奈良教育大学学術リポジトリNEAR
教具について
著者 岡崎 良吉
雑誌名 奈良教育大学教育研究所紀要
巻 5
ページ 1‑14
発行年 1969‑02‑28
その他のタイトル On Educational Apparatus
URL http://hdl.handle.net/10105/6151
教 具 に つ い て
理科教育教室岡崎良吉
RyOukichi．O KAZAKI
On E d−ucat ionaユ Ap二Paratus
T hθ θaucationaユ ap1Paratus lPユays an important lPart in sc ientific θ吐ucatiOn． I t is very i呵pOrtant pro1⊃ユem tha1：how rθaユ concrθte object incユud−ing the θd−ucationaユ a＝ppara1＝us
shOuユd一一be 01⊃servθd−ana what shOuユd−1⊃e und−erstOOd−abOut the rOユe of thθ。a＝PParatus・
Thθre are three k■nd−s Of v■ews on thθ apparatus ■n gen一 θraユ： sO皿e Of thθエn arθ θquivaユent，sOme arθ anaユOgicaユ and−
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1 実験をよく見る
書物に書かれたもの、それは誰かが見た一部が表わされているに過ぎない。或る場所から撮った 富士山の写真、これは富士山のすべてではない、撮る場所。日時．天候・その他多くの条件によっ て無限に変わる。若し登ったとしたらその風景は遠くから見た姿とは似ても似つかぬものになる。
地質学的に見れば また別である。これらは皆それそれ本当のものである。自然の專物現象には無限 の真理が秘められている。理科ばその第一歩を実物をよく見ることから始めるべきである。教具の 必要な意味もここにある。
ある年の附属小学校1年の児童が磁石遊びで、磁石が鉄を一番強く引く場所は棒の端の稜のとこ ろで端のまん中では珪いと言う。我々は書物から、単に両端近くが鉄を引くところで、そこを極と 考えていた。また同じく、2年生．の実験日記に、ゴム風船をふくらませて飛ばすと、空気の出る方 とは反対に飛ぶ、時には曲ることもある、書た拾わりにツユと勢よく飛ぶ。ゴム風船の口を水の中 につけて泡を出すと、拾わり頃にバカバカと強く出る。シュと飛ぶのとこれとぱ多分同じと思うと 書いてあった。我々はこの報告を聞いて50回ほど実験をくり返して見たが、やはりそうなるよう一 一 であった。子供の観察力の鋭さには全く驚く外ない。またこの2つの現象からの推理力も大したも のだ。この2人ば共に実物・現象をよく見て発見し先ものである。
物ば見方によって浅くも深くも見える。実験を何度もくり返すのは誤差を少くするのも一つであ
るが、今一つは気付かなかったことに気付くためでもある。現在の堂生は物をよく見ていない。先
生の口述から掌ぷ、書物を暗記する、ノートを見て答案を書かせても満足に書けないのがいる。ま る写しが多い、問題に関係ありそう宏ごとは皆写し、この申から探し出して点をくれというのだろ う、自分の物になってない証拠だ。自分の物にならないのは無理もない。教える側に責任がある。
物を見せないで説明一本で行く、筆者は講義には努めてデモ実験を加えるようにしているが、学生 がそれを凝視し、それから自分で考えることをしなかっ走ら、折角の苦労も効果が薄い。入試問題 で、シャボン玉につき内部の圧力P1．、外の圧力P2、半径R、表面張力下とすれば、PrP2目2室 の関係のあることを証明せよの問題に附随してツヤボン玉とゴム風船とぱどう異るかという問を出 した。これは力の関係を聞きたかったのであるが、ゴム風船で長い形のものは長くふくらまるシャ ボン玉は常に球形にふくらまると書いたのを見て苦笑した、それでもこの者は実物をよく見ている。
しかし実物からよく考えることには慣れていない。他ば皆白紙であった。一また永道の蛇口から水を 乱れ在いように静かに流し出す。出口の直下での流速を10㎝／∫ecとすれば、50㎝！下での流速 2 2
ば何程かどの問に対しでは自然落下と考えてV＝珊十2ghの公式から算出した考が相当あった。
また出口の管の内径が1㌶とすれば50（二例下の水流の直径は何程かの問には遠流の法具1崎％呈SV から計算でき走者が何程かいたが、この直径を実測する方法何なりと記せに対しでは全部白紙であ った。2個の円板の斜衝突の問題で、位置・時間を示した実験記録から速度を実測することができ ないのが相当あっ走。まして運動量をベエトルとして図上で幾堂的に比較できるのが全くないのに 驚いた。春そらく衝突の実験は一度もしたことがないのだろう。
