電流と磁界

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第２学年○組

理科学習指導案

指導者 ○○ ○○ １単元「電流と磁界」２指導観 ○ 私たちの身の回りには、たくさんの電気製品があり､私たちは気づかないうちにその恩恵を受け、快適に生活をしている。その中でも、モーターを使った製品は数多くあり、その中味がどのようになっているかわからない状態でも、スイッチ一つで便利に使用することができる。「電流と磁界」のはたらきは、直接目で見えないことが多く、その現象を捉えることが難しい。しかし、理科学習において「電流と磁界」のはたらきを学ぶことは、電流や磁界に関する性質や関係性、規則性を見いだすことで、身近な生活の中にも科学の原理・原則が利用され、私たちの生活を豊かにしていることに気づかせ、科学技術の発達した現代社会で生活していく上で、意義深いと考える。本単元は、磁界の概念を学習する導入の単元である。ここでは、磁石や電流による磁界の観察を通して、磁界と磁力線との関係、導線やコイルによる磁界など電流の磁気作用の基本的な概念を理解させるとともに、磁界中の導線やコイルに電流を流すと磁界との相互作用で力を受けたり、磁界の中で導線やコイルを動かすと電磁誘導の現象によって、電流が得られるなど電流の利用について科学的な見方や考え方を養うことが主なねらいである。生徒は、これまでに、小学校第 3 学年単元「磁石の性質」で、磁石に引きつけられる物や異極と同極など磁石のはたらきについて学習している。また、小学校第 6 学年学単元「電流の働き」では、電磁石の強さと電流の関係について学習している。さらに、前単元「電流」では、電流と電圧、電流のはたらき、静電気に関する観察・実験を行い、電流や電圧、静電気などについての基本的な性質を学習している。これらの学習を踏まえ、本単元では、電流を流すことによってアルミパイプが動くという事象を観察し、磁界を磁力線で表すことを理解したり、電流がつくる磁界について理解したり、磁界の中を流れる電流が磁界から力を受けることなどを観察・実験を通して見いだしたりすることができるようにする。これらの学習は、目に見えない電流と磁界の相互作用について理解を促すとともに、科学的な根拠をもって推論し判断する力を育てる上で価値がある。 ○ 本学級の生徒は 35 名であり、落ち着いた学習態度で取り組んでおり、知識の定着もある程度できている。事前の学習実態調査では、観察・実験の結果を、自分の考えでプリントやノートに記入している生徒が85．7 ％いるが、観察・実験の結果からわかったことを見つけ出して記入することができる生徒は 65．7 ％となっている。このことから、実験の結果などを客観的に分析することはできているが、自分の考えを書き表したり、説明したりすることが、できていない生徒が多い。右のグラフに示すように、小学校での磁石の性質や電磁石の学習の定着度を調べると、磁石に引き寄せられるものは 68 ％、Ｎ極やＳ極の力のようすは 80 ％とかなりの定着度を示してるが、電磁石の強さを電流やコイルの巻き数で判断する問題は 37 ％と定着度はかなり低い。また、磁石のまわりの磁力のようすを図で表すことができた生徒は、23 ％となっている。これは、目に見えない現象をイメージすることができていからである。実験の結果を分析するときに、図を使って結果を整理するなどの手立てが必要である。また、観察・実験の結果を分析した内容から解釈する力の調査において、分析した結果から仮説の正否を判断し、必要に応じて修正する力を調べる問題の正答率は 23 ％、修正した仮説を基に事象の性質や関係性や規則性を説明する力を調べる問題の正答率は 31 ％と現象を説明する解答が低くなっている。これは、分析した結果を解釈するときに、自分なりの根拠をもって考えていないためである。 0% 20% 40% 60% 80% 100% 磁石のまわりの磁力のようす電磁石の強さＮ極Ｓ極の力のようす磁石に引き寄せられるもの磁石の性質の定着度

