小学校理科における蓄電概念の導入と 教材研究

小学校理科における蓄電概念の導入と

教材研究

弘前大学大学院教育学研究科

教科教育専攻 理科教育専修 化学分野

07GP209

1

第一節 学習指導要領改訂の背景

^１）

学習指導要領が改正された背景には、学校教育法の一部改正されたことが挙 げられる。その中で記載されている内容は以下の通りである。

小・中・高等学校においては。「生涯にわたり学習する基盤が培われるよう、

基礎的な知識及び技能を習得させるとともに、これらを活用して課題を解決す るために必要な思考力、判断力、表現力その他の能力をはぐくみ、主体的に学 習取り組む態度を養うことに、特に意を用いなければならない。」

(

30

2

49

62

)

したがって、これからの学校教育では、①基礎的・基本的な知識・技能の習 徳 ②問題解決のために必要な思考力、判断力、表現力等の能力の育成 ③主 体的に学習に取り組む態度を養うこと、の

3

第二節 学習指導要領改訂について

^{１ , ２）}

(

)

改訂された学習指導要領改訂の基本的な考え方は、確かな学力・豊かな心・

健やかな体の

3

そのような考えが取り入れられた理由は、これからを担う子ども達が変化 の激しい「知識基盤社会」を生きていくための力が必要であると考えられる からである。その中では、グローバル化やアイディア・人材をめぐる国際競 争が激しくなり、異文化や文明との共存や協力が重要になってくる。また、

そのような社会では、自己責任を果たすことや他者と協力し役割を果たすこ とが求められる。そのためには、「基礎的・基本的な知識・技能の習得」やそ れらを活用して課題を見いだし、「解決するための思考力、判断力、表現力」

が必要となってくるはずである。そして、知識・技能は日々更新されるもの なので、「主体的に学習に取り組む態度」が求められることも事実である。

さらには、共存や協力の社会では、自らの国や地域の伝統や文化についての 理解を深めることと、それらを尊重する態度を身につける能力も重要視され

2

る。

これらを踏まえ、学習指導要領改訂の重要点は以下の

3

① 学校教育法や教育基本法の改正で明確となった「生きる力」の育成と、新た に規定された公共の精神、伝統や文化の尊重を踏まえたそれらに関する教育 や道徳教育、体験活動を充実させること。

② 知識・技能の習得と思考力・判断力・表現力の育成のバランスを重視するこ と。そして、あらゆる学習の基盤となる言語能力について、国語科だけでは なく、各教科でも育成を行うこと。また、勤労観・職業観を育てるためのキ ャリア教育を通じ、学習意欲の向上と学習習慣を確立させること。

③ 道徳教育や体育などの充実により、豊かな心や健やかな体を育成すること。

(

)

全体を通して改訂された内容は、大きく

6

1

2

1990

日本の子どもたちは算数・数学や理科に対する積極性が乏しく、得意と思う 子どもたちが少ないということも事実である。また、職業との関わりに関す る意識が低いことも問題となっていた。そのことをうけ、理数教育の充実を はかることとし、国際的な通用性、内容の系統性、小・中学校での学習の円 滑な接続を踏まえた指導内容を充実させることを改訂の内容とした。

3

美術科での我が国の芸術文化、保健体育科での武道の指導などが挙げられる。

4

また、道徳教育推進教師を中心に、全教師が協力して展開していくことや、

3

5

基礎的な体力や心身の健康、論理的思考力の基礎を形成する。だから、その ために小学校では、集団宿泊活動や自然体験活動、中学校では、職場体験活 動を重点的に推進された。

最後に

6

4

第

2

^2,3)

第一節 小学校理科の改訂の基本方針について

小学校理科の学習指導要領を改訂するにあたって、その背景にある考えは 以下の内容であることがわかった。それは、環境問題やエネルギー問題とい った地球規模の課題について、次世代への負の遺産を残さず、人類社会の持 続可能な発展のため、科学技術の重要性とその必要性の認識が高まったこと である。さらには、理科教育の国際的な通用性が問われ、指導内容について も見直す必要性が言われてきたことがあった。今回の改訂では、小学校理科 について

