JUN 4, 2025

「教育者の月」：高校生は科学的な探究活動において、計算化学をどのように活用できるか？「Comp-Chem Lab」の開発から得られた知見

この10年間で、化学構造のエネルギーを直接把握することを可能にする計算化学（CC）の台頭により、化学に対する理解は革命的な変化を遂げた。CCは、科学的な疑問を探求する上でシミュレーションが現在果たしている不可欠な役割を示す有力な例である。化学の授業にCCを取り入れることは、化学反応に関わるエネルギーに対する学生の理解を深めるだけでなく、科学研究で用いられる最新のツールを学生に紹介するという点でも、大きな可能性を秘めている。

しかし、高校におけるCCの活用には、依然として技術的および教育的な課題がいくつか残されています。これらの課題に対処するため、私たちは、高校生が教室で科学的探究活動を行う際にCCを活用できるウェブベースの学習環境「Comp-Chem-Lab（CCL）」を開発しました。

このセッションでは、参加者は、CCLを活用して、指導付きの双方向型アクティビティを通じて、生徒が結合解離や反応の熱力学を調査できるようにする方法について、積極的に探求する機会を得ることができます。

実証研究の結果に基づき、高校生がCCLをどのように活用したかを示す。彼らの問題解決戦略は、初期の試行錯誤的なアプローチから、適応的なフィードバックに支えられたエネルギー最小値の戦略的な探索へと発展した。全体として、この実証研究の結果は、概念の理解、科学的探究、および計算的思考を支援するためのCCツールの活用における可能性と課題の両方を浮き彫りにしている。

計算化学を中等教育および大学教育にさらにどのように組み込んでいくことができるかについて、皆様と議論できることを楽しみにしております。