技術科教育におけるエネルギー教育に関する研究

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(1)Title. 技術科教育におけるエネルギー教育に関する研究. Author(s). 井上, 平治; 白川, 卓; 田中, 稔. Citation. 北海道教育大学紀要. 第一部. C, 教育科学編, 44(1): 241-252. Issue Date. 1993-07. URL. http://s-ir.sap.hokkyodai.ac.jp/dspace/handle/123456789/5285. Rights. Hokkaido University of Education.

(2) . 平成５年７月. ）第４４巻第１号北海道教育大学紀要（第１部Ｃ４４ｌｉｉｉｔｌｏｆＨｏｋｋａｉｄｏＵｎｉｔｙｏｆＥｄｕｃａｔｏｎ（ＳｅｃｏｎＩＣ）ＶＯＩｖｅｒｓＪｏｕユ・ｎａ．．，Ｎｏ. ｊｕｌｙ，１９９３. 技術科教育におけるエネルギー教育に関する研究. 井. 上. 平. 治・白. 川. 卓・田. 中. 稔. １．はじめに有限な地球上の資源を利用し，開発した技術力を介し人間に有用な物を生産することによってわれわれ人類の生存が確保されている．したがって，資源の確保とその利用方法や，さらに人間にとっての有用物に変換させるための技術力の追求は，そのレベルの差はあれ人類の発生から始まっていたと言っても過言ではない．家庭生活や社会生活と技術とのかかわりについて理解を深めることを目的とする技術・家庭科教育において，日常われわれが見聞したり直接利用したりする事項や事物が，いかなる経路でまたいかなる方法で獲得しているかに注意を寄せることは，上述の内容と深い関連を持つものである．資源を人間の有用物に変換させるものは技術力であるが，これには必ずエネルギーが不可欠のものである．さらに当然のことながら無駄の軽減を追求する，つまり合理性を追求する．ここにきて効率を意識するのである．このような理由で，技術科教育（中学校技術・家庭科の技術関連領域内容を扱う教育を意味する）ｒような位置にあの中でのエネルギーに関する内容の教育は，従来の技術科教育の各領域を横断するると言えるだろう．「科」を付けないのは中懲校技術教育（叉に限定しているわけではないことを表している）からの視点による先行するエネルギー教育に関する主な文献は，朝井や・川他のものがある．朝井は現行中学．高校の理科に関して「今や生活に活かして応用しなければならない科学知識に１）としまた技術轍（育を「実践・体験を旨とした学習関する学習者の疎外感を拭いきれないでいる」，２「課程のこだわり」）が，実践に取り組むための動機や発想に必要な，科学に基づいた真の創意・工夫３）と指摘して二つの教科をまとめた科学技術を育成する教育課程に程遠いものとなった．」け教育の，総合体系化の提唱をしている．この科学技術教育の構成する分野として物質・資材，エネルギー，情報・計測，生体・環境，システムの５つを挙げている．小川他は日本のエネルギー教育の現状について社会，理科，技術・家庭科の調査をし，「エネルギー. に関する様々な問題が充分網羅されておらず，教科間の連携が薄く各教科がそれぞれ断片的に行っ４）と結論づけているさらにアメリカと旧西ドイツのエネルギー教育の現ているように思われる．」．状調査では，アメリカの技術寸教育にはほとんど含まれておらず，むしろ理科教育にあること，旧西ドイツはエネルギー工学の単元が設けられていて，エネルギーに関する問題が体系的に取り扱われ）しているまた我国の学校教育におけるエネルギー教育のあり方として生活ていることを報告５，．－）を示してい科，理科，社会科，技術・家庭科の各教科で扱うとし，学習内容の項目をあげて改善案６る．さらに技術・家庭科における技術関連領域の構成分野に材料，エネルギー，情報，環境，構造，. ）として示され設計・製作の５つを挙げ，エネルギー分野の指導内容や具体的学習内容が指導計画案７. ２４１.

