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Report

平成19年度経済産業省「理科実験教室プロジェクト」
【授業タイトル】電流のはたらき(6年生)

【協力企業】NECトーキン株式会社

【授業のねらいと概要】

項目内容
授業のねらい

電磁石のしくみとはたらきを、磁石と比べながら理解する。さらに、電磁石の力を大きくするしくみを調べることで、電流のはたらきを理解する。

授業の概要

第6学年「電流のはたらき」の単元の導入部分として実施する。3、4年生で別々に学んだ「電気」「磁石」について磁界を見ることから捉え直し、それぞれが関係し合っている事を発見し、電磁石への興味を喚起する。さらに、電磁石をつくり、しくみやはたらきを理解する。そして、電磁石のはたらきを利用した製品に触れ、電磁石が身のまわりで工夫して利用されていることを知る。

【特別講師にお願いしたいポイント】

項目内容
特別講師にお願いしたいポイント
(本授業内容の中で、企業が関わるからこそできる点、授業の際に必ず踏まえてもらいたい点)

宮城県では、技術者と科学者の視点(工学的アプローチ・理学的アプローチ)から、「実験室から実社会へ」のつながりのある授業を提案しています。

<工学的アプローチ>

技術者が関わる意味...
・技術力を活かした製品に触れることにより、電磁石の性質を実感することができる。
・電磁石を使っている製品のしくみ知り、実験で発見した磁石や電気のはたらきが、日常生活でどのように役に立っているかを知ることができる。

●コイルを上手につくる技を披露し、強い電磁石をつくるために必要な電磁石のしくみや、作り方の工夫を知る。

<理学的アプローチ>

科学者が関わる意味...
・電磁石を理解する前提となる「磁石」「電気」について、「磁界を見る」という科学の本質的なアプローチから理解することができる。
・磁力線を描くことで、原理や法則を自ら発見することができる。

●磁力線がつくる模様で興味を喚起させ、永久磁石の間にはたらく力を磁力線によって観察する。
●電流が流れているコイルがつくる磁界を観察し、電流と磁界の関係を発見する。

【授業進行例】(45分×2)

時間授業の内容・流れ
○児童の活動 ★企業講師が実施 ☆教員が実施 ▼主な児童の反応
学習のねらい必要な教具・教材
/☆留意点
導入
(5分)

【1時間目】

○講師の方と挨拶をする。
☆講師の方を紹介する。今までの授業の内容を振り返る。
「今日は、科学者の●●さんと技術者の○○さんと一緒に、『電流のはたらき』の授業をします。3年生と4年生のときに勉強した、磁石と電気についての内容ととても関係があります。1時間目は、磁石の性質をもう一度確認していきましょう。」

★自己紹介する。

○科学者のお話"磁石の不思議"を聞く。

★科学者
「どうして磁石はくっつくのでしょうか?磁石や鉄ではないものが間にあっても、磁石はくっつきますね。磁石からは見えない力が出ているのですね。磁石のまわりの様子をどうしたら見えるでしょうか?みんなで実験していきましょう。」

○3・4年生のときに学んだ、磁石・電気についてふり返る。

○磁石がくっついたり、はなれたりする現象を確認し、磁石からは見えない力が出ていることを理解する。

展開1
(15分)

○実験"砂鉄で線を描こう!~PART1~"

<実験の手順>
① ビーカーに水を入れる。
② 磁石をビーカーの外側に置く。
③ ビーカーの中に砂鉄をまく。
* 磁石の数を1つずつ増やし、砂鉄の様子を観察する。
* 磁石を置く向きを変えて、砂鉄の様子の違いを観察する。(同じ極どうし、異なる極どうし)

▼「くっついた。すごーい。」
▼「線みたいになっている。」
▼「ギザギザしている。」
▼「柱みたいにつながった。」
▼「ウニみたい。」
▼「ひげみたい。」

○考察

★科学者
「どんな模様が見えましたか?この砂鉄でできた模様は『磁力線』と言います。磁石の"磁"に、磁石の"力(ちから)"、線みたいに見えるから"線"と書いて"じりょくせん"と読みます。磁石と磁石の間は、目では見えないけれど、砂鉄で見えるようにしたら、線になっていることが分かりました。」

