令和５年度活動内容

6月30日（金）午後、徳島大学ポストLEDフォトニクス研究所から先生をお迎えし、応用数理科1年生を対象に出張出前授業が開催されました。徳島大学ポストLEDフォトニクス研究所は「未知の可能性を秘めた新しい光で未来を切り開く」をテーマに工学のみならず、医療など、様々な分野で光科学によるイノベーションの創造を目指されています。

今回来ていただいた先生は有機合成化学がご専門の八木下 史敏 （ やぎした ふみとし ）先生です。

内容は３つセッションからなっており、①研究者になった経緯　②現在の研究内容のご紹介「キラリと光る有機物」をつくる　③「身近な物質で光るものを見つけよう」　でした。

①研究者になった経緯では、「好きこそものの上手なれ」　研究が楽しくてのめり込んでいったお話や学生時代に国際論文が7報科学雑誌に掲載され、同級生より早く博士課程を卒業したお話などをしていただき、生徒たちは徐々に先生とその生き方に興味を惹かれていきました。

②現在の研究内容のご紹介では、有機光工学についての説明で、有機物がキラリと光る発光現象とはどのようなメカニズムで起こるのか、アニメ等も利用してわかりやすく説明していただくと共にキラリと光る有機物の医療や環境、工学等への応用の可能性を次々とお話しいただき、どんどん引き込まれていきました。また、最後に国際論文の執筆や発表会のお話をしていただき、生徒たちへ非常に良い刺激になりました。

③「身近な物質で光るものを見つけよう」では、飲み物でビタミンＢ₂やトニックウォーターに入っているキニーネという成分が紫外線照射で蛍光する現象を見せていただき、生徒たちは今までの講義の内容を目の当たりにし、非常に感動していました。

最後の質疑応答では、まず、国際論文の執筆や科学雑誌への掲載、発表会への参加についての質問が多くでました。多くの質問に丁寧に答えていただき、生徒たちはアンケートで「英語を学ぶ必要を強く感じた」「早く大学で研究をしてみたい」等の意見が多くありました。また吸光して局所のみで反応できる抗がん剤についての質問では、深部ではどのように反応させるのかなど、鋭い質問が飛び出し、八木下先生の講義をよく聞き、自分のものにしていると感じました。

「本物に出会うこと」これがＳＳＨ活動・高大連携授業等の目的の１つだと思います。

「本物に出会うこと」で「自分の感性や感覚にしたがって、本当のとこを生きることができる」のはないでしょうか。

これからも、多くの刺激を生徒たちに与えていきたいと思います。

　　　有機光工学の説明です　　　　　　　　　エナジードリンクやトニックウオーターが紫外線照射で光ります

　　　パイン飴も光ります　　　　　　　　　　　　　　　研究室で合成した光る有機物です

　　　多くの質問がでました　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　大切にしている言葉を

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　紹介していただきました

６月２８日（水）５～７限の３時間を通して、応用数理科２年生の課題研究中間発表Ⅰが行われました。

現時点での研究成果を９の研究班が発表しました。この中間発表は、お互いの研究についての情報共有、並びに先生やクラスメイトなどからのアドバイスを受け、今後の研究を深化させることが目的です。

理科教員の他、英語科の先生、ALT、６限には本校運営指導委員の先生方などにもご参加いただきました。生徒も最初は緊張がありましたが、徐々に雰囲気にも慣れ、生徒同士でも大変活発な意見交換ができました。

本校運営指導委員の方々などからのご意見として、「検証実験はまだ十分ではないが、テーマ設定が素晴らしい。知的好奇心に満ちたテーマ設定がなされている。」とのお褒めの言葉をいただきました。

テーマの選定に苦慮し、実験データが十分に得られていない研究班もありますが、今回いただいた質問やアドバイスを今後の糧とし、研究が進み成果が得られることを期待します。

令和４年度のアンケートでは、課題研究で学んだことは、研究の楽しさ・難しさ、協力の大切さなどが上位の項目となっています。また、研究への意欲が高まったとほとんどの人が答えています。

これから、テーマ（課題）設定→仮説設定→検証実験→考察のサイクルをまわす中で、再び新たな疑問が生じ、次のテーマ（課題）設定→仮説設定→検証実験→考察とつながっていく、課題研究における本当に深い学びを実現してほしいと思います。