(3) . 井上平治・白川. 卓・田中. 稔. ている．. 以上のように，朝井は現行教科の枠を取り除いた融合化した教科の創設を構想しており，また小川他は技術科の領域再編成を提案していることになる．朝井の「近年の科学技術革新が社会の構造改革までも招来し，市民の意識革新をも求めつつある現実に目を開き，教育の場でも，とくに『技）術』の名を冠するこの種の教育こそ，教科・領域構想に思い切った反省をためらってはならない．」８には充分に首肯できることである．しかし，戦後職業科からの歴史的経過の中で，領域の消滅や名称変更や吸収，さらに今回のように新しい領域「情報基礎」が加わることがあっても，依然として領域に関する議論は大きな関心事になっていない‐ 否，タブー視しているようにも受け取れるのである．したがって，領域再編成さえも相当の期間を必要とすることが予想される時に，他教科をも含めた「融合化」の困難さは想像に難くない．そこで，筆者らは現行の領域に新しく「エネルギー」（１０単位時間）の小領域を加えることを提案し，またその実験的な授業を試みたので以下に報告する．. ２．学習指導要領にみる「エネルギー」の扱い ▲. ● ′. ′. ．. 、. ．. ２‐１中学校技術・家庭科平成５年度から完全実施になるこの教科について，技術の分野でエネルギーに関する内容を直接扱っているのは，機械領域だけである．Ｄ機械，１．目標は「簡単な動く模型の設計と製作や機械の整備を通して，機械の仕組みやエ．機械を適切に活用する能力を養うＪとなっている．ネルギーの変換と利用について理解させ，．「また，２．内容の（１）機械の機構機械要素及び機械材料について，次の事項を指導する．」に，「ウエネルギーを動力として利用する機械の仕組みを知ること「．．」とある．このことに関して中「９｝学校指導書技術・家庭編」において，自然界のエネルギー資源の利用，動力機械の発達及び道具から機械への発達について身近な例を示し，目的に応じてエネルギーを変換し，利用する仕組みについて知らせる．エネルギーの利用については，機械的エネルギーと熱エネルギーを扱うが，エネルギー変換し利用する仕組みとしては，熱エネルギーを利用した内燃機関を中心に扱う．ｊまた，「特に，熱エネルギーを変換して，軸の回転力として取り出す機関本体の仕組みと働きに重点をおき，実物や模型などを効果的に活用するとともに，実習の中で理解が図れるよう実験なども取り入れて理解させる．Ｊと解説をしている．（２）簡単な動く模型の設計と製作ができるようにする．」 ‐また内容の「「においては，製作の構想に当たってエネルギー資源の利用についても関連して扱うなどの工夫をするとよい．」とある．また，内容「（３）機械の整備の方法について，次の事項を指導する．」におい「ては，エネルギーの変換と利用の学習との関連は，エネルギーの有効利用のための日常整備を中心に取り上げ，部品の保守，点検，調整などの作業が適切にできるように指導する．」と解説している．さらに内容の「４｛）日常生活や産業の中で果たしている機械の役割について考えさせる．」においては，「産業や交通の発達に伴って石油など化石燃料の消費量が増加しているが埋蔵量に限界があるこ，と，排気ガスや騒音が人間の生活環境を汚染し，悪くしていることなどに触れ，エネルギ「資源の利用については技術の発達と自然環境の保全との調和を考えさせる．また，新素材の開発や宇宙開発及び新エネルギーの追求など先端技術についての情報を知らせ，これからの機械について想像し，夢を育てるように扱う．」と解説している．２４２.

