はじめに
今、世界的に STEAM 教育の推進が注目されています。この複雑で変化の速い世の中でよりよく生き、社会を前進させる能力を養うためには STEAM 教育が不可欠です。また、2022 年
度からは高校で「総合的な探究の時間」や「理数探究」などの探究科目が始まりますから、小中学校でもそれに向けた準備が必要となります。さらに、文部科学省が学習の基盤と位置づける情報活用能力を育てる上でも、児童生徒の発達段階に合わせた「STEAM 教育的な授業」が求められています。そうした授業では、一人ひとりの興味関心に近い課題設定と創造的な活動を行うことによって、学びに向かう力も高まることが期待されます。
しかし現状の学校では既存各教科の授業がいっぱいで時間的余裕はなく、「総合的な学習の時間」以外には探究のための授業時間が取れないのが現状ではないでしょうか。また、そうした学習の成果は評価が難しいという問題や、指導にあたる教員にとって負担感が大きいという問
題もあります。
そこで、こうしたハードルを極力下げるため、本研究では内容的にも授業時間的にも既存教科の枠の中で実現可能な「STEAM 教育的な授業」を実践しました。これらの授業では既存の学習内容に関連した社会的課題を設定し、情報端末と最新のプログラミング教材やセンサーを組み合わせて活用しながら、限られた時間で可能な創造的な活動や探究を指導していきました。
特に留意したのは、児童生徒に該当教科と他の教科との関連を意識させながら、さらなる学習
意欲を育むことでした。
フルスペックの STEAM 教育を「大きな STEAM」とすればこれらは「小さな STEAM」と言えるでしょう。いくつかの「小さな STEAM」の積み重ねは、「総合的な学習の時間」などにおける本格的な STEAM 教育へとつなげていくことができるはずだと私は考えています。
本研究では、授業の設計と実践にあたって宮城教育大学附属小学校・中学校や仙台市の先生方にご協力いただき、情報端末と連動する教材開発（サンプルプログラムやブロックを使った作例も含む）を株式会社アーテックに担っていただきました。本書は 3 年間にわたったその実
践をお伝えする報告書です。授業案および開発したプログラムも本書に公開させていただきました。諸先生方の目に留まり、お役立ていただければ幸いです。

安藤 明伸
宮城教育大学技術教育講座教授
情報活用能力育成機構副機構⻑目次Technology

ScienceEngineering

Arts

Mathematics

はじめに
宮城教育大学 教授

安藤 明伸

…1

第０章
図解解説
コラム

STEAM 教育ってなに？

2022 年は STEAM 教育元年

高等学校ではじまる「探究科目」

…3
…12

第１章
小さな STEAM 実践１
コラム

風車をまわしてエネルギーをつくろう（中学理科）

デジタル計測のお手本

Microsoft Hacking STEM

…13
…24

第２章
小さな STEAM 実践２
コラム

きれいな水ってどんな水？（小学総合・中学理科）

STEAM は社会的課題の設定からテーマの宝庫 SDGs

…25
…36

第３章
小さな STEAM 実践３
コラム

地震に強いタワーを建てよう（小学理科）

ＧＩＧＡスクール構想とマルチＯＳ

…37
48

第４章
アーテックロガーとアーテックロボで「デジタル計測」と「プログラミング」「小さな STEAM 」活用アイデア集

…49

巻末対談
安藤 明伸（宮城教育大学教授）× 三宅 丈夫（本誌編集長）「STEAM 教育は どこに行くのか ー 編集後記に変えてー 」
2

66

STEAM 教育ってなに？
ス テ ム

ス テ ィ ー ム

「 STEM」と「 STE A M 」物 語
STEM は 1990 年代の米国で、S(Science= 科

第章0学）・T(Technology= 技術）・E(Engineering=
工 学 ）・M（Mathematics= 数 学 ) と い う 理 工
系教科の要素をまとめるものとして生み出された言葉です。英語で stem という単語は「幹」を表します。主に「ものづくり」の面での国際競争力を高めることを目的とした科学技術系人材の育成
政策として注目され始めました。米国では 2015
年 に「STEM 教 育 法 」 が 成 立 し、 教 員 も 含 め た
人材養成に多額の予算が充てられることになりました。
また、21 世紀になって、インターネットや情報端末の利用が進むと、それまでの「ものづくり」の 知 識 や 技 術 に 加 え て、 人 の 感 性 に 訴 え る、 使
い や す い 形 の 設 計 や、 わ か り や す く 情 報 を 伝 え
る 表 現 の 重 要 性 が 増 し て き ま し た。 そ う し た 流
れ を 背 景 と し て、 デ ザ イ ン や 表 現 の 要 素 A(Artま た は Arts= 芸 術 ) も 加 え て STEAM 教 育 と して推進するという考え方が支持を得ました。
さ ら に、 社 会 の 諸 問 題 の 解 決 に は 人 文・ 社 会
科 学 的 な 要 素 も 複 雑 に 関 連 し て い ま す か ら、 当
然 そ れ ら の 知 識 や 技 能 も 必 要 と な り ま す。 そ こ
で A を Liberal Arts（ リ ベ ラ ル ア ー ツ = 芸 術や 人 文・ 社 会 科 学 も 含 む 教 養 ） と 捉 え よ う と い
う考えも生まれました。
こうして STEAM 教育は、理工系要素の強い
STEM 教育を「幹」としながらも、新しい時代を生きるすべての市民に必要な教育であると多く の 国 で 考 え ら れ る よ う に な っ た の で す。 日 本の学校教育でもこの立場がとられています。

4

STEAM 教育ってなに？

日 本 で は、 文 部 科 学 省 が「Society5.0 に 向 け
た 人材育成 (2018 年 )」 で、 AI やロボットと共※2

2016年に内閣府は、今後目指すべき社会は「狩猟・農耕・工業・情報」に続く「超スマート社会＝Society5.0」としました。

存する新しい時代には、そうした社会を支え、あるいは牽 引 し て い く「 人 間 と し て の 強 み 」「 未 知の 状 況 に も 対 応 で き る 思 考 力・ 判 断 力・ 表 現 力 」

