ペーパークラフト分子模型 PuzMol
PuzMol は、身近で安価な材料の「紙」で作った、パズルのように組み立て・組み替えることができる、新しい分子模型です。
接着剤などを使わずに組み立てることができるので、幼児や小学生でも安全に・手軽に使うことができます。
PuzMol は、子どもたちの好奇心・探究心を育む知的玩具、授業での主体的・対話的な深い学びを促すための学習教材、科学の楽しさを伝えるコミュニケーション・ツール、などなど、広く活用していただます。
■ PuzMol のコンセプト
▽ 分子模型は学びを促進するために欠かせない教材
分子模型は、「目に見えない分子」のカタチを「見える化する」ためのツールとして、化学の授業などで用いられています。
たとえば、授業などで分子のカタチと化学的な性質との関わりを説明するときに、分子模型を活用することで、学び手の感覚的・触覚的な刺激を喚起しながら、教え方に変化性・多様性を持たせることができます。
また、生徒ひとりひとりが分子模型を手に取り、試行錯誤して組み立て、組み立てたものを見せ合いながら、気付いたことをお互いに話してみたりすることで、主体的・対話的な学びも促されるように思います。
▽ 高価な分子模型をひとりひとりが手にするのは難しい
教材として市販されている分子模型の多くは「プラスチック製」で、原子を「球」、原子間の化学結合を「棒」で表現しています。生徒ひとりひとりがこのような分子模型を「自分専用」に持ち、教室だけではなく、自宅での学びにも活用できるのが理想的なのでは。
しかし、教材として市販されているプラスチック製分子模型の値段は、高校化学の教科書に載っているような小さめの分子を作れるセットでも２〜３千円程度。生徒ひとりひとりが所有できるように「学校で購入する」or「生徒個人が私費で購入する」ための経済的な負担は小さくありません。
また、プラスチックは化石燃料を原料としていること、プラスチック廃棄物が問題視されていることから、その環境負荷についても、少し考えてみることができるかも知れません。
▽ パズルのように組み立てる「紙」の分子模型 PuzMol
PuzMol は、身近で安価な材料である「紙」を使って製作した、パズルのように手軽に組み立て・自由に組み替えることができる新しい分子模型です。
PuzMol は、基本的には、原子と結合のパーツを「平面的」に組み立て、原子同士のつながりを模式的に表現する分子模型です。
PuzMol は、フラーレンのようなシート状の要素を持つものであれば「立体的」な構造を組み立てることもできます。
C60 フラーレンのように大きな分子模型を組み立てる場合、たくさんのパーツが必要となります。安価に製作できる PuzMol を用いることで、教材費を大幅に削減できます。
■ PuzMol の組み立て方
▽ PuzMolは簡単に組み立てることができます
PuzMol は、下図に示すような、紙でつくった ３種類のパーツを用いて組み立てます。材料としては、厚めの紙が望ましく、図に示しているものは 0.23 mm 厚のケント紙を用いて制作しています。
組み立てるときには、図に示すように、それぞれのパーツの端を手で折り曲げます。
四角形のパーツ（Ａ）は「水素原子」、六角形のパーツ（Ｂ）は「水素以外の原子」になります。水素以外の原子は、たとえば、炭素は黒、窒素は青、酸素は赤というように、CPK配色という方法で色分けすることができます。
長方形のパーツ（Ｃ）は「原子同士をつなぐ化学結合」になります。原子と結合をつなぐときには、下図のように、両端の「羽」を閉じて原子の側面にある切り口に差し込み、「羽」を広げるだけ。糊や接着剤などを使わないので、幼児や小学生でも安全に・簡単に組み立てることができます。
▽ PuzMol はさまざまな表現が可能です
PuzMol の材料は「紙」なので、サインペンなどで書き込むことで、さまざまな方法で分子の構造を表現することができます。
アンモニア（NH3）を表現した模型のように、結合の部品に立体表記を加えることで、分子の立体性を表現することができます。また、元素記号や電子対など、授業・演習の学習目標などに応じて、学びの足場掛けとなるさまざまな表記を書き加えることもできます。
さらに、ブタジエン（C4H6）を表現した模型のように、不飽和結合を含む化合物の場合、結合の部品に線を書き加えることで、単結合と二重結合など、化学結合の種類を区別することもできます。
■ PuzMol の活用方法
▽ 見えない分子をながめて・つくって・つかまえよう！
PuzMolを活用して化学の楽しさを伝える実践として、サイエンスアゴラ2022（会場：テレコムセンタービル）というイベントに、日本コンピュータ化学会のメンバーで、「見えない分子をながめて・つくって・つかまえよう！」というタイトルで出展しました。
出展したブースでは、100 名以上の方々に、PuzMol を用いた「きほんの分子を作ってみよう」「クスリのかたちを作ってみよう」「C20 フラーレンを作ってみよう」「オリジナル分子を作ってみよう」というワークに挑戦していただきました。
ワーク①：きほんの分子を作ってみよう
お手本シートを参考にしながら、PuzMol を用いて、２〜６原子で構成される小さなサイズの分子を組み立てます。
小さな子どもたちでも、楽しく取り組むことができます。
▽ 分子設計ワークショップ
PuzMol を活用した教育活動の実践案としては、たとえば、「分子設計ワークショップ」を考えています。
このワークショップでは、はじめに、「分子量400g/mol 以内で水に溶けやすい分子」などの課題を提示。PuzMol を用いて、課題に合うような、化学の教科書にないような「新しい分子」を二人一組のチームで設計します。組み立てたら、スマートフォンアプリ（開発中）を使ってカメラで PuzMol を読み取り、自分たちが設計した分子の溶解度や反応性を予測。得られた値をスコアとして、チーム毎に競い合います。
PuzMol を用いることで、チームメイトと一緒にゲーム感覚で楽しく分子を設計する体験を通して、化学を学ぶ上での大切な概念である「分子のカタチと性質」の関わりについて、主体的・対話的に理解を深めることができるのではないでしょうか。
■ PuzMol アプリ
組み立てた PuzMol をスマートフォンなどのカメラで読み取り、立体的な構造に変換したり、溶解度などの化学的性質を予測するアプリの開発にも取り組んでいます。
■ PuzMol で化学の学びを「楽しく」「身近に」
安価で手軽に作ることができる紙製の分子模型 PuzMol が、「化学の学びを楽しく身近にすること」や「だれも取り残されないような学習環境づくり」の助けになればと願っています。
PuzMol について、興味・関心を持っていただけるようでしたら、お気軽に制作者の山本までお問い合わせください。
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