事物を凝禍し、それから何物かを発見し、事物に副コしそじっくり考え、物理学的意味を掴むこと は極めて大切であるのに、そん在ことにぱ全く一慣れていないように思オ）れ乱
2 物はいろいろの観点から見たリ、考えたりする
（例］）やじろべえをよく見ていると．釣り合っていて容易には落ちない。少し押して放すと、
いつまでも振っていて止まらない．それでも何れば止まる、最初の間ほどふり方の減衰が大きい。
この程度のことば．よく見ていればいつかはわかる。釣り合いの点はてこの釣り合いと同じ原理に よっている。物のすわjつにも関連がある。振ることについてぱ振子の振動と同じである。自由振動．
減衰振動の問題が出てくる。特別の構造を考えれば強制振動．共振の実験もできる。共振というこ とになると、外力の振動数が多いときと少いとき．抵
抗が大きいときと小さいときとて位相の遅れあるいは 進みが異ってくる。液体中に足をつけて振らせると、
すぐに減衰して止 まる。止まる速さば足の液中に浸っ た部分の断面積・形などによる。また液の粘性にもよ る。従って流体申を物体が動くときの抵抗、液体の粘 性をしらべる】つの万法を教えてくれる。このように 問題は次から次えと際限なく出てくる。やじろべえに っいてぱこのことに気付かせよとか、このことを工夫 させよと単習事項を一つに絞ることば教育的ではない。
観点を変えれば受取るものは自然に変わってくる。そ
れから発展する方向は無限に出てくる。 図一1
6、
ある学校の児童が親子やじろぺえといって一方の軽い方のうでに子供のやじろべえを乗せて釣り 合いを保つ遊びを考え出しねやじろべえを面白く見られるようにするにぱデザインの面でも工夫 が要る。単に原理的に同じであったらデザインは問題に在ら長いと考えるのは間違いである。機構 の優れた物は芸術的に見ても必ず美しい。形の上でどこか不整合の所があれば、それは機構の上で
も決して完全ではない。このような方面も一つの観点から見てのことである。
（例2）てこは滑童・輪軸・歯童・その他の器械の基礎と在るものであるが．これを分類すると、
ω 力を伝達する、エネルギーを伝える。
12〕力の大きさを変える。
13〕幾何学的関係を利用する。（距離・速さを変える）
ω 仕事てば得することはでさない。
が考えられる。単に石を動かす時のように力を利することだけに重点をおくことは教育的でない。
ピンセットは細い先端で狭いところの細い物を挾めることが特長で、距離とか力を得するための ものではない。分類から見れば力を伝達するもので、定温童も方向を変えながら伝達する。時計．
メーターの指針などはてこ・輪軸底とを応用して距離を拡大するもので分類13〕に入る。
このように色々に応用されることは、観点を変えて考えた上でのことで、更に発展して光のてこ
にもなる。更に光のてことしてばレーザー光を使うと、一層進んだ応用に在る。
｛例3）観点を変えるということは工夫索の上からは反展思考にも通じている。やじろぺえを比 較的容易に釣り合わすには足を振動体f胴体）につけたより支持台の上端に突起を立て、この上に 胴体を乗せる。物のすわりの実験てば、物体を傾けるかわりに台を傾けていく方が倒れる瞬間の角 度が見安い。かげ遊びでは不透明体守うつすよりきり抜きをうつした万が美しい。更に発展して光 源の数をますと、それだけ明かるみの数がまず。光源に電球を使い、色セロファンで光の色を変え
ると、一つのきり抜きで太ささ、色の異る明るみが数多くうつり実に見事である。
（例4）ヤングの光の干渉実験はフレネル．プリズム、フレネル．ミラー、2木の接近したスリ ット．ロイド・ミラーなどを使う。また可視光の代りにマイクロ・ウエーブを使っても面白べこ の場合に発振側に2組のダイ・ポールを使えば可視光の場合と同じ関係に在るが、受信側に2組の ダイ・ポールを使ってもよい。このことば反展思考であり、前老は工夫索でいう転換思考であ㍍
物を見たり、考えたりするとさ、ただ一つに報われていては、何の発展もない。観点を変えるこ・
どは、一つの問題に対し別の知識・経験を適用または置換することで、欺い頭とぱこういうことが 全く関係なさそうな極めて広い範囲にまで転換できる思考自由度の大きい頭をいうのであって、教 育ではこれを養うことが極めて大切である。
3 教 具
理科は自然の事物現象から直接単ぶ堂科であるから、堂習は物あってのことで、この点からいえ
ば自然物．人工品あらゆる物は皆教具に在り得る。ある日筆者は学生との雑談中、どのような授業
が理想的かという問題について討論した。これらの単生に対しでは当時振動波動を教授しており続
いて光学をやろうとしている時であった。幸い振動波動については筆者研究車の振動実験器、同じ
く筆者改良および考案のソヤイブ波動実験器．万能波動黙許1音の実験蔚電波実験器などがあ