次回は、ルーブリック・ポートフォリオ、今回の意見を参考に担当教員と今後の研究方針を決めていきます。私たち教員は研究班にしっかり寄り添っていきたいと思います。

６月２５日（日）に徳島大学で行われました生物学オリンピック講習会に本校５名が参加しました。

また先だって、前日の６月２４日（土）には、本校講義室Ⅲで１３：００から、生物学オリンピックの過去問題の解説を行いました。

生物学オリンピック講習会では、徳島大学のそれぞれの専門の先生が解説して下さりました。生物学オリンピックの問題に関わる知識だけでなく、興味を引かれるようなお話もしていただき、長時間ですが、生徒たちは集中して受講できていました。

７月１６日（日）に行われる生物学オリンピックで力を発揮し、ぜひ本戦出場を目指して下さい。

問題は難しいですが、しっかり考え、取り組むことで身につく力があると思います。粘り強く取り組むことで、思考力や判断力を伸ばしてほしいと思います。

６月２７日　徳島大学教養教育院で応用数理科３年生　アドバンスドサイエンス生物分野選択９名の生徒に対して、第３回目高大連携講座（生物分野）が行われました。

今回は｢ホタルの発光タンパク質の実験｣です。

ホタルの発光タンパク質であるルシフェリンを用いて、タンパク質の基本的な性質を理解することが目的です。

実験材料は酵素であるルシフェラーゼと基質であるルシフェリン、あと発光に必要なATPです。

実は、この実験キットはキッコーマンというお醤油を作る会社から売り出されていたものです。キッコーマンでは、衛生状態を確認するため、ホタルの発光タンパク質であるルシフェリンとルシフェラーゼを利用するのです。この発光はそこに存在するATP量に比例して発光の強さが変わります。発光の強さを確認することで、そこに存在する細菌のATP量を測定し、細菌の数を求めます。これは教科書に載っている内容ですが、生徒達に理解してもらうことが難しいと感じている内容です。今回、わかりやすく説明していただき、生徒達が理解できたと感じました。

 さて、実験ですが、高温条件、低温条件、酸、塩基を加えた場合に発光がどうなるか確認しました。

なお、塩基を加えた場合は、ルシフェリンの立体構造において、発光に関わる部分が少し変化して、黄色の発光からオレンジの発光になるそうです。タンパク質の構造や働きを理解するために、非常に良い教材であると思いました。

不思議に光るルシフェリンの光に生徒達は引き込まれており、酵素並びにタンパク質の性質の実験として、本校でも実施したいと思いました。

なお、３回の実験を実施していただいた徳島大学渡部先生には、高大連携講座以外にも課題研究のテーマ設定の研修や課題研究等で多大なご協力いただいております。この場をお借りして、感謝申し上げたいと思います。

　　　ルシフェリンの発光です　　　　　　　ウォーターバスで高温処理、氷で低温処理を行いました

　　　　　　　　　　酸を塩基を加えます　　　　　　　　　　　塩基を加えた場合は光が弱くなるだけでなく、

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　ルシフェリンの立体構造が変化し、色が変わります。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　上と比べて色の違い分かりますか？

６月２０日（火）に徳島大学で応用数理科３年生　アドバンスドサイエンス生物分野選択９名の生徒に対して、第２回目高大連携講座（生物分野）が行われました。

今回は｢お米の品種のDNA鑑定｣です。コシヒカリ、あきたこまち、ひとめぼれの三種類のお米、それぞれに特有のDNAの部位をPCR法で増幅し、電気泳動を行うことで、それぞれの品種が特定できます。

まずPCR法の説明をしていただきました。PCR法は温度変化だけでDNAが増幅できる手法です。原理だけでなく、PCR法を発明したマリス博士の人生についてやミイラや化石に含まれるわずかなDNAでも分析できることなどを聞き、生徒達も興味津々でした。

今回の実験の手法としては、プライマー、バッファー、耐熱性DNAポリメラーゼ、滅菌水を混ぜ、マスターミックスを作ります。そしてマスターミックスをPCR用のチューブに入れます。その後、お米を砕き、ほんの少しだけのお米をPCR用のチューブに入れます。そのチューブをPCRの機械にかけます。その後、PCR法により増幅されたDNAを電気泳動にかけるという流れです。

多く取り過ぎたことにより、お米がおかゆのようになって上手に電気泳動のバンドができなかったり、増幅がうまくいっていたり、いってなかったりと実際にPCR法→電気泳動を行うことで、授業で習った手法への理解が深まったようでした。

