電磁石の性質

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第６学年１組

理科学習指導案

指導者 ○○ ○○ １単元電磁石の性質２指導観エネルギーは，運動エネルギーや位置エネルギー，電気や光，熱エネルギー，磁気エネルギーなど様々なものがある。自然現象の多くはエネルギーが移り変わって起こっている。これらをとらえていくことは，自然を統一的に理解する上で重要な概念であるとともに，エネルギー問題や環境問題を考えていく上で必要な概念の一つである。本単元は，電磁石の導線に電流を流し，電磁石の強さの変化について内容を興味・関心をもって追究する活動を通して，電流のはたらきについて条件を制御して調べる能力を育てるとともにそれらについての理解を図り，電磁石の性質や電流のはたらきについて科学的な見方や考え方を育てることをねらいとする。学習内容としては，「電磁石の強さと電流の強さ，導線の巻数の関係性」「電流の流れているコイルの磁化性」「電流の向きと電磁石の極の変化」などがある。これらの内容について，子ども達が電磁石の様々な現象をその要因や規則性，関係を推論しながら調べたり，習得した知識を活用しながら，問題を解決したりする活動を通して学習していくことは，電流のはたらきや電磁石の性質についての科学的な見方や考え方を養う上でも大変意義深い。本単元で身につけた自然の事象についての見方や考え方はこの後の学習「電流による発熱」や中学校第２学年「電流」や「電流と磁界」へつながっていく。本学級の子ども達は，理科の学習に対してとても興味・関心が高く，実験や観察なども意欲的に行っている。３，４年生の学習においては，電流の大きさや向き，磁石の性質について学習している。しかし，事前のアンケート結果から，電磁石がモーターや日常の電化製品などにも利用されていることはほとんどの子ども達は知らない。また，「電気は電気であって，磁力を発生させることが出来ない。」と考えていたり，「電磁石も永久磁石と同じようにＮ極，Ｓ極があっても，その極が入れ替わることが出来ない。」「永久磁石と同じように，その強さを変えることができない。」と考えたりしている子どもがほとんどである。以上のことから，「電磁石」の事象については，日常生活の中にたくさん溢れているのだが，目に見えない事が多く気付いていないため，既習経験がほとんどないことが伺える。したがって，子ども達に，要因や規則性，関係を推論しながら調べさせたり習得した知識を活用しながら問題を解決させたりすることで，電流のはたらきや電磁石の性質についての科学的な見方や考え方もたせる必要がある。本単元の指導にあたっては，習得した知識を活用しながら，問題解決活動を意図的に繰り返して行わせ，電流のはたらきや電磁石の性質についての見方や考え方をもたせた上で，それらついてのきまりを確かなものにさせたい。そのためにまず，「であう段階」では，電磁石を作って，自由に試行させる。その際，気付きや疑問を交流させ，単元全体のめあてを導き出させたい。次に，「ふかめる段階前半」では，電流の強さやコイルの巻数と電磁石の強さを追究させる。ここでは，電流の強さやコイルの巻数の条件を自分たちで制御しながら調べさせる。その際，習得した知識を活用しながら新たな事象の問題を解決させ，電磁石の強さについてのきまりを定着させる。さらに，「深める段階後半」では，電磁石の極性と電流の向きについて追究させる。ここでは，Ｎ極，Ｓ極を調べる方法を考えさせ，実際に調べさせる。いくつかの実験結果を総合的に判断し，極性があることをおさえさせる。その際，ここでも習得した知識を活用して，新たな事象を追究し問題解決させる。最後に，「いかす段階」では，これまで学習した知識や学び方を使い，電磁石の性質をまとめたり，簡単なおもちゃ（以下，コイルロケット）をつくらせる。ここでは，コイルロケットを提示し，その様子を観察させたり，自由に操作させ，コイルの跳び出す仕組みを説明させ，学習のまとめとさせる。３単元の目標 ○ 電磁石の導線に電流を流した時の現象に興味・関心をもち，進んで電流のはたらきや身の回りの電磁石を利用したものについて追究しようとする。 ○ 電磁石の強さを電流の強さとコイルの巻数や導線の太さと関係づけて考えたり電磁石の極と電流の向きとを関係づけて考えたりすることができる。 ○ 電流の強さやコイルの巻数，導線の太さなどを意図的に変え，条件を制御しながら計画的に調べたり，記録したりすることができる。 ○ 電磁石の強さは電流の強さや導線の巻数によってかわることや電流の流れているコイルは，鉄心を磁化するはたらきがあり，電流の向きが変わると電磁石の極がかわることが説明できる。