第を持つ人材の育成が不可欠であると表明しました。
そのためには「個別最適な学び」「基盤的な学力や章

0

情報活用能力の習得」「文理分断からの脱却」が必要であるとされました。

内閣府ホームページ「Society 5.0」より
https://www8.cao.go.jp/cstp/society5_0/「学びのSTEAM化」とは「創る」と「知る」を循環させる学びと表現されました。

また時期を同じくして経済産業省の提言「未来探究・プロジェクト型学習（PBL）
一人ひとりの「ワクワク」か ら 脱 却 し、 文 理 融 合 型、STEAM や デ ザ イ ン 思考などの教育が必要であると明記されました。

学びのSTEAM化「創る」

特に、高校大学で専門分野が分かれる「文理分断」の教室ビジョン」においても、低年齢から「文理融合の知」を使い、試行錯誤しながら社会課題の「知る」

解決に取り組む「学びの STEAM 化」が必要であると述べられました。

文・理の教科知識や専門知識

経済産業省「未来の教育ビジョン（第2次提言）」（2019年6月）より作図2021 年に中央教育審議会は、STEAM の A の範囲を広く定義することを示しました。

2020 年から施行されている現学習指導要領で「STEAMの各分野が複雑に関係する現代社会

は、 情 報 活 用 能 力 は 学 習 の 基 盤 と さ れ て い ま す。

に生きる市民として必要となる資質・能力のなかでもプログラミング教育は、STEM や STEAM育成を志向するSTEAM教育の側面に着目し,教育に欠かせない要素です。

STEAMのAの範囲を芸術,文化のみならず,

さ ら に 高 校 の 学 習 指 導 要 領 で は、STEAM 教 育

生活,経済,法律,政治,倫理等を含めた広い範は「各教科での学習を実社会での問題発見・解決

囲（Liberal Arts）で定義し,推進することに生かしていくための教科横断的な教育」 と定が重要である。」※3

義されています。
中央教育審議会答申（2021年1月26日）より※2

文部科学省「Society5.0に向けた人材育成~社会が変わる、学びが変わる~」（2018年）※3

教育再生実行会議「技術の進展に応じた教育の革新、新時代に対応した高等学校改革について（第十一次提言）」（2019年）ほか

5

STEAM 教育ってなに？

高校で始まるSTEAM教育ー探究学習
するために「総合的な探究の時間」と「理数探究」

0などの探究科目が始まります。

章

第高 校 で は 2022 年 度 よ り、STEAM 教 育 を 推 進

文 理 の 枠 を 超 え て「 実 社 会 や 実 生 活 に お け る 課
題 」 を探究するのが「総合的な探究の時間」、「教科の系統の中で行われる課題 ※ 4 」を探究するのが「理数探究」などの探究科目です。
文部科学省「STEAM教育等の教科等横断的な学習の推進について」(2021年）
より作図

高等学校

STEAM教育STEAM 教育は、高校の教科横断的な学習の中
で取り 組 む も の と さ れ て い ま す が、 そ の 土 台 として、幼児期からのものづくりや科学的な体験、
あるいは教科横断的・探究的な学習、プログラミン グ 教 育 な ど が 重 要 です。中央教育審議会答申
で は「 小 学 校、 中 学 校 に お い て も、 児 童 生 徒 のプログラミング教育

小学校
中学校

探究的な学習学習の状 況 に よ っ て は 教 科 等 横 断 的 な 学 習 の 中で STEAM 教育に取り組むことも考えられる」と述べられています。

教科横断的な学習

STEAM教育中央教育審議会答申 (2021年1月26日）より作図​新 た に 実 施 さ れ る 高 校 や 大 学 の 教 育 内 容 に 向 けて、小学校や中学校から、すべての教科の学習の基盤となる「情報活用能力」の育成など、土台となる
準備が必要となるわけです。

※46

文部科学省「STEAM教育等の教科等横断的な学習の推進について」（2021年）STEAM 教育ってなに？

小中学校で加速するSTEAM教育の環境
ICT環境の整備が進む「GIGAスクール構想」
第及に大 き く 寄 与 し て い く の が、2020 年 か ら0章

小 中 学 校 か ら の STEAM 的 な 学 習 の 推 進 普児童生徒 1 人 1 台端末と大容量ネットワークの 環 境 整 備 を 進 め る「GIGA ス ク ー ル 構 想 」
で す。 こ れ ま で 地 域 間で格差のあった端末の整 備 率 や、 諸 外 国 に 比 べ て低かった学習での
ICT の 利 活 用 の 問 題 が 一 気 に 解 決 さ れ る こ とが期待されます。
文 部 科 学 省 の「GIGA ス ク ー ル 構 想 の 実 現へ」では 3 段階の端末の利用が提案されていま す。 ま ず は 検索サイトの利用などから開始
し、次に各教科の学びを深め、さらに各教科の学びを連携させて社会課題の解決に取り組
む と い う 流 れ で す。 端 末 の 利用が STEAM 教
育に活用できることが明示されているのです。

文部科学省「GIGAスクール構想の実現へ」（2020年）表紙"すぐにでも" "どの教科でも" "誰でも"使えるI C T
検索サイトや文書作成ソフトの利用、一斉・個別の学習面に応じた活用など"1人１台"を活用して、教科の学びを深める。
教科の学びの本質に迫る。
文書作成、コミュニケーション（国語・外国語）、数値データの可視化（算数・数学・社会）、実験観察の動画記録（理科）など"1人１台"を活用して、教科の学びをつなぐ。
社会課題の解決に生かす。
探究のプロセスの様々な場面において活用
文部科学省「GIGAスクール構想の実現へ」（2020年）
より