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さらに、仮説を設定できるかを調査する意識調査では、観察・実験を行う前に予想や仮説を記入している生徒は59 ％、予想や仮説を検証している生徒は 69 ％と、多くの生徒は予想や仮説をノートやプリントに記入し、観察・実験によって検証を行っていると思っている。しかし、実態調査の問題では、実際に自分で仮説を記入している生徒は 57 ％であるが、科学的な根拠を持って仮説を文章化できている生徒は、17 ％とかなり低い数値を示している。このように、観察・実験の前に予想や仮説は記入しているが、自分の考えや科学的な根拠を基に仮説を立てて、その検証を行っているとは言い難い状況である。そのため、自分が考えた仮説を基に観察・実験の結果を分析したり、分析結果から解釈したりし、結論を導きだすことに課題がある。 ○ 本単元の指導にあたっては、まず単元の最初に、2 本のアルミのレールの間に磁石をおいて、そのレールの間にアルミパイプをおき、電流を流すとアルミパイプが動き出すという事象を提示する。この事象を観察することによって、生徒は疑問が生じ、「アルミパイプがなぜ動くのか」という問題をもつ。この問題を解決するために、アルミパイプが動いた理由を考え、仮説をつくるために 4 つの要素<条件><操作><作用><現象>が必要であることを説明して、科学的な根拠をもった理論仮説を設定する。この理論仮説を検証するために、「磁石の性質や磁界を見いだす実験」、「導線やコイルのまわりの磁界のようすを調べる実験」、「磁界の中で電流を流すと､電流はどのような力を受けるかを調べる実験」の３つの実験を行う。実験方法と結果の予想とその理由から実験仮説を設定し、仮説の検証に向けて実験を行う。実験の結果を分析・解釈して結論を導きだし、理論仮説の修正を行う。最後に理論仮説の検証を行って科学的な結論を導きだす。また、理論仮説と実験仮説を設定したり、実験結果の分析・解釈を行ったりするために、「理論仮説設定シート」「実験仮説検証シート」「理論仮説検証シート」の 3 種類のワークシートを活用する。このシートを使って、実験結果の分析として、図式化･モデル化･客観的事実の読み取りを行い、分析結果の解釈として、実験仮説を検証し、事象の性質や関係性、規則性を見いだし、理論仮説の検証を行い、事象を合理的に説明する結論を導き出すことができるように指導する。３単元の目標 ○ 磁界のようすや電流が磁界から力を受けることなどに関心を持ち、意欲的に観察・実験を行い、その現象を日常生活との関わりとしてみようとする。【関心・意欲・態度】 ○ 磁石や電流による磁界の発生や磁界から受ける力について、根拠を持って仮説を設定したり、調べる方法を考えたりして観察・実験を行い、結果の分析や解釈を行い、関係性や規則性を見いだすことができる。【科学的な思考】 ○ 磁石や電流による磁界の発生、磁界から受ける力などについての観察・実験の基本操作を習得するとともに、それらの現象について調べ、表現することができる。【技能・表現】 ○ 磁石や電流による磁界の発生や磁界から受ける力などについて基本的な概念や原理・法則を理解し、その利用について日常生活の事例をあげることができる。【知識・理解】４単元指導計画(8 時間) 次時学習活動・内容学習指導上の留意点評価の観点 1 1/1 1. アルミパイプが動く実験を観察次し、理論仮説を設定する。 (1)アルミパイプが上り坂を上がるよ ○生徒の興味関心を持たせるた興味を持っつうすを観察する。めに、アルミパイプが斜面をて、観察を行か・疑問に思ったことや不思議に感じ上がるように、実験装置で演っている。むたことを発表する。示する。 (関心・態度) 段・アルミパイプが動く現象から、問階題を把握する。

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めあてなぜ、アルミパイプが動くのかを調べよう。 (2) どうしてアルミパイプが動くか ○アルミパイプの動きを科学的を実際に操作して調べる。な根拠をもってとらえさせる (3）アルミパイプが動く理由を考えために、何が使われているか、る。どのような操作をしたかに着・実際の操作を行って、アルミパイ目できるようアドバイスすプがなぜ動くかを予想する。る。予想される生徒の考え ○アルミパイプが動く原因を、 ○磁石がないと動かないことから磁石まず、自分の考えとしてシーが反発する力や引き合う力によってトに記入させ、全体で意見交動いた。 (磁石の磁力) 流を行わせる。 ○電流が流れないと動かないことから電磁石のように力がはたらいた。 (電流による力) ○電流を逆に流したり、磁石を逆に置くと反対に動くことから、電流と磁石によって動き方の規則性があるのではないか。（電流と磁石の関係）・アルミパイプが動く理由を、自分 ○アルミパイプが動くという現の考えとしてワークシートに記入象を自分の考えた理由から検する。証するために、理論仮説を設・全体で意見交流を行い、より科学定する４つの要素が必要であ的な根拠ある理由を考える。ることを説明する。 (4) 4 つの要素を組み合わせ、理論仮説を設定する。・4 つの要素の説明を聞き、それぞ ○４つの要素を設定させるため４つのフレーれの要素をワークシートに記入すに、まず個人でワークシートズを組み合わる。に記入させ、それぞれの要素せて、実験・4 つの要素をグループで話し合い、をグループごとに検討し合い仮説を設定すホワイトボードに記入する。ホワイトボードに記入させ、ることができ・理論仮説をシートに記入する。黒板に整理する。る。予想される仮説 (科学的な思考) 磁石の中で、電流を流すと磁石の力と電流のアルミパイプが（条件）（操作）力が相互作用し動くであろう。 (作用） (現象) (5) 理論仮説を検証するために、何 ○ワークシートに記入された理を調べていけばよいかを考える論仮説から、「磁石のまわり予想される生徒の答えの力のはたらき」「電流によ・磁石の性質（引き合う、反発する力）る磁界のはたらき」「磁石の・金属と磁石の関係（鉄、アルミ、銅）力と電流による力」の３つに・磁石のもまわりの力のようす着目させる。・電磁石の性質（コイルの磁界）・電流のまわりの力のようす・電流と磁石の力の関係・モーターのしくみ

