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2019年8月19日月曜日

現代化時代の算数教科書の紹介(あるいは、数学教育のアウシュヴィッツ)


ソ連のスプートニク成功に衝撃を受けたアメリカは、巻き返しを図るべく、旧態依然としていた数学教育を改革に乗り出した。この結果、1960年代に、数学教育のなかに現代数学の成果をとり入れて教育内容を高度化するNew Math運動(「新数学」運動)が起きた。この運動は、他の国々にも波及した。

日本は、欧米より少し遅れて、他国よりもはるかに穏健な仕方であるにしても、1970年代にその余波を受けることになった。1968年に、新しい学習指導要領が採択され、小学校では1971年から、中学では1972年から、高校では1973年から、現代化学習指導要領に沿った算数・数学教科書が使われた。

現代化算数は、集合や位相など、現代数学の成果を初等数学教育に採り入れて、より抽象的・形式的な学習内容や教え方を増やした。たとえば、ある教科書では、図形を、身近に見られるお菓子等の箱などの形からではなく、位相的な図形の異同から導入した。比例と反比例については、別のある教科書には、次のように書かれている。

(東京書籍6下 1977 p.20)

「a×b=cの式では、aの値がきまった数のとき、bとcは比例し、bの値が決まった数のとき、aとcとは比例します。また、cの値が決まった数のとき、aとbとは反比例します。」

自然現象などに発見できる、2つの量のあいだの相関関係ではなく、式の形式的な性質から、比例と反比例を導き出している。比例定数(決まった数)というのは、そもそも、aとbどちにらも任意に設定できるものであっただろうか。これも、当時の算数教育における形式主義を象徴している。

内容を高度化しただけではない。従来なら上の学年で学ぶはずであった学習項目を下の学年に下ろした。学習内容の低学年化である。中学で学ぶような学習事項が、小学校の高学年で教えられるようになった。


1.集合

現代化算数と言えば、やはり、集合の概念である。それは単に、集合の単元が設けられただけというだけでなく、図形など他の学習事項の説明の原理としても用いられた。集合は、算数教育の現代化の目玉であり、同時に、現代化批判においてもっとも激しくやり玉に挙げられたものでもあった。

現代化算数では、小4で既に、集合の考えや用語、記号法({ },⊂)が教えられていた。

(大阪書籍4下1977 p.4)

集合という概念が現れるのは、4年の教科書である。大阪書籍(1977年)では、集合は「ある事柄に当てはまるものの全体を、1つの仲間と考えたとき、その集まり」(p.4)と定義されている。

だが、この集合概念が、小4の小学生にどれほど理解されていたであろうか。小学生はその発達段階(具体的操作期)からして、事物に即して考える傾向がある。「集まり」が1つの場所への物理的な集積を意味しないこと、「仲間」は知り合いどうしである必要はないこと、ヴェン図の、集合を表す円は校庭に集合した自分たちの周囲の描かれた白線のことではないこと、こうしたことが、当時の小学生に理解されていたかどうか、疑問である。

集合の表し方や、集合と集合の関係を表す記号もまた、算数の教科書に載っていた。{ }記号は、ある集合を、それを構成する要素の列挙で表現するときに用いられる。⊂の記号という記号は、包含関係を表す。

(大阪書籍4下 1977 p.7 2箇所の抜粋部分を結合)

ヴェン図(ベン図)やオイラーの図も出てくる。これらの図で、複数の集合のあいだの重複関係や包含関係を表すことができる。ただし、ヴェン図という名称や交わり(積集合)、結び(和集合)を表す記号は、見当たらない。

(学校図書4年上1975 p.22)

そこには、有限集合だけでなく、倍数(ゼロは含まず!)や図形など、無限集合も躊躇なしに、扱われている。下は、啓林館6下(1973) に掲載されていた、さまざまな四角形の包含関係を表すオイラーの図である。

(啓林館6下1973 p. 86)

この図によれば、正方形の集合は、長方形とひし形の交わりにあたる。長方形は等角四角形、ひし形は等辺四角形であり、正方形は等辺等角四角形なのである。長方形もひし形も、ともに対辺が平行であり、平行四辺形の部分集合である。そして、平行四辺形は台形の、台形は四角形の部分集合である。

だが、学習心理学の諸研究は、四角形のあいだのこのような包摂関係の理解が、小学生にはとても困難であることを証言している(注1)。

集合は、現在では、高校の数学Ⅰになって始めて学ぶ内容である。

(東京書籍数学A2019 pp.4-5)



2.位相

下の画像は、学校図書教科書1年1974年版からのものである。

(学校図書11974 p63)

位相(topology)は、現代化算数が現代数学から採り入れ、小中学校で学ばせたものの1つである。上の図は、驚くことに、1970年代に、日本の小学校1年生が位相幾何学の初歩を学ぶことを強制されていたことを示している。

位相幾何学では、形や長さや凹凸を変えても、線や面のつながり具合が同じならすべて同一の形だと見なす。だから、好んで取り上げられる例だが、取っ手付きのマグカップとドーナツは、同じ形なのである。同様にして、円と三角形と平行四辺形、球と正多面体とグラスは同じ形である。

上の図の問4は「鼠が線を跳び越えずに出られるか」を問うている。これは、閉じているかどうかによる線の分類である。既述のように、位相では、長さや曲がり具合、形ではなく、線がつながる仕方が重要となる。線が閉じているかどうかは、ポイントの1つとなる。

問4は、閉じているかどうかを、鼠が線を跳びこえずに外に出られるかに着目させて、両者を区別させようとしている。①と③は閉じておらず、鼠は図形の中にいるように見えて、線に閉じこめられていることはない。これに対して、②は閉じており、鼠はその中にいるので、線を踏み越えずには外に出られない。

次の画像は、2年下からの抜粋である。p.12から「三角形と四角形」の単元が始まるが、その第1ページは再び、位相である。マル「あ」は閉じた線、マル「い」は閉じていない線である。

(学校図書2下1975 p12)

問1は、1~6の形が、「あ」と「い」のどちらの仲間に属すかを答えさせるもの。1,2,6は閉じているが、3,4,5は閉じていない。その上で今度は、マル「あ」の、輪になった糸から、ちょうど、コルクボードに針を刺して、この閉じた糸を、糸が垂れ下がらないように、針から針へと張る。
3点で引っ張ると三角形となるが、4本の針にあいだに糸を渡すと四角形になる。三角形と四角形は、同じ閉じた線のヴァリエーションなのである。そして、その糸を針で引っ張ってぴんとなった糸の形は、「直線」と呼ばれる(p. 13)。

(学校図書2下1975 p13)

位相概念を図形学習に取り込むという点で、学校図書は特別かもしれない。東京書籍はこの点では、もっと穏健で、位相概念を採り入れたと解せる例は1つあるが、基本的には、現在と同じように、身の回りに見られるいろいろな物体の形から、四角形や円を発見させることで、図形学習を導入している。大日本図書も同様である。


3.関数

現代化時代の中学の教科書では、関数概念は、集合間の要素の対応関係(多→1、1→1)として、定義されている。これに対して、小学校の教科書では、現在も当時も、関数は、「ともなって変わる量の関係」と言われていて、変わりないように見える。
関数は、現代化時代の算数教科書では、小4から、「変わり方調べ」のような題で、扱われている。そこで取り上げられているのは、

・ある商品の購入個数と代金の関係
・水槽に溜まる水の体積と時間との関係
・兄の年齢と弟の年齢の関係
・同じ個数のものを姉と妹で分けるときの姉妹のそれぞれの取り分の関係
・おはじきで辺を描いた正方形の1辺の個数と全部の個数の関係
・面積が一定の長方形の縦と横の関係(反比例)
……