学校と社会を結ぶ「STEAMライブラリー」
STEAM 学習のねらいは、各教科での学習を
実社会での問題発見・解決に生かすことであり、それには社会における連携や協働が求められます。しかし、学 校 だ け で 入 手 で き る 情 報 には限りがあります。そこで役に立つのが経済産業省の「STEAM ライブラ リ ー」です。こ れ は
SDGs な ど の 社 会 課 題 や 企 業 活 動 を題材とした学習素材、授業のモデルプラン、評価方法な

経済産業省「STEAMライブラリー Ver. 1」
ホームページ
https://www.steam-library.go.jp/

どが整理蓄積された産学連携のオンライン図
書館です。

7

STEAM 教育ってなに？

ここが違うSTEAM教育
今までの授業は教科書に出ているテーマを順序だ

第章

0てて勉強していくものでした。しかし、STEAM 教
育では社会的な課題を設定して、その課題を解決す
課題の設定

ることを目的として学習（探究）活動を進めます。
４つの探究の過程を循環していくという授業の進め方はこれまでの「総合的な学習の時間」と同じです

まとめ・表現情報の収集

自らの 考えや 課 題 が新たに更新され、探究の過程が繰り返される。

整理・分析

が、今後は小学校から１人 1 台のタブレット端末な
どの ICT を活用することをはじめ、その方法は大きく変わっていくでしょう。

① 課題の設定
体験活動などを通して、課題を設定し課題意識を持つ

文部科学省『高等学校学習指導要領（平成30年告示）解説「総合的な探究の時間」編』（2017）より作図② 情報の収集必要な情報を取り出したり収集したりする【ICTの活用】実社会の問題状況に関わる課題、進路や教科等、横断的な課題などを設定する⑤ 新たな課題の設定④ まとめ・表現
気づきや発見、自分の考えなどをまとめ、判断し、表現する【ICTの活用】文献検索、ネット検索、インタビュー、
アンケート、実験、フィールドワーク等③ 整理・分析
収集した情報を、整理したり分析したりして思考する【ICTの活用】論文作成、プレゼン

テーション、ポスターセッション、
提言等で発信【ICTの活用】統計による分析、思考ツール、テキスト
マイニング等で分析

文部科学省「GIGAスクール構想の実現へ」（2020年）
より作図

このように、STEAM 教育では、自分達で主体的に課題を設定し、興味関心に応じて学習を深めていくので学習意欲が湧きやすいとされています。
また試行錯誤しながらも、工夫してものづくりをしたり、発表や表現することの楽しさも得られや
すいというメリットもあります。

8

一方で、授業や準備の時間をどうとるか、評価をどうするかなど指導にあたる先生方の負担感といったハードルもありますね。
（安藤 明伸先生）

STEAM 教育ってなに？

「小さなSTEAM」から始めよう!
していって、さらに「大きな STEAM」につなげていきましょう。（安藤 明伸先生）「総合的な学習の時間」などを使った探究学習

本格的な STEAM 教育の前に、なるべく内容的にも授指します。
前者を「大きな STEAM」とすれば、「小さな STEAM」ともいえるこの実践にあたって、たとえ小さくても、こ

既存授業に
プラス

0

章

本 研 究 で は、「 総 合 的 な 学 習 の 時 間 」 な ど を 使 っ た業時間的にも既存教科の枠の中で実現可能な授業を目

第高校の本格的な探究学習

短時間でできる「小さな STEAM」を工夫（大きなSTEAM）（小さなSTEAM）の中のいくつかはおさえたい「5ヵ条」を挙げてみました。

STEAM教育はじめの一歩

1

5ヵ条

まずは、既存の教科から始めましょう。学んでいる単元の内容と、社会との関係から課題を見つけて、解決を目指しましょう。無理のない教科横断的な学びになります。

課題の設定■ 既存教科の中でも、もともとSTEM教科である理科や技術科、算数・数学からスタートするのが現実的ですが、どの教科でも社会的な課題は見つかります。

2

情報の収集や実験観察、整理から結論のまとめ・表現まで、情報端末などICTを積極的に活用しましょう。STEAM教育では、まさに学習の基盤としての「情報活用能力」が育成・発揮されます。

ICTの活用

3

教科横断

4

創造的な
活動

5

学びの循環

■ 本実践では、特に理科実験で情報端末とプログラミング教材を測定器として使用します。

課題を解決するために、それぞれ既習の教科で育まれた資質・能力を生かしましょう。
過去に勉強した内容や他の教科との関係に気づいてくれたら大成功。
■ Sの視点 自然への興味関心、実験や観察による考察（理科）。
■ Tの視点 プログラミングも含めた「もののしくみ」「ものづくり」への理解と技能（理科・図工/技術科）。
■ Mの視点 数値化・グラフ化して、論理的に考える（算数・数学）。

課題の解決を目指して、「つくる」、「動かす」、「探す」、「集める」など創造的な活動を取り入れましょう。つくっては考える、試行錯誤するのも大事です。自分の考えを「かたち」にまとめて、最後にみんなで発表しあいましょう。
■ EやAの視点

問題を解決する、人に伝える、設計する力やデザイン力など。

ひとつの課題が終わったら、まだ習っていないことや、他の教科の内容にもどんどん興味を持たせましょう。そして本格的には「総合的な学習の時間」でやってみましょう。
■ そして高校の探究学習へとつながります。

9

STEAM 教育ってなに？

デジタル計測でSTEAMを目指す
本研究では限られた学習時間の中で STEAM 授業を目指すひとつの手段として、理科や技術科の授業に ICT 機器を活用した「デジタル計測」を導入しました。

第章

0

これまでの理科の実験や観察では、温度計などで取ったデータをもとに、結果を表やグラフにまとめて考察していました。「デジタル計測」では、同じ手順の中に PC などの情報端末とプログラミング
教材を組み込み、自然界の中の「エネルギー」や「水の汚れ」、「震度」などの現象をグラフなどに可視化して授業に使うことを目指します。既に導入された情報端末やプログラミング教材を使 う の で、 組 み合わせるセンサーや測定の仕方を工夫するだけで、さまざまな実験観察に応用できます。本研究ではこうした「デジタル計測」を、社会的な課題に関連させて、データの取得や比較・分析からまとめ・発表まで探究の様々な場面で使用し、STEAM 教育としての有効性について検証しました。