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４単元の計画（全10時間）段階学習活動・内容手立て配時で１電磁石を知り，電磁石をつくって自由に操作 ※ 電磁石に興味・関心をもたせるた２あし，気付いたことを話し合う。めに，電磁石をつかって，ものをつう (1) コイルをつくる。り上げる現象を提示する。 ① ・コイルのつくり方 (2) 作ったコイルに電流を流して操作し，気付い ※ 問題意識をもたせるために，電磁 ① たことを話し合う。石の強さや極の向きに着目させるよ・電磁石の性質についての学習全体のめあてうな材料を意図的に用意し，操作させる場を設定する。ふ２電磁石の強さや極ついて調べる。６か (1) 電磁石を強くするにはどうしたらいいか，コ ※ 電磁石の強さに目を向け，追究さ ① めイルの巻数を変えて調べる。せるために，強力な電磁石を提示する・電磁石の強さとコイルの巻数の関係る。 (2) 電磁石を強くするにはどうしたらいいか， ※ 前の学習での学び方を使って，実 ① を電流の大きさを変えて調べる。験方法を考えられるように流れ図を・電磁石の強さと電流の大きさの関係掲示しておく。 (3) 導線の太さを変えると，電磁石の強さはどう ※ 根拠をはっきりさせながら予想 ① なるのか調べる。【活用】仮説を説明できるように，イメージ・電磁石の強さと導線の太さ，電流の大きさと図を書かせる。の関係 ※ 実験結果を表に表して考察できように，学習プリントを工夫する (4) 電磁石にも磁石と同じようにＮ極，Ｓ極があ ※ 電磁石の極に着目させるため，永 ① るのか調べる。久磁石の性質を想起させる。・電磁石の極性 (5) 電磁石の極は，電流の流れる向きと関係があ ※ 前の学習での学び方を使って，実 ① るのか調べる。験方法を考えられるように流れ図を・電磁石の極の変化と電流の流れる向きの関係掲示しておく。 (6) コイルの巻き方が変わると，電磁石の極が ※ 反対向きに巻いたコイルを提示し， ① 変わるのか調べる。【活用】前のコイルと違う所を話し合わせる。・電磁石の極とコイルの巻く向きの関係い３今までに学習したことを振り返り，電磁石の性２か質についてまとめたり，コイルロケットを作ったすりする。 ※ 電磁石の性質がよりわかるように (1) 磁石と電磁石の性質の違いをまとめる。棒磁石などの永久磁石の性質と比較 ① ・電磁石の性質と永久磁石との共通点，差異点させ，表にまとめさせる。 (2) コイルロケットの仕組みを調べる。【活用】 ※ コイルロケットを提示し，その仕 ① ・電磁石の極と永久磁石の極が反発する性質を組みを図を使って説明させる。本利用し，跳び出す仕組み ※ コイルロケットを何度も操作さ時せる時間を設定する。 ※ 考えを深めるために，コイルが跳ぶ仕組みを交流するようにする。めあて電磁石の強さや極性など性質についてくわしく調べよう。