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２ 1/2 2．磁石のまわりにどのような力が次はたらくかを調べる。 (1) 設定した理論仮説を基に、何を ○磁石の性質を思い出させ、ど仮説磁石のま追調べれば検証できるかを考える。のような力がはたらいていたわりの磁界を究 (2) 問題を把握する。かを考えさせる。調べるためのす実験仮説を設るめあて磁石のまわりには、どのような力がはたらくかを調べよう定することが段 (3) 磁石のまわりにはたらく力のよ ○実験方法は 4 人のグループでできるか。階うすを調べるための実験方法や予計画を立てる。観点としては、 (科学的な思考) 想を立てる。科学的な根拠があるか、理論 (4) 実験仮説を設定する。仮説の検証になり得るものかを考えさせる。 2/2 3．計画に従って実験を実施し、磁石のまわりにはたらく力について調べる。 (1) グループごとに考えた実験方法 ○実験方法や結果の予想とその磁石のまわりに基づいて実験を行う。理由、実験仮説を記入するたの磁界のよう (2) 実験結果を分析する。めに、実験仮説検証シートをすを調べ、観 (3) 結果の分析から解釈を行う。活用する。察・実験の結 (4) 理論仮説が検証されたかを確認 ○理論仮説検証シートに実験仮果を分析・解する。説から導きだされた結論を記釈することが入させ、理論仮説の検証･修できるか。正を行わせる。 (科学的な思考) ３ 1/2 4．電流のまわりにどのような力が次はたらくかを調べる。 (1) 問題を把握する。 ○次に２番目の視点である、電電流のまわり流のまわりにはたらく力につの磁界を調べいて調べさせる。るための実験仮説を設定すめあて電流のまわりにどのような力がはたらくかを調べよう。ることができ (2) 電流のまわりにどのような力が ○グループでの実験がスムーズるか。はたらいているかを調べるためのにいくように、実験内容など (科学的な思考) 実験方法や予想を立てる。を確認し、実験が進んでいな (3) 実験仮説を設定する。いグループを適切に支援す (4) グループごとに考えた実験方法る。に基づいて実験を行う。 2/2 5．計画に従って実験を実施し、電流のまわりにはたらく力を調べる。 (1) 実験結果を分析する。 ○実験の結果をワークシートに電流のまわり (2) 結果の分析から解釈を行う。記入するようにさせる。の磁界のよう (3) 理論仮説が検証されたかを確認 ○鉄粉や方位磁針のようすか図すを調べ、観する。をモデル化(矢印で表す)でき察・実験の結るようにする。果を分析・解 ○分析結果から､自分の実験仮釈することが説の正否を確認させる。できるか。 (科学的な思考)

