「授業書」形式導入による技術科教育の展開 : 「木材の強さ」について
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(2) . 北海道教育大学紀要 （第１部 Ｃ） 第４４巻 第２号. 平成６年 ３月. ＆ｉｕｃａｔ ｉ ｉ ｌ ｌｏｆＨｏｋｋａｉｄｏ Ｕｎｉｖｅｒｓｉ ｔｙ ｏｆ］ ４４ ２ Ｊｏｕｍａ ｏｎ（Ｓｅｃｔ ｏｎＩＣ） Ｖｏ ． ． ，Ｎｏ. Ｍａｒｃｈ ，１９９４. 「授業書」 形式導入による技術科教育の展開 －－ 「木材の強さ」 について －－. 井. 上. 平. 治・長. 南. 敦. １． は じ め に. 新学習指導要領にも 「今回の改訂においては， 自ら学ぶ意欲をもち社会の変化に主体的に対応 で きる人間の育成を図ること， 基礎・基本を身 に付けさせることが求められており， 従来から技術・ ） 家庭科で重視 していた主体的な実践活動や問題解決的学 習な どの一層の充実を図ることにした」１ と， いわゆる実技教科の役割を踏まえた指摘をしている． 一方， 最近の子 どもたちの生活環境がもたらすところの実体験の少なさは， 子 どもたちの価値観 の形成にも大きく影響を与えているのではないかと考えている． それだけに技術・家庭科に求めら れている期待は大きいものがある． 技術・家庭科の授業展 開は， 原則として子どもたちが実践しながら技術的能力を育 てていくもの である． 材料の知識や加工に関する知識を深め， それらを総動員した加工法 （技能） を養うための 授業展開の方法として， 様々な学習形態が考えられる． しかし， 技術・家庭科の一般的な学習形態 は問題解決学習であり， その一つの実践方法であるプロ ジェク ト法が用いられている． プロ ジェク ト法は 「題材を中心に学習内容を配列 し， 学習の展開に従 って知識や技能を習得する ）である この方法の欠点と していく つ かあ げられるが 「③題材の選択のしかたによ っ て 方式」２ ． ， ， 題材に付随したある 限定された知識や技能の習得に偏りやすく， 基礎的な知識・技 能を順次性に ）と指摘している 従 っ て学習し難い．」３ ． これらの欠点を克服する方策として， 「①簡単な副題材を設定 して， 基礎的な知識や技能の一部 を学習した後， 本題材の製作にとりかかる． ②あらかじめ題材の製作に必要な基礎・基本 について ）とある 理論的な学習を行った後， 構想・設計→製作→評価を実施する．」４ ‐ あらかじめ必要な基礎的な知 識をもっ て製作に入ることの効果は既に認められているところで， 今回の報告はこの点を前提にした授業展開の試 みである． 材料や加工に関する知識獲 得の学習として， 施設設備や安全さらに時間的な問題等 の諸条件によ り， 実施困難な方法がある． これらの問題を教育機器を利用することで， 黒板と図表のみの授業展 開からさ らに進んで， 体験に準ずる授業展開も一方法 である． この報告は， 木材加工領域における木材の強さを扱う内容に関して， 日本工業規格で規定されて いる試験方法に基づいて試験体を 作製し， 万能試験機を用いての試験状況を ビデオ撮影したものを 併用 しながら， 「授業書」 形式を導入した授業展開の試案 である．. 材料の強度に関連する既報告としては， 簡易材料試験機を試作して， 金属材料や木質材料の強度 測定をして， そのデータから， 信頼性も高く， 試作した試験機が中学校段階でも価格やその使用方 ） 構造物の強度を高める 「貫」 の役割を子ども 法の面からも， 普及可能であることを表したもの５ ， ） 金属加工領域 ではあるが 板金材料のふち たちに定着させるため， 実験を授業で展開したもの６ ， ， １７５.