○技術者の実験を観察する。

実験"砂鉄で線を描こう!~強力磁石~"
★ 技術者
「みんなが今やった実験を、今度は違う磁石でやってみます。これは、ネオジウムといって、世界で一番強い磁石です。今みんなが使っていたのは、フェライト磁石といって、ネオジウムの10分の1くらいの強さです。ビーカーに磁石をつけていないけれど、吸い寄せられているのが見えますか?」
→フェライト磁石とネオジウム磁石で砂鉄の動きを比べる。

○磁石のまわりの見えない力を、砂鉄の動きによって見えるようにする。

○磁石にはいろいろな種類のものがあり、その種類によって磁石の力が異なることを理解する。

<使用するもの>
磁石(3つ)、砂鉄、ビーカー、水

<使用するもの>
ネオジウム磁石、砂鉄、ビーカー、水
☆強力な磁石を使うので、勝手にさわらないよう注意する。

展開2
(15分)

○実験"砂鉄で線を描こう!~PART2~"

<実験の手順>
① 磁石の上に紙を置く。
② 紙の上に砂鉄をまく。
③ 紙を揺らしたり、指で伸ばしたりして、磁力線が見えるようにする。
* 棒磁石を1本置いたときの磁力線を観察する。
* 棒磁石を2本置いたときの磁力線の様子を観察する。近づけたときや向きを変えたときの変化を調べる。(N極とS極、S極とS極、N極とN極)

  

▼「あ、反発している。」
▼「ここは確実につながっているよ。」

○考察

★ 科学者
「砂鉄が濃くなっているところをなぞっていくと、線になりますね。1つの磁石のときは、磁力線がN極からS極へ入っていきます。実は、磁力線には方向があってN極からS極に一方通行に流れています。2つの磁石を異なる極どうしで向かい合わせれば、磁力線は1つ目のN極からもう一つのS極へ入っていきます。同じ極どうしを向かい合わせたときは、磁力線は反発しあいます。」

○磁石がくっついたり、はなれたりする現象を理解するために、極の違いによる磁力線の特徴を観察する。 <使用するもの>
棒磁石(3本)、砂鉄、紙
展開3(10分)

○科学者・技術者の実験を観察する。

実験"砂鉄で線を描こう!~電磁石~"
★ 科学者
「次は、磁石ではないものを磁石にする実験です。技術者の○○さん、それは何ですか?」
★ 技術者
「これは、電磁石といって鉄芯にエナメル線50メートルを1000回巻いたものです。このままでは、砂鉄には変化がありませんね。でも、電流を流すと...。磁力線ができました。」 ★ 科学者
「電流を流したら磁石になりましたね。これとは逆に、磁石のはたらきによって電流を発生させることもできます。電流と磁石には関係があるのですね。」

  

☆「磁石のまわりの見えないところを砂鉄で見えるようにして、磁石の性質を勉強しました。次の時間は、電磁石を作って、電磁石のしくみについて勉強しましょう。これで1時間目の授業は終わりです。」

○電磁石でも磁力線ができることを確認し、磁石と同じはたらきをすることを知る。 <使用するもの>
電磁石、砂鉄、紙、電池
展開4
(20分)

【2時間目】

○実験"電磁石を作ろう!" 、技術者の技を見る。

<実験の手順>
① 鉄くぎをシリコンのチューブにさす。
② エナメル線の端を紙やすりで磨く。
③ エナメル線を鉄くぎのまわりに巻く。
④ エナメル線を電池につなぐ。
⑤ 電磁石の片側に小さい鉄くぎをつける。
⑥ 運び出すことのできた鉄くぎの数を数える。
* 巻き方が異なる電磁石をグループで4種類作り、鉄くぎのつく数を比べる。例:1層に巻く。くぎの片側に何層も巻く。
* どの巻き方が一番多く取れるか調べる。

★ 技術者
「きれいな電磁石を作るには、テンションかけながら巻くのがコツです。エナメル線を引っ張りながら、鉄くぎの方を回します。」

  