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４ 1/2 6. 磁界の中で電流を流すと、どのよ次うな力がはたらくかを調べる。 (1) 問題を把握する。 ○３番目の視点である、磁界の電流のまわり中で、電流のまわりにはたらの磁界と磁石く力を考えて、問題を把握さのまわりのよせる。うすを調べるめあて電流が磁界の中で受ける力を調べようための実験仮 (2) 電流が磁界の中で受ける力を調説を設定するべるための実験方法や予想を立てことができるる。 ○実験の予想と理由が、実験仮か。 (3) 実験仮説を設定する。説を設定するのに重要となる (科学的な思考) (4) グループごとに考えた実験方法ので自分の考えで記入できるに基づいて実験を行う。ようにする。 2/2 7. 電流のまわりにはたらく力を実験結果を分析・解釈して、結果を導きだす。 (1) 実験結果を分析する。 ○結果の分析を図やモデルで表実験の結果か・実験結果をシートの記入する。すことができるよう、ワークら電流、磁界、電流の磁力線と磁石の磁力線を記シートの中に、図を挿入し、力の向きの関入し、コイルが動く向きとどのよ矢印で表すことによって、力係を見いだすうな関係があるかを考える。の向きを目で見えるようにアことができる (2) 結果の分析から解釈を行う。ドバイスする。か。・実験仮説が検証されているかを判 ○実験仮説の検証の正否を確認 (科学的な思考) 断し、シートに記入する。させ、その中からわかること・実験仮説の検証を基に、導きださを個人で記入できるよう援助れた結論をシートに記入する。する。 (3) 理論仮説が検証されたかを確認 ○電流による磁界と磁石によるアルミパイプする。磁界の及ぼし合いについて説が動いた理由・理論仮説が検証されているか、理明する。を、説明する論仮説検証シートの実験 3 の項目 ○理論仮説検証シートを使っことができるに記入する。て、理論仮説と実験結果の結か。・アルミパイプの動いた現象を説明論を結びつけさせ、考える場 (科学的な思考) できるように、結論を導きだしワを設定する。ークシートに記入する。 ○アルミパイプが動いた理由を・実際にアルミパイプが動く方向が結論として記述させ、結論を決まっているか確かめる。全体で意見交流させ、共通理解を図る。 ○アルミパイプの実験をもう一度行わせ、理論仮説が正しかったことを確認させる。 1/1 8．磁界の中でコイルを動かすと、電流が発生するかを調べる。深 (1) 事象のようすから問題を把握す ○次の現象が成り立つのか考えめる。させる。「磁界の中で、決まった方向に動かすと、2 つの磁界が力を及

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るぼし、電流が流れるだろう。」段めあて動くと電気を発生させることができるか調べよう。階 (2) 実験方法と結果の予想、予想の ○電気ブランコと検流計を使っ ○ 電磁誘導に理由を考え、実験仮説を設定する。て、電流が発生する装置や手ついて発電機 (3)グループごとに実験を行う。回し発電機などを利用して電など、日常生 (4)結果の分析・解釈を行う気が発生するかを調べさせ活との関わり (5) 理論仮説の逆の現象が起こるこる。で見ようとすとを確認する。るか。 (6) 電磁誘導の説明を聞き、日常生 ○日常生活と関連づけて考えさ (興味・関心) 活の中に利用されていることを知せる。る。５本時平成２１年○月 ○日（○）第○校時第1 理科室 (1) 主眼磁界の中で、導線に電流を流したとき、磁界や電流の向きや大きさは、磁界中の電流が受ける力の向きや大きさに関係があるという、関係性や規則性を見いだし、磁界の中でアルミパイプ動く現象を科学的に説明することができる。 (2) 本時の授業仮説自分が立てた理論仮説を検証する場において、実験仮説検証シート、理論仮説検証シートの２つのシートを使って、実験仮説の実験結果から分析・解釈を行い、理論仮説の検証が行えるワークシートを活用すれば、アルミパイプが動く原因を科学的な結論として、導きだすことができ、関係性や規則性を説明することができるであろう。【細目】 ① 実験仮説を検証する実験結果の分析を行う段階で、実験仮説検証シートを活用し、コイルの動きから、電流の磁力線と磁石の磁力線のようすを図で表すワークシートの工夫を行えば、電流が磁界から受ける力を磁力線の疎密の関係から分析を行い、生徒は電気ブランコが動く関係性や規則性を見いだすことができるだろう。 ② 実験仮説を検証する実験結果の分析を行う段階で、実験仮説検証シートを活用し、電流の向きや磁界の向きによってどのように動くかを結果の分析から解釈し、電流の向きと、磁界の向き、力の向きを矢印で表すことができるワークシートの工夫を行えば、3 つの矢印の向きが、それぞれ垂直の関係になることを読み取ることができるであろう。 ③ 結論を導きだす段階で、理論仮説検証シートを活用し、実験結果の分析・解釈した内容を基に、理論仮説が検証されたかを記入できるようにワークシートの工夫を行い、アルミパイプの動きを結論と結びつける場を設定すれば、生徒は、磁界の中で、アルミパイプに電流を流すと、電流の向きと磁界の向き、力の向きという３つの向きの関係性や規則性をを使って科学的な結論を導きだすことができるであろう。 (3) 準備 ①実験仮説検証シート ②理論仮説検証シート ③アルミパイプの実験装置（生徒用）