現在の教科書でも、ほぼ同じ種類の関数的関係が、「変わり方」のような、類似したタイトルの章で取り上げられている。違うのは、現代化時代は、1)5年ですでに、2つの値をa,bという、文字を使った式で表していることである。また、2)現在の教科書は、関数のグラフについては禁欲的なのに、現代化時代は、そのような禁忌はなかったようである。さらに、3)現代化の教科書では、年齢と体重、時刻と地面の温度との関係も、関数と一緒に取り上げられているが、このような関係は、現在の教科書では、資料の整理に関する別の章で取り上げられている。

比例は関数の一種である。比例と反比例が6年に扱われていて、

y=(決まった数)×x

という式で表されること、正比例ではグラフが原点O(オー)を基通る直線になると言われている点も、現在と同じである。

ただし、比例の定義が、当時と現在では違っている。現在は、一方の値が2倍、3倍、…になると、対応するもう一方の値も2倍、3倍、…になる関係が比例とされる(たとえば、啓林館2014年 p.130)。しかし、1970年代の教科書では、定義としては、2つの値の「商」が一定のとき、2つの量は「正」比例する、と言われている。教科書によっては、「商」の代わりに、「比の値」、「割合」となっている。2倍、3倍、…のことも言われているが、あくまで補足的にである。

(啓林館6下 1976 p.21)

反比例では、正比例と違い、2つの値の積が一定である。正比例では商が、反比例では積が一定で、その一定の数が「決まった数」と呼ばれている。「決まった数」というのは、比例定数のことである。

ただし、現代化時代の学校図書の教科書には、「決まりの見つけ方」と題する、次に示すような設問がある。それは、何らかの工程を含むボックスの、一方から数値を入れると、何らかの処理がなされて、もう一方から出てくる、ということを表している。そして、入る数値(インプット)と出る数値(アウトプット)のいくつかの例から、どのような処理がなされているかを、推測する問題である。ここでは、関数は写像ではなく、ブラックボックスとして扱われている。

(学校図書4下1979 p.87)


4.等式・方程式

画像は、学校図書の1979年版小学校教科書4下のp.14とp.18からのもの。現在なら、中学で学ぶような式の取り扱い方が、この時代の小4教科書に載っているのである。ただし、ここではまだ、xやyなどの文字は使われておらず、代わりに□が使われているのだが。

(学校図書4下1979 .4, 18)

この同値変形において利用されているのが、今は中1で習う「等式の性質」である。「等式の性質」は、等式の両辺に同じ数量を足しても引いても、掛けても、で割っても、等式の両辺の等しさは保持される、ということである。このことが、天秤の喩えを用いて説明されている。等式のこの性質を利用して、式の中にある□(四角、空欄)を求めることができる。「等号の両がわに、16を足した式を書きましょう」とある。左辺に□だけが来る形に変形して、方程式を解くことができる。現代化時代は、方程式の解き方が小4ですでに教えられていたのである。

現在でも、□を使った式は、小2から使われているが、□を求めるのは、テープ図などを使って、□を求める演算を引き出す方法が採用されている。6年になると、中学数学の準備として、□の代わりにxのような文字(記号)が使われる。6年でも、xの値の求め方は、現在の教科書では、未習の「等質の性質」が利用されることはなく、テープ図を利用する方法のほか、引き算が足し算の、割り算がかけ算の逆演算であることを使う方法で、□を求め縷々演算を発見させる。


ここには、同値変形という新しい計算の進め方の理解に対する困難さもある。それまでは式は、

A =A' =A''

と、数量的同一性を保持しながら、等号を重ねて式を言い換えていったのに、方程式を習うと、

A=B, A'=B', A''=B''

のように、等式を連ねて同値変形していく、ということが行われるようになる。ここでは、A=BならばA'=B'、という推論を行うのである。現代化時代は、こうした論証的・演繹的な思考を、小4に強いていたのである。

等しさの理解の問題もある。等号=はすでに、小1のときから用い、一応、小学生には、両辺が等しいことを表す記号として導入される。これは、等号の関係的な(relational)な意味と呼ばれる。

(学校図書3上 2016 p.19)

しかし、関係的な意味での等号の理解は、子どもには、大人が思うほど、すんなりいくわけではない。小学生の多くは、実際には、等号を、まずもって、計算結果(答え)を導き出す記号として用いている。このようにとらえられた等号の意味は、「操作的 operational)」と呼ばれる。数だけの計算では、それが自然なのである。3+2=5は「3たす2は5」と読まれるが、等号が「は」と読まれることは、このことを象徴している。

児童は関係的な意味でよりも操作的な意味で理解しているので、

10÷2 =5 +3 =8

のような破格式を、児童は書いてしまいがちである。また、

26÷7 =3 あまり2

のような、余りがある割り算の式は、教科書にも書かれているが、この式では、両辺は数量的に等しくない。つまり、関係的な意味は後退しているだけでなく、否定されてもいると言える。

四則演算の計算が学習内容のメインである算数では、操作的な理解で十分である。というのも、計算では、等号=の前にあるのは、まだ計算されていない、遂行されるべき演算子を含んだ計算式であり、等号=のあとに来るのは、計算という作業を行うことによって得られた結果だからである。算術的・計算的な理解では、等式の両辺は同時的ではなく、タイムラグがある。このような理解では、両辺に同じ数を足す、という操作は理解できないものであろう。ただし、高学年になって、分数の計算をするようになると、等号は1回では足りずに、等号=を繰り返して、等量性を保持しながら、式を言い換えながら次第に短くしていくことに馴れるようになる。これは、等号の関係的意味の理解につながっていく。

関係的(relational)な意味での等号、等式の両辺が同時的に等しいという概念は、大人にとっては自明で単純なことかもしれないが、子どもにとっては、大いなる課題であり、できて当たり前のように考えてはならない。量的に同時的に等しいという概念の理解は、子どもにとって、それほど簡単なことではない。前操作期の年長児や1年生には、同じ数のおはじきであっても、配列を変えるだけで、大きさが変わってしまうと考える傾向がある。たとえば、粘土の塊を、丸くしても平たくしても、細かい塊に分けても、重さは変わらない、ということは、3,4年になってはじめて学ぶことなのである。


5.かけ算

かけ算は、現在の算数では、〈1つ分×いくつ分=全部の数〉という言葉の式で導入されているが、現代化算数の時代は、〈もとの数×かける数(倍)=答え〉という言葉の式で、説明されていた。このかけ算の定義は、現代化の1つ前の時代である系統学習時代における定義を継承し、緑表紙教科書の定義を復活するものであった。それによれば、かけ算とは、ある数(量)を2倍、3倍(ばい)…にすることなのである。テープを切って半分にしたとき、もとのテープの長さは、その半分の2倍の長さをもつ。

だが、倍(ばい)は事物やその量ではなく、関係・働きである。このようなかけ算定義は、事物に即してしか考えられない小学生には、高度だったであろう。それに比べると、〈1つ分×いくつ分〉による定義では、いくつ分は働きではなく、実際の量を表している。一皿4個で3皿分のみかんを考えるときは、実際に、皿3枚とみかん12個を用意しなければならない。そして、1皿分のみかんは3皿分のみかんの一部である。しかし、倍では、もとにする量と全体量は同一物である必要はない。次の図では、ウマはカメの何倍かと尋ねられているが、この場合は、倍は比・割合を表している。それは関係なのである。ここでは、カメはウマの一部ではない。

(学校図書2下1975 p.34)

現代化時代のかけ算の単元について、興味深い事例を1つ挙げよう。現代化時代の教科書のうち、東京書籍のものには、ゼロ(0)の段がある掛け算九九表を掲載されていた。

(東京書籍3上1974 p.17)

