現在オーストラリアで行われている先進的な教育プログラム「アインシュタイン・ファースト」では、小中学生の段階から時空の歪みや量子世界の奇妙な現象が教育されています。
アインシュタイン・ファーストが行われている学校では、教師たちに「ブラックホール」や「量子テレポーテーション」を子供たちに楽しく教える方法がトレーニングされており、オモチャやVRを使った体験学習や、アインシュタインになりきって新理論を説明するロールプレイなど魅力的な授業が行われています。
今回は既存のニュートン物理学しか教えない学校教育の問題点を指摘しつつ、アインシュタイン・ファーストがもたらす子供たちに起きた大きな変化を紹介していきたいと思います。
目次
- ニュートンより先にアインシュタインを教える
- 7歳児に時空間の歪みを教える「アインシュタイン・ファースト」
- 既存の学校教育は量子力学の「文盲」を大量生産している
ニュートンより先にアインシュタインを教える
現在、ほとんどの国で行われる義務教育は、古典的なニュートン物理学からはじまります。
ニュートン物理学では私たちの身の回りの物理現象から月や惑星など近くの天体の動きまで説明してくれる、非常に便利なものとして長らく利用されてきました。
しかしニュートン物理学では、空間や時間などが不変という間違った前提のもとで組み立てられおり、ブラックホールや小さな量子たちの動きを説明するにはアインシュタイン以降の物理学（以降、アインシュタイン物理学と記述）が必要となってきます。
またアインシュタイン物理学ではニュートン物理学をより現実に沿うような大規模な「書き直し」が行われており、より包括的な理論となっています。
ニュートンは私たちの目に見える物理現象を語る上で特に問題はありませんが、理論が単純な代わりに導き出される答えは近似値に過ぎません。
アインシュタインの登場によって物理学はより精密に重力を始めとした現象を説明できるようになりました。
そのため現実世界ではニュートン物理学の「出番」も徐々に狭まりつつあります。
ニュートン物理学は蒸気機関を動かしたり滑車で物を運ぶためには便利です。
しかしスマートホン、コンピューター、GPS、太陽光発電など現代の私たちの生活を支える技術は古いニュートン物理学ではなく、時空の歪みも考慮に入れたアインシュタイン物理学で考えないと正しく動作しません。
そこで近年になって海外では、学校の授業で子供たちにニュートン物理学より先に、空間や時間の歪みや量子の奇妙な振る舞いを含んだアインシュタイン物理学を学ばせる試みが行われるようになってきました。
基礎的なニュートン物理学を教える前に難解なアインシュタイン物理学を教えるのは、無理があると思う人もいるかもしれません。
少なくとも学校教育ではニュートン物理学を先に学ばせるべきだという声があるのも事実です。
しかし現行の科学教育が上手くいっていないのも事実です。
特にオーストラリアや日本においては「理系離れ」と呼ばれる現象が起きており、文系を専攻した人々の多くは、アインシュタイン物理学を学ばないまま大学を卒業して社会に出てしまいます。
このような理系離れが起こる最大の原因は、現実と学問の解離です。
もし今が18世紀や19世紀で、子供たちが目にする技術が蒸気機関や火力発電ならば、問題はないでしょう。
この場合、現実の技術と学校教育の歩幅が一致しているからです。
しかし現在学校で教えられているニュートン物理学では、私たちの身の回りのスマートホン、コンピューター、GPS、太陽光発電などが機能する仕組みを、ほとんど説明できません。
実際、過去の研究で子供たちが学校で学ぶニュートン物理学をどう思っているかを調べたところ、子供たちの多くが学校で習う物理学を「古臭い」と感じていることがわかりました。
さらに問題なのは、子供たちの素朴な興味に対しても、ニュートン物理学は答えることができない点です。
そのいい例が「ブラックホール」です。
現在の小中学校に通う子供たちのほとんどがブラックホールの存在を知っています。
しかし学校では、ブラックホールが何なのかを知ることはできません。
学校の先生も、子供たちにブラックホールを教える効果的な方法を知りません。
そして多くの子供たちは「学校の先生」にブラックホールについて尋ねても「しかたがない」「どうせ教えてもらえない」「面倒な奴だと思われる」ことを既に知っています。
子供たちが自発的に物理学に興味を持つ「貴重な瞬間」がどれほどの価値があるか？
それが潰されてしまうことがどれほどの損失になるのか？
大人たちは「大学に行ったら学べるから今は学校の勉強を頑張りなさい」と言います。
しかし、それでは遅すぎるのです。
同様の問題はブラックホールだけではなく、科学の本ではよく耳にする重力波・暗黒物質・ビッグバン・量子コンピューター・量子テレポーテーション、量子もつれなどアインシュタイン物理学にかんする全ての言葉、全ての概念で起きています。
これでは理系離れを起こさないほうが不思議です。
子供たちが科学に興味を向ける「貴重な瞬間」を潰さず活かすには、学校でニュートン物理学以外を教えない状況を変える必要があるのです。