(3) . 井 上 平 治・長 南. 敦. ） 曲げの必要性を各種の試験材料片を用意 して子どもたちに実験させながら， 理解させていく実践７ がある．. ２． 授業書について 「授業書は， もともと仮説実験授業という授業の内容方法研究の中から作り出された教材の形式 である‐ 授業の中で， 問題紙を１枚ずつ 子どもに配布 し， 教師は問題の説明をしたのち， 子どもに ）と藤岡信勝氏は述べている その問題の解答の予想をたてさせる．」８ ． 問題の作製や内容は作製者の力量にかかわることであるが， しかし， さらに藤岡氏は， 仮説実験 授業の提唱者の板倉聖宣氏の提案をもとにして授業書の定義を次のように述べている． 「①授業には教師やクラスの個性のちがいによらない法則性があるという考え方にもとづいてつ く られ， ②従 って， 誰がやっても同じ授業が実現できる可能性をもつ ように授業の流れが明記され た教科書・ノー ト・読物・教案な どの機能をかねそなえた子 どもおよび教師用の文書であり， ③学 ）が 習者の認識の構造をく みかえるような働きをもつ 『問題』 が要素の一部に含まれているもの」９ 「授業書」 であるとしている． こう してみると 「授業書」 は， 問題の内容や提示順序等が相当吟味され完成されたものでなけれ ばならない． しかし， 完成度の高いものが即座に生まれるわけではなく， 多くの授業研究の積み重 ねからよりそのような 「授業書」 が作製されていくのであろう‐ 従 っ て， この報告は提唱者がいうところの 「授業書案」 または 「授業書粗案」 のつもりである．. ３． 木材加工領域について 新学習指導要領では， 指導計画の中で木材加工領域は３ ５単位時間を標準とするとある． この指導 計画によれば従来の木材加工領域に用いていた時間が大幅に削減されることになる． 指導内容に大 きな変化がないとすれば， 従来にもま して教育方法の吟味が必要になる． 人類が素材に手を加えたものとして木材は早い時期のものであり， また現在 でも比較的身近に親 しんでいて， それに比較的加工しやすいものとして存在する． この木材に関する科学的知識 （木材 の生物学的， 物理学的知識） と， 加工に要する知識 （用いる道具や機械に関する知識）．と技能を身 につ けることが木材加工領域の目標であろう‐. ４． 木材の強度 木材の強度を知ることは， 木材の持つ 物理的性質を知ることである． 自然環境で生育した樹木か ら得られる木材の性質は不均一であり， さらに繊維方向の異方性もある． したがっ て， 木材の強度 を表すには一定の条件のもとでの数値であるが， これらを定量的に生徒に学習させるには， 一定の 測定機器が必要である． しかし， 中学校段階ではこれらの機器を設備するのは容易でない． ここに ビデオ教材を利用するとともに， 授業書を作成して併用することで木材の強度に関する知識の定着 をより確かなものにしたい． ６ １７.
(4) . 「授業書」 形式導入による技術科教育の展開. ５． 内容の展開 生徒に問う事項は５項目である． また中学生 レベ ルでは， 予想や概念の説明が困難であると考え られるものは 「実験」 として２項目を用意した． 展開の順序は以下のとおりである． 問題１． 針葉樹 （ス ギ， 以下同じ） と広葉樹 （ナラ， 以下同じ） の縦引張り強さの比較． 問題２． 針葉樹と広葉樹の横引 張り強さの比較． 問題３． 針葉樹と広葉樹の縦圧縮 強さの比較． 問題４． 針葉樹と広葉樹の横圧縮強さの 比較． 実験１． 針葉樹と広葉樹の同一断面形状における繊維と垂直方向の曲 げ強さの比較． 実験２． 広葉樹で断面形状の異 なる２種における繊維と垂直方向の曲げ強さの 比較． 以上についてそれ ぞれの試験体を生徒に提示し， 問題を提出して， 予想を立てさせた ところで， 製作 した実験の ビデオを見て確認するという展開である．. ６． 自作の ビデオ教材 生物体としての不均一性と異方性のた め， どの試験においてもデータの バラツキは大 きく， 教材 ０個用意 した．これらの試験結果から， として使用するためには，一種類の試験に対し試験体 を７～１ 「授業書」 の２ ページにある図の強さの比較の欄の値に入るもの を編集してまとめた． 試験の状況は２台のカメラ を用意して， １台は試験体を 開始から破壊の終了まで， もう１台は万 能試験機の目盛り盤を撮影した． 編集後の映像順 はこのように試験体への負荷開始か ら破壊までと， さ らに破断部分のクロー ズ アッ プをし， 次に万能試験機の最 大荷重を差し示す置き針が写 し出される． これにその置き針が示 す数値を重ね， 次にその力 （最大荷 重） を受け持つ試験体の断面積で割る数式 を最後に示した． これらの一部を ビデオプリ ンターで写真に したものを写真１に， 編集された ビデオ教材の試験の 結果を表１に示す． 以下にＢ５版で１１ペー ジからなる授業書を示す．. １７７.