16

① 基礎的・基本的な知識・技能の定着のため、科学の基本的な見方 や概念を柱に、小・中学校を通じた内容の一貫性を重視すること。

② 国際的な通用性、内容の系統性の確保等の観点から、必要な指導 内容を充実したこと。

③ 科学的な思考力・表現力等の育成の観点から、観察・実験の結果 を整理し考察する学習活動、科学的な概念を使用して考えたり説 明したりするなどの学習活動を充実したこと。

④ 科学を学ぶことの意義や有用性の実感及び科学への関心を高める 観点から、日常生活や社会との関連を重視したこと。

(

)

科学の基本的な見方や概念とは、「エネルギー」「粒子」「生命」「地球」の

4

3

A

B

C

A

B

2

A

B

5

エネルギー

小学校 中学校 エネルギーの見方 風やゴムのはたらき

光・磁石の性質 振り子の運動 てこの規則性

力と圧力 光と音 電流

電流と磁界 運動の規則性 力学的エネルギー エネルギーの変換と

保存

磁石の性質 電気の通り道 電気

電流の働き 電気の利用

電流

電流と磁界 エネルギー

エネルギー資源の有 効活用

電気の利用 エネルギー

科学技術の発展

粒子

小学校 中学校 粒子の存在 空気と水の性質

燃焼の仕組み

物質のすがた 物質の成り立ち 水溶液とイオン エネルギー 科学技術の発展 粒子の結合 燃焼の仕組み

水溶液の性質

物質の成り立ち 化学変化

化学変化と物質の質量 水溶液とイオン

酸・アルカリとイオン 粒子の保存性 物と重さ

物の溶け方 水溶液の性質

水溶液 状態変化 化学変化

化学変化と物質の質量 酸・アルカリとイオン

6

粒子の持つエネルギ ー

金属 水

空気と温度

状態変化 化学変化

生命

小学校 中学校

生物の構造と機能 昆虫と植物

人の体のつくりと運動 人の体のつくりと働き 植物の養分と水の通り道

植物の体のつくりと働き 動物の体のつくりと働き

生物の多様性と共通 性

昆虫と植物 季節と生物

植物の仲間 生物と細胞 動物の仲間

生物の変遷と進化 生命の連続性 季節と生物

植物の発芽 成長、結実 動物の誕生

生物と細胞

生物の成長と殖え方 遺伝の規則性と遺伝子

生物と環境のかかわ り

身近な自然の観察 生物と環境

生物の観察 生物と環境 自然と人間

地球

小学校 中学校

地球の内部 流水の働き

土地のつくりと変化

火山と地震

地層の重なりと過去の様 子

自然と人間 地球の表面 太陽と地球の様子

天気の様子 流水の働き 天気の変化

気象観測 天気の変化

地球の周辺 太陽と地球の様子 月と星

月と太陽

天体の動きと地球の自 転・公転

太陽系と恒星

7

科学的な思考力・表現力の育成が重視されている。ここでいう科学的と は、実証性・再現性・客観性などの条件を満たしたものである。実証性は、

観察や実験を通して仮説を検証できることである。再現性は、仮設を観察 や実験を通して実証するときに同じ条件下では必ず同じ結果が得られると いうことである。最後に客観性はたくさんの人々によって承認され共有さ れるということである。理科独自である科学的という視点を生かした学習 活動に取り組むことで、科学的な思考力・表現力が高まると考えられてい る。具体的な取り組みとして、観察・実験の結果を整理し、それを基に考 察を深め、結論を導入する一連の活動の充実を図ることとなった。また、

観察・実験に先立ち、児童が予想や仮説を持つ段階において、自らの考え を整理して、それを基に予想・仮説を立てて表現する活動の充実も図られ ることとなった。その際には最大限言語活動も取り入れるように改善され たことも挙げられていた。

