第４学年理科学習指導案１２単元名「ゴーゴー！モーターカー！」単元について本単元では、より速く走るモーターカーを作ることをめざす。「速く走らせる」という課題の下で作っていくことで、見えない電気を見る方法や実験の見えない結果を類推する方法等が必要になる。そのために、個々の疑問や気づきを出し合い、共有することで問題を焦点化する。焦点化された問題を全体で、場合によっては個々に解決することによって、電気の流れ方がわかり、速く走らせるための手だてを持てるだろう。昨年度初めて理科を学び始めた 1 学期には、子ども達はモンシロチョウやトンボの幼虫を羽化させたり、一鉢栽培では自分で選んだ草花を育てたりした。その中で、継続して観察記録をつけることによって自然のきまりがわかってくることを経験した。また、自然を探るためには、実物を見ることが大切であり、本などの資料はそのための手助けであることを学んだ。 2 ・ 3 学期には、「あかりをつけよう」や「じ石でしらべよう」等の B 区分の単元を中心に、「なぜこのことが起きる(できる)のか」を自分なりに考えた。その中で、友だちの意見や経験を交換し自分なりに考える(共有する)ことで、自然のきまりを見出せたり、逆に新たな疑問が出てくることなどを学んだ。このような学習を通じて、子ども達は話し合いの大切さや仮説を立てて検証することのおもしろさを感じ始めていると言える。昨年度の B 区分の展開では、①事象を提示し、②そのことについての疑問を出し合い、③活動や話し合いを通じて自然のきまりを見つけ、④それを使って物作りをする、というパターンをとった。そこで、本単元では、物作りをしながら自然にきまりを見出すという、子ども達にとって初めてのやり方にした。子ども達は自分のモーターカーを速く走らせるための方法を、まず自分で考えることができ(考えなければならず)、その仮説が正しいかどうかをすぐに自分で検証できる(検証しなければならない)。既習の、仮説をたてて実験や観察で検証するという、方法を一人でやってみることになる。このことによって、モーターカーをより速くするために、個々の気づきを充分試すことができ、それを互いに交換し合うことで気づきを共有することができると考えた。さらに、学習が終わったときには、自然から学ぶにはいろいろなアプローチがあることを実感してほしいと考えている。第一次では、最初に乾電池を使ってモーターを回す。豆電球と乾電池で学習したように、乾電池とモーターを 1 つの輪にすれば、モーターは回ることを確認する。次いで、一人一人が電池 1 個とモーターをつないでモーターカーを作る。製作時には、ゴムのゆるみなど電気回路の問題以外で走らない場合もあると考えられるので、その点はくわしく説明することとした。作り終えた後、広い場所で自由に走らせてみる。この中で、走る向きがちがうモーターカーを見て、疑問や驚きが出てくると考える。それはなぜなのかを問題として焦点化する。 3 年生の学習では、乾電池と豆電球とが輪になっていれば、豆電球をつけることができた。ここでは、「走る向きがちがうのはモーターの回転方向がちがうから」←「モーターの回転がちがうのは乾電池を入れた向きがちがうから」←「ひょっとすると電気には流れる向きがあるのではないか」という推論を一つずつ確認したい。電気の流れる向きは見えないが、それを知る方法として検流計を紹介する。そして、走る向きを約束として決め、速く走らせるためには、どんな工夫をしたらよいかを考える。 -1- 第二次では、個々の工夫を実際に試してみることから入る。電池が一つの場合メカニカルな工夫に終始することが予想されるので、すぐに乾電池二つでの工夫を考えさせる。ここで、子ども達は「電池 1 個のときよりも速くなるつなぎ方」「電池 1 個のときと速さが変わらないつなぎ方」「モーターが動かなくなるつなぎ方」があることに気づく。個々の事実を集め、差異点・共通点を出し合うことによって、乾電池の位置や導線の長さ等が捨象され、乾電池とモーターとの相対的な位置に問題が焦点化される。そのためには、電気の通り道を指で追う、電気の動きをイメージで表現する、電気の流れる量を数値化する(電流計)等の手だてによって、電気の流れ方をはっきりとらえられるようにしたい。つまり、直列と並列という配線の違いによって電気の流れ方が違うという現象を、車の走り方(モーターの回り方)を通して実感することで、電気の不思議に気づき、新たな見方や考え方を広げられるであろう。この頃には乾電池もくたびれているはずである。