(5) ー ：. 技術科教育法研究室. 北海道教育大学函館校. 木材の強さ. 今回ビデオ撮影した試験は、 ①～⑥の条件をほぼ満たした状態で行われていま す。. 前にも述べたように、 木材の強さを調べる試験方法は日本工業規格に定められて います。 おおまかに表わすと以下のとおりです。 ①乾燥状態 （含水率ほぼ一定、 １２％） ②試験場所の状態 （温度２０±２ｏ Ｃ、 湿度６５±５％） ③試験体の寸法 （各強さの試験により定め られている）. 試験方法. 木材に力を加えると、 その力の方向により、 のびたり、 ちぢんだり、 曲がった りと変形します。 これらの力が加わっても変形しにくい材料が強い材料であると いえます。 さらに加える力を増 していくと、 ついには木材は破壊してしまいますが その 、 時の力 （最大荷重 ｋｇｆ） を、 受け持っていた材料の断面積 （ｃｍ２） で割っ た 数値を 「破壊強さ」 （単位ｋｇｆ／ｃｍ２） といい、 力の方向の名をつけた 「００ 強さ」 といいます。. 強さ の表 わ しかた. 木材を利用して製作をする場合、 木材の性質や、 木材に加わる力と材料の関係 、 さらに力と構造の関係を知っておくことは大切です。 ここでは、 木材に加わる力と材料の関係について、 スギ （針葉樹） とナラ （広葉樹） を選んで試験をしながら学習します。 木材の強さが ①繊維の方向によって異なること。 ②力のかかり方によっても異なること。 ③材料の断面の寸法によっても異なること。 ④木の種類によっても異なること。 を学習します。 木材の強さは、 木材の乾燥の度合い、 すなわち含水率によっても異なります。 この試験で使用したスギや ナラは数年乾燥させたもので、 強さを測る試験の状態 を決めている日本工業規格の規定に入っています。. .
(6) ▲. ー. ｉ ｆ. － ＝” 旧”掴＝. ム ｌｏ～２０. 問題１からは、 「参考」 の数値をもとに、 おおよその数値を予想し、 そのあと試 験のビデオをみて比較しましょう。. 木材の繊維の方向と強さ. （同じ木材の繊維の方向と平行の圧縮強さを ） １００としたときの比較である。. せん断強さ. ▲. ｉ ｌ ｌ ｉ １ 旧離日Ｈ. ｌｏ～２０. １５０～２００. ５～２０. ２００～３００. ｌｏ～２０. １００. 強さの比較. 縦引張り強さ （ｋｇｆ／ｃｍ２）. ナ ラ. ス ギ. 最大荷重 （ｋｇｆ）. 縦引張り強さ （ｋｇｆ／ｃｍ２）. ０予想ができたら試験のビデオを見て見ましょう。 ◎結果 （縦引張り試験）. ナ ラ. ス ギ. 最大荷重 （ｋｇｆ） ・. ◎予想 （縦引張り試験）. ・ ←. ↓. Ｉ. ・ １ １” キ”““十. ■・ ， Ｎ‐、． ヂー ． －－” 、 ．「 ｒ “ ｈ‐， ｌ. 滑星川””. －－－－や－［÷－メー 一′. 繊維の方向と力. 問題１ 図のようにスギとナラの引張り強さの試験を行います。 それぞれの強さはどの く らいか、 予想を立ててく ださい。 参考 ・コンクリート １０～２０ｋｇｆ／ｃｍ２ ２８３０ｋｇｆ／ｃｍ２ ・竹 引張りの力を受け持つ試験体の中央部の断面積は０． ５ｃｍ×２Ｃｍ＝ｌｃｍ２ です。. ・. 曲げ強さ. 引張り強さ. 圧縮強さ. 強さの種類. 下の図は木材の繊維の方向によって強さが異なることと、 強さの種類の名称を 示 したものです。. デ.