現在のカリキュラムでも、ゼロ×や×ゼロの答えがゼロになることは、3年になってから、輪投げの得点計算などの例を用いて学ぶ。「入ったら3点」の得点の輪投げが1回も入らなかったら、3×0で〇点である。だが、普通の九九表では、一の段または二の段から九の段までが載っていて、ゼロの段があるのは、異例である。ただし、2位数×の掛け算へのステップとして、九九表を十二の段まで拡張することはあるが。ところが、上記の九九表には、ゼロの段(ゼロ×)も、×ゼロも存在する。
九九の各段は、かけられる数の倍数を表しているが、この九九表を用いて掛け算を学んだ子どもたちは、当然、5年生になって、倍数にゼロ倍のゼロが含まれない定義に対して強い疑念を抱くであろう。そして、卒業して40年以上経過しても、算数の倍数定義に抗議し続けている者もいる。

かけ算の可換性(交換法則)については、現在も現代化の時代も、かけ算では被乗数と乗数を交換しても答えは同じだと習う。交換法則はアレイ図で例証されている。現代化の時代に固有なのは、3年と5年では、交換法則の定義が違うことである。3年では交換法則は、グループを縦列にとってその列の個数と列の数からかけ算をしても、横列にとっても全部の数は同じなので、被乗数と乗数は交換しても答えは同じだということを意味する。

(学校図書3上1976 p.7)


かけ算の交換法則は、現代化時代の5年生の教科書では、a×b=b×aという文字式で、ふたたび取り上げられる。やはりアレイ図が使われているが、ここではもはや、基準量となるグループ(縦列または横列)は作られない。縦と横の個数から、直接的に、全部の数を引き出している。ここには、〈基準量×倍〉のような非対称なかけ算から、中学高校で学ぶ〈因数×因数〉の対称的な掛け算への乗り越えが始まっているのである。

(大阪書籍5上1972 p.96)


6.整数の課

事物を数えたり,事物を測定したりして得られる数は,事物や状態を把握するための数であり,事物とのつながりを保持している。しかし,偶数・基数・倍数・約数・素数のような数論的概念は,数そのものを対象とすること,数体系そのものを扱うことであり、より抽象的で,児童には難しく感じられる。

現代化時代、小5の教科書の、整数に関する章は、驚くことに、剰余系から始まっている。3で割ったときの余りがゼロなのか1なのか2なのかによって、整数は3つの集合に分類される、とある。

(東京書籍5下 1979 p.53)

剰余系は今は、高校の数学Aで学ぶ内容である。現代化時代の中学教科書は倍数を剰余系から導き出しているのだが、そのさわりの部分が、小5の教科書にすでに出ているのである。

(第一学習社数学A2019 p.72)

偶数・奇数は、剰余系から説明されている。すなわち、偶数は2で割ったときに余りがゼロの整数の集合、奇数はあまりが1の集合である。整数(ゼロと正の整数)の集合は偶数か奇数かにより2分される。ゼロは2で割ると余りがゼロなので、偶数に分類される。

ところが、当時でも、倍数については、現在と同様に、ゼロが除外されているのである。倍数は剰余系、つまりわり算ではなく、あくまで、整数(ゼロ除く)の整数倍(ゼロ倍は除く)として、かけ算で定義されているのである。

整数に関する章は剰余系から始まり、剰余系で偶数・奇数を説明したあと倍数・約数を導入する、という流れからすれば、倍数は、偶数と同様に、ゼロを含めて定義されてもよさそうなのだが、されてないのである。これは最小公倍数との兼ね合いからであろう。

現代化時代に算数を学んだ、黒木氏や定数氏らといった者たちが、実年になって、子どもが使っている現在の算数の教科書を見て、倍数がゼロを含める形で定義されていないことを発見して、激しく批判するという今起きている出来事の芽は、現代化時代の偶数・奇数、倍数の章に胚胎していたのではあるまいか。

偶数・基数・倍数・約数についての、このような先走った学習内容の課が独立して設けられたのが,現代化時代であった。たとえば,大阪書籍の小5教科書下巻(1972年)には,「整数の性質」(第13課),東京書籍5上(1976年)では,「整数と集合」という課がある。1つ前の系統学習時代の教科書を見ると,そのように独立した章はない。

ただ、現在と違い、公倍数,公約数という言葉は出てくるが,「最小公倍数」,「最大公約数」という用語は出てこない(ただし,「いちばん小さな公倍数」という表現は出てくる。大阪書籍 p.11)。大阪書籍では,その次の課が「分数」で,ここで分数のたし算に必要な通分に,ふたたび,公倍数が使われている。


6.その他

1)負の数

現在なら中学で学ぶが、この時代に小学校で学ばれていた学習項目は、等式の性質・方程式の解き方以外には、負の数や回転体、2図形線対称、有効数字、確からしさ(確率)などである。
現代化時代は、負の数を6年生のときに学習した。負の数は、数直線を左(ゼロ以下)に延長するという仕方で導入される。「負の数」という言葉は使われていないが、「マイナス1,マイナス2……」という表現は学ぶ。そして、3-1, 3-2, 3-3, 3-4などの、答えがマイナスにいたる引き算を行う。

(学校図書6下1976 p.50)

中学で学ぶ項目を小6の算数での先取り的に学習することは、現在の教科書にも、あるにはある。たとえば、xやyといった文字を使った式や、決まった数(比例定数)、場合の数などである。ただし、文字は導入しても、演算記号×÷の省略などは行わない。比例はグラフを描いても、定数と傾きの関係は言わない。場合の数は樹形図は描いても、かけ算の式は使わず、また、確率には結びつけない。

実は、負の数(ゼロより小さい数)のことはも、現行の小6教科書にも載っている。ただし、それは、東京書籍だと「算数卒業旅行」という巻末の付録に書かれていて、正式な学習項目ではないのである。ただ、そこに書かれている内容は、現代化時代の6年の教科書における負の数についての説明と、ほとんど変わりない。現代化時代でも、負の数は本格的には扱われていなかったのである。負の数を本格的に導入してしまうと、負の数の四則演算がどうなるかも説明が必要になるからであるが、負の数を負の数に掛けるとどうして正の数になるのかも、納得させなければならない。


2)2図形線対称

現在では、6年時に線対称・点対称を学ぶが、その線対称は同じ1つの図形の線対称に限られている。ここでは、線対称な図形とは、半分に折ると重なる形であり、点対称な図形とは、回転させると重なる図形のことである。2つの図形のあいだの線対称、つまり対称移動は中1ではじめて学ぶ。しかし、現代化時代は小5の教科書に、2つの三角形の線対称、2つの台形の点対称が取り上げられているのである。

(学校図書5下1976 p.87)


3)有効数字

有効数字は現在は、中1の数学で学ぶ。現代化時代は、画像のように、小5で有効数字の考え方が少しだけ出てくる。たしかに「有効数字」という言葉は使われないが、計算結果の精度(桁数)は、計算の基になる測定値の精度を考慮すべきだ、とされている。

(学校図書5下1976 p.99)


4)確率

確率は算数では、「確からしさ」と呼ばれている。現在は中2で学ぶようなことを、当時は小6で学んだ。コインを投げたとき表と裏が出る場合で起こりやすさに違いはないので、表が出る確率は1/2。何十回と投げて結果の記録をとると、表が出た回数の割合は、次第に1/2に近づいていく。

(大阪書籍6下1973 p.74)


5)十進数

ドゥアンヌの『数覚とは何か?』によれば、フランスの当時の教科書には、五進法を掲載するものがあったという。日本では、幸いなことに、この形式化はフランスほど徹底して起こらなかった。日本の小4・小5の現代化算数教科書に、説明は短いが、「十進数」という用語が現れる。十進数ではない記数システムの例としては、60進法の時刻が挙げられている。

