発光について大根から学ぶ
2019年8月サイエンスマルシェの「大根が光る？−化学発光のしくみ−」では、大根を用いたルミノール反応を体験しながら発光の原理を学ぶ内容を実施しました。発光という身近な現象がどのようにして起きているのかを基底状態・励起状態といった量子力学視点で学んでもらいました。
そもそも、このルミノール反応をテーマとして用いたのは私自身が大学の実験でルミノール反応を体験して面白かったことがきっかけです。私は大学で化学を専攻していますが、元々化学を学ぼうと思ったのは高校の実験が楽しかったからであり、ゆえに化学に興味を持つには実験を楽しく経験することが一番だと思っています。小さなお子さんでも見ただけで変化がわかり楽しめる内容で、化学の道を志すことがなければ学ぶことはあまりない内容ですが、原理も興味深いものだと思い、サイエンスマルシェに適しているのではないかと思いました。ですが、いざ準備に取り掛かると実験・内容どちらに関してもなかなか難しい面がありました。
実験については元々、血などを用いて鑑識捜査のような方法でルミノール反応を体験してもらう予定でしたが、実際に魚を購入し捌いて得た血にルミノール液を吹きかけてみたところ上手く光らず失敗に終わりました。また、大学の実験の時に用いた血の代用品であるフェリシアン化カリウムは高価で金銭的に用意するのが厳しく、鑑識捜査のような方法をとることを諦めるしかありませんでした。それ以外の方法としてインターネットで検索したところ大根に含まれるペルオキシダーゼという酵素がルミノール反応の触媒として作用することがわかり、こちらの方法をとることにしました。
大根が光るというのは準備の時の私たちからしても面白く、楽しいものでしたがそれだけでは大根が光った！というだけで終わってしまい何も学びを得ることができません。発光そのものに興味を持ってもらい、また基底状態・励起状態という大学生にとっても理解の難しい概念について少しでも理解してもらう方法を考えるのは大きな壁でした。 基底状態・励起状態についてはそのまま理解してもらうというより何かに喩えて伝えようということになり、話し合いを重ね、最終的に人が怒るという状態に例えるという結論になりました。内容が難しく実際にその様子を見てもらうこともできないのでここの説明はよりわかりやすく、また科学的に不誠実な内容説明にならないようにするため、ギリギリまで説明の仕方は話し合いを続けました。
実は11月の農工大農学部の大学祭でも同じ題材を取り扱った企画を行いました。行った実験と主な説明は8月と同様でしたが、より発光の原理に理解を得てもらうためにサイエンスコミュニケーションの手法を大幅に改善させました。8月は話の導入として蛍光ペンを用いて光っている様子を見せるだけで、ものがなぜ光るのかという疑問を深く考えてもらう時間を設けられませんでした。そこで大学祭では色々な発光物質を持っていき、それらが発光の中でも電気や化学反応、紫外線などいろいろな要因によって光っていることを一緒に確認し、その後それらの共通の発光の仕組みはどこだろうということで、基底状態・励起状態のエネルギー差により生み出されていることの説明に移るようにしました。このように変えたことによって、一方的に問いかけるだけでなく一緒に考えながら話を進めることができ、より深い理解を促すことができるようになりました。
当日は、大根が光る？というタイトルに興味を持って来てくれた子も多く、実際に大根がルミノール反応で光っているところを見て盛り上がってくれました。また、伝えたかった基底状態・励起状態については低学年の子にはやはり少し難しかったらしく首を傾げる子も見受けられましたが、高学年の子は原理の方も興味を持って聞いてくれていました。どちらにしても興味を持って聞いてくれる様子が嬉しく、とても楽しかったです。
企画を終え、振り返ってみるとなかなか最初に決めたテーマに悩まされることが多かったなと感じます。事前の調べ方が甘く実験の試料の調達に苦労をしたり、基底状態・励起状態と言った概念はなかなか低学年の子に興味を持ってもらうには難しい内容だったなと思います。8月のときは確かに子どもたちとあまり会話ができず授業のような内容になってしまいましたが、大学祭の時にはもっとサイエンスコミュニケーションをしようと会話を増やすことができて、8月・学園祭の2回を通して成長をすることができたのではないかと思います。
ルミノール反応も実験としては楽しく興味深いものでしたが、知識が浅くうまく面白さを伝え切れてない部分もあったのではと反省しています。次に企画を行う時は私自身が一番興味をもち今大学で詳しく学んでいるプラスチックなどの高分子をテーマにしたいと考えています。自分が心から楽しいと思っている分野を子どもたちに伝えて興味を持ってもらったり、楽しんでもらえる企画を作ることを目標に、今回の経験を生かしてこれからも活動して行けたらいいなと思っています。