(7) . ラ. ナ. ギ. ナ ラ. ス. 最大荷重 （ｋｇｆ）. 横引張り強さ （ｋｇｆ／ｃｍ２）. ○予想ができたら試験のビデオを見てみましょう。 ◎結果 （横引張り試験）. ギ. る′え【. 横引張り強さ （ｋｇｆ／ｃｍ２）. . ス. . 最大荷重（ｋｇｆ）. ▲ ● １ １ . ◎予想 （横引張り試験）. 問題２ 次の図のように繊維の方向を変えてスギとナラの引張り強さの試験を行います。 問題１の引張り強さの試験とくらべて強さはどうなるでしょ う。 引張りの力を受け持つ試験体の中央部の断面積は ｌｃｍ×２ｃｍ＝２ｃｍ２ です。. 綬に . ・コンクリート １５０～２００ｋｇｆ／ｃｍ２ 大理石 ９３０ｋｇｆ／ｃｍ２. ０ ～１００ １００～３００ ３００～６００ ６００～１０００ １０００以上 単位 ｋｇｆ／ｃｍ２. ギ ナ ラ. ス. 最大荷重 （ｋｇｆ）. 縦圧縮強さ （ｋｇｆ／ｃｍ２）. ◎予想 （縦圧縮試験） （ ） ○予想ができたら試験のビデオを見てみましょう。 ◎結果 （縦圧縮試験）. 参考. ① ② ⑧ ④ ⑥. 問題３ 図のようにスギとナラの圧縮強さの試験を行います。 それぞれの強さはどのく らいか、 予想を立てて①～⑤から選んでください。 圧縮の力を受け持つ試験体の断面積は ２ｃｍＸ２ｃｍ＝４ｃｍ２ です。. 掴 ま.
(8) ラ. ナ. 横 圧 縮 強 さ （ ｋ ｇ ｆ ／ ｃ ｍ ２）. ギ. ラ. ス. ナ. 最 大 荷 重 （ ｋ ｇ ｆ ）. 横 圧 縮 強 さ （ ｋ ｇ ｆ ／ ｃ ｍ ２）. ○ 予 想 が で き た ら 試 験 の ビ デ オ を 見 て み ま し ょ う 。 ◎ 結 果 （ 横 圧 縮 試 験 ）. ギ. ス. 最 大 荷 重 （ ｋ ｇ ｆ ）. ｛ ﹈ →. ４ の 図 の よ う に 繊 維 の 方 向 を 変 え て ス ギ と ナ ラ の 圧 縮 強 さ の 試 験 を 行 い ま す 。 題 ３ の 圧 縮 強 さ の 試 験 と く ら べ て 強 さ は ど う な る で し ょ う 。 ２ ｃ ｍ × ２ ｃ ｍ ＝ ４ ｃ ｍ ２ で す 。 縮 の 力 を 受 け 持 つ 試 験 体 の 断 面 積 は. ◎ 予 想 （ 横 圧 縮 試 験 ）. 問 題 次 問 圧. １ の の 料 げ よ 方 と の. う 向 曲 強 に は げ さ ス 材 の は. ギ 料 強 次 ナ 繊 の よ. ラ 維 関 う の 方 係 に. 曲 向 は し. げ 強 さ に 垂 直 、 材 料 て 求 め の で の ま. ギ ラ. ス ナ. 幅. 高 さ. で す か ら. 曲 げ 強 さ （ ｋ ｇ ｆ ／ ｃ ｍ ２）. ２ ｃ ｍ 、. ２ ｃ ｍ. 試 験 体 を 支 え て い る 長 さ （ ｃ ｍ ）. 験 を 行 い ま す 。 。 面 の 形 （ 断 面 係 数 ） に 影 響 を 受 け ま す 。 。. 材 料 の 高 さ ２ （ ｃ ｍ ２）. 最 大 荷 重 （ ｋ ｇ ｆ ）. ○ 試 験 の ビ デ オ を 見 て み ま し ょ う 。. 曲 げ の 力 を 受 け 持 つ 試 験 体 の 断 面 は. ◎ 結 果 （ 曲 げ 試 験 ）. 試 す 断 す. ２ ８ ｃ ｍ で す 。. 材 料 の 幅 （ ｃ ｍ ） ×. 最 大 荷 重 （ ｋ ｇ ｆ ） ×. と の さ の. 試 験 体 を 支 え て い る 長 さ は. 曲 げ の 強 さ ＝. 実 験 図 力 材 曲.