(

)

国内調査や国際調査の結果では、理科の学習が好きである、という子ど もは多いということがわかった。しかしその反面、理科を学習することの 大切さに関する意識は低いことも明らかとなった。これらのことから考え られることは、観察や実験は好きであるが、日常生活や将来に生かされな いという考えを持っているということである。子どもたちがそのように考 える理由は、理科の学習が日常生活と切り離されて展開されていることが 挙げられる。よって、子どもたちが理科の学習で学んだことを日常生活に 生かせるようなめあて設定や、授業展開をしていく必要性がある。また、

学ぶ楽しさを実感できる展開をすることで、理科の学ぶことの意義や有用 性の実感につながることとなる。

8

第二節 新学習指導要領における理科の目標と内容について

⁴⁾

小学校理科の目標は以下に述べたとおりである。

自然に親しみ、見通しをもって観察、実験などを行い、問題解決の能力 と自然を愛する心情を育てるとともに、自然の事物・現象についての実感 を伴った理解を図り、科学的な見方や考え方を養う。

改訂前の理科の目標は、

自然に親しみ、見通しをもって観察、実験などを行い、問題解決の能力 と自然を愛する心情を育てるとともに自然の事物・現象についての理解を 図り、科学的な見方や考え方を養う。

となっている。大部分が改訂前と同じ内容となっているが、違いは「実感を 伴った理解」と改められたことである。この言葉が入った背景には、中央教 育審議会答申があることがわかった。その中では、小学校理科について「生 活科の学習を踏まえ、身近な自然について児童が自ら問題を見いだし、見通 しをもった観察・実験などを通して問題解決の能力を育てるとともに、学習 内容を実生活と関連付けて実感を伴った理解を図り、自然環境や生命を尊重 する態度、科学的に探究する態度をはぐくみ、科学的な見方や考え方を養う ことを重視して、次のような改善を図る。」と述べていた。それを受けて、新 学習指導要領に取り入れられることなった。また、「実感を伴った理解」が意 味していることは、理解についてこれまで以上に重視していることもわかっ た。理科における体験活動を通して、長期記憶として確実な理解の定着を図 り、活用へとつながる理解を目指していることがうかがえる。

目標が改められたことで、理科の学習内容にも変化があった。各学年の目 標と内容は以下の通りである。

第

3

(

)

(

)

見出した問題を興味・関心をもって追及する活動を通して、生物を愛護す る態度を育てるとともに、生物の成長のきまりや体のつくり、生物の環境 とのかかわり、太陽と地面の様子との関係についての見方や考え方を養う。

9

(

)

粘土などを使い、物の重さや体積 を調べ、物の性質についての考えを もつことができるようにする。

ア 物は形が変わっても重さは変わ らないこと。

イ 物は、体積が同じでも重さは違 うことがあること。

(

)

風やゴムで物が動く様子を調べ 風やゴムの働きについての考えをも つことができるようにする。

ア 風の力は、物を動かすことがで きること。

イ ゴムの力は、物を動かすことが できること。

(

)

鏡などを使い、光の進み方や物に 光が当たったときの明るさや暖かさ を調べ、光の性質についての考えを もつことができるようにする。

ア 日光は集めたり反射させたりで きること。

イ 物に日光を当てると、物の明る さや暖かさが変わること。

(

)

磁石につく物や磁石の働きを調べ 磁石の性質についての考えをもつこ とができるようにする。

ア 物には、磁石に引き付けられる 物と引き付けられない物があること

(

)

身近な昆虫や植物を探したり、育 てたりして、成長の過程や体のつく りをしらべ、それらの成長のきまり や体のつくりについての考えをもつ ことができるようにすること。

ア 昆虫の育ち方には一定の順序が あり、成虫の体は頭、胸及び腹から できていること。

イ 植物の育ち方には一定の順序が あり、その体は根、茎及び葉からで きていること。

※飼育、栽培を通して行うこと。

※夏生一年草の双子葉植物を扱うこ と。

(

)