り、それに備品として水波実験器・オシロスコープ方どもあるので自信を持って授業ができる。と ころが光学てばマイケルソンその他の干渉計がない。この場合光速度測定の部分について、一体ど うすればよいか、この問題は理科全般に当てはまる問題である。マイケルソンの干渉計については 教科書に詳細に記されている。現物なしでは原理を理解する以上に説明しても、ああそうかという 程度以上に身についた知識とは在り得ない。それも肝心の点になると、紙を隔てての説明では骨を 折っただけの効果はない。高校までそういう授業に慣れているから、そん長ものだと思っていると 学生は不思議にも思わないのは却って残念烏そこで実験できないところは根太原理の検討に止め、
同時に多くの光速度測定法の根太原理・アイデア、種々の型の干渉計、その利用面在とをプリント にして渡し．要点の説明を楯こと、多少でも関連あるもの、例えばマイクロ・ウエーブで関連実験 でもすることが良いのではないか。
☆3
KarOユu臼とMitteユ日taθ砒のKθrr cθユエを使ったEユθctrO−0ptica■Shuttθr Me也Oaの根本 のところを図で説明しようとなると大そう骨が折れ．時間もかかる。もしベクトルの変化を示す立 体モデルがあれば説明も理解も実に容易である。
教具なして理科の授業をする程、面白くなく、効果の少いものはない。いつの場合も現物または それから得られた資料と理論とが並行して出をいと理解が徹底しない。波動について、自由端と固 定端での反射の様子、その力単的理論・位相の関係宏とを書物からだけ理解しようとしても、書物 が充分左図・写真を入れ、極めて分り易く説明して注い限りは極めて困難である。一般に理屈だけ で物の真の意味が分かることは左く、他方直観によって分かることが大切である。直観的に分かっ たことを後から理論づけして納得のいく理由がつけぱそれこそ確信になる。実物をよく見る、理屈 を考える、また書物の理論をしらべる、再び実物を見て理由を考える、もし途中で理論に薗臨があ れば、その理論あるいはそれを検証する定めの実験の何れかに誤りがあるのであるから、それを検 討修正する。これを繰り返すことによって確信は一そう深まっていく。教具はこの学習または研究 過程で欠くことのできない一翼を担うものである。
このように教具は既知の法則を理解したり、未知のものを探求し、発見するのに欠く〜＝とができ たい道具である。このうち前者は説明用実験器またはモデル、後者は探求用実験器という。但しこ の区別は一応のものであって、具体的には区別のっか庇い場合がある。 またその扱い方によっても、
これを見る児童．生徒・学生の心の働きからも変ってくる。発見的実験法によれば、何れも探求実 験器になり．検証的な扱いをすれば説明実験器になる。理想としては凡て探求的に扱うのがよいの であるが．現実には寧ろそうもいかない場合の万が多い。事実その時々により．またその物によっ て適当にした方が変化があってよい場合もある。
ボイルの法則実験器・パスカルの原理実験器・アルキメデスの原理実験・てこ実験器・物のすわ り実験器・熱伝導比較実験・対流実験器・光の干渉実験器．偏光実験器．電磁石．アラゴーの円板 など昔からある多くの実験器は殆んど説明実験器である。説明実験器としては、現象そのものま先 は現象を支配する法則を聞違いなく、しかも能率的に理解させることのできるものがよい。このた めには、現象をより明確に重だは印象的にするための補助器械が要る。例えば鋭敏をサーミスタ・
ストロボ装置・投影装置在とのようなもの、時には探求用として使う各種メーター・顕微鏡・オシ ロスコープ．時計．秤なども必一要である。
探求用実験器としては、天秤・ストップウオッチ・顕微鏡．写真装置．オツロスコープ．シンク
ロスコープ．サーミスタ．各種メーター．分光器．真空装置．真空蒸着装置．定温装置．その他数 知れない。これらは黒い箱の中にあって構造．作用が不明であってもよく、ただより忠実度・精度 の高いもの、目的とする現象や結果が容易に出るものがよい。更に使い易いもの、時には自動自勺に 記録される機構のものがよい。理科教育てば理解させることが主目白勺だと考えれば、これら研究用 のものは教具と言えないが、探求学習を重要視する現在てば、これら測定器または研究補助器も大 切な教具である。
上述のような研究用器械器具のほかに、説明用としてもまた探求用としても役立つものが考えら れる、この第三の実験器を学習探求両用実験器という。
4．導入実験器
説明実験器には最初から結論を見せるように出来ていて、法具1」を発見する能力を養うよう工夫さ れているものは少へこのようなものはその扱い方によっては教育的には余り好ましくない方向に 進み易いから特に注意が肝要である。
（例1）アルキメデスの原理実験器として二重円筒からなり極めて的確に原理を説明できるもの がある。最初からこれを使って生徒に原理を説明することは、実験によって結論的な原理を拮めこ むことで、問題を発見し、これを自発的に解決していく科堂の方法を会得させるためには何の役に も立たない二