(9) ①. ４．・ ②. ｉ ｌ. ２. ４. ２. ①. ②. ③. （ｃｍ）. 幅. ４. ２. ２. 断面係数. ５． ３３. ２， ６７. １． ３３. （ｃｍ３）. ｌ. ● ●. 最大荷重 （ｋｇｆ）. ①の結果も記入してください。. 高さ （ｃｍ）. ◎結果 （曲げ試験）. ０②、 ⑧の試験のビデオを見て見ましょう。. １. ⑪. 曲げ強さ （ｋｇｆ／ｃｍ２）. 実験２ 次の図は、 材料の断面の形の違いによる強さを示したものです。 ①の強さを１ とするとき、 ②、 ③はそれぞれ同倍の強さになるでしょ うか。 試験の材料はナラ です。. ・コンクリー ト ３５ｋｇｆ／ｃｍ２ ・竹 １７０ｋｇｆ／ｃｍ２. ギ ラ. ス ナ. 最大荷重 （ｋｇｆ）. せん断強さ （ｋｇｆ／ｃｍ２）. ０予想ができたら試験のビデオを見てみましょう。 ◎結果 （せん断試験）. ◎予想 （せん断試験）. 参考. ① ０～５０ ② ５０～１５０ ③ １５０～３００ ④ ３００～６００ ⑤ ６００以上 単位 ｋｇｆ／ｃｍ２. 問題５ 図のようにスギとナラのせん断強さの試験を行います。 それぞれ強さはどれ〈 らいになるでしょ うか。 せん断力を受 け持つ試験体の部分の断面積は ３ｃ ｍ×３ｃｍ＝９ｃｍ２ です 。. 件 Ｕ→.
(10) 理. 横引張り. 縦圧縮. 横圧縮. 曲げ. せん断. ２. ３. ４. ５. ６. 凸 出. ｛□. ２） ｆ／ スギ（ｋｇ ｃｍ. ２） ｋｇ ｆ／ｃｍ ナラ（. ｆ） （ｋｇ. 最大荷重. 曲げの. 方を知りましょう。. また、 表の曲げの最大荷重の値から、 曲げの作用を受ける部材のじょうぶな使い. ２ページの図に強さの比較がありますが、 今回の試験結果はどうでしょうか。. 縦引張り. ｌ. 試験の種類. ここで、 それぞれの強さの結果についてまとめてみましょう。. 整. ０. ０ ０ ４ ０ ３ ０ ２ ー 含 水 率（％）. ５ ３ ０ ０ １ ０ ． ． ． 比 重. 水 率 が 同 じ場 合、 比 重 が 大 き い ほ ど 硬く て 強 い。. 葉 樹 が ０． ４ ５ ～ ０． ８ ５ の 範 囲 で あ る。 一 般 に 木 材 は、 含. 木 材 の 比 重 は、 お よ そ、 針 葉 樹 が ０． ３ ５ ～ ０． ５ ５、 広. 《木 材 の 比 重 と 強 さ》. る。. を 使 う よ う に す る。 乾 い た 木 材 の 含 水 率 は； 普 通 １ ５ ％ で あ. し た あ と で く る っ た り、 割 れ た り し や す い の で、 乾 い た 木 材. の 木 の ２ ～ ３ 倍 の 強 さ を 持 っ て い る。 な ま 木 を 使 う と、 加 工. 木 材 は、 乾 燥 す る ほ ど 強 く な り、 完 全 に 乾 い た 木材 は、 生. 《木 材 の 含 水 率 と 強 さ》. 「織糠晴」紙鼻盤＞ 買 が薄誹輩懲磯 Ｓ潮霊.