手づくり実験観察装置＋＝

ICT の利用センサー

デジタル計測プログラミング教材（マイコンボード）

情報端末（PCやタブレット）

問題解決のための実験・観察の工夫

モーターをまわすと電気が起きるね。

どんな形のプロペラがいいかしら。

プロペラの付け方を工夫しよう。

ここにプログラ
ミングが使われてるわ。

グラフにするとわかりやすいね。

デジタル計測では測定を工夫すること自体が創造的な活動になります。そして他にも STEAM 教育の要素がいっぱい詰まっています。
また、小中学校ではデジタル計測のすべての準備や活動を時間内に行うことは難しいと思われます。
そこで、ある程度の機材の配線やサンプルプログラムなどを事前にパッケージ化して用意していくことも必要でしょう。そのための教材開発も本研究の目的のひとつになります。
2019 年から毎年続けてきた３つのテーマの研究事例をまとめたものが次の表です。

10

STEAM 教育ってなに？

STEAM 教育に必要な要素

第2章
水質調査(p.25）

第3章
地震と建物(p.37）◎ 中2 理 科「 電 流 と エ ネ ル ギ ー」・
技術科「計測・制御」から「風力エ ネ ル ギ ー」: よ く 電 気 を 起 こ す
プロペラについて考える。

◎ 小4 総合「仙台と川」から「水質調査」：生き物の住む水はどんな水か考える。

◎ 小6 理科「変わり続ける大地」
から「地
震と防災」
：地震に強いタワーを考える。

◎ 中2 理科「水溶液」について、さらに探究を深める。

「自然と◎ 中2 理 科「 火 山 と 地 震 」・人間」、社会「自然環境から見た日本の地域的特色」等にも対応。

PC またはタブレット端末＋プログラ
ミング教材「アーテックロボ2.0」＋
DC モーターを発電機として使用 ​PC またはタブレット端末＋プログ
ラミング教材「アーテックロボ2.0」＋導線をプローブ(電極)に使用

PC またはタブレット端末＋プログラ
ミング教材「アーテックロボ2.0」＋
サーボモーター・加速度センサー

S ：電磁誘導
T：プログラミング・デジタル計測
E：プ ロ ペ ラ の 作 成 と 工 夫、測 定 器

S ：電気伝導度、水溶液の性質
T：プログラミング・デジタル計測
E：測定器の製作
A：社会科の環境問題など
M：グラフの読み取り・データの蓄

S ：地震と震度、振り子と振動T ：プログラミング・デジタル計測
E ：建物の作成、測定器の製作
A：建物の作成・社会科の防災関連
M：グラフの読み取り・データの蓄積◎ 測定機の組み立て◎ EC センサーの組み立て◎ 起震機の組み立て◎ 形・材質を工夫したプロペラの製作◎ 身近な水・飲み物等の収集（フィールドワーク）◎ 形・大 き さ を 工 夫 し た ビ ル 模 型 の
製作

0

章

①

第

第1章
風力エネルギー(p.13）

課題の設定

②

ICTの利用

③

教科横断

の製作

A：プロペラの作成・社会科のエネ
ルギー問題など

M：グラフの読み取り・データの蓄

積と分析

と分析

積と分析

◎ マーブリング等水の汚れの調査
法の比較④

創造的な活動⑤

学びの循環

理科以外の教科の意識化とさらなる学習意欲の喚起

川の上流と下流での水質の比較や、電気伝導度の化学的・物理的意味への関心

耐震構造の体験的な学習や、児童同士の積極的な意見交換、他教科や生活とのつながりの意識化

11

コラム
第
章

0

2022年はSTEAM教育元年

高等学校ではじまる「探究科目」

新設された7つの探究科目
2022 年度から実施される高等学校の新学習指導要領では、「探究」が重要なキーワードとなっています。
これまでの「総合的な学習の時間」は「総合的な探究の時間」に名称が変更され、6 つの探究科目（「古典探究」
・「地理探究」・「日本史探究」・「世界史探究」・「理数探究基礎」・「理数探究」）が新設されました。なかでも、
STEM/STEAM 教育の姿勢と特に方向性が近いのが「理数探究基礎」と「理数探究」です。「総合的な探究の時間」は幅広い分野における教科を融合した探究であるのに対し、「理数探究」では自然や社会などの様々な事象の中から数学や理科に関する課題を設定し、数学的あるいは科学的な手法を用いて探究を行います。

STEM/STEAM人材を育てる「理数探究」

人口100万人当たりの学士号取得者数「 理数探究」の背景には、近年の日本における理工系の人材

（人）
3000

不足や「理科離れ」などの問題があります。まず、国際的にド2500

イツや米国など各国がこの 10 年で大きく理工系学生の比率2000を伸ばしているのに対し、日本では前回比 112％と比較的小1500さな変化しか見られません（右グラフ）。
また、国際数学・理科教育動向調査（TIMSS2019）では、

1.26倍

1.17倍

1.65倍
1.12倍

1.96倍

1000

1.22倍

500
0

日本の子どもたちは算数・数学や理科の勉強は小学校のうち
は「楽しい」と答えていても、中学生になると、諸外国に比べての国際比較（自然科学分野）

08 19

日本

08 18

米国

08 18

08 18

08 18

ドイツ フランス 英国

08 19 （年度）

韓国

文部科学省 科学技術・学術政策研究所「科学技術指標2021」より作図

その数値は大きく下がってしまうことが示されています（下グラフ）。さらに同調査より「数学や理科を使うことが含まれる職業につきたい」と回答した日本の中学生の割合は、2011 年以降国際平均の50％に満たない状況が続いていることも明らかになっています。このような状態を変えていくためにも、幼児期からのものづ
くり体験や科学的な体験の充実に始まり、小中学校から高校にかけての教科横断的な学習や探究的な学習、そして特に「理数探究」は大きな鍵を握っていると言えるでしょう。
「算数・数学の勉強は楽しい」と答えた割合「国際数学・理科教育動向調査（TIMSS2019）のポイント」( 文部科学省 ) より作図