(学校図書4上1975 p.5)

上は4年上の教科書から、下は5年上の算数教科書から。

(大阪書籍5上1972 p.7)

現在の小5の教科書にも、「整数と小数のしくみ」(日本文教5上 2017 pp.10ff.)という章があり、そこで、10倍、100倍するとゼロが1つ2つ増えたり、小数点が1つ2つ位を移動したりする、記数システムことは、説明されている。

ただ、やはり、「十進数」とか「位取り記数法」といった用語は、現れない。中学ではむしろ、現在の教科書にはn進法や位取り記数システムのことは何も載っていないようである。高校の数学Aではじめてn進法について学ぶ。ところが、現代化数学時代には、中1で、五進法などの非十進法、十進法との変換の仕方を学んでいた。



6)延べ

ところで、現代化時代は、小学生は小5で,平均と延べをセットで学んでいた。現在も、小6で平均やデータの散らばり(柱状グラフ)は学ぶが、しかし、そこには、延べ人数のことは出てこない。

(東京書籍5上1979 p.91)

延べ人数は、ニュースなどでよく出てくる言葉である。2019年6月に,プログラミングのキャンプやスクールについて報じる新聞記事があったが,そこにも「延べ」が使われている。複数のキャンプに参加している中高生がいても、具体的に誰がどれとどれのキャンプ等に重複して参加したのかということは、名簿照合でもしないかぎり,なかなかわからない。各スクールから得た参加者数の人数を機械的に合計したものが,延べ人数である。

延べ人数とは、重複をいとわず(重複を無視して)カウントして得られた人数なのである。


7)角錐・円錐

現代化時代の6年生教科書には、その前の系統学習時代の教科書を継承して、立体図形に関して、かなり詳しく書いた章がある。

現在の教科書では、5年に角柱と円柱を学び、6年でその体積の求め方を学ぶが、角錐や円錐は扱われない。現代化時代には、角錐や円錐を含めて、種類(三角柱、四角柱……)や部分の名称(底面、側面……)、展開図、投影図、面と頂点の数、多角柱の三角柱への分解、角柱・円柱の表面積・体積の求め方を学んでいた。

(学校図書6上1976 p.43)

また、立体に関する章には、現在は中1で学ぶ回転体が取り上げられている。回転体は、点や線ではなく、面の回転の軌跡である。割り箸に、厚紙で作った半円を付けて、両手でこするように割り箸を回転させて、どんな立体ができるかを確認する。ただし、壺のように立体が中空の場合は、面ではなく線となる。

(学校図書6下1976 p.38)

現代化の1つ前の時代の教科書(東京書籍6上 1962 p.38f.)にも、回転体のことは載っているので、回転体を学習項目として扱うことが、現代化時代に固有だった、ということではない。現代化時代になって、集合や位相などの新しい学習項目が採り入れられたのに、既存の学習項目がよく整理されなかったために、詰め込み教育となったのである。



現代化後

アメリカのNew Math運動も、その影響で少し遅れた始まった日本の現代化算数も、短期間で失敗し、薄暗くジメジメとした校舎裏に、累々と積み上げられ放置された、多数の落ちこぼれと算数嫌いの児童たちの遺体の山だけが残されただけだった、ということを忘れてはならない。

1)抽象性が高い中等高等数学の内容を小学校で教えれば、その発達段階からして事物に即してしか考えられない、抽象化の途を歩み始めたばかりの小学生の多くは、ついて行くことができずに、落ちこぼれる。中学・高校の数学の内容を消化済みの大人の感覚では、単純明快であっても、それを小学校の数学教育に、安易に持ちこむならば、数学エリート教育にはなるかもしれないが、義務教育としては、算数教育が失敗してしまう。現代化批判は、決して、小学生の能力を過小評価しようとするものではない。

フランスでも、ブルバキズムの名の下に、数学教育の現代化が遂行された。ドゥアンヌは『数覚とは何か』のなかで、数学を抽象的な記号の形式的操作に還元しようとしたブルバキズムを批判している。算数の理解には、具体的な直観と心的モデルが必要なのである。たとえば、心のなかにパイを切り分けるイメージがある子どもは、1/2+1/3 が1(丸1枚)を越えないことがわかる(p.255)。ブルバキズムは、一世紀にわたり、子どもたちのそうした数的直観を破壊してしまった、という。何のための数学教育なのか。

2)それ以前から学ぶべき多くの事項があり、これらを整理しないまま、中学で学ぶ内容を小学校に下ろせば、当然、詰め込み教育になる。いわば、(底が空いている筒ではなく)空いてない袋に、より多くのものが詰め込まれることになる。学習事項が増えて、詰め込み教育、新幹線授業となって、ついて行けない落ちこぼれが増えた。岐阜県の教育研究所が行った調査では、5年生クラスの3分の2近くが、6年の約半分が、算数の勉強は半分以上わからない、と回答したという。

中高で学ぶ高度な事項の理解に困難があるというだけでなく、本来小学校で学ぶべき基礎的な事項の学習に、十分に時間が割けない、ということになる。だから、生徒たちは、交換法則はよく知っているのに、九九を満足に言えないことになる。現代化数学が失敗した後に、「基礎に帰ろう」という運動が起きたことは、自然なことであった。

こうした不適切な算数カリキュラムが、失敗するということは、必然的であった。


関連記事


注1
flute23432「正方形は長方形でない? ― 現代化算数の失敗と亡霊」
http://flute23432.blogspot.com/2018/02/


〈参考文献〉

大日本図書「教科書いまむかし 数学教育現代化時代小学校」
https://www.dainippon-tosho.co.jp/math_history/history/age03_el/index.html

京都情報大学院大学江見圭司製作「戦後教育 生年と学習指導要領・使用教科書」

高橋正「数学教育論 A2.数学教育の歴史的変遷 8.現行指導要領」
http://www2.kobe-u.ac.jp/~trex/hme/index8.html

現代化時代の算数の教科書(大阪書籍、学校図書、東京書籍、啓林館など)

S・ドゥアンヌ『数覚とは何か?』(早川書房 2010年)


(Twitterで、「現代化算数教科書紹介シリーズ」として2017~2019年に断続的に掲載したツイートに加筆・修正して掲載 2020/03/30改訂)

2018年2月16日金曜日

正方形は長方形でない? ― 現代化算数の失敗と亡霊

New Math運動の失敗

1957年にソ連が世界初の人工衛星を飛ばすことに成功すると、米国には激震が走った。スプートニックショックと呼ばれる出来事である。科学技術において米国は最も先進的だという信念が、崩れ去ることになったのである。当時の米国の数学教育が旧態依然であったことは、米国がソ連に追い越された原因の1つと見なされ、1960年代、New Math運動と呼ばれる、数学教育の「改革」運動が起きた。現代の数学の発展を受けて、数学教育を現代化しようという運動であった。

現代化の時代、小中学校の数学では、集合概念や、写像としての関数、位相幾何、公理主義化された代数が教えられた。集合論や公理主義は、単に、新しい単元として加えられたのではなく、数学の基礎、枠組みとして、採用されたのである。New Math運動の主要な担い手の1つであったSMSG (School Mathematics Study Group)の教科書を見ると、小1から、数や足し算が集合で定義されている。その初っ端が集合概念の導入である。果物の集合(set)には、リンゴの集合やナシの集合など、部分集合(sebset)がいくつもある。リンゴの構成員(members)の数は5である。つまり、数は集合の要素の数なのである。マルで囲って、リンゴ2つと梨3つの部分集合を作ることも可能である。