▼「(巻くの)難しいなぁ。」
▼「8個ついた。」
▼「もうつかないかな~?」
▼「なんでつかないんだろう?」
▼「線香花火やっているみたい。」

○考察

★ 科学者
「エナメル線が同じ長さでも、巻き方によって、鉄くぎのつく数は違いましたね。鉄くぎが多くつく巻き方のポイントは、①きれいに巻くこと、②釘をつける方向、③多層にすること、です。」

○ 磁石と同じはたらきをするものは、どのようなものでできているのかを、実際に作りながら理解する。



○ 電磁石の作り方によって、はたらく力が異なることを確認する。
<使用するもの>
鉄くぎ(電磁石用:大きいもの)、鉄くぎ(小さいもの)エナメル線、乾電池、シリコンのチューブ、紙やすり
展開5
(5分)

○技術者のお話"製品の紹介"を聞き、電磁石が使われている製品に触れる。

★技術者
「先ほど実験してみたように、電気はオン・オフができるので、磁石とは違った便利さがあります。この性質を利用して製品を作ることができます。例えば、この教室で一番目につくものは、換気扇です。回るものには、たいてい電磁石が使われています。」
「それでは、電磁石のはたらきを利用した製品を紹介します。私の会社では、新しい製品が出るとすぐに買ってきて、部品がどのように使われているのか調べます。」
「これはデジカメを分解したものです。電磁石がズームするところに使われています。電気のオン・オフで動かすことができるのです。」
「これはノートパソコンを分解したものです。電磁石が情報を記憶するところに使われています。」

  

▼「分解した後、もとに戻せますか?」
★ 技術者
「ばらすのはいいけど、組み立てるのは難しいですね。」
▼「あ!積み木壊すのは簡単だけど、積み上げるのは大変なのと(同じ?)」
★ 技術者
「そうですね。(積み木と)一緒です。」

○ 電磁石の磁石とは異なる特徴を、製品に使われている便利さから知る。

○ 電磁石が身のまわりのもので、どのように利用されているのかを知る。
<使用するもの>
電磁石が使われている製品(例:パソコン、デジカメなど)
展開6
(15分)

○実験"強い電磁石を作ろう!"

<実験の手順>
① 電磁石の片側に小さい鉄くぎをつける。
② 運び出すことのできた鉄くぎの数を数える。
③ 電池の数やコイルの数を変えて、運び出すことのできる鉄くぎの数を比べる。
* 実験"電磁石を作ろう!"で用いた、グループ全員の電池・コイルを自由に使って、強力な電磁石を作る。
* 技術者も同じものを利用して、同時進行で実験を行い、グループ・技術者で鉄釘が最も多くつく電磁石を作る競争をする。

   

▼「普通、電池が多いほうがいっぱいつくんだよ。だけど...」
▼「あれ?つかない。」
▼「もう1回やろう。」
▼「4個ついた。」

○考察

★ 科学者
「最高記録教えてください。」
→最も強かった電磁石と、もっとも弱かった電磁石を比べる。
★ 技術者
「これは、コイルから磁力線からどのくらい出ているか、計算してみたものです。」
→コイルの巻き方による磁力線の違いを知るための方法を紹介する。

 

○ 電磁石を強くする方法を知るために、電池やコイルの数を変えて、はたらく力を比べる。


○ コイルの巻き方や電池の数によって、電磁石の強さが変わることを理解する。
<使用するもの>
鉄くぎ(電磁石用:大きいもの)、鉄くぎ(小さいもの)エナメル線、乾電池、シリコンのチューブ、紙やすり
まとめ(5分)

○技術者のお話"技術者の仕事"を聞く。

★技術者
「今日みんながエナメル線を巻いて電磁石を作ったように、製品の中に使われている電磁石も機械ではなく、手で作ることもあります。やはりモノづくりでは手を動かすことが大事ですね。」

「私の会社では、製品の中の小さな部品を作っています。これは、ノートパソコンの内部です。例えばこの部品は、電流を変化させて、機械が精密動くような仕組みになっています。部品を工夫して、電流・電圧を調節できるようにしています。パソコンは世界で1年間に1億台作られています。世界中の人が使っているので、莫大なエネルギーが消費されていることになります。少しでも消費電力を抑えられるようにと、性能の良い部品を作っているのです。」