12

「理科の勉強は楽しい」と答えた割合

https://www.nier.go.jp/timss/2019/point.pdf

風車をまわしてエネルギーをつくろう

授業のポイント
単元名

中学校第2学年理科「電流とエネルギー」

概 要
現代社会では、科学的なものの見方・考え方で日常生活を見つめ疑問を抱き、主体的に疑問を解決しようとする態度を育むことが求められています。しかし、中学の教科、特に理科の学習内容と、日常的な場面や社会問題とを結びつけることが得意ではない生徒もいます。
そこで本研究の実践授業では、理科という教科で考えられる社会的課題として、 SDGsの第７目標

第「エネルギーをみんなに そしてクリーンに」を扱って教科横断型の授業を目指しました。私たちには限られた資源の中で自然環境との調和を図りながら、持続可能な社会を築くために、自然とのかかわり方章

1を考える必要があります。そのひとつの例として、風力発電に着目し、「よりよく電気エネルギーを得られるプロペラとはどのようなものか」という課題を設定しました。
中学校学習指導要領理科第１分野（３）「電流とその利用」では、「電流によって熱や光などを発生させる実験を行い」、条件によって「熱や光などの量に違いがあることを見いだして理解すること」が主な
ねらいとなります。一方、新学習指導要領技術・家庭科の技術分野の内容「Ｃエネルギー変換の技術」では、「生活や社会における問題」を「エネルギー変換の技術によって解決する活動」を通して「問題を見いだ
して課題を設定し、電気回路または力学的な機構等を構想して設計を具体化するとともに、製作の過程や結果の評価、改善及び修正について考える」としています。そこで技術科の「問題から課題を見いだ
す」「ものづくり」「評価・改善・修正」のプロセスと、理科で育んでいる「実験をして結果である測定値を得る」という知識・技能、「結果を分析して解釈し規則性を見いだす」という思考・判断・表現の資質・能力を共に生かして、よりよい社会問題の解決を目指す授業を設計することとしました。
設定した課題の探究のためには、理科室の各チームの実験装置毎に１台のパソコンとマイコンボードを使ったデジタル計測装置を用意しました。これによって実験し、結果を記録・分析し、解釈する理科の内容（Science）に、パソコンの利用やプログラミングの経験（Technology）、効率のよい羽根の製作や計測装置の組み立て（Engineering）、得られたデータの扱い方（Math）、そして学習内容を社会的な視点で捉えるリベラルアーツ（Arts)の要素も取り入れたいと考えました。STEAM教育的な授業としては、問題解決のためにそれぞれの教科で育まれた資質・能力を生かすことができたかを評価することになりました。

14

風車をまわしてエネルギーをつくろう

STEAMとしての位置づけ
STEAM教育の要素

本実践
中 2 理科「電流とエネルギー」から、再生可能エネルギーのひとつである風力エネルギーに注目させた。
技術科「計測・制御」や、社会科などのエネルギー関連の授業からでも設定は可能。

①

課題の設定

7

SDGs

SDGs第7目標関連

エネルギーをみんなにそしてクリーンに

第・ DCモーターを発電機として使い、風力センサーとした。得られた発電量の計測のためにマイコンボードを組み込んだプログラミング教材「アーテックロボ 2.0」を使用。アナログ値をデジタル変換して、情報端末上に発電量をグラフ表示させた。

章

②

1

・ Scratch でのプログラミングの時間を節約するために、サンプルプログラムを事前に用意した。

ICTの活用Science

理科「電流とその利用」の電磁誘導

Technology

③

教科横断

技術科「C エネルギー変換の技術」、デジタル計測など「D 計測・制御」の内容、プログラミングなどコンピュー
タや表計算ソフトの活用等

Engineering

プロペラの設計・製作、誤差の扱い、生活や社会と関わる創造的な問題解決

Math

グラフの読み取りなど数値データの扱い・処理

Arts

学習事項を統合的・社会的な視点で捉えるリベラル・アーツの要素
・ さまざまな素材や形を工夫して、効率よく発電するプロペラの製作を目指した。

④

・ タイトな授業時間にも柔軟に対応できるように、測定器の製作の部分はブロックを組むことで簡略化し、実験の方に時間を重点的に充てることとした。

創造的な活動⑤

学びの循環

理科以外の教科の意識化と、さらなる学習意欲の喚起を目指した。

15

風車をまわしてエネルギーをつくろう

教材の設計
風力の計測

ここではマイコンボードを使った「アーテックロボ 2.0」を使用して、プロペラを取り付けた DC モーターに起きる発電量を測定し、データをグラフでパソコンなどの端末上に表示して、比較する設計としました。

USB
接続

第
章

1

マイコンボード（アーテックロボ2.0）

アーテックロボ2.0のボタンによる測定開始と終了のプログラム＜データ表示部＞＜風力計測部＞

計測器は基本的に組み立ての簡単なブロックパーツ ( アーテックブロック )で構成されていますので、実験内容に合わせて羽根の大きさや計測部をすぐに組み替えることができます。またアーテックロボ 2.0 の測定のプログラム
についてはあらかじめサンプルを用意し、必要に応じていろいろな変更ができるよう配慮しました。
風力計測の配線例

16

風車をまわしてエネルギーをつくろう

データの表示デ ー タ の 表 示 に は 複 数 の 方 法 が あ り ま す。Microsoft Hacking STEM（24 ペ ー ジ の コ ラ ム 参 照 ）の「Windmill and Wind Turbine」 に 提 供 さ れ て い る Excel 用 ワ ー ク シ ー ト を 使 用 す る と、 電 圧[mV]・電流 [mA]・電力 [µW] が同時にグラフ化されます。
また表計算ソフトがない場合でも、「アーテックロボ 2.0」付属のソフトを使用し、Scratch でグラフ描画をプログラミングして、各種 OS の端末で表示することもできます。また「アーテックロボ 2.0」
本体のディスプレイに発電量を LED の数で表示することもできます。
表計算ソフトExcelを使用した
数値・グラフ表示例