(4) . 技術科教育におけるエネルギー教育に関する研究. 一方電気領域では，「エネルギー」－の字句は目標・内容にもなく，内容の「４（）日常生活や産業の中で果している電気の役割について考えさせる．」において，「省資源の立場から，－産業の発達や生活の向上に伴って電力の消費量が急激に増加している現況に触れ，電気機器を選択する際，それが本当に必要なものかどうか，必要以上の機能を持っていないかなどの点から見直したり，電気に頼りすぎる場合の危険性などについて考えさせる．」と解説しているだけである．２‐２中学校理科熱機関と熱力学に代表されるように，技術と科学の関連は密接なものである．ここで，技術科教．が深い中学校理科においてエネルギーの扱い育に関連する他教科の中で，もっともそのつながり，「１０）を中学校指導書理科編」から挙げてみる．上記の中で技術科教育に大きく関連する第１分野についてその目標をあげると，１‐ 物質やエネルギーに関する事物・現象の中に問題を見いだし，科学的に調べる課程を通して，規則性を発見したり，自然現象を説明したりする方法を習得させる．２．科学的な事物・現象についての観察や実験を行い，観察・実験技能を習得させるとともに，見の回りの物質とその変化，化学変化と原子，分子，イオンなどについて理解させ，これらの事象に対する科学的な見方や考え方を養う‐ ３．物理的な事物・事象についての観察や実験を行い，観察・実験技能を習得させるとともに，身の回りの物理現象，電流，運動とエネルギーなどについて理解させ，これらの事象に対する科学的な見方や考え方を養う．４．物質やエネルギーに関する事物・現象に対する関心を高め，意欲的に調べる活動を行わせるとともに，これらの事象を日常生活と関連付けて考察する態度を育てる．上記４つの目標の中で，３．の目標が本研究に特に関連が深く，この目標の解説に，科学技術の進歩と人間生活について，新素材，エネルギー，コンピューターなどを扱うことを取り上げている．. また内容に関して解説している中で，本研究に関連する事項を箇条書にすると，・レンツの法則，フレミングの法則はとりあげない．. ・エネルギーは互いに交換し，その総量は保存されることに触れること．・力学的エネルギーにほかに，熱，光，音，電気などのエネルギーに触れる．・日常生活では，科学技術の成果として様々な素材やエネルギーが利用されていることを知ること．. ・人間が利用している資源やエネルギーについての認識を深める．が挙げられる．. ３．領域「エネルギー」の学習指導案の成立まで３‐１目標に関してはじめに目標を「エネルギーに関する基礎的な知識，将来可能性のあるエネルギー源及びその変換の様子を知り，エネルギー利用と人類の発展との関係を理解させるとともに，人類の英知を感じさせ，エネルギーの適切な利用についての能力とエネルギー問題に対する関心を高める．」とする．そしてこの目標を達成するための具体的指導項目・内容について考察する．２４３.

(5) . 井上平治・白川. 卓・田中. 稔. 目標の前半の「エネルギーに関する基礎的な知識，将来可能性のあるエネルギー源及びその変換の様子を知り，」については，エネルギー保存を中心として，効率と変換について伝え，エネルギーの貴重性について考えさせたい．また，可能性のあるエネルギーについては，太陽光発電や熱伝対を実験等を通して触れさせ，エネルギー変換と省エネルギーについての将来について考えさせたい．具体的には，そのものの持つエネルギーを我々がどの程度利用できているのかについて，具体的数値，図表等を通して伝える．そして我々の使用するエネルギーを得るまでに一次エネルギーをいかに多く無駄に浪費しなければならないかを知ることにより，省エネルギーに対する考えと，将来に向けてどのようにしていかねばならないかを考えさせたい．その点でも直接電気エネルギーに変. 換する太陽光発電の教材は利用でき，太陽光発電と似た原理で発電する熱電池の利用がラ一次エネ. ルギーの高効率につながることをエネルギー保存の知識によって想像させたい．また，フレミングの法則を利用した発電方式を知識として持っていると，比較的常識になっている超電導の物質を利. 用したものも想像できるのではないか．またこれらの技術は，多くの問題点を持っていることも伝え，この問題点に興味を持たせたいと考えている．目標の中頃の「エネルギー利用と人類の発展との関係を理解させるとともに，人類の英知を感じさせ，」については，人類が如何にエネルギーを有効に利用するかという点に努力を重ねてきたか，またエネルギーの有効利用が人類の文化形成にどのように作用してきたかという点を実感的に経験させたい．これは人類における道具の利用，機械の利用，電気の使用にも深く関係があり，技術における６領域にも関係が深く，技術史的な見方で人類の歴史を振り返ることにより，科学技術の将来への展望を考えさせたい．具体的には，道具の発展から人間の持つエネルギーの有効利用を実際に道具の使用を通して体験させることができると考える．また家畜の使用，機械の使用がエネルギーの有効利用とどのように関係するか等を伝えることにより，人類だけがもつ創造性の重要さを感じさせたい．最後の「エネルギーの適切な利用についての能力とエネルギー問題に対する関心を高める．」については，昨今のエネルギー事情や環境問題について触れ，将来についての想像を題材に生徒に作文，意見交換などをさせることも考える．次世代を担う生徒たちに将来を想像させ，それを実現する手段を考えさせ，興味を引き出すことが重要な教科である技術科にとってエネルギー問題は早急に解決が塑ぼれ，また基本的なものであるエネルギーについて過去から未来へと考えさせるのはとても重要なことだと考える．３‐２具体的項目・内容に関して上記目標を達成するための具体的項目・内容について考察する．項目について以下のような６項目が考えられる． ①. 文明とエネルギー. ② 技術革新と次世代エネルギーの関係 ③. エネルギー変換. ④. 小さなエネルギーから大きなエネルギーへ. ⑤. 期待されるエネルギー. ⑥ ２１世紀へ次にこれらの項目のうち，今回の実験授業に関わる部分について考察する．１）項目①・②に関わってこれらの項目では，はじめに「エネルギー」という言葉について考えさせたい．「エネルギー」と２４４.