　　PCRに必要なDNAポリメラーゼやプライマーを　　　　　　　　　３種類のお米を砕きます

　　チューブに入れます　　　　　　　

チューブに端に残らないように遠心分離にかけます　　　　　　　　PCRで温度変化を３５サイクル

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　これで特定のDNAを増幅できます

徳島大学教養教育院　渡部先生ご指導の下、応用数理科３年生　アドバンスドサイエンス生物分野選択９名の生徒に対して、高大連携講座が行われました。生物分野においては、３回にわたって行われます。

高大連携講座は、大学の施設・設備を使い、高校で行いづらい実験を実施し、学習内容を深めること、また、大学での授業を経験することで、学習意欲の向上を図り、高校と大学の連携をスムーズにすることが目的です。第１回は６月１３日（火）に実施され、テーマは｢制限酵素地図を作ろう｣でした。

まず、マイクロピペットの使い方の練習を行いました。10μLを1μLごと１０回で取れるかどうかの練習です。さすがは応用数理科生徒、上手にマイクロピペットを使っていました。その後、制限酵素を使い、DNAを特定の場所で切断します。その後、切断したDNA断片に対して電気泳動を行い、DNA断片の長さを測り、制限酵素で切断される場所を推定しました。

電気泳動の待ち時間には、実験で使用しているたくさんの生物を見せていただきました。遺伝子操作により、双頭のイモリの幼生やアルビノのイモリやアフリカツメガエル、染色したカエルの骨格標本などを見て、生徒達は大学での学びに胸を膨らませていました。

　　　マイクロピペットの練習です　　　　　　制限酵素を加えてきます　　　マイクロチューブの端に溶液が

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　残らないように遠心分離にかけます

制限酵素で切断したDNA断片を電気泳動にかけます　　くぼみ（ウェル）にDNA断片を入れます

　　　　　　　　　　　　　　　　　遺伝子操作で双頭のイモリの幼生です　　　イモリです

遺伝子操作でのアフリカツメガエル（アルビノ）　　　　　骨と筋肉を残し染色されたカエル

                              　　　  電気泳動の結果です。横にはDNAマーカーを一緒に流してあります。 

　　　　　　　　　　　①制限酵素無し　②EcoRⅤ　　③EcoRⅠ　　④EcoRⅤ　＋　EcoRⅠ　

☆　鈴木ｰ宮浦カップリング反応を使って炭素と炭素をつなぐ　 ～ノーベル化学賞の化学反応をやってみよう～

　有機合成において重要なことは、原料物質には含まれない新規の炭素ｰ炭素結合を作ることです。しかし、炭素ｰ炭素結合は化学的に安定であるため、元々の結合を切り離すことは容易ではありません。また、切り離すことができたとしても、設計とは異なる結合を形成することがしばしばみられるために、有機合成には手間と時間がかかるのが当たり前でした。しかし、さまざまなカップリング反応が開発されるにしたがって、新規分子の設計や構築が、以前より楽になりました。当然、複雑な構造をもつ薬理活性物質の合成においても、重宝されています。中でも、今回の実験のテーマである「鈴木ｰ宮浦カップリング」は、2010年ノーベル化学賞を受け、世界的にも有名な有機合成手法の一つであります。

　6/27(火)午後、応用数理科３年生４名が、この講座に参加しました。この度、講座を担当していただいたのは、徳島文理大学薬学部　薬品物理化学研究室のみなさんです。概要説明と、お世話くださるスタッフの皆さんに自己紹介をしていただいた後、早速操作を進めていきました。 

　円滑に、かつ安全に実験が進められるように、工夫と配慮をしていただきました。そのおかげで、生徒たちも終始楽しい気持ちで、この日の講座を受講することができました。一連の操作において、｢量る・加える・振り混ぜる・溶かす・ろ過する｣、化学実験における基本的な動作が詰め込まれた内容でした。そして、合成した物質の収量を測定した後、ＮＭＲスペクトルによって、合成反応がきちんと進んでいるかどうかを確認し、未反応物や副生成物もなく、合成がうまくできていることが分かりました。高校生がもつ化学的知識では、合成反応や分析法の原理を知るには、若干難しい部分もありますが、今後勉強を重ね理解を深めるという目標が見出せたのではないかと感じています。

　改めまして、久保先生をはじめ、薬品物理化学研究室のみなさんには、この講座のために、貴重なお時間をいただきまして、誠にありがとうございました。

　お礼の言葉とともに、城南高校のSSH事業に対しまして、今後もますますのご支援、ご協力賜りますよう、どうぞよろしくお願いいたします。

基礎実験が始まりました。

きめ細やかな指導のため、物理・化学・生物・地学の各分野15人ずつで実験を行っていきます。4週で４分野の実験を行い、基本的な実験の技術を身につけていくこととなります。