(SMSG, Mathematics for the Elementary School,  p. 2)注1

足し算は、後のほうのページで数直線を使って説明されるが、最初は、やりは集合から説明される。4つのボールから成る集合と2つから成る集合があって、両者を合わせてできた集合(union)の要素は6である。そこから、4+2=6, 2+4=6という足し算の式が導かれている。

(p. 9)

集合概念を使って足し算を考えると、物がそれが置かれている場所と時間から抽象され、頭の中で、同じ定義を満たすものとして集められる。このような理解をすると、算数教育学で言う合併(あわせて)と増加(ふえると)の違いは、無意味なものとなる。特定の場所に最初からあったかどうか、追加されるものは最初からあるものより後という時間的な前後関係は、捨象されるからである。

New Math批判の書『ジョニーはなぜ足し算ができないのか』には、New Math教育がどんなものであったかを示す例が、冒頭に書かれている。

「現代の数学のクラスを覗いてみましょう。……教師は「6と9のあいだにある整数は、正しくは、どう表現するの?」ときくと、ある生徒が「なぜ? 7と8だよ」と答える。教師は「いいえ、6より大きい整数の集合と、9より小さい整数の集合の交わりとなる整数の集合よ」と答えた。」 (注2)

New Mathの数学のテキストや授業は、こんなものなのである。数学者の小平邦彦は米国滞在中に娘が、SMSGの実験クラスに配属されるという災難に見舞われた(注3)。彼はその宿題の手伝いをやらされ、その馬鹿らしさに呆れて、現代化数学に批判的な論者の1人となった。

小平は言うのだが、集合の考えは数学者には分かりやすく基本的だと感じられるが、それは専門的訓練の結果であって、小中学生にとってそうではない。集合論が現代数学の基礎であるからと言って、集合論が数学「教育」の基礎ということにはならない。集合論は19世紀末になって初めて出てきたものだが、数学はそれより2000年以上も前からある。つまり、歴史的に見れば、数学が集合概念を基礎に再構成されたのは、数学にとって、偶然的な出来事なのである。現在の近いほど数学は抽象的であり、小中学校では、直観的にわかりやすい過去の数学から学んでいくべきだと言う(注4)。

New Mathで算数を学んだ子どもたちがどうなってしまうかを、象徴的に示す例を2つ挙げよう。1つ目は、スヌーピーで知られる、シュルツ(Ch. M. Schulz)の4コマ漫画である。チャーリーブラウンの妹サリーは、New Math時代の教科書を教室で読んでいる。「集合、一対一対応・・・等価な集合・・・集合を結びつけて1つにすること・・・」  しかし、最後に(4コマ目で)こう叫ぶ。「私が知りたいのは、ただ、2たす2はいくつか、ということだけよ!」。


2つ目は、先ほど言及した『ジョニーはなぜ足し算ができないのか』に描写されている、New Mathで算数を習う子どもと親とのあいだの、よく知られた会話である。

「子どもの算数の学習の進度を心配した両親は、子どもに尋ねる。ある父親が、8歳になる自分の子どもに、「5たす3は何?」と尋ねた。親が受け取った答えは、「交換法則により、5 + 3 = 3 + 5 」というものであった。面食らった親は、同じ質問を言い換えて、「5つのリンゴと3つのリンゴ、併せると全部でいくつ?」ときく。子どもは、「と」がプラスの意味なのかよく理解できなかったので、親に「5つのリンゴ、プラス 3つのリンゴ、ということ?」ときき返す。急いで「そうだ」と答えて、期待して子どもの答えを待った。子どもが答えて言うには、「リンゴだろうが、ナシだろうが、本だろうが重要じゃないよ。どの場合でも、5 + 3 = 3 + 5だよ」」(注5)

このように、New Mathで算数を学ぶと、集合の用語・記号法や交換法則は知っていても、九九を覚えられず、基本的な計算ができなくなってしまう。New Mathの数学教育がいかに偏っていたかが分かる。


現代化算数と集合概念

このNew Math運動は世界的に波及するが、日本もその波をかぶることになった。1964年にはSMSGが数学教育会や雑誌で紹介され、セミナーも開かれた(注6)。穏健化された形ではあるが、10年ほど遅れ、1970年代の日本の小中学校で、現代化のカリキュラムが実施された。図のように、小4の教科書には、集合に関する単元が出てくる。

(大阪書籍算数教科書4下、1977年、p. 4)

この集合概念に基づいて、さまざまな四角形の集合のあいだの包摂関係が、ヴェン図で示された。それによれば、正方形の集合は長方形の集合の部分集合である。というのも、等辺等角四角形である正方形には、等角四角形である長方形の性質が完全に当てはまるから。つまり、正方形は長方形の特殊な場合なのである。

さらに言えば、正方形の集合は、等角四角形である長方形と、等辺四角形であるひし形という2つの集合の交わり(積集合)に当たる。長方形の集合は、これはこれで、平行四辺形の集合の部分集合である。このように、さまざまな四角形のあいだには、現代化時代の教科書に載る次のようなヴェン図で示される包摂関係が成り立つのである。

(啓林館算数教科書6下、1973年、p.86)


 集合とは、大阪書籍の教科書によれば、「ある事柄に当てはまるものの全体を、1つの仲間と考えたとき、その集まり」と定義される。

だが、小学生が集合概念をどれほど理解できたであろうか。「集まり」ということで、小学生は、一箇所に寄せ集められてできた玩具の山のようなものを、まず連想していないであろうか。ある小学生は、運動場に足で大きく円の形に線を引いて、同級生とともにその中に入り、「全員集合!」と叫んで、これが集合だという理解を示した。また、「なかま」という言葉が集合の説明に使われているが、仲間だったら普段よく遊び、互いによく知っているものどうしの関係でないといけないであろうか。もし、当時の児童たちの集合概念の理解がこんなものであったら、無限集合の理解はおろか、有限集合の理解でさえも、不可能である。(注6b)

集合の要素は、実在物でも空想物でもよく、過去・未来のものでも、数や図形でもよい。たとえば、血液型がRhマイナスの人の集合では、血液型がRhマイナスであるという条件を満たしていれば、すべて自動的に、その集合の要素である。頭のなかで考えられた集まりなので、Rhマイナスの人は、互いに相知らず、隔たったところに居住していても構わないのである。100年前に死んでいても構わない。200年後に生まれるRhマイナスの人も含まれている。人間の部分集合であれば、弁理士だとか、~小4年1組で兄がいる人だとかいった、決まった特徴を共通してもち、それを持たない者と区別される諸個人のグループを頭のなかで想定するとき、それがすでに集合である。集合は、要素間の物理的な近接性や緊密な関係の有無とは関係なしに、人間の頭のなかで自由に構成されるものなのである。

しかし、小学生は、目の前のお皿の上の青森産のリンゴが数えると5つあるとか、自分が自宅の近くの小学校の4年1組に属し、誰々と一緒の班に属しているとかいった、実在の融通が利かない具体的な状況に即して、物を考える。物理的遠近や実際の具体的な関係から独立に、ある特徴や観点に基づいて事物や人、項目を自由にグループ化し、それらの間の関係を考察するような、高度な抽象的思考力を、最初からもっていない。むしろ、そのような能力は、小学校・中学校の勉強などを通じて、次第に養われていくものである。


現代化時代の児童たちの悲惨

正方形が長方形であること、正三角形が二等辺三角形であることに、教えられずに自発的に気づく子どもがいるであろうか。いても、きわめて稀であり、無視してよいと思う。しかし、現代化の時代には、それが教科書に書かれ、教えられていた。図形の包摂関係を理解できた児童は、少数にしてもいたのであるが、ほとんどの児童は理解できず、混乱が広がった(注7)。

