A high school-university collaborative education program: 6-year achievement of sprite simultaneous observation campaign by high school students

高大連携最先端理科教育の一環として、高知工科大学では、地球高層大気中の放電発光現象である「スプライト」の観測的研究を、全国の高校と共同し進めてきた。本稿では過去6年間の活動を振り返り、日本の理科教育における問題点として指摘される「考える力」の不足に対して、未知の自然現象の観測と発見というプロセスによるアプローチを議論する。スプライトは雷放電に関係する未知の自然現象として1989年にアメリカで発見された歴史の新しい現象で、以降およそ20年間に研究者により多くの科学的知見が得られた。電子撮像技術と画像処理技術の進展により、同現象は市販高感度ビデオカメラ等でも撮影可能となり、著者らによる観測技術の伝授と広報の結果、2004年12月の愛知県立一宮高校チームによる高校生としての初観測を皮切りに飛躍的発展を遂げた。2006年12月には全国14のスーパーサイエンスハイスクール（SSH）採択高校と高知工科大学が共同し「SSHコンソーシアム」を結成、世界最大規模のスプライト同時観測が開始された。著者と参加高校理科教員による緊密に連携した研究指導と高校生チームの活躍により、2010年2月末までの間に計1613例を観測し、うち292例の同時複数点観測を得た。これら観測から統計的研究への礎となるデータセットを得たほか、2008年2月には大規模発光現象であるエルブスの同時観測に成功し、世界で初めてエルブスの発光高度を精密に検証した。2009年11月には世界的に10例程度の観測例しか得られていない発光現象ジェットの観測に成功した。これら結果は、国内および国際の学会にて高校生自らが発表して専門家から高い評価を得ており、高校生観測チームによる同時観測が最先端理科教育における教育面のみならず、最先端サイエンスの進展への貢献に繋がることを実証した。As one of high-school-university collaborative educational projects, observational studies of TLE (Transient Luminous Events: sprites, elves, blue-jets, etc.) have been carried out with a collaboration with many high schools (HS) in Japan. In these days "lack of consideration ability" in younger generation has been discussed especially in educational field in Japan. In this article, efficiency of tracing a process in science field by students for obtaining new findings in nature as an education program to HS students is discussed, with looking backward on our 6-year activities. Sprites, firstly found over United States in 1989 as an unknown phenomenon in upper atmosphere, highly related to lightning, have been investigated for about 20 years by scientists, revealing many interesting findings. Recent progresses of electrical imaging devices and image processing technique enable us to detect sprites by using high-sensitivity and relatively low-cost video cameras. After teaching observational technique, as well as encouraging HS students and their teachers for TLE observation by the author and earnest collaborators, the first detection of sprites by high school students of Ichinomiya HS of Aichi prefecture was obtained in December 2004, and then, sprites observation by HS students has been dramatically developed. In December 2006, we organized the "SSH consortium" by collaborating 14 Super Science High schools (SSH) and Kochi University of Technology, establishing one of the largest observational network for triangulation of sprites. As of February 2010, owing to educational activities based on successful collaboration between participating HS teachers and University side, 1613 examples of sprites including 292 triangulation observations were successfully obtained by many HS groups. Not only valuable datasets for statistical studies of TLEs were obtained but also the first triangulation of an elf was detected in success in February 2008, deriving the first triangulated result of detailed altitude of the elf. In November 2008, students observed a jet that is very rare phenomenon detected only about 10 examples in total in all over the world. These results have been reported by students themselves in domestic and/or international scientific conferences, having good experiences and valuable comments by scientists. It might be a good proof that these activities are effective not only in educational field but also in contribution to the science