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５本時平成22年1月25(月) 第２校時６の１教室において (1) 本時の指導観前時までに子ども達は，電磁石の強さとコイルの巻数，電流の大きさの関係，電磁石の極の向きと電流の向き，コイルの巻く向きとの関係について学習している。本時では，今まで学習した知識を使って，コイルロケットの跳び出す仕組みを図を使い説明できることをねらいとする。そのためにまず，本時のめあてを確認させる。ここでは，コイルロケットを提示し，演示を行うことでコイルロケットが跳ぶ事象に関心をもたせる。次に，コイルロケットが跳ぶ仕組みについて予想させる。ここでは，図を用いながら，自分の予想を明らかにさせ交流させる。さらに，コイルロケットが跳ぶ様子について自由に試行させ，実験を行わせる。ここでは，繰り返しロケットを操作させたり自分の予想に基づいて，考えた実験方法で，確かめさせたりする。そして，実験結果を図でまとめさせる。その際，班で自分の考えを報告させ，意見交流をさせることにより，跳ぶしくみを明らかにさせたい。最後に，実験結果を，全体で交流させ，跳ぶ仕組みをまとめさせる。ここでは，班でまとめた意見を実験結果とともに，図を使って説明させる。 (2) 主眼 ○ 意欲的にコイルロケットが跳ぶ仕組みを電磁石やアルニコ磁石の極性や電流の向きと関係づけて考え，説明することができる。 (3) 準備 ①学習プリント ②学習の流れ図 ③方位磁針 ④板書用カード ⑤プロジェクター ⑥ビデオカメラ ⑦話し合いの手引き書 ⑧説明用モデルカード ⑨演示用コイルロケットセット（スタンド，乾電池，コイル，アルニコ磁石紙粘土） ⑩実験用コイルロケットセット（乾電池，コイル，アルニコ磁石紙粘土） (4) 過程学習活動・内容準備手だて（※）と評価（◇）形態配時１コイルロケットが跳ぶ様子を見て， ①② ※ これまでの学習を振り返られ一斉５本時のめあてについて話し合う。 ④⑤ るように，学習の流れ図を掲示・跳ぶ仕組みについて調べるという課 ⑥⑨ する。題設定 ※ 本時学習の見通しを持たせるために，教師の演示するコイルロケットが跳ぶ様子を観察させる。 ※ よく，跳ぶ様子が分かるように，ビデオカメラで拡大して見せるようにする。めあて今まで学習したことをもとに，コイルロケットが跳ぶ仕組みを調べて，説明しよう。２コイルロケットが跳ぶ仕組みを予想 ※ 学習の流れ図やこれまでの学個人１５し，調べる方法を話し合う。習プリントをもとに友達と交流 ↓ ・既習学習（コイルの極，永久磁石のする場面を設定する。一斉極）からの結果と方法の見通し ※ どのような方法で調べたらよいのか，方法まで考えさせ，交流させる。 ※ 予想を図で表し，それを使いながら，予想を言わせるようにする。 ※ コイルと磁石の部分に着目できるように学習プリントの工夫（予想される図）・コイルのＮと磁石のＮが反発する。

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をする。３コイルロケットが跳ぶ仕組みを実験 ⑩ で調べる。 (1) 予想をもとにコイルロケットを跳 ※ 何度も，実験ができるように個人２０ばしたり，方位磁針をコイルに近づ時間の確保をする。けたりして，跳ぶ仕組みを調べる。 ※ 実験の結果や気付いたことを・アルニコ磁石とコイルの極の反発学習プリントに記入させる。・磁石やコイルの極の確認 (2) 実験結果を班の友だちに報告し， ⑦ ※ 班で交流しやすいように，話班１０コイルロケットが跳ぶ仕組みを交流し合いの手引きを用意する。する。 ※ 司会や記録などの役割分担を・確かめた方法と結果の実験結果の整させておき，スムーズに交流が合性できるようにする。・コイルロケットが跳ぶ仕組み→磁石 ※ 説明している時，分からないとコイルの極同士の反発ことは，お互いに質問するように促す。 ◇ コイルロケットが跳ぶ仕組みを確かめた方法等と結びつけながら，図を使って，説明できたか。〈プリント分析・発言分析〉４コイルロケットが跳ぶ仕組みをまと ⑧ ※ 説明の時に着目させたい言葉一斉１０める。はキーワードカードにして，そ・コイルロケットの跳ぶ仕組みの確認れを使って説明させるようにする。・本時学習のまとめ ※ 説明用モデルカードの図を使いながら，説明させる。 ◇ コイルロケットの跳ぶ仕組みを図やキーワードの言葉を使って，説明できたか。〈発言分析〉６板書計画電磁石の性質めあて今まで学習したことをもとに，コイルロケットがとぶ仕組みを調べて説明しよう。コイルロケット予想方法結果・鉄の棒は磁石・コイルに方位・コイルも鉄の棒も磁石にコイルの極と磁針を近づける。なっていた。反発する。・鉄の棒に・磁石とコイルが反発した・磁石同士になっ磁石を近づける。とぶ仕組みている。・電池を入れ替える。・コイルが軽いので跳ぶとぶ仕組み？まとめコイルロケットは，棒磁石とコイルの同じ極同士が反発して，飛び出す仕組みである。方位磁針をコイルに近づけたら，上がＮ極でアルニコ磁石もＮ極が上だったので，Ｎ極同士が反発してコイルが跳び出した。電池を入れかえると。跳ばなかった。コイルロケットは，アルニコ磁石とコイルの同じ極同士が反発するため，軽いコイルが飛び出す仕組みになっている。