まずは教師の側からの証言を見よう。ブログ「身勝手な主張」のブログ主Y.H氏は、現代化算数時代に新任教師として小学校で教えていた。当時、ブログ主が「正三角形が二等辺三角形のなかまである」と児童に教えたら、児童のあいだで大混乱になったと言う。

 「私が小学校の新任教師をしていた頃は、数学教育の現代化の時代であったから、当然「正三角形は二等辺三角形のなかまである」と教えていた。……私の教え方がよくなかったのかどうかわからないが、「正三角形は二等辺三角形のなかまである」が児童の間で大混乱になった記憶がある。」(注8)

図形の集合論的な分類方法は、明らかに、小学生の図形イメージとそれに基づく自然な分類に反するものであった。だから、Y.H氏は平行四辺形については、次のように書いている。「第一、無限にある長方形をどのように「長方形の集合」として閉曲線で囲まれたベン図に押し込めるのか?こんな冗談みたいな思いを持っていた。実際、児童の混乱もひどかった。
 長方形を平行四辺形として見よと言われても、児童は長方形と平行四辺形のそれぞれの図形としてのイメージがあって、別のものと思うのが自然な思考であって、無理な話であった。長方形や平行四辺形が数学的にきちんと定義されていない算数では、このような見方は飛躍がある。」 (注9)

次に、現代化算数を受けた児童の側からの証言を聞こう。読売オンラインの発言小町で、2014年に、「小学校 正方形が長方形でないのはなぜ?(駄) 」というトピが立てられたことがある。(注10)

そこにredbearという人が投稿していて(2014/11/15 20:31)、自身の40年以上前(1974年以前)、つまり、現代化算数が教えられ始めた時代の体験について語っている。redbearさんが小学生のとき、算数の時間に「長方形は平行四辺形である」という問題が勃発した、というのだ。redbearさんだけが「長方形は平行四辺形である」と主張し、他の全員が反対で、redbearさんは集中砲火を浴びる。反論できなかったredbearさんは、翌日、反論の仕方を考えてきて発表した。そして、数学が専門の担任によって、redbearさんの主張が正しいという裁定が下されたのである。

これは、現代化算数が始まって日本全国の教室で起きていた混乱の1コマに過ぎない。琉球大学の色物氏も、readbearさんと同じ年代で、「「正方形は長方形に入るか」で議論して同級生を泣かしたことがあった」と、いじめを告白している(ツイッター 2010/11/13 09:24)。理解できた極めて少数の児童と、理解できない多くの児童に対立と分断が起きたのである。授業についていけない多数の落ちこぼれと算数嫌いの児童が続出したのは、言うまでもない。

redbearさんのクラスでは、redbearさん1人を除くと、児童は、「長方形は平行四辺形である」という命題を理解できなかった。図形の包摂関係の理解は、小学生の知的枠組みを超えており、小学校で教えるには、明らかに不適切であった。外国での流行に乗って、小学校で集合を教える現代化カリキュラムを導入し失敗した事件は、日本の教育政策史上の汚点となっている。小学生に対する知的虐待が制度的に遂行されたのである。当時小4で教えられていた集合の概念は、今は、高校生が学んでいるのである。(注11)


集合論的観点の持ち込み

四角形のあいだの多層的な包摂関係は、その理解が小学生の知の地平を超えているので、算数で教えるのは不適切である。では、どう教えるかと言えば、中学では包摂関係を教えるので、円滑な小中接続のことを考えれば、小学校では、現行のように、四角形間の包摂関係を曖昧なままにせざるをえないであろう。では、正方形と長方形の包摂関係についてとくに何も述べなければ、小学生は両者の関係について皆目わからないかというと、そうではなく、児童の頭の中では、常識と日常言語に基づいて並列的に解釈されるであろう。

日常的な理解では、正方形(真四角)は長方形(長四角)とは別のものである。断面が正方形と長方形の2種類のレールがあるとき、「長方形のほうを取ってきてくれ」と頼まれれば、あえて正方形のほうを持ってくる人はいないであろう。児童たちは、生活のなかで獲得されたこの常識的な理解に従って、正方形と長方形を、さまざまな四角形のなかの2種類として、あい並んでいるものとして理解している。教科書では、たとえば、正方形の面積の公式(一辺×一辺)は長方形(縦×横)とは別立てになっているのであるが、これも日常的言語の用法に従うもので、長方形を「等角だが等辺ではない」とするユークリッド的な定義(注12)を積極的に主張しているわけではない。

算数では、さまざまな形の四角形を図示して、たとえば、長方形と呼べるものの記号を全部挙げよという、下のような設問がしばしば出る。このような設問では、正方形の記号を選ぶ可能性は、考えれておらず、模範解答でも、正方形の記号は書かれていない。このことから、小学校では、「正方形は長方形ではない」と教えられている、といった解釈がなされ、批判されることがある。だが、これは図形の包摂関係についての理解と知識を基準に、小学生向けのこの設問を理解したために生じた歪んだ解釈である。問題作成者はそのような包摂関係を前提としてこの設問を作成したのではない。

(光文書院3年生夏休みドリル p.3から)

 確かに、小学教科書では、長方形は4角が直角の四角形、正方形は4角が直角で、4辺が等しい四角形と定義されている。この定義に従えば、算数でも、正方形の集合が長方形の集合の部分集合になるのではないのか。だが、定義から集合的包含関係を引き出すためには、定義と真の命題の違い、内包を増やすと外延が広がるといった概念の内包と外延の関係などを理解していないといけない。だが、そのような論理学的知識は、2年生にはまだない。ましてや、主語概念の集合が述語概念の集合の部分集合のとき命題が真と言えることを知っていて、「正方形は長方形である」と言える小学生は、まずいない。「正方形は長方形である」ときくと、小学生は、正方形=長方形と理解するであろう。

(東京書籍算数教科書2下、2014年、p.104, 105)

だから、上記のような、図形の記号を記入する問題が出ても、長方形の欄には、正方形ではない長方形のみを「全部」選んで入れるのが正解である。もし、正方形の記号(○ア、○ク)を含めれば、それは、「「正方形は長方形」と理解していたからマル」なのではなく、両者の区別さえついていないからバツになるだけである。

四角形の集合の包含関係が既知・既習で自明であるような後知恵的・鳥瞰的な視点から見ると、たしかに、その名称の四角形を選ぶ設問、および、その採点方針は、正方形を長方形の一種とする定義を否定しているように見える。しかし、包摂関係はここでは一切、問題にされていないと銘記すべきである。この設問を評価するとき、その知識の適用は一時停止しなければならない。

ところが、このことを理解せずに、中学で学ぶ図形の集合的包摂関係を金科玉条のように振り回して、「算数では嘘が教えられている」と、算数教育を批判する者がいる。彼らは、中高で学ぶ図形理解を、小学校の算数教育に関する話の中にそのまま持ちこんで、これを基準に、小学校の授業や設問を批判してしまう。だが、そこで、図形についての集合的理解に基づいて、長方形はどれかという設問に正方形を含めて解答する子どもと想定されているのは、実は、彼ら自身にほからない。これは何度でも強調されるべきだが、算数の問題は小学生が解くべく与えられたものであり、数学が趣味の大人や数学塾講師のために作問されたものではない。小学校では、四角形の仲間として、正方形や長方形、ひし形、平行四辺形、台形があることを知り、それらの主な特徴を知り、その典型的なイメージに基づいて互いに識別し、その典型的な形をノートに描ければ、それで十分である。

算数の採点答案がネットで論争を呼ぶ多くの場合、その原因の多くは、上の学年や高等数学で学ぶことを、無意識に持ち込んでしまうことにある。小学生にも容易に理解しうる、理解されていると安易に前提してしまうのである。ツイッターの"掛算"、"超算数"タグで批判されている多くの場合が、これである。小数の足し算の筆算の採点を、中学で学ぶ有効数字を根拠に子どもへの虐待だと騒いだり、小学教科書での偶数・倍数の定義を、高校数学や初等整数論の定義に基づいて「ひどい」と評したり、小2のかけ算の式の書式の順番を、直積的なかけ算の意味を基準に可換性の否定と断じたり、といった倒錯的なことが起きている。