身の回りの生物の様子を調べ、生 物とその周辺の環境との関係につい ての考えをもつことができるように する。

ア 生物は、色、形、大きさなどの 姿が違うこと。

イ 生物は、その周辺の環境とかか わって生きていること。

(

)

日陰の位置の変化や、日なたと日 陰の地面の様子を調べ、太陽と地面 の様子との関係についての考えをも つことができるようにする。

ア 日陰は太陽の光を遮るとでき、

日陰の位置は太陽の動きによってか わること。

10

また、磁石に引き付けられる物には 磁石につけると磁石になる物がある こと。

イ 磁石の異極は引き合い、同極は 退け合うこと。

(

)

乾電池に豆電球などをつなぎ、電 気を通すつなぎ方や電気を通す物を 調べ、電気の回路についての考えを もつことができるようにする。

ア 電気を通すつなぎ方と通さない つなぎ方があること。

イ 電気を通す物と通さない物があ ること。

※指導に当たっては、

3

イ 地面は太陽によって暖められ、

日なたと日陰では地面の暖かさや湿 り気に違いがあること。

第

4

(１)空気や水、物の状態の変化、電気による現象を力、熱、電気の働きと関係付

(２)人の体のつくり、動物の活動や植物の成長、天気の様子、月や星の位置の変

関心をもって追及する活動を通して、生物を愛護する態度を育てるとともに、

人の体のつくりと運動、動物の活動や植物の成長を環境のかかわり、気象現象、

月や星の動きについての見方や考え方を養う。

11

(

)

閉じ込めた空気及び水に力を加え、

その体積や圧し返す力の変化を調べ、

空気及び水の性質についての考えをも つことができるようにする。

ア 閉じ込めた空気を圧すと、体積は 小さくなるが、圧し返す力は大きくな こと。

イ 閉じ込めた空気は圧し縮められる が、水は圧し縮められないこと。

(

)

金属、水及び空気を温めたり冷やし たりして、それらの変化の様子を調べ 金属、水及び空気の性質についての考 えをもつことができるようにする。

ア 金属、水及び空気は、温めたり冷 やしたりすると、その体積が変わるこ と。

イ 金属は熱せられた部分から順に温 まるが、水や空気は熱せられた部分が 移動して全体が温まること。

ウ 水は、温度によって水蒸気や氷に 変わること。また、水が氷になると体 積が増えること。

(

)

乾電池や光電池に豆電球やモーター などをつなぎ、乾電池や光電池の働き を調べ、電気の働きについての考えを もつことができるようにする。

ア 乾電池の数やつなぎ方を変えると 豆電球の明るさやモーターの回り方が 変わること。

(

)

人や他の動物の体の動きを観察した り資料を活用したりして、骨や筋肉の 動きを調べ、人の体のつくりと運動と のかかわりについての考えをもつこと ができるようにする。

ア 人の体には骨と筋肉があること。

イ 人が体を動かすことができるのは 骨、筋肉の働きによること。

※イについては、関節の働きを扱うも のとする。

(

)

身近な動物や植物を探して育てたり して、季節ごとの動物の活動や植物の 成長を調べ、それらの活動や成長と環 境とのかかわりについての考えをもつ ことができるようにする。

ア 動物の活動は、暖かい季節、寒い 季節などによって違いがあること。

イ 植物の成長は、暖かい季節、寒い 季節などによって違いがあること。

※

(

)

1

2

(

)

1

水と水蒸気との関係を調べ、天気の様 子や自然界の水の変化についての考え をもつことができるようにする。

ア 天気によって

1

12

イ 光電池を使ってモーターを回すこ となどができること。

※アについては、直列つなぎと並列つ なぎを扱うものとする。

※

2

イ 水は、水面や地面などから蒸発し、

水蒸気となって空気中に含まれていく こと。また、空気中の水蒸気は、結露 して再び水になって現れることがある こと。

(

)