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活動と内容子どもの思考の流れ１今までの学習を振り返り，おもちゃが高く跳ぶためにはどう ○ コイルの巻数を増やしたりしたらよいか話し合う。電流を大きくすると電磁石も ○ 電磁石を強くすると強くなったよ。おもちゃが高く跳ぶのでは ○ 電磁石とアルニコ磁石の極同ないかという問題意識と見士が反発しておもちゃが跳び出通しをもつことす仕組みになっているよ。 ※ 本時学習の見通しを持たせるために，おもちゃが跳 ○ コイル２０回巻では，８メぶ様子を観察させ，その仕組みを説明させる。モリまで跳んだよ。 ○ もっと高く跳ばす方法はきっとあると思うよ。 ○ 電磁石が強くなると，もっ２おもちゃが高く跳ぶ方法を予想し，おもちゃを改良して調べる。と反発して，高く跳ぶと思う。 (1) おもちゃを高く跳ばす方法を予想する。 ○ 学んだ知識をもとに，高く跳ぶ方法を電流の大きさとコイ ○ 電磁石を強くするには，コルの巻数から考えることイルの巻数を増やすといい。 ※ 学習の流れ図やこれまでの学習プリントをもとに友達と交流 ○ 電池の数を増やすと電流がする場面を設定する。強くなるので，強く反発して高く跳ぶと思う。 ○ コイルの巻数も，電池の数も両方変えるともっと高く跳ぶと思うよ。 ○ コイルの巻数を３０回巻にして確かめてみよう。 ○ 乾電池の数を２個に増やし (2) 高く跳ばす方法をもとに，おもちゃを改良し確かめる。て確かめてみよう。 ○ 高く跳ぶ方法に基づいて見通しをもって，おもちゃを改良 ○ コイルの巻数も，乾電池のし，実験を行うこと数も増やして，比べてみよう。 ※ 跳んだ高さの目安として，目盛り付きの用紙を使って，比べさせる。 ○ やっぱり乾電池の数を増や３実験結果を表にまとめ，コイルの跳ぶ高さと電磁石の強さにすと高く跳んだね。ついて話し合う。 ○ コイルの巻数を増やしすぎ ○ 電流を強くしたりコイルの巻数を増やすと，電磁石が強くると跳ばなくなったよ。なるので，アルニコ磁石に強く反発し，コイルが高く跳ぶこ ○ 両方増やすと一番高く跳んだね。 ○ コイルの巻数を３０回にすると高く跳んだよ。 ○ コイルを巻きすぎると，逆に重くなるので，電磁石は強くても，跳ばなくなることが分かったよ。 ○ やっぱり，電流を強くしたりコイルの巻数を増やすと，電磁石の力が強くなるので，めあておもちゃがもっと高く跳ぶための方法を調べ，確かめよう。予想される方法予想される結果の表（跳んだ目盛りを記入）コイルの巻数２０回３０回電池の数（１個・１Ａ）（２個・２Ａ）１回目８１５２回目１０２０３回目６１７平均８１７．３ ※コイルの巻数は，各自で考えた巻数にする。電池の数は，安全上２個までとする。

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反発する力も強いので，高く ※ 実験結果の表からわかったことを，電流の強さやコイルの巻跳ぶことが分かったよ。数と関連させながら説明させる。 ○ 乾電池を３個にすると，も４もっと電流を強くしたり，コイルの巻数を逆に減らしたりすっと電流が強いので，もっとると跳ぶ高さはどうなるかを予想し，確かめる。コイルと磁石が反発して高く跳ぶと思う。 ○ コイルの巻数を減らすと，軽くはなるけど，電磁石の力は弱くなるので，あまり跳ばないのではないかな？ ○ やっぱり，予想した通りだった。電磁石の強さは，電流の強さや巻数で，自由に変えられるね。 ○ 本時で学んだ電磁石の強さとコイルの跳ぶ高さ関係を活用し，電磁石の強さの知識をより定着させること ※ 電磁石の強さとコイルの跳ぶ高さとの関係を学んだ知識を使いながら説明させ，実験をして確かめさせる。提示する方法と予想される結果・電流が強くなるので，電磁石が・電磁石が弱くなるので，強くなってもっと高く跳ぶ。あまり跳ばない。