小学校の教科書の、長方形を初めて説明するページに、長方形の例として描かれているのは、縦横の長さがはっきり違う典型的な長方形である。正方形が長方形の特別な場合だとしても、そこに、正方形が描かれることはない。

(上図)東京書籍2上104、(下図)、4上64

同様にして、台形を定義し説明する箇所では、台形の例として図示されているのは、やはり、上辺と下辺の長さが異なる典型的な台形であり、正方形やひし形、平行四辺形ではない。上辺と下辺が平行といった図形の特徴とともに、こんな図形が台形だというイメージが捉えられていればよい。

描かれたさまざまな図形から、その名称の図形を選ぶ、上記のような問題において試されているのは、単純なことで、教科書に載っていたような典型的な四角形のイメージが頭に入っているかどうか、言い換えれば、教科書に載っていたような形の図形は、何と呼ばれていたか、である。さまざまな四角形の集合のあいだの包摂関係など、微塵も問題にしていない。

 「児童は長方形と平行四辺形のそれぞれの図形としてのイメージがあって、別のものと思うのが自然な思考」(Y.H氏)なのである。


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注1 SMSG, Mathematics for the Elementary School, Book 2, Studtent's Text, New Haven / London, Yale University Press, 1965.
https://archive.org/stream/ERIC_ED173089#page/n9/mode/2up

注2  Morris Kline, "Why Johnny Can't Add"
http://www.marco-learningsystems.com/pages/kline/johnny/johnny1.html
 Morris Kline, Why Johnny Can't Add: The Failure of the New Math, St. Martin's Press, 1973. 日本語訳『数学教育現代化の失敗』(柴田録治訳、黎明書房、1976年)

注3  「SMSGの濫觴時代に私の長女がアメリカのプリンストンの中学校でその教育実験の級に編入され、私は奇妙な宿題の手伝いをさせられる破自になった。おかげでSMSGの馬鹿らしきは身にしみているのである。」
 小平邦彦、『怠け数学者の記』(岩波書店、2000年)、p. 117. Vgl. p. iv, 110.


 注4 小平邦彦、『怠け数学者の記』、p.120. 小平によると、集合論は有限集合に限定するなら、一見易しく見えるが、これが間違いのもとである、という。集合論や公理主義代数のうち、子どもたちも理解できる非本質的な部分、とてもつまらない部分が教えられた。子どもたちには、それはとてもつまらない、無意味なものに見えた。ともかく、そのような非本質的な部分に多くの時間と労力が無駄にかけられることになったために、子どもたちは、この年齢期に基礎的な計算力を身に付けてしかるべきなのに、それを得る機会を逸してしまったのである。

「現代の数学は集合論の影響を強く受けていて、集合論が数学の基礎であると考えるが、集合論が創まったのは一九世紀も終りに近くなってからであって、数学は集合論が創まる二〇〇〇年も前から存在していたことを忘れてはならない。」 p. 111
「進歩発展するものの典型的なものは生物であるが、生物の「個体発生は系統の進化を繰返す」ということがある。同様に、数学の教育も数学の歴史的発展の順序に従って行われるべきであろう。」 p. 111
「数学者は集合が基本的なわかり易い概念であると考えるが、それは多年の専門的訓練の結果であって、それを忘れて、物の数を数えるという操作は集合の一対一対応に基づいている等と言っても、子供は仲々納得してくれないのである。」 p. 112
「new math流の教科書には現実の子供よりも数学者の頭の中に描かれた子供、言わば公理化された子供を対象としている傾向があると思う。子供から見た数学の難易の順序は、その論理的順序よりも歴史的発展の順序によると思うのである。」 p. 115

注5  Morris Kline, "Why Johnny Can't Add"

注6 竹村弘・小川庄太郎・安達徳治、「数学教育の現代化について(Ⅰ)」 『奈良学芸大学教育研究所紀要』第1巻(1965年)、pp. 36-55.
http://near.nara-edu.ac.jp/bitstream/10105/6094/1/ier1_36-55.pdf (奈良教育大学学術リポジトリ)

注6b  教師が黒板に大きく丸を描いて、そのなかにいくつかの形が違う三角形を描き、これが三角形の集まりだと言ったところ、ある1年生は、そのマルをはみ出るさらに大きな三角形を描いて、三角形の集合に入っていない三角形の存在を指摘した。山本忠「昭和40年代の小学校算数科における現代化教材に対する再評価の観点」『名古屋女子大学紀要(人文・社会編)』第63号 pp. 207-216; p.210.
ある子どもは、自分と自分の兄弟の周囲に括弧{ }がないから、集合ではない、と主張した、という。小平『怠け者の記』 p.111
どちらも、運動場に大きな円を描いてその中に同級生とともに入って「これが集合だ」と言った小学生と同様に、ベン図の囲い線や列挙法の括弧などを、集合の要素と同じ実在の平面で理解しようとしている。

注7 数学者の松崎克彦氏は、「「ましかく」も「ながしかく」」という短い伝記的文章のなかで、現代化算数との出会いについて、印象深い文章を書いている。
http://www.math.ocha.ac.jp/~matsuzak

氏は1963年生まれということなので、ほぼ、現代化時代に算数を学んだ世代である。当然、当時は、正方形は長方形の一種として教えられていた。さまざまな図形が描いてあって、「その中から長方形を選べ」という問題が出たら、正方形も含めなければならなかった。松崎氏は「指導要領が小学校低学年の子供にこのようなことを要求していたとも思えない」と書いているが、しかし、集合概念を組み込んだ当時の現代化カリキュラムは、まさに、小2にそれを要求していたのである。当時の指導書には、正方形を等辺の長方形として教えるということが書かれている。

「正方形については、長方形のうちで、四つの辺の長さが等しいものであるという見方もとれるようにするなど、将来、それらの包摂関係を理解するのに妨げにならないように注意していることもたいせつなことである。」(『小学校指導書算数編』 文部省 1969年5月 p.67)

ところが、算数のテストでほとんど百点以外をとったことがなかった松崎氏は、この設問で正方形を挙げずに、減点をくらってしまう。その理由が分からず、先生にきいたところ、長方形は「すべての角が直角であるような四角形」と定義されるが、これは正方形にも当てはまる、というのであった。このことは松崎氏にとって、思考発達上の重大な出来事となったようだ。それ以降、氏は用語の定義やルールの明確化ということに注意深く、そして神経質になった。松崎少年は、主にイメージで図形を理解する思考から脱却して、定義に基づいて図形間の関係を考える論理的な思考を獲得したのである。

 ここでは、算数のテストは百点以外が稀で、しかも、のちに数学者になった松崎氏さえ、図形の問題で正方形を挙げずに減点された、という事実が重要である。それほど、図形間のあいだの集合的包摂関係の理解は、小学生に負担を与える、ということなのである。

注8 Y.H氏「新しい算数教科書『たのしい算数』2 ~三角形・四角形の取り扱い」(2015/4/17)、ブログ「身勝手な主張」内
http://blog.goo.ne.jp/mh0920-yh/e/fc74b3c22515e31359e53733bc4ae0c2

注9 Y.H氏「数学教育の現代化の時代 ~現在の算数教育で、「集合」教材の追放はどうであろうか?」(2013/11/22)、、ブログ「身勝手な主張」内
http://blog.goo.ne.jp/mh0920-yh/e/7bd57bda04a22c1052150495202267ac