そこで先っ素朴な器具を使って生徒に問題を発見させることが必要である。この目的をもったも のを導入実験という。上記アルキメデスの原理の掌習ではてこ重だは割箸の両端に重さは等しく体 積の異る二つの物体、例えば金属球と石塊、消ゴムと石塊をつるし、一万を水中に沈めると釣合い ばとう変わるか、次に両方を沈めた場合の釣合いを予想させる。これから物体はフ沖で軽くなる。
軽くなる分量は何に関係するか、体積と関係はないだろうか、もしありとすればその量的関係をし らぺるにはどうすればよいか、というように進め、ここでそのしらべ万を生徒に工夫させる。生徒 ぱ自ら．工夫した方法で実験し、その結果を検
試して結論を引さ出すべきである。現実では、
そん在に簡単に実験法を思いつくものでは在 い、このとさにぱ、ばね秤を使ってできない か、何か体積の分ったものを使ってでさない
かなどと、をるべく小出しにヒントを出し、 図。・アルキ デス実験器
少しでも生徒に考える余裕を与える。こん左 ものを使ったらどうかと組立てられてない部 品を見せるのも一つの方法である。功妙に仕 紙一まれた実験器は発見した法則を再確認させ るため、最後に持出す万がよい。
（例2）すわり実験器として図2のような 巧妙在ものがある。物のすわりの良し悪じは、
基底の広さ．重心の高さ・物の重さに関係が
あるが、これらの間にはどのよう在関係があ 図一2 物のすわり実験器
るかと尋ねれば、拾よそぱ直観的に分ってしまう。むしろ、すわりの良否を決定する要素を引き出 すことが科学の方法の第一歩であるのに、これを最初に言ってし量ったり、これが直ぐ分かるよう な実験器を持ち出しでは、この要素を引き出すことも、この間の関係を解決する方法を考えさせる 学習は何もさせられない。先っ最初はビール瓶・コップ・茶碗・皿などを与え、すわりの良し悪し を決めるものは何か、その間の関係をしらべるにば、どのようなものを使うか、またどのようにす ればよいか、こんなものを使っててきたいかと順次に指導を進める。
これら二つの例で示したような、最初に持ち出す割箸・拾もり．ビーカーやピール瓶・茶碗のよ うな素材でも教育的に見れば極めて大切友教具である。教具はその外形的なものに価値があるので なく、教育的効果の如何にある。理科設備の充実にはこの点を考慮の」部におくことは大切である。
指導は過ぎても足りたくてもよく在い。足り在いと生徒が活動しないし、過ぎると生徒が受身に在 って考える能力が培われない。20の扉では解答老の間に対し、イエスかノーでしか教え在い。理 科の単習指導てば最少限のヒントを順序よく与えていく。実験器も最初から完全在ものは控える。
一ヒ記の例のうちでい〕の割箸・右もグ水構は問題発見のための導入実験器、12〕のビール瓶は要素 発見のための導入実験器である。また最後に出したらよいと思われる完成実験器は説用実験器と考 えてよい。導入実験器では適確に原理を説明する現象は表われないだけに、却って未知のものを探 し出すヒントを与えることができる。
噂入実験としては更に考慮しなければなら往い点がある。それは一ヒ記のような万法で児童・生徒 が果して興味を持つかどうかということである。何事も学習時間の最机二一一一番大切で、興味を持た せねぱ自発研究は進まなべ
（例3）物のすわりにつき、或る物体を水平板上にのせ、この板を傾けていって、ある場所で物 体が倒れるのを見せる。次に同じ物体を前の倍以上に傾けても倒れたいという手品を見せる。児童 ばその不思漱こ引かれ、その仕組を考えざるを得ない。これを学習動機の湧起という。
1例4）一アルキメデースの原理の堂習では、図3のような装置で浮沈の実験をすると興味が出る。
但しこの理由はすぐに説明し凌いで、これがわかるにぱ何をしらべる とよいか、どう考えるとよいかと問題を抽出していく。
〆．一 児童・生徒は何といってもまだ千棋だ、面倒な揮屈や発問より、黙 ド↑、 って意表をつ／ような実験をやって見せるに限る。どこもという跳 ．．ニノ はいくまいが、努めて研究してよい問題だ。
㍗ （例・用噴水：しくみをかくして、新聞紙の下部の孔から噴出
口だけ出し、噴水を見せる。
ω 鏡のばたらさ1一吹きで2本のろうそくの炎が消える （像は対象点にうつることを利用）o
n 13〕だ液による殿粉の糖化：うすい澱粉糊をしませたろ紙 に、だ液を潤 ませ走筆で字をかき、このろ紙をヨウ素の ヨードカリ溶液串に浸すと、だ液の字を残し他の部は青 変する。
図H3
14〕空気の熱膨張：先端を細く仲したガラス管を貫いたゴ
ム栓をした、少量の水入フラスコを熱湯申に入れると、天井まで噴水が上る。
15〕光の直進：きりぬきうつしの実験6
16〕電磁石：一個の乾電池でバケツの水を引き上げる電磁石。
（71大気の圧力：新聞紙をのせただけで、板をたたいても上らない。
18〕沸とう：水をかけて冷やすと沸とうするフラスコの水。
19〕凹面鏡球心にある像：手でつかんでもとれない花・
ω 熱線の性質：ラチオメーターによる各種の実験。