(6) . 技術科教育におけるエネルギー教育に関する研究. いう言葉はいったい何を指すものなのかＬ生徒に問うてみたい．それは「エネルギー」の定義が暖昧で，あまりにも日常的な言葉であるため，困難な質問かもしれない．しかし様々な分野で用いられる言葉であり，その分野ごとに「エネルギーＪの定義が異なることを知ることにより，「エネルギー」という言葉はもともと暖昧な言葉であることと「エネルギー」という言葉の漠然としたイメージを生徒と確認したい．ある程度の共通な認識のもとにこれらの授業を進めていかなければ，定義が暖昧な言葉のため生徒にｉ昆乱をさせるのではないかと考える．次に，人類の発展とエネルギー利用を考えるために，他の物理的エネルギーを用いるのではなく，人間がもつエネルギーの利用について考えてみたい．これは，木材加工や金属加工などの道具を使用し，人間が知恵を使って人間のもつエネルギーを如何に有効に使用してきたかについて，また如何に道具を発展させてきたかについて考えさせたい．これは古典的な道具を生徒に使用させて，その感想を聞き，どのように道具を発展させるかを生徒に問うてみたい．そのことにより発想の重要さ，実際に作業することの重要さに気付かせたい．その延長上に機械や電気の利用がつながるものであることにも気付かせたい．次に，このような人間のもつエネルギーの有効利用が他のエネルギーの使用と移り変わるために生じたエネルギー余剰が，文明や文化を築いたことについて考えさせたい．これはエネルギーの有効利用が文明の発展に寄与し，新しいエネルギーの利用は文明の急激な発展を生むことを気付かせたい．もともとエネルギーは経済的に有効に使用できるものでなければ無意味であることを馬の利用を例に考えさせたり，新しいエネルギーの利用が急激な発展に影響を与えることを石油を例に伝えることで気付かせたい．エネルギー余剰については，歴史的に食物の余剰（栽培）を例に取り上げたい．. この項目は，技術科の全範囲におよび，各領域の架け橋となるべく考えた．そのためこの項目をいつ行うべきかについてはいかようにも考えられる．従来の領域ごとのまとまった授業を考えた場合でもそれぞれアレンジを加えて行うことができると考える‐ ２）項目③に関わってこの項目では，太陽光発電池を中心とした実験を主に行う．これは次の環境問題とのつながりにおいて，また将来のエネルギーを考える上での参考として太陽光発電池を設定した．実験的な授業を行う際の教具として，今回購入した太陽光発電池の仕様について以下に述べる‐ この太陽光発電池は，ＮＰ型シリコン太陽電池であり，アルミ基板に６つの素子が直列に接続されている．発電は，一２０～十６０℃ の温度状態が最良の状態であり，４００～７００１１ｍで最も良い反応を示す．晴天時においてｌｏｏｍＷ／Ｈの発電を行い，光の強弱に関しては，電圧の変動より電流の変動に大きく関係する．１つの素子は，０‐５Ｖの発電を行い，６つの素子が直列に接続されていることから，３Ｖ，２７０ＰＱＡの発電を行うことができる．. このキットには，この太陽光発電池が２つあり，そのほか機械的エネルギーへの変換や音への変換を実験できるモーターやオルゴールが組み込まれている．太陽光発電池自体は，発電容量や反応する条件が大きいため，様々な実験に対応することができると考える．エネルギーの変換を考えた場合，太陽光発電池は，光エネルギーを電気エネルギーに直接的に変換するものであるが，この電気エネルギーを更に変換し，効率の問題へと結び付けることができる．太陽光発電池から直接光エネルギーに変換した場合と，ー旦機械的エネルギーに変換してそれから電気エネルギーに変換し最終的に光エネルギーに変換した場合，結果がどうであるのかについて着目したい．そこにエネルギー損失，機械的エネルギーへの変換時に熱エネルギーへの変換も行わ２４５.