月や星を観察し、月の位置と星の明 るさや色及び位置を調べ、月や星の特 徴や動きについての考えをもつことが できるようにする。

ア 月は日によって形が変わって見え

1

イ 空には、明るさや色の違う星があ ること。

ウ 星の集まりは、

1

位置が変わること。

第

5

(１)物の溶け方、振り子の運動、電磁石の変化や働きをそれらにかかわる条件に目

(２)植物の発芽から結実までの過程、動物の発生や成長、流水の様子、天気の変化

13

(

)

物を水に溶かし、水の温度や量によ る溶け方の違いを調べ、物の溶け方の 規則性についての考えをもつことがで きるようにする。

ア 物が水に溶ける量には限度がある こと。

イ 物が水に溶ける量は水の温度や量 溶ける物によって違うこと。また、こ の性質を利用して、溶けている物を取 り出すことができる。

ウ 物が水に溶けても、水と物とを合 わせた重さは変わらないこと。

(

)

おもりを使い、おもりの重さや糸の 長さなどを変えて振り子の動く様子を 調べ、振り子の運動の規則性について の考えをもつことができるようにす る。

ア 糸につるしたおもりが

1

(

)

電磁石の導線に電流を流し、電磁石 の強さの変化を調べ、電流の働きにつ いての考えをもつことができるように する。

ア 電流の流れているコイルは、鉄心 を磁化する働きがあり、電流の向きが 変わると、電磁石の極が変わること。

イ 電磁石の強さは、電流の強さや導

(

)

植物を育て、植物の発芽、成長及び 結実とその条件についての考えをもつ ことができるようにする。

ア 植物は、種子の中の養分を基にし て発芽すること。

イ 植物の発芽には、水、空気及び温 度が関係していること。

ウ 植物の成長には、日光や肥料など が関係していること。

エ 花にはおしべやめしべなどがあり 花粉がめしべの先に付くとめしべのも とが実になり、実の中に種子ができる こと。

※アの種子の中の養分につては、でん ぷんを扱うこと。

※エのおしべ、めしべ、がく及び花び らを扱うこと。また、受粉については、

風や昆虫などが関係していることにも 触れること。

(

)

魚を育てたり人の発生についての資 料を活用したりして、卵の変化の様子 や水中の小さな生物を調べ、動物の発 生や成長についての考えをもつことが できるようにする。

ア 魚には雌雄があり、生まれた卵は 日がたつにつれて中の様子が変化して かえること。

イ 魚は、水中の小さな生物を食べ物 にして生きていること。

ウ 人は、母体内で成長して生まれる こと

14

線の巻数によって変わること。

※指導に当たっては、

2

※ウでは、受精に至る過程は取り扱わ ないものとする。

(

)

地面を流れる水や川の様子を観察し 流れる水の速さや量による働きの違い を調べ、流れる水の働きと土地の変化 の関係についての考えをもつことがで きるようにする。

ア 流れる水には、土地を侵食したり 石や土などを運搬したり堆積させたり する働きはあること。

イ 川の上流と下流によって、川原の 石の大きさや形に違いがあること。

ウ 雨の降り方によって、流れる水の 早さや水の量が変わり、増水により土 地の様子が大きく変化する場合がある こと。

(

)

1

ア 雲の量や動きは、天気の変化と関 係があること。

イ 天気の変化は、映像などの気象情 報を用いて予想できること。

※イでは、台風の進路による天気の変 化や台風と降雨との関係についても触 れるものとする。

15

(

)

(

)

内容

A

B

(

)

物を燃やし、物や空気の変化を調べ 燃焼の仕組みについての考えをもつこ とができるようにする。

ア 植物体が燃えるときには、空気中 の酸素が使われて二酸化炭素ができる こと。

(

)