そこで次のページでは、今やオーストラリア全土で行われるようになった、ニュートン物理学よりアインシュタイン物理学を先に教える教育法「アインシュタイン・ファースト」について紹介していきます。
7歳児に時空間の歪みを教える「アインシュタイン・ファースト」
「アインシュタイン・ファースト」は小中学生を対象にアインシュタイン物理学を教える方法として、今からおよそ10年前、西オーストラリアの2つの学校ではじまりました。
アインシュタイン・ファーストでは複雑な数式を使わず、代わりに体験学習とグループ活動を組合わせた教師との双方向な学習スタイルで、子供たちに現代物理学の概念を教えています。
たとえばアインシュタイン・ファーストでは子供たちに「直線とは何か？」について問いかけます。
ニュートン物理学では曲がっていない真っ直ぐな線が直線だと教わります。
しかしアインシュタイン・ファーストではまず上の図のようなシートを使って、空間が曲がる様子が教えられます。
そして空間が曲がると、シートの上に書かれていた直線も空間と一緒に曲がってしまうことを視覚的に理解してもらいます。
さらに中華鍋、オモチャ、VRを用いて類似の体験を繰り返し、最終的に「物理法則が表面の状態に依存する」ことを楽しく学んでいきます。
もしニュートン物理学しか学ぶことができなければ、大人になるまで「空間が歪む」という概念を知らないままになってしまうでしょう。
またアインシュタイン・ファーストでは「光とは何か？」という問いかけも行われます。
子供たちは光の粒子「光子」の存在を知るため、オモチャの光線銃を使いながら、光の性質に接していきます。
上の図では、少し上の学年の生徒たちに、2重スリット実験をビジュアルを通して教える様子が映っています。
（※2重スリット実験では1つの光子が2つの場所を同時に通過する不思議な現象を理解してもらうのに使われます）
そして最終的に、光電効果やハイゼンベルグの不確定性原理の基礎となる現象を体験していきます。
またアインシュタイン・ファーストでは子供たちに「アインシュタイン」のような有名な物理学者を演じるロールプレイも重視されています。
子供たちはアインシュタイン物理学を理解している有名な科学者として、ニュートン物理学しか信じない古い科学者に、なんとかして真実を伝えようと努力します。
既存の教育で私たちは大人になってからアインシュタイン物理学を学ぶため、多くの人々にとって時空間の伸び縮みや量子世界の不思議さは受け入れがたく信じがたいものになってしまいます。
しかし子供のころからアインシュタイン物理学を体験することで、大人になってから行うより本格的な学習も、抵抗感なく行えるようになります。
既存の学校教育は量子力学の「文盲」を大量生産している
子供のころからアインシュタイン物理学に接することは、もう1つ重要な効果を与えてくれます。
アインシュタイン物理学はニュートン物理学と違い、日常的な常識や直感に反する現象を扱います。
そのためアインシュタイン物理学について書かれた文章は、訓練を全く受けていない人々には「意味不明」であり、言葉を尽くして語ったとしても「なるほどわからん」となりがちです。
たとえば、量子もつれでは
「左右に分かれた2つのもつれ状態にある光は「一方が縦揺れならもう一方が横揺れになる」という決まりだけが、見えない糸で関連付けられただけの状態にあり、どっちが縦揺れか横揺れかといった情報は、まだこの宇宙には存在していない状態にある」
という説明をされます。
しかし、アインシュタイン物理学の訓練を受けていない人々には知っている言語で書かれていても、何を言っているのか理解できないでしょう。
これはある意味で「量子力学の文盲」と言えます。
義務教育課程でアインシュタイン物理学を教えることができれば、子供の段階からこのような量子力学的な記述を読んで理解する能力（量子力学の識字率）を得ることができるようになり、現代科学に対応した人材を数多く育てられるようになるでしょう。
実際、アインシュタイン・ファーストの授業が進んだ教室では、休み時間に子供たちが時空の歪みについて、友達同士で語り合う様子も観察されています。
ニュートン物理学に固執している国では、同じような光景は大学生同士でも稀でしょう。
子供たちはアインシュタイン物理学を大人よりもずっと早く吸収し、大人たちが期待していたよりもずっと柔軟に使いこなしているのです。
現在、アインシュタイン・ファーストはその効果が認められ、オーストラリア全土の学校で行われるようになりました。
またアインシュタイン・ファーストの教育方法を学ぶため、ノルウェー・中国・韓国・イタリア・ドイツ・英国・米国などから多くの学校の先生たちが積極的に「先生用のトレーニングコース」を受講するようになりました。
学校でニュートン物理学しか教えない国と、アインシュタイン・ファーストを積極的に実施している国、どちらがより多くの優秀な人材をうみだせるか、勝負はみえていると言えるでしょう。
参考文献
THE EINSTEIN-FIRST PROJECT －Every child has the right to share our best understanding of physical realityー https://www.einsteinianphysics.com/