(7) . 井上平治・白川. 卓・田中. 稔. れ，熱エネルギーは放出され，効率が落ちることを認識させられるだろう．この実験では，光エネルギーへの変換で電球を使うことになるが，光の微妙な違いをよりはっきりさせるために回路テスターを用いるのも良いと思うが，発行ダイオードを使ったレベルメーターで行うのがより良いと思われる．また放出される熱エネルギーを視覚的に捉えることができるような教具があればなお良い‐ 具体的に，長時間機械を作動させると，直接手で触れるだけで認識することができるであろうが，断熱材と温度計の利用，機械的エネルギーへの変換システムを意図的にエネルギー損失が出るような設計から，視覚的に実験できる教具の製作も考えられる．キットでは，機械的エネルギーの変換を示すために，モーター軸に溝付き車があり，巻き上げ機としても使用できるが，実際の授業を考えた場合，より大きく動くものの方がより、機，興味を引くのではと考える．械領域の教材である「動くおもちゃ」などはこの太陽光発電池で十分作動させることができるし，最近は工夫キットで，ソーラーカーレースの車をモデルにした太陽光発電池内臓のリモートコントロールカーなども市販されており，この方が生徒の興味を引き付けるであろう．この項目では以上のような教具を利用して実験を行い，エネルギーは変換しても保存すること，様々なエネルギーに変更が可能なこと，エネルギーの種類によっては，変換に熱エネルギーの変換を理解させることができる．が伴い，実際にはそのことがエネルギー損失になり効率を下げること、ここまで，項目①～③に関する大まかな検討を進めてきたが，授業で中心的に利用することを考自然光では天候や場所の影響がえている太陽光発電池の性能について事前に実験を行ってみると，－あり，協力校との関係で一定の時間を割愛して授業を実施することになるので，条件が安定してい００ワッなければならず，天候に影響を受けない人工光を使用することにした．しかし，、消費電力１トの白熱電球２個を並べた手製の人工光装置の性能は，太陽光線が良く照射されるときの太陽光発電池の性能に比較して，発電能力が劣ることが分かった．これは光エネルギーのもとになる，エネルギー粒子，すなわち光粒子が自然光に比較にならない程の少ない量であることによる．. ４．授業「エネルギー変換」について／. ′ ｛. ・. ４‐１授業の構成消費電力１００ワットの白熱電球２個を並べた手製の人工光装置を光源とする，太陽光発電池を利用した授業の構成を考えてみる．この光源では前節で述べたように，発電能力が劣るので，機械的エネルギーに変換しても生徒に充分興味を引き起こすような大きな動きのある実験は困難であることが予想され，したがって，機械的エネルギーからさらに電気エネルギー変換へは，なお一層困難である．そこで，人工光による太陽光発電池からの電気エネルギーで豆電球を発光させる．、このとき人工光が拡散状態のままと，アルミ箔を利用して製作した傘の中に光源も太陽光発電池もいれた状態では，豆電球の発光に違いがあることを気付かせる．このことからもエネルギー有効利用を考えさせることができる．また，アルミ箔の傘に手で触れることで，白熱電球に使用されているエネルギーは，豆電球を発光させている電気エネルギーのほかに熱エネルギーに変換されていることを知り，エネルギー保存の法則の理解を一層深めることができる．また熱エネルギーを発展させて，エネルギー利用の今後の予想をさせること等を柱にして授業を構成することにする．以上の構成に基づいて作成されたのが，図１の技術・家庭科学習指導案である．. ２４６.