第二次の最後に、子ども達の知っている乾電池や光電池などを互いに紹介して、いろいろな場面で様々な電池が使われていることを知る活動時間をとる。第三次では、乾電池と同じようにモーターカーを動かせるか、光電池で試してみる。最初、子ども達は乾電池に代わる物として光電池をとらえるだろう。が、光さえ当たっていれば電気を起こし続ける光電池の利点と例えば廊下でのように暗くはない所でも使えない不利な点に気づくであろう。乾電池と光電池は代替できる場合とできない場合とがあるという気づきは、環境問題やエネルギー問題に焦点化できる。ノートにきちんと記録して後の学習に備えたい。最後に、学習したことを生かしてより速く走るモーターカーに改造してレースを行い、学習活動の楽しさを味わわせたい。なお、本単元の学習では、実体図と配線図 (具体から抽象へ )、導線の色 (万国共通の約束 )、陸式ターミナルの使い方 (便利な道具 )、電気の流れは＋から出て − に入るとする(科学的知識の基礎)等、「科学的知識」については適時教えていきたい。３学年の重点について事実や事象とかかわる際の投げかけを工夫したり、気づきや疑問を出し合い話し合ったりすることによって、問題を焦点化し、思考を深めていくことができるようにする。子ども達は理科が好きまたは大好き ( 96% )である。実験・観察が好きであるが、「なぜだろうと考える」ことが好きと答える子もだんだん多くなってきている。理科を通じて物事を自分で考えようとする姿勢が育っていると言えよう。ただ、事象に出会ったときの驚きや疑問が授業時間内で単発に終わることが多い。驚きや疑問が単元を通じた問題にまで発展することが少ないのは、単元構成上の問題である。が同時に、子どもの感じた驚きや疑問を全体で共有することにのみ重点を置きすぎるせいもあるだろう。つまり、驚きや疑問を全体が感じたり持ったりすることで追究が実質的に終わってしまう。そうではなくて、指導者がその驚きや気づきを整理し、なぜそのようなことができるのか(起きたのか)に問題を焦点化できれば、自分たちが感じたものが深い意味を持つことを理解させられるであろう。そして、長い時間をかけて解決しなければいけないことを実感し、問題解決の意欲 (知的好奇心 )を自分のものにできるはずである。４単元の目標 -2- 〈自然事象への関心・意欲・態度〉 ○ モーターカー作りなどの活動を楽しみ、電気の働きに関心を持つことができる。 ○ 乾電池にモーターなどをつないだときに流れる電流に興味・関心を持ち、進んで回路を流れる電気について調べることができる。〈科学的な思考〉 ○ 2 個の乾電池とモーターなどをいろいろなつなぎ方で試し、つなぎ方と電気の流れ方・量を関係づけることができる。 ○ 光電池に当たる光の量によって、モーターの回り方などが変わることを関係づけることができる。〈観察実験の技能・表現〉 ○ 予想する場面や考察する場面で自他の考えの類似点や相違点に気をつけながら説明したり聞いたりすることができる。 ○ 電流計や検流計を使って、回路を流れる電流の量や向きを調べることができる。 ○電気の流れをイメージ化し、図などに表現することができる。〈自然現象についての知識・理解〉 ○乾電池を 2 個に増やしたつなぎ方には、電流の量が大きくなるつなぎ方と乾電池 1 個につないだときと変わらないつなぎ方があることがわかる。 ○乾電池の向きを変えると電流の向きが変わることがわかる。 ○ 光電池につないだ回路を流れる電流の量は、光の強さによって変わることがわかる。５子どもの意識の変容と指導計画（ 12 時間扱い）指導計画モーターカーを作ろう１・２／第一次・豆電球をつけてみよう。豆電球以外のものを使ってみよう。モーターを回そう。教師が期待する子どもの意識の変容・豆電球をつけるためには、輪を作ればよかった。・モーターも、豆電球と同じように、輪を作れば動くのだろうか。・モーターを使って何か作ってみたい。モーターを使って走る車を作ろう。 12 ・モーターカーを作ろう。３／・モーターカーを走らせてみよう。廊下を走路にして自由に走らせる。試した実体図をワークシートに記録する。・なぜ、プラ台車を切る長さまで決まっているのだろう？・実体配線図通りに作るのは簡単だ。・まっすぐ走った。・なぜ走らないのだろう？・なぜ逆向きに走るのだろう？・友だちと話し合って原因を見つけたい。 12 モーターの回り方を調べてみよう。・なぜ走る向きに違いがあったの・逆向きに走った車は乾電池が逆についてい -3- か考えよう。・モーターの回り方を見てみよう。いろいろな方法で回り方を調べる。電気の流れを考えさせる。