いろいろな水溶液を使い、その性質 や金属を変化させる様子を調べ、水溶 液の性質や働きについての考えをもつ ことができるようにする。

ア 水溶液には、酸性、アルカリ性及 び中性のものがあること。

イ 水溶液には、気体が溶けているも のがあること。

ウ 水溶液には、金属を変化させるも のがあること。

(

)

人や他の動物を観察したり資料を活 用したりして、呼吸、消化、排出及び 循環の働きを調べ、人や他の動物の体 のつくりと働きについての考えをもつ ことができるようにする。

ア 体内に酸素が取り入れられ、体外 に二酸化炭素などが出されているこ と。

イ 食べ物は、口、胃、腸などを通る 間に消化、吸収され、吸収されなかっ た物は排出される。

ウ 血液は、心臓の働きで体内を巡り、

養分、酸素及び二酸化炭素などを運ん でいること。

エ 体内には、生命活動を維持するた めの様々な臓器があること。

※ウでは、心臓の拍動と脈拍が関係す ることにも触れること。

※エでは、主な臓器として、肺、胃、

小腸、大腸、肝臓、腎臓、心臓を扱う こと。

16

(

)

てこを使い、力の加わる位置や大き さを変えて、てこの仕組みや働きを調 べ、てこの規則性についての考えをも つことができるようにする。

ア 水平につり合った棒の支点から等 距離に物をつるして棒が水平になった とき、物の重さは等しいこと。

イ 力を加える位置や力の大きさを変 えると、てこを傾ける働きが変わり、

てこがつり合うときにはそれらの間に 規則性があること。

ウ 身の回りには、てこの規則性を利 用した道具があること。

(

)

手回し発電機などを使い、電気の利 用の仕方を調べ、電気の性質や働きに ついての考えをもつことができるよう にする。

ア 電気は、つくりだし蓄えたりする ことができること。

イ 電気は、光、音、熱などに変える ことができること。

ウ 電熱線の発熱は、その太さによっ て変わること。

エ 身の回りには、電気の性質や働き

(

)

植物を観察し、植物の体内の水など の行方や葉で養分をつくる働きを調 べ、植物の体のつくりと働きについて の考えをもつことができるようにす る。

ア 植物の葉に日光が当たるとでんぷ んができること。

イ 根、茎及び葉には、水の通り道が あり、根から吸い上げられた水は主に 葉から蒸散していること。

(

)

動物や植物の生活を観察したり、思 慮を活用したりして調べ、生物と環境 とのかかわりについての考え方をもつ ことができるようにする。

ア 生物は、水及び空気を通して周囲 の環境とかかわって生きていること。

イ 生物の間には、食う食われるとい う関係があること。

※アでは、水が循環していることにも 触れるものとする。

(

)

土地やその中に含まれる物を観察 し、土地のつくりや土地のでき方を調 べ、土地のつくりと変化についての考 えをもつことができるようにする。

ア 土地は、礫、砂、泥、火山灰及び 岩石からできており、層をつくって広 がっているものがあること。

イ 地層は、流れる水の働きや火山の 噴火によってでき、化石が含まれてい るものがあること。

ウ 土地は、火山の噴火や地震によっ

17

※指導に当たっては、

2

泥岩を扱うこと。

※イの化石については、地層が流れる 水の働きによって堆積したことを示す 証拠として扱う。

(

)