(8) . 技術科教育におけるエネルギー教育に関する研究. 「４ ‐２授業エネルギー」変換１）導入，エネルギー保存について図２資料プリントを配布し，「エネルギー」の概念について，教科「理科」の既習事項であることを確認した後，メタルバランスボールにて，位置エネルギーから運動エネルギーそしてまた位置エネルギーと，ほぼ同量のエネルギーを伝えたことを確認させた．次の熱エネルギーの拡散その２では，生徒の興味を引きそうなバイク・車・ＦＩを話題にしながら，「自動車は何故止まるか」の発問した．予想どおり「ブレーキがあるから」の答えが返ったので，用意したドラムブレーキとディスクブレーキのモデルを，それぞれの構造を簡単に分解してディスクブレーキのパッドを示し，高速車にディスクブレーキが使用されていることを説明し，「ディスクブレーキの方力も性能が良い理由は」の質問を投げかけて展開に入った．２）展開，エネルギーの変換についてエネルギー資源の種類の発問をし，生徒から風，水，石油，石炭，ウラン等の答えが返ってきた．「石油はそのままでは暖かくない」ことからエネルギー変換する必要があることを理解させた，．次の変換に伴うエネルギー損失については，太陽光発電池に１００ワットの電球２個を照射して発電させる実験をした．４‐１で述べたようにアルミ箔製の傘で覆った時，豆電球が点灯することから，発電に要する光エネルギーの拡散を傘は防いでいることを生徒は知ったが，ここで，使用の太陽光電池は電球が放出している光エネルギーのおよそ１５％より電気エネルギーに変換し得ないことを説明した．この際，植物の色として一般的な緑色植物を例に出し，太陽光のうち光合成に利用できるのはほんの一部であり，吸収できない光として緑色が現われていることの説明を加えた．ここで，資料プリントに戻って実験の図を見ながら，電球２個も使い，なおかつ傘で覆いをしたのにも拘らず豆電球があまり明るく点灯しないのは，電球から発するエネルギーが全部光エネルギーに変換しているわけではないことを説明して，どんなエネルギーに変換しているか発問したところ，一生徒が「熱エネルギー」と答えた．さっそく，傘が熱くなっているのを手を触れさせて熱エネルギーにも変換し拡散していることを理解させた．次の熱エネルギーの拡散. その２では，実験を振り返りながら，他のエネルギー変換時にも目的としない熱エネルギーに変換されていることを通して「効率」の概念を導き出し，資料プリントの例（火力発電所）を確認させた．ここで，ブレーキは運動エネルギーを熱エネルギーに変換して自動車を停止させていること，また導入段階で発問してそのままにしていたディスクブレーキがドラムブレーキにましてより有効なのは，その構造から熱エネルギーに，より大きく変換することを理解させた．３）まとめにおいては， ①エネルギーは保存すること， ②エネルギーは変換しなければ使用できないこと， ③変換すると効率が低下することの３つを確認した．世界でエネルギー資源が問題になっていることを説明し，有限なエネルギー資源を「有効利用」するための方法を発問すると，「風力を利用した発電」の答えが返ったがそれ以外になかった．火力発電所から出る熱エネルギーを地域暖房に利用することや，ガソリンの持つエネルギーの３０数％しか利用されていない自動車において既に利用している採暖装置等の多目的型有効利用を説明し，「エネルギー有効利用」の考えを定着させた‐. ２４７.

(9) . 井上平治・白川. ５．ま. と. 卓・田中. 稔. め. エネルギーの性質，即ち保存則を大まかに知らせて，そののち，エネルギーはそのままでは人類に有用とはなり得ず変換が必要であること．そしてその変換時において多くの場合，目的でない熱エネルギーにも変換するので，効率が低下すること．そこからエネルギーの有効利用へと生徒の考えを発展させ、ることを目的として，授業を試みた．今回の実験授業では，授業者と生徒がなじみがないことから，発問に対する生徒の発言が決して多いとは言い難い授業ではあった．しかし，準備した教具による実験や説明，また資料プリントの使用をとおして，生徒の興味関心を最後まで持続させることができた授業であったことがアンケート結果にも現れていた．技術を体系的に学習していかなければならない技術科教育において，さらに，「技術にこめられた人間の知恵の豊かさを伝えたり，技術のもつすばらしさをわからせ，技術の社会的性格を正しくみ｝ことにおいても現行の６領域を備職的に学習できる内容としてられるような技術り観を育てる」ｎ，エネルギー教育は必要であり，また６領域の最後に学習する領域とする必要があることを充分に認識した．. 