これらは興味本位に考えた実験法または装置であって、これを出発点として、問題を定め、それ を研究 または学習する手がかりとすることができる。
5．探求用実験器
導入実験に次ぐものぱ問題を解決するための実験である。教育的πぱこれぱ生徒自ら工夫するの がよい。それにはいろいろの材料が要る。また各種の器具器械が要る。これは探求補助器と考えて
よい。補助器を集めそれを適当に組立てたものが真の意味での探求用実験器である。絹立てには何 程かの手を加えたり、自作のものを追加しなければ、最初からずばり良い結果が出るようなお しき せ装置は無理である。研究が全く新しいものであれぱある程このことが言える。もし必要危ものを 製作工場に注文して作らせるとしても、それが未経．験のものである場合には、机上設計だけでは予 想しない故障が出て使い物にならない場合が多い。多少不完全であったり、仕裏がきた清くても自 f年で試行錯誤をくり返さないと、決して優れた物はできない。それに適当な装置が在いと、全く手 がつか左いというよう右癖をつけることは創造教育の立場からは極めて困ったことである。
すなわち探求実験器とは、探求補助器、何程かの素材、素材から新しいものを作り出すアイデア その他の能力の合体したものである。もちろん、研究とそれを達成するための器械製作との本末が 転倒しては困るが、これは童の両輪のようなもので、よい器械で良い研究が進むことは当然である から、これもやむを得ない。従来理科の堂習てば児童・生徒が自分で作った装置て研究するよう在 ごとは殆んどなく、せいぜい既存の装置を自身の考えで組立でれば良い方であっね或る程度のも のは自分で作れる技術を持ち、それを面倒がら洗いで自作し、それと既存の装置とを絹合せて独自 の方法で新しい研究をする経験を積ませることぱ、これからの理科教育て検討する価値が十分にあ る。この場合にどのようなものぱ探求用実験器と考えて設備し、どのようなものは自作すべきかは 研究の一部面である。
6．学習探求両用実験器
（1〕単に現象や法具I」理解のための装置として使えるだけで友く、探求学習にも使え．るもの。
ω 一般に活用面の広いことが望ましい。す在わち、何度もいろいろの実験に使っていると、それ によって新しい研究面を思いつき易いから発見能力養成の助けに在る。
（31理科の徹底・探求面の発展ということのためには数量重視ということは大切で、このためには 実験器も定性的のものより定量的のものの方が望ましい。
（例1）電波実験器．電波の反射．屈折．干渉などの性質．アンテナの形と指向性などを説明す
るには、なるべく波長の短い発受信機と附属菩蝸とがあった万が生徒の印象が強く、興味を与える
効果もある。またこれがあれぱ、光学実験．音波・機械的波動実験器などと対称して、電波による
定常波、ヤングの干渉実験、マイケルソンの干渉計などの実験ができる。
この例1のような装置は単に電波の説明だけでなく、これを使って実に広い範囲の実験ができ、
これから波動の一般的性質をも探求することができるから学習探求両用実験器と考えてよい。この 種の実験器は極く狭い範囲の事象の説明だけでなく、極めて多目的・多方面の学習・研究に役立つ から実験器としては一番望ましく、また使用面を拡大するための研究も必要であ乱
（例2）力学台車（タイマー付）従来力学そのうちでも特に運動学については、主に黒板上で、
図拾よび式だけを示した説明で実験にもってくる程の装置がなかったが、P・S・S．O．てば力学台 車倉よびタイマーを使い、等加速度運動・ニュートンの運動の第2法則．運動量不変則だとの実験 を定量的にできるようにした。筆者はこのタイマーを交流でしかもずっと安定して作動するものに 改良した。（図4）☆4なお、デーブに打点ずる代りに、交流波形を軌道⊥にもテープにも直接記録 することができるから、衝突によってもと来た道を逆行しても記録ができ、反撲係数の測定もでき
る。タイマーは台童に絹合せて使う以外に 落体につけたテープに記録させると．gの測 定ができる。またアトウード装置に使うと 便利であり、このアトウード装置に少し手 を加えて余分の滑童を追加し、育の高い水 槽を併用すると、水中を動く物体の抵抗を 測定することもできる。
（例3）ドライアイス．パツグ（気体潤 活遭動実験器）これもlP．S．S．C．で課発
したもので平滑在ガラス板上で無まさつ運 動をするから、慣性の法則を見事に実験で ちる外、ストロボ写真をとると、等速度運 動・斜面を落下する場合の等加速度運動．
ニュー g1／の運一動の第2法具1」．運動量不変
賜
⑳俗、。毒砥
図一4
ll ゴ，
（｛
6
ム
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箒（、筆
則．向心衝突．斜衝突．等速円運動．斜面上での放物運動などあらゆる運動が定量的に実験できる。
（例4）二次元面内無まさつ運動実験器噌れば筆者の開発したものでこれこそ学習探求両用