月と太陽を観察し、月の位置や形と 太陽の位置を調べ、月の形の見え方や 表面の様子についての考えをもつこと ができるようにする。

ア 月の輝いている側に太陽があるこ と。また、月の形の見え方は、太陽と 月の位置関係によって変わること。

イ 月の表面の様子は、太陽と違いが あること。

※アについては、地球から見た太陽と 月の位置関係で扱うものとする。

18

第

3

第一節 本研究について

本研究では、小学校理科第

6

学習指導要領の改訂を踏まえ、

① 環境問題や身近な科学技術に触れた内容で展開すること。

② コンデンサの仕組みを取り入れた場合に児童にどのような効果がある か知る。

③ 粒子の移動概念をコンデンサの仕組みで指導が可能であるか。

の

3

コンデンサについて知識のある児童やどのようなものに利用されているか を知っている児童は少ないと予想される。しかし、実際にはコンデンサは電 化製品や環境問題を考えて開発されたハイブリッドカーなどに利用されてい る。そのことに触れることで、理科の学習が自分たちの生活に結びついてい ることが実感できると考える。環境問題やエネルギー問題といった地球規模 での課題について、持続可能な発展のために科学技術の重要性とその認識が 高まってきたことが、学習指導要領の背景にはある。児童にもそれらに関心 をしっかりと持って欲しいと考えるので、それを教材であるコンデンサを使 い指導していくことが可能であるか実践してみた。

また、コンデンサの仕組みについては、学習指導要領では触れられていな い。コンデンサに電気をためられる仕組みは、正負の電荷をためることがで きることである。

2

2

⁵⁾

しかし、実物を見ても蓄電の仕組みが理解できない。そこで、今回の研究授 業ではそれを取り上げたときの効果を知りたいと考えた。その仕組みを知る ことができれば、より科学や理科に対して興味をもつ児童がでてくるのでは ないかと考える。

粒子の概念は小学校の理科でも取り入れられている。その概念に関して学 ぶことは

4

19

粒子の存在 空気と水の性

質

燃焼の仕組み

粒子の結合 燃焼の仕組み

水溶液の性質 粒子の保存性 物と重さ 物の溶け方 水溶液の性質 粒子のエネル

ギー

金属、水、空 気と温度

粒子概念は、原子や分子が物質を構成していることを理解するための基本的 な概念となる。それは、今までは中学校理科で学習する内容であった。しか し、多くの中学生は原子・分子の導入段階でつまずきが多く、粒子の概念が 定着していないことがわかっている

⁶⁾

中学校理科の「水溶液とイオン」や「酸・アルカリとイオン」につながるス テップとすることも考慮する。

※コンデンサの仕組みを図示したもの

⁵⁾

充電の仕組み 放電の仕組み

e

e

+ +

- -

e

e

+ +

- -

20

第二節 教材研究について

今まで小学校理科の教材で取り上げられてきた蓄電教材は、「化学電池」の みであった。化学電池の例としては乾電池であり、その仕組みは化学変化が 起こることで電子が移動する。一方コンデンサは、

2

(

)

乾電池 コンデンサ

・放電すると再利用ができない。

・充電可能な電池もあるが、経年劣化 により、蓄電量が減り、そのうち使 用不可能となる。

・比較的長い時間使える。

・再利用が可能である。

・経年劣化しにくく、蓄電量も変化し にくい。

・使用できる時間は短い。

今回用いた教材は

2

「コンデンサ自動車組立キット」と

2

コンデンサ自動車組立キットは、組み立てて、手回し発電機でコンデンサ に充電し、モーターにつなげることで、走る仕組みになっている。組み立て ることに関しては、さほど難しいところもなく、簡単に作れるので、小学生 でも組み立てることが可能であるものだった。使用したコンデンサは電気容

量

10 F、定格 2.3 V

12 V

この手回し発電機もケニス株式会社で発売している教材である。モーターは 光電池用のモーターを使用している。手回し発電機を

20

5

電気容量の単位

F(ファラッド)は、記号 C／V(クーロン毎ボルト)を F

Q(C)は電位差 V(V

C

Q＝CV

C

C＝Q／V

C／V

F

2.3 V

使用したコンデンサは「電解コンデンサ」である。その仕組みは、電極に はアルミニウムを使い、誘電体にはそのアルミニウムの表面に形成した酸化 被膜を用いている。電極間を隙間なく密着させるために、電解液を浸した紙

21

手作りコンデンサは身近なものを利用して作ろうと考えた。文献

^7~14)

その中で香川県立高松高等学校での実践授業で作ったものが紹介されていた

(URL: http://www.shinko-keirin.co.jp/kori/science/buturi/15.html)

