ChatGPT が提案する溶液の濃度の授業2コマのプラン
臨床検査技師のコースを前提に，ChatGPT に基礎化学で扱われる溶液と濃度の授業2コマ (180分) のプランを提案してもらいました．
カリキュラム設計の壁打ち相手として AI の活用はなかなか面白そうです．
合っている・合っていないはおいておいて，実際に提案されたプランを掲載します．
なお，ここでは GPT-4 を使用しています．
授業1：「濃度の世界へようこそ：基本から学ぶ」（“Dive into Concentration: Mastering the Basics”）
学習目標：
濃度の定義と重要性を理解する
パーセント濃度（質量/質量％、質量/体積％、体積/体積％）の計算方法を習得する
教師が発すべき問い：
「なぜ濃度を測定することは重要なのですか？」「各種パーセント濃度の計算方法は何ですか？」
具体的な内容と活動：
基本的な濃度の概念の導入：濃度が何であるか、なぜそれが重要なのかについての説明。例えば、医療の領域での濃度の使用（薬の投与、血液の生化学的な分析など）について議論。
パーセント濃度の導入と演習：パーセント濃度の計算方法とその用途についての説明。例題を用いた実習とクラス内でのグループワーク。
演習問題：各種パーセント濃度の計算問題を解き、理解を深める。
教材：
パワーポイントスライド：定義、公式、例題
インタラクティブな学習ツール（Khan Academyなど）：パーセント濃度の計算の実践
事前に準備した問題集とその解答
授業2：「濃度マスターへの道：複雑な計算の理解」（“Road to Concentration Mastery: Understanding Complex Calculations”）
学習目標：
モル濃度（mol/Lとmol/kg）、モル浸透圧濃度（mOsm/L）、モル当量（mEq/L）の計算方法を習得する
これらの濃度の違いとそれぞれの応用について理解する
教師が発すべき問い：
「モル濃度、モル質量濃度、モル浸透圧濃度、モル当量はそれぞれ何を示していますか？」「それぞれの計算方法は何ですか？」
具体的な内容と活動：
モル濃度の概念と計算の導入：定義、用途、例題について説明。各種モル濃度の違いについて詳細に説明。
演習問題：各種モル濃度の計算問題を解き、理解を深める。グループで問題を解いて解答を共有し、クラス全体で議論。
病態生理学への応用：これらの濃度がどのようにして人体の生理学と病態に関連しているかについて議論。具体的な病態（脱水、電解質の不均衡など）を用いたケーススタディ。
教材：
パワーポイントスライド：定義、公式、例題
インタラクティブな学習ツール（Khan Academyなど）：各種モル濃度の計算の実践
事前に準備した問題集とその解答
必要な前提知識：
基本的な化学の知識（モルの概念、化学式、化学反応）
基本的な数学の技能（分数、割合、単位の変換）
自習のためのツールと時間割り当て：
Khan AcademyやQuizletなどのオンライン学習ツールを使用して、濃度の計算を練習（週に2-3時間）
教師が作成した問題集で演習（週に1-2時間）
評価ルーブリック：
パーセント濃度とモル濃度の定義と計算法を正確に理解しているか（20点）
与えられた問題を正確に解くことができるか（40点）
実際のケースに適用する能力（30点）
クラスでの参加と協力（10点）
演習問題：
1 L の水に 20 g の尿素（Urea）を溶かした時の重量/体積％ (w/v%) を計算してください。
100 mL の血液に 154 mmol のナトリウムイオン（$${Na^+}$$）が含まれているとき、そのモル濃度（mol/L）を計算してください。
100 mL の血液に 9.5 mmol のカリウムイオン（$${K^+}$$）が含まれているとき、そのモル質量濃度（mol/kg）を計算してください。血液の密度を 1.03 g/mL としてください。
1 L の 0.5 M のグルコース（$${C_{6} H_{12} O_{6}}$$）溶液があるとき、それは何 mOsm/L になりますか？
500 mL の 1 M のリン酸二水素ナトリウム（$${NaH_{2} PO_{4}}$$）溶液があるとき、それは何 mEq/L になりますか？
演習問題の解答と解説：
重量/体積％ = (質量solute/体積solution) × 100 = (20g / 1L) × 100 = 2％
解説：質量／体積％は溶質の質量と溶液の体積の比率を示す指標です。この場合、尿素 20 g を 1 L の水に溶かすと、その溶液の重量/体積％ は 2％ となります。モル濃度（mol/L） = mol solute / L solution = 154 mmol / 0.1 L = 1.54 M
解説：モル濃度は溶質のモル数と溶液の体積（リットル）の比率を示す指標です。この場合、100 mL（0.1L）の血液に含まれるナトリウムイオンのモル濃度は1.54 M となります。モル質量濃度（mol/kg） = mol solute / kg solvent = 9.5 mmol / (100 mL × 1.03 g/mL / 1000 g/kg) = 0.092 M
解説：モル質量濃度は溶質のモル数と溶媒の質量（キログラム）の比率を示す指標です。この場合、100 mL（0.1 kg）の血液に含まれるカリウムイオンのモル質量濃度は 0.092 M となります。モル浸透圧濃度（mOsm/L） = 1 × mol/L = 1 × 0.5 M = 500 mOsm/L
解説：モル浸透圧濃度は溶質のモル濃度に溶質の粒子数（1モルあたり）を掛けたものです。グルコースは分解しないので、粒子数は1となります。よって、0.5 M のグルコース溶液のモル浸透圧濃度は 500 mOsm/L となります。モル当量（mEq/L） = 2 × mol/L = 2 × 2 M = 4000 mEq/L
解説：モル当量は溶質のモル濃度に溶質の価数（1モルあたり）を掛けたものです。リン酸二水素ナトリウムの価数は2なので、1Mのリン酸二水素ナトリウム溶液のモル当量は4000 mEq/Lとなります。
補足
教材の一部として使用するパワーポイントのスライドショーは、視覚的に学生たちを引きつけ、情報を理解しやすくするために極めて重要なツールとなります。以下に、スライドショーの作成におけるいくつかのポイントを挙げてみます：
シンプルに保つ： スライドは情報を簡潔に伝えるためのものです。テキストは最小限にし、主要なポイントのみを強調してください。視覚的な混乱を避けるために、余分なデザイン要素は避けてください。
視覚的要素を使用する： グラフ、図、画像などの視覚的要素は、学生が情報を視覚的に理解するのに役立ちます。特に濃度計算などの複雑な概念を教える際には、図解やステップバイステップの図解を用いることで、理解を深めることができます。
一貫性を保つ： フォント、色、デザインスタイルなど、全てのスライドで一貫性を保つことが重要です。一貫性があると、スライド全体が整然として見え、視覚的な混乱が減少します。
視覚的な階層構造を作る： ヘッダーやサブヘッダーを使用して情報の階層構造を作り、主要なポイントとその詳細を区別します。
アニメーションや遷移効果を適切に使用する： アニメーションや遷移効果はスライドに動きを加え、視覚的な興味を引きますが、これらは適度に使用することが重要です。過度な使用は注意をそらす可能性があります。
関連性のある例を挿入する： 臨床化学のような科学的な主題では、抽象的な概念を具体的な現実世界の例や病気、症例に関連付けることが特に重要です。
予想される質問や問題を含める： 予想される質問や演習問題をスライドに含めることで、学生の理解を深め、授業中の議論を促進します。
これらのポイントはスライドショーの作成における基本的なガイドラインであり、学生たちに最も適した教材を作成するために適宜調整することが可能です。