現象と概念の間にある深い谷

　中１理科「状態変化」では，物質を温めると固体は液体になり，やがて見えない気体に至ることを学びます。一方，気体を冷やすと液体になり，やがて固体に戻ってくることができます。このことから，固体，液体，気体の物質は共通の「実体」を持つのではないかと推測できます。

　この実体とは一体何だろうか？と問うた時に，たぶん答えは一通りではないでしょう。人によって様々な解釈が可能なはずなのですが，理科ではここで「物質は粒子でできている」という解釈を一方的に教え，それを唯一の正解とします。私は，この天下り的な教え方に心理的な抵抗感を感じていました。

　認識の段階としては，まず対象を視覚で捉えて，固体，液体，気体の性質に注目する。次に共通点について考えて，それを抽象的に捉えます。この抽象概念は，３種類の物質の状態に共通する「何か」があるはずだ，という推論に過ぎないのであって，それ以上の内容を持っていません。三態変化の現象から帰納的にわかることはここまでで，行き止まりです。

　教科書は，この「何か」の正体は「粒子」であると，ある意味強引に仮定します。これが粒子概念という仮説です。しかし，この粒子概念と，現象から推論される「何か」の間には，超えることのできない深い谷があって，両者は必然的な結びつきがありません。生徒たちはこの谷を目の前にして「ジャンプしろ」と言われながら足を竦ませているのです。

　数学であれば，公理から出発して，様々な定理に至る過程は完璧な論理の輪で繋がっています。しかし科学における仮説は，完全な証明に至ることはありません。「なぜ物質は粒子からできていると言えるのか？」という問いは，中学理科の範囲では全く答えることができません。

予測がテストを可能にする

　カール・ポパーという人が言う科学論によれば，なぜ「粒子がある」と言えるのか，論理的な説明ができなくてもかまわないと言います。そうではなく，科学にとって重要なのは，仮説を立てることによって予測をし，その予測が他の現象を説明できるかどうかテストできることです。

　もし粒子の存在を仮定するならば，状態変化以外の現象，例えば化学変化を説明できるかどうか，実験することが可能です。実験の結果，化学変化も粒子の考え方で説明できるのであれば，粒子概念はその妥当性を増すことになりますが，完璧な証明ではありません。なぜなら宇宙の全てを調べ尽くすことなどできないからです。

　やはり化学もサイエンス（科学）の一部なんですね。科学にとって，大胆な仮説を立てることはとても大切なのですが，その仮説を作った段階では，それを支える証拠はとても少ないです。「本当なのかな，正しいのかな」という不安が，いつも付きまといます。そして，その不安は完全に拭い去ることはできない。それが科学というものなのかもしれません。

正解以外の考え方を探せるか

　「間違ってはならない」という無言の圧力がある学校や社会の中で，子供が大胆な仮説を立てることは難しいでしょう。大学に入学するためには試験を受ける必要があって，そのためには「正解」を知る必要があります。ところが，大学に入った後に求められるのは「正解」とは違う，新しい仮説を立てる能力です。

　しかし，高校までの学校教育では仮説を立てる練習はあまりできませんし，正解を選ぶ訓練をすればするほど，正解から離れたものの見方や考え方が難しくなってきます。「そんなこと，考えたこともなかった」という仮説を立てられる人が研究で成果を出すことができます。自由な思考を促すには，どんな教育が必要なのか。私もいろいろな仮説を検討しているところです。

まとめ

• 実験から帰納的に得られることと，心の中で作り出した粒子概念の間には，論理的なつながりは何もない。これが仮説を作ると言うことである。

• 仮説を作る目的は，予測を行うため。予測と現実を比較する実験によって，仮説の妥当性が判断される。

• 正解を選び取る訓練は，新しい仮説を立てることを難しくする。正解以外の考え方を探すためには自由に考える必要がある。