セロテープである。作り方は、

8

25

2

2

3

このコンデンサでは起電力が足りないからだと考えられる。次に

LED

LED

3

6 V

25 mA

20

75

これを

2

3

30 cm

30 m

イル

25 cm

12 m

ポリプロピレン、アルミホイルの材質はアルミニウム箔であった。

22

アルミホイルをサランラップで

2

巻き取るところ 完成品

しかし、このコンデンサを作るのに大学生が

3

40

1

183

(

25cm

12m

30cm

30m

100

)

6

1098

3m

12.5

20

これにも同様に手回し発電機で充電し、

LED

3

20

1

70

23

このコンデンサの電気容量を計算し、理論値は以下のようになった。

極板間が真空のときの電気容量

C 0 (F)

S(m ² )

(m)

C

₀ S

(

)

また、極板間に誘導体を満たしたときの電気容量

C

r

C

_r C 0

となり、

(

)

C

_r S

(

)

S

3

0.125

0.375(m ² )

22

22

10

⁶ (m)

_r

2.3

(

)

(

URL

http://www5.ocn.ne.jp/~yei/techinfo/techinfo-2.htm) C

2.3

0.375

22

10

⁶

＝

0.0392

10

⁶

＝

39.2

10

⁹

よって、手作りコンデンサの電気容量の理論値は

39.2 nF

URL

一方測定器で測定した数値は

45.5 nF

AND(

)

LCR

理論値と測定値との誤差は、電極を巻き取る取った際の厚さや空気の含み具 合で変わってくることによる。しかし、大きなずれはなかったので、コンデ

24

ンサの電気容量は測定値の

45.5nF

測定器での電気容量測定

25

単元名：電気の利用

(12

)

ねらい：電気はつくったり蓄えたり変換したりできる見方をもつことがで きるようにする。また、コンデンサに充電する仕組みから粒子の 移動概念も導入したい。

○第

1

時数 活動内容

1

2

・手回し発電機のハンドルを回すことで電気が発 生することを、豆電球やモーターにつないで作動さ せる。

・ハンドルの回す早さと発生する電気の強さの関 係について調べる。

・ハンドルの回す向きを反対にして、電流が反対に流 れることを調べる。

○第

2

時数 活動内容

3

4

5

6

・電気がたまっている道具について考える

(

)

・コンデンサと手回し発電機を使い、電気をためる。

・ためた電気で豆電球やモーターを動かす。

・実際に使われているものを見る。

・実際にコンデンサを作る。

・コンデンサの仕組みを説明する。

○第

3

時数 活動内容

7

8

9

・同じ電気の量をためたコンデンサに豆電球と

LED

・違いはなかったか聞く。またその理由を考察する。

・豆電球と

LED

・結果をまとめる。

・電子オルゴールやモーターについても調べる。

26

○第

4

時数 活動内容

10 11

・電熱線の太さが違うもので発泡スチロールなどを切 る。

・切れ方の違いから、太さによって発熱量が異なるこ とに気づく。

・電流の量を測定し、まとめる。

・電流が多いと発熱量が多いことに気づく。

○第

5

時数 活動内容

12

・どのような性質や働きを利用しているのか発表す る。

実践授業は現在サポーター実習を行っている、

H

K

6

14

15

29

2

2

実際に授業を行う前に、理科の学習に対してどのように考えているのかを 知るためにアンケート調査をした

(1

)

Q

①とてもおもしろい・・・

9

16

2

1

Q2 Q1

①とてもおもしろいと答えた児童の意見

(

)

6

・予想することが楽しい。

・ものづくりが好きだから。

・プラモデルやラジコンが好きだから。

・ジャンルごとにわけられているから。

②まあまあおもしろいと答えた児童の意見

(

)

8

・他教科とちがい、実際にできるから。

・理科は不思議だと思うから。

・実験は好きだが、勉強になると嫌いだから。

・好きではない学習もあるから。