実験装置の代表的のものの一つである。この主な原理と特長を述べると、
① 全面に渉って無数の小孔を配列した平滑な板を備えた空胴と送風機とから在り、この小孔か ら空気を噴出させると、この板上で滑動板に無まさつ運動をさせることができる。ドライ．ア イス・バッグでは何時何所ででも入手できないことの不便があり、ドライ・アイスの代りに圧 搾空気を使ったものは運動が永続しない欠点があるが、これではそういう不便がない。
② この装置では空胴中のコイルに供給する交流による磁界変化によって、滑動板上の磁石が振 動し、これに附し走記録片で、これに接した記録紙に滑動板のその時々の位置を記録していく ことができる。普通直線運動のタイマーは比較的容易であるが、曲線運動の記録は容易倣い。
この装置ではそれが可能になっ危
③ 空胴の中央に強力な電磁石を拾き、滑動板上には粘結磁石およびミニモーターで駆動するタ
ィマーを拾くと、電磁石と粘結磁石との吸引または反撲力によって、人工衛星 またはα線散乱
のモデル実験ができ、やはりその時々の位 直を記録することがでさる。
④上記の外に更に多くの附属部品を備えれ ぱ、実に多くの実験ができる。これを列挙 すれば下記のようである。
A 二次元空気面と滑動体によって 慣性の法具1」；等速度運動 等加速度運動
円運動、回転運動、向心力の測定 振子、水平振子、減衰振動 作用と反作用
衝突（弾性衝突、非弾性衝突、斜衝
突）⑦ 二連体の運動
耳叶1
／ 、
！ ＼，
〃1
土〆図一5
∴∵
）。
ぺ
、一、、為B 軌道．速度記録装置（a）を付加して
三
秘 繊婁蔓
三1111111隻11111ゑ
簿洲タザ
炉 爽ξデ
デ
上記の実験が定量的にできる ニュートンの運動の第2法則 運動量不変則
エネルギー不滅則 空気の粘性抵抗の測定 水の抵抗の測定 結晶格子との類似性
gの測定
図一6 振子の減衰振動
C 軌跡．速度記録装置同、
磁石（電磁石）を併用附加して ① α線の散乱モデル実験 ② 人工衛星モデル実験 ⑧ケプラーの法則 D 特別の装置を附加して ①コリオリの力の説明 ② フーコー振子の説明
（例5）振動実験器 これはいろい 図一？
ろ考えられるが、筆者が目下研究中の
同質量の円板の衝突による運動量の変化
（運動量不変則）
ものは、自由振動・減衰振動・強制振動・共振の実験ができ、振動波形が記録できるものであるか ら、振動の解析ができ．、書物からだけでば難解在共振曲線も容易に理解できること、いろいろの要 索を変えたときの結果をしらぺることができ乱
（例6）波動実験器 いろいろの型のものが考えられているが、筆者の改良知よび考案したもの ☆】
ぱ万能波動実験器とツヤイブの波動実験器である。前者では横波・縦波・トロコイド板の実験がで き、後者てば横波の実験ができる。何れも次の実験ができる。
① パルス波の伝播 ② 自由端・固定端での反射
③進行波 ④定常波
⑤ 波の重なり ⑥ インピーダンスと波の反射・透過 ⑦インピーダンス・マッチング
☆7
（例7）検電器と検電器用高圧電源
a 検電器 静電気に関する実験、絶縁度の測定、気体の電離、光電効果などの実験がでさる、
これらは高圧電源を使用すると一そう明瞭にいく。筆者考案の分極でこ式検電器が一そう便利 である。
b 検電器用高圧電源 これば。擾度現象を利用して乾電池数個で1000ボルト以上の高圧をつ くり、検電器の帯電に使用すると便利であるが、更に次のような実験ができる。
①静電気で同種の電気の反勢力を示す実験 ②クーロンの法則実験用電源として使う ③ 電気力線を示す実験 ④ 静電気と電流〜一の関係を示す実験
⑤ 陰極線偏向用電源 ⑥ ガイガー・カウンターの電源 ☆6
（例8〕トション・バランス これば筆者の開発したもので、次のような特徴がある。
① Oから200研までが簡便に測れる。在お目盛較正表を作って拾げば40卿までも測れる。
② うでの端に更に特別のうでをつけ、熱し乍ら質量の変化を測ることができる。
これによってできる実験を列挙すると
① 微量の測定 ② 水の蒸発速度の測定．蒸発曲線の作製 ③ 物質の溶解度む測牢 ④ 牛乳中の水分の定量、その他物質中の水分
⑤シャボン玉の厚さの測定 の定量
⑦硫酸銅結晶中の結晶水の決定．熱分解 ⑥表面張力の測定 7．教具の必要条件
以上に例示して述べたようなものが教具として主な部面であるが、更にその必要条件を列挙すれ ば、（1〕教具は根本的．基礎的に重点を拾くこと。根本的．基礎的というのは、理科の学習で何度も 使用しなければならないもの、近代科学を理解させるに必要なもの、是非これだけは知らせておき たいものなどである。このうち第二番目のものは日常生活で直接経験することが少いから単浸図示 では役に立た在い。第三番目についてぱあれもこれもと在ってば困る。 （2申象が明瞭に正しく現 出できること。例えば真空鈴、熱伝導比較に温度伝導を比較するようなものでば困る。P．S．S．C．