最後にこの研究にあたり，特に実験授業では七飯町立七飯中学校の校長先生はじめ教職員の皆様のご協力のもと，さらに技術・家庭科担当の岡頭慎一教諭には，学習指導案の作成段階からいろいろ御指導いただき，３学年の３学期の貴重な１時間，担任学級のＤ組を提供してくださるなど，さまざまな御配慮をいただいたことに深く感謝します．. 文. 献. ２巻第３号，ｐ７４１９９０）１）朝井英清，技術教育を見直す（ｍ） ‐ ，（．，日本産業技術織に育学会誌、第３２）上掲書１）７４ ‐．，ｐ２４３）上掲書１） ‐ ‐ ，ｐ２巻第４）小川・堀田・福田・吉田，我国の学校教育におけるエネルギー教育の現状，日本産業技術教育学会誌、第３）‐ ２号，ｐ５５１９９０ ‐ ，（. ５）小川・堀田・福田・吉田，米国及び西独の初等中等教育におけるエネルギー教育の現状，日本産業技術教育学会８９９誌７１０）２巻第１号，ｐ３～７ ” 第３．，（．２巻６）小川・堀田・福田，学校教育におけるエネルギー教育のあり方に関する研究，日本産業技術教育学会誌～第３第４号，ｐ９（１９９１）５．，．７）小川・松浦・旅中学校技術・家庭科における技術関連領域の再編成とくエネルギー〉領域の創設，日本産業技５９１９９２）術織（育学会誌、第３４巻第１号，ｐ ‐ ，（．）１８５１９９０）８）朝井英清，技術教育を見直す（．，（ ‐ ，日本産業技術教育学会誌第３２巻第１号，ｐ９）文部省，中学校指導書技術・家庭編，開隆堂，（平成元年）．１０）文部省，中学校指導書理科編，学校図書（平成元年）．「講座日本の学力８身体／技術１９７１９９０）（１）佐々木・近藤・田中，新版技術科教育法，学文社，ｐ１」より）．，９７ ‐ ．（（井上平治本学教授函館校）卓本学学生函館校，現在，赤平市立平岸中学校教諭）（白川稔岩手大学教育学部助教授）（田中. ２４８.

(10) . 技術科教育におけるエネルギー教育に関する研究. 技術・家庭科学習指導案日. 時. 平成５年１月２５日（月）第４校時. 生徒七飯町立七飯中学校３年Ｄ組. 男子１７名. 女子１６名. 計３３名. 場所金属加工室授業者. 白. 川. 卓. １領域『エネルギー』ｎ領域について現在，我々が抱えている問題の一つとして，エネルギーに関する問題が重要視されている‐ エネルギー資源の枯渇問題だけでなく，環境問題，人口増加に伴う問題など力功ロわり，エネルギー問題は複雑化し，新たな対応が求められている‐ 技術科教育では，エネルギー教育を実際のエネルギー利用，効率の考え，エネルギー変換機としての機械や電気器具ぐ，道具の利用などを通して行うことができ，エネルギ←問題に取り組む姿勢を養うことに最適な教科であると考えることができる‐ またエネルギー教育は，技術の各領域に関係があり，エネルギー領域をもつことにより，技術科教育の各領域を連結させ，技術を体系的に学習することができると考える‐ ここでは，エネルギーに関する基礎的な知識を得ることにより，エネルギー問題に興味を持たせ，エネ. ルギー問題への新たな対応を考えさせるとともに，技術教育における各領域を「エネルギー」の観点から連結することにより，技術科教育の意義を明確にさせたい‐ ｍ最終指導目標「エネルギーに関する基礎的な知識，将来可能性のあるエネルギー源及びその変換の様子を知り，エネルギー利用と人類の発展との関係を理解させるとともに，人類の英知を感じさせ，エネルギーの適切な利用についての能力とエネルギー問題に対する姿勢を育てる．」. Ｗ学習計画 ① 文明とエネルギー………………………………………………………………………………１時間 ② 技術革新と次世代エネルギーの関係…………………………………………………………２時間 ③ エネルギー交換…………………………………………………………………………………１時間（本時） ④ 小さなエネルギーから大きなエネルギーへ…………………………………………………３時間 ⑤ 期待されるエネルギー…………………………………………………………………………１時間 ⑥ ２１世紀へ ………………………………………………………………………………………２時間Ｖ本時案１（）題材「エネルギーの変換」. （２）本時の指導目標・エネルギーの有効利用について考えさせる‐. ・エネルギー利用の未来像を想像させる‐ 図１技術・家庭科学習指導案その１２４９.