Scratchによる描画プログラム例とグラフ表示例

第章

1

リアルタイム表示

LEDによる表示例
積算表示

17

風車をまわしてエネルギーをつくろう

授業の設計 （宮城教育大学附属中学校）
本研究の授業実践では、どうしたらより効率よくエネルギーを得られるかという社会的な課題を、リア
ルな測定データを見て試行錯誤しながら考えさせました。これは実験を通した「知識および技能」「思考・
判断・表現」「学びに向かう力・人間性等」の育成という、中学校理科としての目標の達成にも合致するものです。そして特に本授業では、社会的な課題に取り組む必然性やストーリー性を重視しました。
また授業運営の点で、できるだけ短時間で、より効果を上げられるように 2 時間扱いとしました。

指導計画
第
章

1

時間
第1時

第2時

主な指導内容指導上の留意点・ 羽が回転することで電気エネルギーが生じることを理解させる。

・ 羽の素材、大きさ、形、質量を視点にして考えさせる。
・ 限られた器具を用いて最大限の効果を発揮できる羽を作成するよう促す。

・ 前時で作成した羽の回転数によって生じた電気エネルギーを測定し、PC に出力した結果を基にして考察させる。

・ 前時で考えた条件制御を踏まえた実験に取り組ませる。

指導にあたって宮城教育大学附属中学校

西川 洋平先生

生徒は風力発電が環境負荷の小さい発電方法であることを知ってはいても、風力発電が抱えている困難さについて十分な認識を持っているとはいえません。その困難さの克服のために、たくさんの人が研究や技術開発を進めている現状を踏まえ、本時では、生徒が風力発電のプロペラ開発をする企業の社員の一人という役割を演じる中で、プロペラをつくり、その性能を評価するという活動に取り組ませました。
授業を進めていく中で、「これは数学の先生のおかげ」「技術で身につけた力が考察の部分に生かされているな」「振り返りの文に、美術で身につけた力が出てきた」など、教える側としても教科横断の考え方によく気づかされることが多々ありました。STEAM 教育で育まれた力が生徒の未来に生かされることを願っています。

18

風車をまわしてエネルギーをつくろう

指導案（第1時）
１）本時のねらい

思考・判断・表現・ 電気エネルギーを得るプロペラを評価するための適切な実験の条件を考えることができるようにする。
・ 電気エネルギーを得るプロペラを限られた素材を用いて作成し、よりよく電気エネルギーを得られるように改善する。

２）評価規準評 価 規 準・評 価 場 面

A 十分満足できる

C（満足できない）の対応

電気エネルギーを得るプロペラを評価するための適切な実験の条件を考えることができるようにする。

測 定 時 間、風 の 強 さ、風 向 だ け で はな く、プ ロ ペ ラ と 扇 風 機 と の 距 離、
空 気 の 流 れ、装 置 の 固 定 に つ い て 述べている。

実 験 装 置 を 繰 り 返 し 観 察 さ せ、空気の流れを絵に描くなど視覚化するようにさせる。

素 材 の 特 性 や 形 状 の 工 夫、適 切 な 大
き さ、妥 当 な 質 量 に つ い て 理 由 を 説明している。

プ ロ ペ ラ の 例 を 提 示 し、参 考 に さ
せる。

指導過程３
プロペラの評価のための実験における条件を考えさせる場面。

第1

章

電気エネルギーを得るプロペラを限られた素材を用いて作成
し 、よ り よ く 電 気 エ ネ ル ギ ー を得られるように改善できるようにする。
指導過程４
プロペラを作らせる場面。

３）指導過程教師の働きかけ予 想 さ れ る生徒の反応
問題を把握する。

１ 問題場面を説明する。

・ 自分は風力発電をすることで、エネルギー問題の解決につなげることを目指す企業のプロジェクト
チームの一人であるという役割を担っていることを知る。
回転させるためにはプロペラの改善という課題があることに気づく。

２ 課題を見いだす。

・ プロペラが回転していない。
よりよく電気エネルギーを得られるプロペラとはどのようなものか。

指導上の留意点・評価
エネルギー問題、再生可能エネルギーについてふれておく。
・ 電気エネルギーがプロペラの回転によって生じることを説明する。
・ 場面設定をして、本時の見通しを持つ。
正方形の板状の回転しないプロペラに風を当てて、回転しない様子を提示し「何が」「 どのように」という視点で問題場面を分析させる。

・ プロペラの形を工夫すれば、改善できそう。

よりよく電気エネルギーを得られるプロペラとはどのようなものか。
条件制御について考える。

３ プロペラの評価のための実験における条件を考えさせる。

・ ま ず 自 分 で 考 え、４ 人 グ ル ー プ で 共 有 し、更 に グ
ループ外の生徒と交流して、最終的に自分の考えをまとめる。

４ プロペラを作らせる。

・ 自分でこだわりの素材があれば、それを使って作成する。

５ 次回の予告をする。

プロペラキットを用いてプロペラを作る。

次回にプロペラの評価を行うことを知る。

回転しないプロペラで提示した実験装置をよく観
察させる。
評価場面
電気エネルギーを得るプロペラを評価するための適切な実験の条件を考えることができたか（ノート・発言）。
プロペラの素材、大きさ、形、質量に着目し、よりよ
く 回 転 す る プ ロ ペ ラ を 作 ら せ、名 前 を つ け る よ う
促す。
プロペラの評価をすることで、課題について考える
解決につなげることを強調する。