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(4) 本時段階学習活動・内容手だての内容・方法・留意点配時導入１学習のめあてを確認する。 ○前時の実験を思い出し、本時の学習内容を確認する。５めあて電流のまわりの磁界と磁石のまわりの磁界がコイルを動かす向きとどのように関係があるか調べよう。展開２実験結果を分析する。 ○実験の結果をシートに記入する。 ○ 結果の分析を図やモデルで表すこ・電流の向きと磁界の向きを決めたときのとができるよう、ワークシートの分析コイルが動いた向きを矢印で表す。中に、図を挿入し、矢印で表すことによって、力の向きを目で見えるようアドバイスをする。 ○電流のまわりの磁力線、磁石のまわりの ○シートの中に、図を挿入しておく。磁力線を記入し、２つの磁力線と、コイ力の向きと 2 つの磁力線の様子か１５ルが動く向きにどのような関係があるからどのような規則性があるかを見を考える。いださせる。 ○グループで考えたことを画用紙に記入 ○気がついたことを発表できるよう、し、黒板に掲示する。 2 つの磁力線の様子をコイルの右予想される生徒の考え側と左側に着目させる。・磁力線が同じ方向のところと違うところがあり、違う方向にコイルが動く。・磁力線の強めあるところと弱めあうところがあり、強い方から弱い方へとコイルが動く。 ○電流の磁力線、磁石の磁力線とコイルが動く向きについて、全体で考え、事実を見いだす。３結果の分析から解釈を行う。 ○実験仮説が検証されているかを判断し、 ○実験仮説の検証の正否を確認させ、シートに記入する。自分の考えと実験の分析があって解釈予想される生徒の考えいるかを判断させ、その中からわ・仮説が検証されたかることを個人で記入できるよう導線に流れる電流の磁界と、磁石の磁界が援助を行う。干渉し合い力がはたらく。 ○実験仮説の検証を基に、導きだされた結 ○ 電流による磁界と磁石による磁界１０論をシートに記入する。の力の及ぼし合いについて説明を予想される生徒の考え行う。・磁界の中で、電流を流すと、導線のまわりの磁界と、磁石のまわりの磁界がお互いに ① ② ③ ④ S S N N N N S S

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干渉し合い、ある決まった方向に動く。結論磁界の中で、導線に電流を流すと、２つの磁界が相互作用し、磁界が強めある方向から弱めあう方向に力がはたらいて動き出す。 ○電流、磁界、力の向きについての説明を ○ ２つの磁力線の作用によって、コ聞く。イルが動く向きは、フレミングの左手の法則を使うとわかりやすいことを説明する。４理論仮説から結論を導く。結論 ○理論仮説が検証されているか、理論仮説 ○ 理論仮説解釈シートを使って、理解釈シートの実験３の項目に記入する。論仮説と実験結果の結論を結び付予想指される生徒の考えけさせ、考える場を設定する。１５・理論仮説は検証された磁界の中で、磁石の磁界と､電流の磁界が干渉し合い力がはたらくことがわかった。 ○理論仮説の検証されたことから、アルミ ○ 理論仮説の検証によって、アルミパイプの動いた現象を説明できるようパイプが動いた理由を結論としてに、結論を導きだしシートの結論に記入記述させ、結論を全体で意見交流する。させ、共通理解を図る。予想される生徒の考え・磁界の中で、アルミパイプに電流を流すと、電流の磁界と磁石の磁界が疎と密の関係から決まった方向に動き出す。 ○見出した規則性を用いて、アルミパイプ ○ アルミパイプが動く実験を、もうが動く理由を説明できるか、実際にアル一度行わせ、アルミパイプの動きミパイプが動く方向が決まっているのかが、結論と同じように動くのかをを確かめる。操作させ、理論仮説が正しかったことを確認させる。ま５本時の授業のまとめを行う。と ○身のまわりの身近な現象として、電動機 ○身の回りのことと関連づけて、５め (モーター)があることを知り、次時の学モーターがあることを説明する。習内容を確認する。