(11) . . 井上平治・白川. 卓・田中. 稔. ３（）準備・太陽光発電池・豆電球. ・傘. ・テスター. ・ディスクブレーキのモデル ′・ドラムブレーキのモデル・メタルバランスボール. ・電球. ・資料プリント. ４（）教授＝学習課程学習内容. 時間. エネルギー保存. ０. 学. 習. 活. 教. 動. 師. の. 動. き. ・メタルバランスボールを使用し，. エネルギー保存を理解させる‐. について. （ポイントとしてノートに記入さ. せる）導. ・具体例をもとに，エネルギーは保存するものであることを理解する．. 熱エネルギーの拡散. ・熱エネルギーの拡散を理解させるために以下のような質問をする．. その１. 『自動車は何故止まることができノ. ると思いますか？』. ・. （予想される答え）『ブレーキがあるから』『摩擦が働くから』等々. 『ブレーキはどのような仕組みで車を止めると思いますか？』. 入. ・ブレーキとエネルギー保存の関係について考える‐. ・ブレーキのモデルを掲示する『ディスクブレーキの方力も性能が良いと言われるのは，どうしてだと思いますか？』. １０. エネルギーの変. ・エネルギー源は，我々の目的としたエネルギーに変換しなくては，－我々はそのエネルギー源を利用す. 換について展. ることができないことを，例をもとに理解させる‐ 例）『石油はそのままでは暖かくな. 開. し）』. ・エネルギーは，目的とするエネル. ギーに変換する必要があることを理解する．１５. ・エネルギーは変換することを知る‐ 図１技術・家庭科学習指導案その２. ２５０.

(12) . . 技術科教育におけるエネルギー教育に関する研究. 学習内容. 時間. 学. 習. 活. 動. 教. 師. の. 動. き. 、 ′ ・太陽光発電池を使い実験を行う ‐. 変換に伴うエネルギーロスにつ. ［実験］太Ｅ発電池を電球により発電させる‐ 一陽光傘をかけ，光エネルギーの拡散を防ぐ．アルミ箔製の傘に手を触れさせる‐. いて. 展. ３０、. ．実験を見ることで，電球に使われているエネルギー. 、. と発電されるエネルギーの大き－な差に気付く‐ エネルギー保存則から，消えた. ｛. エネルギーの行き先について考える‐. 手で傘に触れ，消えたエネルメギーは熱エネルギーに変換して拡散していることに気付く‐ “. 熱エネルギーの拡散. 、. その２. ｛．. －・実験で気付いた点を発表させながら他の変更時における熱エネルギーの存在を知らせ，変更に伴う効率の低下をまとめノートに記入させる．. ・エネルギー変換時において，多く開. の場合目的ではない熱エネルギーへの変換が，効率を下げる要因になっていることを知る‐ ・実験のまとめからプレ」キはどのように自動車を停止させるのか考・ブレーキは，エネルギーの変換，. えさせる．. 熱エネルギーの拡散により自動車を停止させることを理解する‐. ・エネルギーを有効に利用するに. まとめ整. は，どのようなことをすると良いのか話合いによって意見をまとめさせる．・自動車を例にエネルギーの多目的. 理. 型有効利用の考えを導く．・エネルギーがもつ能力を，できる. だけ多く引・き出すという有効利用５０. の考えを得る．図１技術・家庭科学習指導案その３２５１.

(13) . 井上平治・白川. 卓・田中. 稔. ‐ エネルギーの変換《エネルギーの性質》メタルバランスボールは，位置エネルギーと運動エネルギーの変換を利用したおもちゃである．このおもちゃから次のようなことが言えます．ポイント. １ーエ刺ギーは，（《実験》. ）する１，ーＡ. Ｂ. 電球. 電気エネルギー. 光エネルギー. 憂欝. ？エネルギー. . Ｃ. 電気エネルギー？＝（. ）エネルギー. ポイントエネルギー源のエネルギーと目的としたエネルギーとの割合を効率と言います．. 熱機関で最も効率の良いと言われる火力発電所でも４０％程度で，６０％のエネルギーを無駄に捨てているのです． . 人間は，機械の発明以前に人間より大きな力を持つ動物の利用を考えました．荷物の運搬を考えた場合，馬は人間の４倍の量を背負うことができます．しかし人間の４倍の食糧を必要とします．食糧をエネルギーと考えると，同じエネルギー量では，馬は人と同じであり，馬を利用する価値がありません‐ そこで馬にものを引かせることを考えました．最初はうまく行きませんでした，くびきと馬蹄の改良で人間の１５倍の能力を発揮させることに成功しました‐. 人間は，馬の道具を工夫することで効率をあげ，馬を人間より効率の良いエネルギー変換機に変身させたのです．基本的には，エネルギーは（）します．しかしエネルギー変換では，効率が低下します．その主な原. 因としては，変換時に，目的外の（）エネルギーに変換し，（）してしまうからです．図２資料プリント２５２.

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