☆ 「今日は科学者の目で、磁石・電磁石の不思議に迫ったり、技術者の目で、電磁石をどのように工夫すればよいか考えたりしました。今日の話は身のまわりに随分関係がありましたね。」

○講師の方と挨拶をする。

▼「科学者の●●さん、技術者の○○さん、どうもありがとうございました。」

○ 今日の実験をふり返り、磁石・電磁石が実社会でどのように役立っているのかを知る。

プログラム実施の成果・感想(「電流のはたらき」の授業案)

1時間目の科学的アプローチにおいて、「そもそも、磁石ってなんだろう?」という問いかけから、子どもたちの興味を喚起することで、実験を行う必然性が生まれた。子どもたちが本来、もっている知的好奇心を授業の導入において、刺激することが大切であることを感じた。磁場という目にみえないものをいかに想像するか、見えるようにするための実験を立ち止まって考えるという科学者の姿勢が伝わったことが、知的好奇心をはぐくむ一歩になるという成果になった。

さらにサイエンスコーディネータとして、企業講師がつくる授業案を作成した。

現代における電気製品は、省エネ・小型化がすすみ、子どもが企業の製品を、そのままの形では理解できない。小学校の指導要領をふまえ、電磁石のはたらきという内容で、発展的な理科実験を行った。電磁石を自ら工夫してつくるという実験を行っているので、企業がつくった電気製品に関して、授業で学んだ「電流のはたらき」がどのように実際の製品で使われているのかを、子どもたちが実感できたことが成果といえる。科学的な視点からは、1時間目の授業で、磁場そのものを可視化しているので、2時間目の電流がつくる磁界についても、イメージが湧きやすかったと思う。

さらに企業がつくる製品に対する理解だけではなく、技術者が子どもたちと一緒に電磁石をつくる過程において、導線をいかにきれいに巻いていくかという、技術者が持つ「わざ」に関しても、子どもたちに伝わった。技術者が「ものづくり」に対して持つ緊張感が教室全体の雰囲気をつくった。

最後に技術者が、実際に製品開発に取り組んでいる現場での話をしたが、実社会で若手の技術者がどのような仕事をしているのか、社会における職業観の育成になったのではないか。

学校の先生に関しても、授業中に写真やメモをとる先生がいたり、実験器具の準備の仕方に関しても質問を受けたので、磁場を可視化する実験系や、電流のはたらきに関する発展的な実験系に対して、興味をもった先生が増えたことは、本教育プログラム実施の成果といえる。

今後の改善点(「電流のはたらき」の授業案)

単に電磁石をつくるだけでなく、電流がつくる磁場を探るという発展的な内容の理科実験であったが、磁場のイメージをつくる事は、子どもたちにとって、少し難しく感じるのではないかと思われた。言葉では伝わりにくい部分を画像やイラストなどの補助教材を用いることで、改善していきたい。電流のはたらきに関する考察とまとめに関しても、パワーポイントなどで、要点をイラストにしたものを用いれば、授業で学んだ課題に対する記憶の定着がより効果的に行われるはずだ。

円滑な授業の実施(「電流のはたらき」の授業案)

授業の導入部分において、本教育プログラムが理科の単元の流れの中で、どのような位置づけにあるのかを担任の先生に話していただいた。授業を円滑に進める上で、普段、子どもたちと接している先生が、授業の内容を大きく紹介し、科学者と技術者を紹介するということが、重要なポイントとして上げられる。

 さらに、授業中の「理科実験」においても、子どもたちに実験の手順の進度の差が生まれたが、先生方が適宜、子どもたちをサポートするという形で、授業が円滑に進行した。そして、授業のまとめにおいては、担任の先生が、1時間目と2時間目のポイントを端的に説明し、今後の課題も説明したので、「電流のはたらき」の今後の授業へのつながりになっていったと考えられる。



平成19年度経済産業省「理科実験教室プロジェクト」実施報告

※詳細につきましては、こちらをご覧ください

授業プログラムリスト



NPO法人 natural science

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