る。・乾電池は逆ではないが、モーターの青と赤の導線のつなぎ方が逆だ。・赤い導線と電池の＋とがつながらないと逆向きに走る。・電池から流れる電気には向きがあるからではないだろうか？・速く走る方を前向きにしよう。電池の向きを変えるとモーターの回る向きが変わる。４／モーターカーを速く走らせよう。第二次 12 ・もっと速く走る工夫をしよう。モーターカーを速く走らせよう別のモーターを使ってみる。乾電池の大きさ。輪ゴムを太くしたり細くしたりする。タイヤの位置を変える。モーターの位置を変える。乾電池を新しくしてみる。・プラ台車の切り方が雑だったのを改良しよう。・輪ゴムがプラ台車にひっかかるから、モーターをもっと後ろに置くようにしよう。・乾電池の位置を変えるともっと速くなるかもしれない。・大きな乾電池にすればよいだろう。・小さな乾電池にすればよいだろう。・乾電池を２つにすればよいだろう。・強いモーターを使えばよいだろう。・全体を覆えば速くなるだろう。・輪ゴムの太さを変えてみればよいだろう。５・６／今までの方法では遅くなるか、あまり変わらない。電池 2 つで走らせてみよう。乾電池２つで走るモーターカーを作ろう。 12 ・どうつなぐか実体図をかいてみよう。・乾電池 2 つで走らせてみよう。 A B C 並列回路か、乾電池 1 つ分しかつないでいない回路ショート回路電気が流れない回路直列回路・パワーが増すから成功するだろう。・重くなるからだめだろう。・やってみよう。・乾電池を 2 つにしたのに速さがほとんど変わらない。・乾電池が熱くなるだけで動かなくなった。・モーターを通っていないから動かないんだよ。・速く走った。・倍の速さになったみたい。・速くなっている回路と何が違うんだろう。 -4- ・実体図を比べてみよう。・実体図をもとに話し合う。・A と C のつなぎ方で走らせてみよう。 1 組展開乾電池 2 個なのに速く走らないのはなぜだろう。７／・なぜ速くならないのだろう？ 12 ・モーターの回り方を見てみよう。・豆電球の明るさでも比べてみよう。・検流計を使おう。８／ 12 ・乾電池が熱くなっていることと関係があるのかな。・速く走るようになった。・実体図でつなぎ方を比べてみよう。・指でたどってみると電気の流れがよくわからない。・電池 2 つの間で電気が流れているのかな。・電池 1 個分が流れていないのかもしれない。・速く走った実体図と比べると違いがよく分かるよ。・電池 2 つなのにやっぱり遅いね。・モーターの方には電気が流れず、電池同士で流れているのかな？・電池 2 つなのにあまり明るくないよ。・電池 1 つの時と同じくらいの明るさみたい。・あまり電気が流れてきていないのかな。・電気の量を測ることはできないかな。・検流計はどこにつなげばいいのかな。・検流計は１列につないで測る。・針の振れ具合で電気の量がわかるんだ。・つなぎ方によって電池 1 つの時より遅くなるのは電気の流れている量が違うからだろう。・やっぱり電池 2 つでも速く走らないね。・電気の流れている量も少ないよ。・つなぎ方で流れる量が変わるんだよ。乾電池 2 つでも電気がたくさん流れるつなぎ方とそうでないつなぎ方がある。それはどんなつなぎ方だろう。・乾電池 2 つのつなぎ方の違いを確認しよう。電流計を使って電気の流れを計測する。 ☆乾電池１本とモーター ☆ 乾電池２本の直列回路 ☆乾電池２本の並列回路・これを基準に考えよう。・電流計で測ると電気の量が増えた。・どっちの電池の間に入れてもあまり変わらない。・電流の量は 1 本の時とあまり変わらない。・モーターを指で押さえると電気がたくさん流れる。・だから電池が使えなくなるのか。 -5- 2 本の乾電池をつなぐ方法には直列つなぎと並列つなぎがあって、直列の方が電気がたくさん流れる。９／・改良したモーターカーを走らせよう。 12 ☆いろいろな乾電池を紹介する。・乾電池 1 つの時に比べると速くなった。・走るのがだんだん遅くなってきた。・乾電池のパワーがなくなったようだ。・長持ちする乾電池がほしい。・取り換えなくてもよい光電池を使ってみたい。／ 10 12 光電池を使ってモーターカーを走らせることはできないだろうか。第三次・光電池を使ったモーターカーを走らせよう。モーターカーレースをしよう・教室や廊下では動かないから外に行こう。・光電池も乾電池のように＋極と−極があり、つなぎ方によってはﾓｰﾀｰが逆に回る。・日なたでは乾電池と同じように速く走る。・影にはいると突然止まる。・日が陰ってきたら走りが遅くなった。光電池でもモーターカーを走らせることができる。