では慣性の実験に困ってドライアイスパッタを考えたという。 制目的とする事象が単純に出て、
複雑在要素が混らない万がよい。何々実験器といっても途中に難解た原理が入りこむと、その説明
に骨が折れる。 14〕簡単なもの。教育上複雑でなければならない理由は先っ無い。ただ精度を高め
る定め、現象を印象的にするため、使用上の便利さのため浸どでやむなく複雑浸機構になるのであ
る。 15〕理解能力に応じたもの。実験は適度に教え、適度に考えされることが必要で、全く考え
る必要がなければ無意味だし、余り程度が高くては却って理科を嫌いにする。この意味で相手構わ ずオシロを使うことは考えもの息もっとも説明のし方如何にもよるが。また％測定にどのよ
う在装置を使うかは相手の能力を見て十分検討せねば生徒自身自分は何の実験をしているのか分か らなくなる。 16〕教育的であること。教育的というのは、それが創造力．探求態度の酒養に役立つ ものでなけれぱならぬ。或る法則を理解させることも大切ではあるが、それは更に発展して新しい 事象を発見したり発明するためのものであるから、単な説明実験器はその出し方に十分注意せねば ならぬことば既に前に述べた。 17随度の精度と感度を持つこと。小中高と次第に増すのが普通で ある。小学校のてこ実験器に余り感度が良くては一釣合いの実験がう まくいか安い。高校てば精度を 問題にしなければならぬ。 18〕美しいこと。但しこれには条件がある。性能が優れていることが本 で、完全なものの美しさでなけれぱならなへ大きさについても相手の年令．人数などから検討が 大切である。 ㈹故障が少く、危険を伴わず、清潔であること。取扱い易いこと。 OO〕コストが低
いこと。8．実験器の考え方
実験器は理科学習てば極めて重要な位置を占めているから、その活用については十分研究し左け れぱなら左へこれにぱ2つの面があ乱その一つば、一つの装置をなるべく広範囲の実験に使う
ことで、前述で挙げた例のようである。その二は、取扱いまたは考え万の面で、器具．装置。実験 法などを教材その場その場で個々別々に無関係のものとして扱わないで、何かの型に類別し、その 考え方が底流として感得できるように心掛けると思考力・創造力を養うのに役立つ。この類型とし ては、a，Equivaユ師t b，A砒ユOgioaユ c，Devθユ。理㎝ta1の三種が考えられる。
乱 εψ1帖10n t 或る観点で二つの物が全く同じである場合をいう。
ω 器具は異るが根太原理は同じであ乱
例①やじろべえと支点が中央にあるてら観点はつり合い。
② 鏡と球面鏡』観点は光の反射。球面鏡は平面鏡の集りと考えてよい。
③ プリズムとレン礼観点は光の屈折・レンズはプリズムの集りと考えてよへ ④ やじろべえと振子。観点は振動。との場合の振子は剛体振子である。
①④は一方は共にやじろべえであるが、これとEquiVa］・θntのものは観点を変えれば二いろあ
ある。
12〕考え方は異るが、事象は同じである。観点の相異。
例 ① てこのつり合いとモーメント。
②加速度運動をしている物体に働く力と慣性力。
③等速円運動をしている物体に働く向心力が無くなった場合に切線方向に飛ぶ運動と遠心 力によって外に飛ぶ運動。
④外から見た直線運動と回転系から見た曲線運動（コリオリの力）。実験で非常によくわ かる。
13〕事象は異っても結果は同じであん
例 ① 棒磁石による磁界とソレノイドの電流による磁界の様子。
②衝動水産と反動水車。水の使い方は反対であるが、水のエネルギー利用の面では同一。
③ 静止空中での運動体と流動気流中の物体が受ける力。風洞に利用されている。
④ 平板上で炭酸ガス重だは空気を噴出して滑動する無まさつ運動体と平板面に穿たれた無 数の孔から噴出する空気面上で滑動する運動体。
b Ana l og i ca1 異質の実験または装置であるが、何かの点で似ている。
ω考え方が形式的に似ている。
例 ① 斜面上での物体の運動と電界中での電子の運動．．．．等加速度運動。
② 実験での円運動．人工衛星の特別の場合・人工衛星モデル実験．．．．円運動。
③ α線の散乱・磁石を使っ走α線散乱モデル実験
一般にモデル実験は考え方が似ている点を応用したものである。
ω 法則．考え方に類似性があり、要素間の関係が相対応している。
例①磁力線と電気力績き7
② 等電位面・等高線．等圧線。
③ 機械的波・音波．光波・電磁波．．．．波動』
P S S Cでは光波の前にスプリングの波、水波の実験を行い、波の重なり、波の反射、
干渉、屈折、回折などを理解させるようにしている。マイクロ・ウエーブを使って、光学て のヤングの干渉実験と類似の干渉実験ができる。ま先マイケルソンの干渉計と同様の実験、
偏光と類似の実験ができる。光と電磁波とは本質的には全く同様であるから、波長による異 り以外には全く同様にふる董う。従って光に関する実験は全部マ・クロ、ウエーブで実験で きる理で、この場合電磁波は波長が長いからスケールが大きく、測定は容易であり、理解も 容易である。