【基礎実験（生物・化学）】４月２８日（金）５月１２日（金）５限目

【生物分野】オオカナダモの表皮とネンジュモ（イシクラゲ）のミクロメーターによる細胞サイズの測定

ミクロメーターの使い方については、パワーポイントで説明しながら進めていき、スムーズに理解を深めらるよう工夫しました。

その後、接眼ミクロメーターを使い、オオカナダモの表皮とネンジュモ（イシクラゲ）の細胞の大きさを測定しました。真核細胞と原核細胞の大きさの違いを、実際に見て測定することで、細胞についての理解が深まったと感じました。

また、ネンジュモ（イシクラゲ）については、グランドの横に生息しており、身近なところに教科書の生き物がいることに、驚いていました。

やはり、「百聞は一見にしかず」。実際に見ることで、新たな気づきが生まれ、科学的な見方や考え方の育成につながると感じました。

 【化学分野】
　化学分野では、昨年に引き続いてピペットと電子天秤の使い方を元に化学実験を行いました。まず、電子天秤を用いて炭酸ナトリウムを0.10g 量りました。葉さじの使い方や薬包紙の取り扱いなどを習得しました。次に、ピベットで水や薬品を量りとり、試験管の溶液に加えてみました。これも量が1mLと少なかったですが、上手く量りとれたようでした。
　過マンガン酸カリウム水溶液に過酸化水素水を加えて、硫酸酸性下にあるときとそうでないときの変化を各班で確かめました。酸性ではほぼ無色に近い溶液になり、中性下では黒色の沈殿が生成する様子を観察しました。また、カルシウムと亜鉛に水や塩酸を加えて反応するかどうかを調べ、どちらの金属がイオンになりやすいか調べました。まだまだ実験の経験が少ないようですが、生徒たちは興味・関心を持って取り組んでいました。

応用数理科１年生（１０７HR）での、Science Introductionが始まりました。

１年生Science Introduction（SI）は、２年生での理数探究（課題研究）、３年生のAdvanced Scienceへと発展させていくため、 基礎的な実験手法の獲得や、高大連携授業・大学研究者との交流による研究・学習意欲の向上が目的です。

【オリエンテーション】４月２１日（金）５限目

これからお世話をさせていただく理科教員の紹介を行った後、応用数理科で身につけてほしい資質や能力について伝えました。

「夢や目的を持つためには、何事にも興味を持って、まず知ることが大切」であることをお話しました。

 その後、SSH生徒研究発表会　文部科学大臣表彰の研究を動画で見て、良い研究とは何か考えました。

身近な現象から疑問を見つけ、検証実験を行い、考察を得る。その中で新たな疑問が生じ、再び検証実験を行う。

課題研究に向かう姿勢を理解すると共に、主体的で深い学びは本当に面白いものであることを、少しでも理解してもらったらと思います。これからは基礎実験・高大連携授業が始まります。

令和５年６月２７日(火)、応用理数科３年生５名がポストLEDフォトニクス研究所（pLED）を訪問しました。

まず、pLED内の実験室を見学しました。矢野隆章教授や久世直也准教授がご自身の研究や実験機器を紹介してくださり、光に関する最先端の研究について学ばせていただきました。また、実験中の学生さんと交流する機会があり、大学でどのような研究や実験を行なっているか教えていただきました。大学生が実際に研究に取り組む姿を見て、学生生活のイメージが広がったことと思います。

次に「光検出器を作って目に見えない光を検出してみよう」という題目で、ブレッドボードでPD回路やAMP回路を作製し、実際に光を当てオシロスコープで確認する体験をしました。江本特任准教授に分かりやすく解説していただきながら回路を組み立て、最終的には回折格子で分光された可視光の両側にわずかに生じる目に見えない紫外光と近赤外光を、自作したPD＋AMP回路で検出する実験も行いました。
実験を通して”試行錯誤”や”モノづくり”の楽しさを実際に体験することができました。

光センサーを用いた電子回路により「目に見えない波長帯の光を見つけ出せた」という事実に感動し、光に対する好奇心がより高まったと生徒たちも喜んでいました。

この場をお借りして、このような貴重な体験の機会を設けて下さったポストLEDフォトニクス研究所の関係職員の皆様へ厚く感謝申し上げます。