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巻頭言

認知的再評価におけるワーキングメモリと自尊感情の関係