「無限にある長方形をどのように「長方形の集合」として閉曲線で囲まれたベン図に押し込めるのか?こんな冗談みたいな思いを持っていた。」というところを見ると、Y.H氏自身が、集合概念を理解していなかったということであろうか。だとしたら、氏から教わった小学生はますますわからない。

図形の包摂関係を教えて児童に混乱が起きたという、この経験から、ブログ主のY.H氏は、児童のレベルを無視してすべての児童に一律に、そう教えることに反対している。しかし、正三角形が二等辺三角形であることに気づく児童の発想まで、バツを付けることで否定すべきではないとも、書いている。また、集合概念自体は、有限集合に限定するなら、小学生にとって理解可能としていて、それを算数の教材から排除したのは誤りとしている。

私の考えでは、包摂関係に気づく児童を想定することは、まさに、「数学者の頭の中に描かれた子供」、自分自身の能力を投影して創作された子どもを想定することである。また、集合概念は、有限集合に限っても、小学生にはその理解が難しいであろう。

注10 「小学校 正方形が長方形でないのはなぜ?(駄) 」(トピ主:たぬき)、読売オンライン発言小町内
 http://komachi.yomiuri.co.jp/t/2014/1114/689149.htm?o=0&p=0

注11 集合の概念を学ぶのは高校の数学Aにおいてだが、中学の教科書にすでに、自然数・整数・有理数、正方形・長方形・平行四辺形などのあいだの包摂関係を示すヴェン図が載っている。だが、中学校で、これが理解できない生徒が多数いて、数学教育に困難を来している、という話はきかないので、中学生くらいになると、図形間の包摂関係はわかる、ということであろう。小5,小6くらいに、論理的な思考が発達するためだと思われる。


(修正的追加)[と書いたのだが、次の論文を読むと、どうも、中学生にとっても、四角形の階層的分類は難しいらしいことが分かった。
Masakazu Okazaki and Taro Fujita, "Prototype Phenomena and Common Cognitive Paths in the Understanding of the Inclusion Relations Between Quadrilaterals in Japan und Scotland"
http://www.emis.de/proceedings/PME31/4/40.pdf

この論文の著者に限られないが、教育心理学者たちは、理解するのが困難な図形の包摂関係を、いかに効果的に教えるのかということに関心がある。私としては、それらの研究の出発点となる「理解するのが困難な」というところに注目したい。
van Hieleによると、図形の理解は5つの段階を踏む。第2段階では生徒は、各図形の諸特徴をつかみ、第3段階で各四角形の定義と特徴に基づいて、長方形は平行四辺形の特別な場合であることを演繹できるようになる。

ところが、研究では、第2段階から第3段階への歩みは遅く、中3でも多くの生徒が、第2レベルに留まったままなのであるという。中二氏の言っていることは誤っている。図形の包摂関係は中学生にとってさえ難しいのである。

"the classification of quadrilaterals by inclusion has been shown to be a difficult task (de Villiers, 1990, 1994)." p. 4-41. 「包摂による四角形の分類は、難しい課題であることが示されてきた。」ただし、ある包摂関係は他より理解しやすい、といった図形による違いはあるという。

T. Fujitaらが参照しているde Villiersの文献の1つは
De Villiers, M. , "The role and function of a hierarchical classification of quadrilaterals", For the Learning of Mathematics, 14(1994), pp. 11-18.

De Villiers自身も、ここで、先行研究を示しながら、次のように言う。「過去何年にも渡って行われてきた、Van Hiele理論についての多くの研究が、多く生徒が、四角形の階層的分類について困難を感じている、ということを、明白に示してきたのである。」(p. 17)

"Many studies on the Van Hiele theory over the past number of years have clearly shown that many students have problems with the hierarchical classification of quadrilaterals [e.g. Mayberry, 1981; Usiskin 1982; Burger & Shaughnessy, 1986; Fuys, Geddes & Tischler, 1988]." p.17]

学習指導要領が改訂され、現代化カリキュラム(1971-1979年)の時代が終わると、集合についての章や集合概念を使った記述は教科書から消滅したが、図形の包摂関係については、第2次ゆとりカリキュラムまで残った。1985年の学校図書の教科書には、封筒から長方形の色紙を少しずつ出していくという直観的な例示に基づいて、正方形は長方形の特殊な形と言われている。正三角形と二等辺三角形、長方形と平行四辺形の関係についても、似たような仕方で、示されている。




注12 ユークリッド原論では、長方形は、「すべての角が直角だが、ただし、等辺でない四角形」とされている。原論は西欧では永く、幾何学の教科書として使われていたので、西洋人にとって、長方形は正方形とは別物であった。だが、彼らは永いあいだ、ずっと間違ったことを信じていたのであろうか。

(The First Six Books of The Elements of Euclid, trans. by Oliver Byrne, London, 1847; xxi. URL: publicdomainreview.org)

しかし、これは定義の違いの問題にすぎない。もちろん、ある定義は多くの人が採用していたり、学界で確立したものであったりするであろう。あるいは、その定義のほうが都合がいい、ということで採用されていることもある。そのような、支配的ないし都合がいい定義がわかっているかどうかが試されているという学習的状況では、それと違う定義を挙げることは、「間違っている」と判断される。

しかし、原則を言えば、定義は、任意に決めることができるので、根本的には、定義に正しいもまちがいもない。確かに、「すべての角が直角な四角形」という定義のほうが、「すべての角が直角な、ただし、等辺でない四角形」よりも、但し書きがないので、シンプルで、数学者が好むであろう。ただやはり、正方形との関係が複雑になるという欠点はある。正方形である長方形と正方形でない長方形が存在することになる。これに対して、ユークリッド的定義はこの問題点がなく、正方形や他の図形は、重複なしに、明確な境界線ではっきりと区切られている。

だから、集合論が基礎となっている現代数学のスタイルの定義と、ユークリッド的定義のどちらが優れているかは、簡単には決められない。



補遺

定数氏の掲示板へのTaKu氏の書き込みから知った論文
三木崇正他「算数を学び続ける児童を支える授業に関する研究 : 定義から図形を捉える活動を通して」(「鳴門教育大学授業実践研究」16, 2017.5)
http://8254.teacup.com/kakezannojunjo/bbs/t47/317

著者たちは、付属小4年生を対象として、正方形に長方形やひし形の定義(決まり)が当てはまるかどうか確かめさせることで、正方形を単に長方形またはひし形とは別の四角形としてとらえる理解を超えさせることに成功した。 実験的授業では、正方形が長方形の決まりを守っているかという問いに対する反応で、わずか児童の20%しか肯定しなかったが、正方形がひし形の決まりを守っていると答えた児童は80%もいたという。この違いは、長方形に関する質問のあとでのディスカッションで、児童たちのあいだで、定義から図形を判断する能力が養われたからである、という。

しかし、これによって、正方形がひし形と関連づけられただけである。つまり、著者たちの考えでも、こうした授業にもかかわらず、児童たちは、正方形の集合をひし形の集合の部分集合とするような包摂関係までは理解したとは言えない。だから、論文の結論には、次のように書かれている。

「(※現在の算数教育では教えていないので)児童は定義と性質を区別することができておらず,正方形,長方形,ひしがたの3つの図形の包含関係を正確に理解するまでには至らなかった。」(p. 69)

TaKu氏は、なぜかこの論文を、包摂関係を理解する児童がいることの証拠として挙げている。包摂関係を教えた現代化算数の時代でも、理解した児童はいたにはいたであろう。理解できない級友をからかっていた色物氏はその例である。しかし、この論文によって示されたのは、むしろ小学生には図形の包摂関係の理解が難しい、という真実の再確認である。

(2018年1月19日18:16  などのツイートに基づく)