(11) 上. 井. 平. 治 ・ 長. Ｌ“′. ‐二. 南. 敦. ー ゴ パ 亀 山 － －. －. －. ≦ ー‐. キ. ｒ. ミ ‐ 、‐. ′ー ノ. ー. ．. 縦 引 導一試 験. 強. さ ま ー. 艶. －. －. ‐. 写 真 １ 表 １. ノ. ，，Ｊ. ー 一. . . Ｉヨ 「［ 「 ー －－ ノ ： Ｌ ｒＬ； ～. ビ デ オ 教 材 の 一 部 ビ デ オ 教 材 の 試 験 結 果 ス ギ （ｋ ｇｆ ／ ｃ ｍ２ ）. 試 験 の 種 類. ナ ラ （ ｋｇｆ ／ｃ ｍ２ ）. Ｉ. 縦 引 張 り. ５ ２ ０. １ ２ ５ ２. ２. 横 引 張 り. ２ ６. １ １ ７. ３. 縦 圧 縮. ３ ０ ４. ４ １ ３. ４. 横 圧 縮. ８ ３. １ １ ４. ５ ７ ３. ７ ４ ３. １ ４ ２. ７ ９ １. ３ ０ ２. ７ ５ ３. ５ ７ ４. ５. 曲 げ. 土 ﹈. 出. 白 ６. １８４. ～. . ー. ル 靭 ー一 －三 － 一一 巡 〆メ タ ド ニ. １. せ ん 断. ９ ４. １ １ ６. 曲 げ の. 最 大 荷 重. （ 軍 ）. ＼. ′ノ ′ ‐.
(12) . 「授業書」 形式導入による技術科教育の展開. ７． 授業書 「木材の強さ」 授業書の 「はじまり」 では木材の強さが異なる一般的な理由をあ げ， 「強さの表 しかた」 と 「試 験方法」 では日本工業規格に定められている内容を中学生段階でも理解できる記述で簡単に説明し て い る‐. 次に 「強さの種類」 を生徒の使用 している教科書にある図をそのまま 引用 し， ここで， それぞれ の強さにおいて， 繊維の方向と力， さらに強さの比較値を学習することにより， これからの問題に 関する予想を立てやすくなるよう考慮している． 問題１から実験１・２を含めて問題５までは， 第５節の説明どおりの内容 である． 以上の問題や実験をまとめて結果を表に 「整理」 することにより， 木材の強さが， 樹種や繊維方 向に対する荷重の方向， さらに断面の形状によっ ても異なることを理解 できる‐ また， 「資料」 として， 木材の含水率や比重の影響についても理解 を深めるよう にしている．. ８． お わ り に. ビデオ教材では， 試験体の破壊の状況が， 繊維の方向と加わる力の方向により異なることが理解 できるし， また破壊の際に発生する音は， 臨場感があり生徒に充分興味を抱かせるものである． また曲げ試験の 「実験２」 においては， 同じ断面形状の角材で も断面の方向を９０度回転させるこ とにより， 強度が一層増すことが理解 できるし， 計算結果の曲げ強さの値には多少の違い はあるも のの， その際の最大荷重を比較させ ることにより， 断面の高さの寸法が， 曲げ強さにかかわっ て法 則性があることも理解させることが可能 である．. 文. 献. １） 文部省， 中学校指導書技術・家庭編， 開隆堂， ｐ ．３， 平成元年． ２） 日本産業技術教育学会技術科教育分科会編， 技術科教育の研究， 朝倉書店， ｐ ９ ３年． ， １９ ．４３ ３） 上掲書２） ４ ，ｐ ． ．４ ４） 上掲 書 ２） ，ｐ ． ．４４. ５）「技術科教育実践講座」 刊行会編， 教材・教具の開発と利用 （技術科教育実践講座１０ ） ４～４１ ， ニチプン， ｐ ， ．３ １９９０年．. ６） 今山延洋・紅林秀治， 技術科における構造学習の教具について， 静岡大学教育学部研究報告 （教科教育学篇） ， 第１９号， ｐ ， １９８７年． ．１２７～１５０. ７） 河野義顕， 「予想実験」 をとり入れた授業一板金材料試験 （中－男女共学）－， 技術教育研究， 第２ ２号， ｐ ， １９８２年． ．２３～２８. ８） 藤岡信勝， 社会科教材づくりの視点と方法， 社会科教育， ｐ ４ ９８ ２年３月号． ，１ ．１０ ９） 上掲書８） １ ０ ６ ｐ ， ． ． （井 上 平 治. 本 学 教 授 函 館 校）. （長 南. 仙 台 市 立 黒 松 小 学 校）. 敦. １８５.
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