・光電池でもモーターカーを速く走らせよう。・明るければ明るいほどモーターは速く回る。・暗いときは白熱灯を使ってみよう。・蛍光灯ではモーターが回らない。・電流計でどの位電気が流れるのか確かめてみよう。・光電池は、光の当たる向きによって電気の量が変わるね。光に対して直角に光電池をおくと最も多く電気が流れる。光電池には便利な点と不便な点がある。・モーターカーのレースをしよう。・乾電池を使って参加しよう。・買ったアルカリ電池で参加しよう。・軽いから、光電池で参加しよう。・光電池を 2 枚つなげばパワーが増すかもしれないからやってみよう。(総合) 乾電池とモーターを組み合わせるといろいろなことができそうだ。乾電池や光電池を使ってモーターカー以外のおもちゃを作りたい。 -6- ６本時の指導( 7/12 ) ( 1 )目標・乾電池のつなぎ方によって、モーターの回る速さが違い、それは電気の流れる量によることを理解することができる。・検流計を正しく扱い、電気の量の違いを読みとることができる。 ( 2 )学年の重点を達成するための手立て・速く走らないモーターカーの実体図に焦点をおいて話し合うことにより、電気がたくさん流れるつなぎ方と変わらないつなぎ方があることについて理解を深めていくことができるようにする。 ( 3 )展開場の構成実体図を比べて何が違うのか話し合う。電池と導線のつなぎ方の違いによってモーターの回り方に違いがあるのか実験する。モーターのかわりに豆電球をつないで明るさを比べてみる。子どもの意識の変容乾電池 2 個なのに速く走らないのはなぜだろう。・何が違うのかな。・パワーが働いていないのかな。 ○ もう一度つないで確かめてみたいな。・やっぱり回らないね。・回り方が弱いから速く走らないよ。・電気がうまく流れていないのかな？・電池 1 個のときの回り方と同じぐらいしか、モーターが回っていないみたいだね。・電池を 2 個にしたのにあまり明るくならないね。 ○電池 1 個分しか電気が流れていないのかな。・パワーを両方の電池が一度に出さないで、順番に出すのではないかな。・両方の電池が少しずつしかパワーを出していないのではないかな。・電池が熱くなるのはどうして -7- 教師の支援・留意点・前時にモーターカーを走らせたときの実体図と予想をもとに、気づいたことを話し合う。・導線の色と電池のつなぎ方に着目させ、電気の流れを指で追って確認させる。・子どもたちから考えが出てこない場合には、並列つなぎの導線を 1 つ抜いた様子や、電池を 1 つ抜いた様子を見せ思考の手助けとしていく。・モーターを車から取り外して電池とつなぎ、モーターの回り方を確認させる。・電池 2 つで速く回らないつなぎ方を実際に各自で試してみることにより、実体図だけでは実感できないモーターの様子を体感させるようにする。・3 年生での学習をもとに、モーターのかわりに豆電球をいれ、明るさという視覚でわかりやすいもので比べることにより、流れている電気の量について考えさせていくようにする。・新たに発見したり気づいたりした予想等をノートに書検流計で電気の流れる量を測る。なのかな。 ○ 電池が熱くなるのは電池が働いている証拠ではないかな。・モーターのほうには電気が流れずに電池同士の中で流れているのかな。 ○ 2 つあるけど 1 つの電池からしか流れてきていないのではないかな。 ○ 電気の量を測ることはできないかな？・どこの電気を測ろうかな。・どのくらいのパワーが送られているのかな。 ○ 同じように見えて電気の流れている量が違うね。・電池 1 個のときのパワーと同じくらいだよ。 ○ モーターを速く回すにはモーターに流れてくる電気の量を多くすればいいんだ。・速く走るモーターカーの電気の量は多いはずだ。確かめてみよう。 ○ 速く走るつなぎ方は電気がたくさん流れているんだね。乾電池 2 つでも電気がたくさん流れるつなぎ方とそうでないつなぎ方がある。 -8- き、グループでの話し合いに参加させるようにしていく。・グループで学習を進めることにより、情報交換しやすいようにする。・検流計を使う前に、実体図を使ってどこのパワーを調べたいのかを確認してから進めていくようにする。・検流計を使う際にはグループで行い、検流計を入れる場所を確認しながら確かめ方を教えていくようにする。・電流計も用意しておき、更に詳しく調べたい場合には使い方を教えていく。電池 2 つでもつなぎ方によってはモーターの回り方に違いがあること・電気の流れる量とモーターの回る速さに関係があることを理解することができたか。