19

風車をまわしてエネルギーをつくろう

指導案（第2時）
１）本時のねらい

思考・判断・表現・ プロペラが発生させた電気エネルギーを測定し、その結果から、よりよく電気エネルギーを得られるプロペラについて考察できるようにする。

２）評価規準評 価 規 準・評 価 場 面

A 十分満足できる

C（満足できない）の対応

プロペラが発生させた電気エネルギーを測定し、よりよく電気
エネルギーを得られるプロペラについて考察できるようにする。

自 分 以 外 の 班 の 測 定 結 果 か ら、電気エネルギーをよりよく発生させるプロペラの共通点を見いだしている。

素材、大きさ、形状、質量などの視点を与え、プロペラを観察させる。

第

指導過程５
プロペラが発生させた電気エネルギーを測定し、その結果から、
よりよく電気エネルギーを得られるプロペラについて考察できる。

章1３）指導過程教 師 の 働 きか け
１ 課題を確認させる

予 想 さ れる生徒の反応
課題を把握する。

指導上の留意点・評価
前時の生徒の発言を紹介する。

よりよく電気エネルギーを得られるプロペラとはどのようなものか。
２ 評価の方法を確認させる測定機器の使い方や条件制御すべきことについて、班のメンバーと共有する。

端末の使い方、測定する上での条件制御、結果のグ
ラフの読み方について、確認を促す。

３ 測定させる

順番に生徒自作のプロペラから発生した電気エネ
ルギーを測定する。

測定を通して気づいたことをノートにメモさせる。
・ 時間が許す限り、プロペラの改善を促す。

４ 結果を共有させる
５ 考察させる
発表させる

自由に席を立って、他の班のプロペラや測定値を見ながら意見交換する。

プロペラや測定値を見るだけではなく、意見交換する中で自分のプロペラの改善につなげる。

自分の班の測定結果や他の班の考えを踏まえて、
よりよく電気エネルギーを得られるプロペラについての考察を深める。

プロペラの素材、大きさ、形状、質量に着目するよ
うに促す。
評価場面
プロペラが発生させた電気エネルギーを測
定 し、そ の 結 果 か ら、よ り よ く 電 気 エ ネ ル
ギーを得られるプロペラについて考察できたか（ノート・発言）。

６ 振り返らせる

20

測定方法、プロペラの条件、社会問題、日常生活との関連、他教科との関連について考える。

プロペラの評価をすることで、課題について考える解決につなげることを強調する。

風車をまわしてエネルギーをつくろう

授業の実施
授業は理科室で、4 人で 1 つのグループを構成し、各グループに風力測定のセットと、プロペラの性能試験用に同規格の小型扇風機を1式用意しました。プロペラの素材については厚手の工作紙をはじめ、幼児用風車（かざぐるま）の工作用紙、段ボール、ペットボトルなどを各グループで持ち寄りました。

授業の様子
羽の数が発電量の数が発に関係あるか？
に関係あ
あるか
るか

生徒は発電会社の社員。課題を何度も確認。

第
章

1

課題の設定

教科横断の
知識・技能を
使った検証

試行錯誤
しながらの
製作と測定

得られた結果の考察・判断羽の角度が発電量に関係あるか？
材質は発電量に関係あるか？

解決策の発表・表現測定値がでこぼこ
なのはなぜ？

21

風車をまわしてエネルギーをつくろう

授業後のアンケートと考察
授業終了後に生徒たちに授業に対する主観評価と、学習のまとめの自由記述をしてもらいました。
主観評価を集計した結果、「学習活動の楽しさ」「意欲的に取り組めたか」などの設問の回答から、生徒自身も自分たちの取り組みを肯定的に評価している状況が把握できました。また自由記述からも「データの数値化・可視化」「技術科との関連など」の面で、これまでの単に理科実験としてだけの授業より考察が広がったことが確認できました。

授業後の調査結果（主観評価）
第章

1

STEAMや対話からの学びに関する自由記述例（一部）・ プロペラを作るのにも面積や質量なども考える必要があり、作るということ以外にも色々な知識や考え方が必要だったのだと思った。
色々な人の考察を聞いて気づく視点もたくさんあった。私はプロペラを回すだけでなく、色々な考え方見方を持ち色々なことと関連させて考えることが大切だということを、授業を受けて改めて考え感じることができた。

・ この授業では角度や面積、質量、風向、回転軸、円心など、これまでの理科や数学で取り入れてきた知識を最大限に絞り出す必要があった。このような取り組みをすることで、学んだことを活かせる本当の楽しさについて考えさせられた。
・ パソコンにつないで電流や電圧を測定し、一瞬で電力を計算する技
術についてもとてもすごいなと感じた。また使ったのは薄い紙だったが、それでもとても回った人もいたので器具についても必ずしっかりとした素材でなくても工夫次第なのだなとわかった。
・ 発電には色々な分野のことが利用されていると感じた。電気はもちろん、気流や開発の技術、設計には数学的な要素があり、学びを活かすことができると感じた。

22・ 風力に限らずパソコンの測定で他の発電方法、例えば水力や火力なども計測し、技術の授業で学習したエネルギー変換効率について実験してみたい。
・ プロペラの回転を増やすには、プロペラの形や重さが重要だと知り、すごいと思った。最初は形だけではあまり変化しないと思っていたが、実験を通して、少しの工夫で電気エネルギーをより得られたので面白いと思った。数学や社会など他教科で学んだ知識を活かしながら作ることができ、つながりも持ててよかった。
・ 風力発電がどうやって発電しているのかは知っていたが、同じプロペラでも少し形を変えるだけでかなり発電量が変わった。以前
はただの 3 枚のプロペラとしか見ていなかったが、今は 3 枚のプロ
ペラは考えられて羽の枚数、大きさ、角度、全て意味があってあの形になっているのだと思った。
・ い つ も 当 た り 前 の よ う に あ る も の で も、 色 々 な 技 術 や 考 え が 合わさってできていることに気づくことができた。
・ 今回はあまりうまくできなかったが、これからの理科だけでなく他の教科もそのようにして学習を深めていきたい。

風車をまわしてエネルギーをつくろう

普通の理科実験以上の広がり
下図は、この教材に対する感想や価値についての記述をテキストマイニングしたものです。テキストマイ
ニングすると、単に理科実験として行う以上の考察の広がりが確認できました。
素材に関する考察、形状と発電量との考察、パソコンでデータ処理をするというプロセス、数値化・可視化されるデータ、そして技術科との関係などがクラスターとして表出されました。