波動実験器は機械的のものであるが、これでの現象は音波．光波。電波などにも当てはま る。自由端での反射・固定端での反射の様子、インピーダンス・インピーダンスマッチング のようなことぱ電波．光波てば分りにくいが、これで実験すると実に見事に分かる。
④ 機械的振動．電気振動．分子原子の光を吸収発散する機構．メーザー．レーザー これらは皆振動という点で共通し、特に共振に関しては、その詳細が機械的振動以外では 直接観察．記録ができにくいから、機械的振動を実験からよく理解して後他のものを考える とか、機械的振動を引例して他のものを理解させるようにするのが学習能率を挙げる一方策 である。
13〕構造上で類似性がある 例 ① 写真機と眼の構造
② 光学頭徴鏡と電子顕微鏡・… 幾何光学的構造
③タイマーとベル・…タイマーは運動体の位置と時間とを記録する装置であるが、これ とベルとは機構の上ではよく似てい机
④ドライアイスパッタとその他の気体潤活運動体
一般にものを理解するには㎞ユ。甑を通してするのが一番近道で、理科教育ではもっとこ の方面を研究活用することが大切であ乱
。 Dov引。Pmon｛a I
主に構造上で考えられる。すなわち、いろいろの器具．器械は皆何かの組み合せで、一つに
一つ、次にまた一つと追加されて発展し足ものである。創造力養成にはこの見方が著しく効果 がある。
例 ① 真空管の発達
クルックス管（冷陰極・陽樹 二極管（熱陰極・陽極）
三極管f熱陰極・グリット・陽極）
ブラウ；／管（二極管ま先は三極管十偏向板 ま光は偏向コイル十螢光板）
電子顕微鏡仁極管十電子レンズ十螢光板ま先は乾板〕
② 電磁石の応用
電磁石（鉄心．コイル〕
ブザー（電磁石十ばね十鉄片）
電鈴（電磁石十ばね十鉄片十断続部十鈴）
電信機（電磁石・電線・発信機その他）
誘導コイル（電磁石十鉄片・ばね・断続部十2次コイル牛 （過渡現象）〕
電磁石が鉄片を引く点ではどれも胸uiVaユθntと考えてよく、物が異る点にも着目すれ ばAnaユOgiCaユになり、何程か十されているとか別の物に変っていれば1）VCユOpmentaユに なえ。微細な点で機能に影響する場合にはDと見傲すのが適当であるが厳密には区別でき ない場合がある。誘導コイルのような場合は明らかにDの部分が多い。
f この外電磁石の応用としては、継電機・電話交換機その他数限りない。
⑥ 磁界中で電流が流れているコイルの運動 a 動コイル電流書十堺磁．コイル）
電圧計、電流計は全く同一な部分と更に別の結果を持ち来す要素Dの部分とがある。
b 電動機（界磁・コイル十整流子）
④ ポンプ
a 水鉄砲（筒・活塞一大気圧・パスカルの原理の応用D〕
b 吸上ポンプ（水鉄砲十弁）
C 押上ボニ／プ（ 〃 ）
a 消火ポ；／ブ（同上十空気室）．… 空気鉄砲の原理が十されている。
吸上ポンプと押上ポソブどは弁をつける場所が異り、従って結果としての効果は著しく 異るから、この点からはD、然し弁に対する水の動く向きは原理的には全く同じでAとも 考えられる。
上記の類別は一応のものであって、E A D何れに考えてよいか、明確に判断できにくい場合が
ある。また何れにも考えられる場合もある。燃しそれぱ大して困る問題ではない。ただ大切なこと
は、広い意味での教具、すなわち実験器、モデル、一般の物やこれらの問で春1こる現象までも併せ
何かより統一した方則で類型に分けて考えると、それらの間の関係が理解し易く、またその類推を
進めていくと新しい物や現象、実験器や実験法を見出す能力を養うことがでさる。
9．結 論
（1〕理科は自然の事物現象をよく見ることから始めるべきである。
12〕物はいろいろの観点から見々り、考え走りすることが大切で、このことを一本に固定すること ぱ発展を妨げる。
13〕教具の存在意義は上記の点にある。教具なしで理科の学習をさせても、その効果は極めて乏し い。な春その扱い方に注意しなければ、実物で結論的な知識を押しつけるだけになり、思考力・
創造力の養成には効果がなくなる。また教具にはその目的よりして、説明実験器・探求実験器お よぴそれらの補助器、更に第三の学習探求両用実験器がある。第一は現象．法則を理解させる走 め、第二はそれらを探求させる尭め、第三はこの両方を兼ね先もので、特に第三の実験器は発展 性があるから大いに研究する必要があ私
1引 学習時間の始めには導入実験を研究して如くことが大切である、導入実験は問題を引き出し易 いもの、興味を源起するものがよい。
同 物や実験器などを珂uiVaユθnt，Anaユ09iCaユ、］⊃veユOplnθntaユの三種に類別し、常に相互を関 連づけて扱うと・理解し易く、能力もつけ易へ
参 考 文 献
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日本物理教育学会誌 第12巻 第1号 奈良教育大学 教育研究所紀要 第2号
O．L．Andrθws O P T工C S