教材について
第章

1

実践を終えて宮城教育大学安藤 明伸先生

本研究では、中学校理科の風力の計測とプロペラ製作の際に、風力に関するデータ計測を取り入れた理科実験観察教材を研究チームで設計開発し、授業を試行しました。その結果、開発した教材の授業における有用性を確認することができたといえるでしょう。特に STEM/STEAM という概念で教科の学びを関連させることは有効であったと考えられます。 授業を実施した教員からは「リアルタイムに発電量のグラフが出力されることにより、グラフがでこぼこの状態で出てくるところに、測定値の扱いを考える場面が生まれた。測定機器の精密さが生徒に数学との接点を強く感じさせるきっかけとなることがわかった」というコメントや「電流計など、つなげば値が得られるものではなく、自分で測定器をつくることこそ、重要な視点である」との省察もありました。
生徒の自由記述のクラスター分析を見ても、たった 2 時間ですが、学習を大きく広げ、つなげ、
考えることのできる授業になったと思います。

引用論文 日本 STEM 教育学会 第３回年次大会「アーテックロボ 2.0 を用いた風力に関するデータ計測を取り入れた理科実験
観察教材の開発」安藤明伸（宮城教育大学）、西川洋平（宮城教育大学附属中学校）、三宅丈夫、大橋一平（（株）アーテック）

23

コラム

デジタル計測のお手本

Microsoft Hacking STEM

「 デ ジ タ ル 計 測 」 を 含 む ICT 機 器 を 利 用 し た STEM/STEAM 教 育 の 先 行 事 例 に、 米 国 のMicrosoft Hacking STEM (日本語版 https://aka.ms/hackingstem_at) があります。

Hacking STEMのコンテンツ●プロジェクトガイド

第章

1

地球の衛星写真を分析
し気候変動を予測する

テーマの例

地震データを可視化し地震の影響を分析する

ロボットハンドで人間の手の構造を解析する

厚 紙 や 磁 石 などを使って、測 定 器 や 実 験 装 置 を手作りするための冊子。必要な材料や製作手順・
実験手順を紹介している。
●教師用レッスンプラン
授業の指導案や評価基準を紹介した教師用ガイド。
●専用のExcelワークシート

プロジェクトガイド

Excelワークシート

測定結果をわかりやすくデザインされたグラフや表に表示してくれるワークシート。
●マイコンボードの配線図とソースコード
アルディーノArduino などをデータ収集に使うためのサンプ
ルプログラム。

Microsoft Hacking STEM に紹介されている事例は、十分な時間をかけて身近な素材から測定器を手作りする本格的なものですが、本研究では日本の学校の実情に合わせて、準備時間の短縮や、実験終了後の改良、あるいは別の実験への再活用を意識して、手作り部分に組み替え可能なブロックを使用しました。
また本研究では GIGA スクール構想の全端末で利用できるように最低限のグラフ表示としまし
たが、Microsoft 365 や Excel を使用できる環境がある学校では、Microsoft Hacking STEM のページから様々な分析を導くことができる充実したワークシートをダウンロードして活用できます。

ア ー テ ッ ク で は Hacking STEM 対 応 キ ッ ト と し て、実験に必要な部材と Arduino 互換の「アーテックロボ
1.0」 を セ ッ ト に し た「風力発電測定キット」を販売しています。

24

本商品の組立説明書、資料はこちらからダウンロードできます。
https://www.artec-kk.co.jp/dl/mshs/

第

2

章

きれいな水ってどんな水？
（小4総合的な学習の時間「仙台と川」
および中2理科「水溶液」）
小さなSTEAM実践2

生物が生きていくのに必 要な 水 。豊かな自然の水と 、水道水などの身 近な 水にどんな違いがあるのでしょうか。
ここでは、実際に浄水場などで水質検 査に使われるEC（電 気伝導度）センサー
をアーテックロボ2.0でつくり、水質調査を実施しました。小学校では「地元を流れる梅田川」を多角的に調べる50時間の探究学習の一環で「水質比べ」を、また中学校では、理科の「水溶液」の単元をさらに深く学ぶことができました。

きれいな水ってどんな水？

概要
本研究では、マイコンボードを使った「アーテックロボ 2.0」を EC（電気伝導度）センサーとして
デジタル計測を行い、小学校では「総合的な学習の時間」、中学校では「理科」における「水溶液」の学習を対象として実践しました。ここでは STEAM 教育の導入という観点を重視し、低い統合度で教科教育の中で指導した場合の教育的効果について、同一教材を小学校と中学校とで用いた場合の特徴を考察しました。

小学校4年生「総合的な学習の時間」
宮城教育大学附属小学校

渡部 智喜先生

宮城教育大学附属小学校第 4 学年の「総合的な学習の時間」では、仙台市内を流れる梅田川を中心に、川と自分とのつながりを考え、持続可能性につながる行動を実践し「これから」を考える全 50 時間の探究活動を実践しています。

2とで、梅田川は生き物が棲みよい環境であることを捉えることができる。」というねらいで、デジ章

第本時はその 17 時間目にあたり、「梅田川の水と身の回りの様々な水の性質を調べ、比較するこタル計測を取り入れた授業を実施しました。
見た目では水道水と変わらない川の水も、今回の EC センサーを用いることでその違いが明らかとなり「生き物がたくさんすんでいる学校の池の水に水質が近いということは、生き物にとって棲みよい川だと思う」など結論づけることができました。このことからもこの EC センサーは身近な水質を検査する STEAM 教育用の教材として有効であると感じました。

中学校２年生理科「水溶液」
宮城教育大学附属中学校

安達 勲先生

宮城教育大学附属中学校第 2 学年理科の時間では、水溶液の学習において、デジタル計測を取り入れた実験を通して、電流が流れる水溶液と流れにくい水溶液の違いを確認することを実践の目的としました。実験では生徒が主体となって実験計画書をつくり、グループ毎にそれぞれ決めた水溶液の電気伝導度を EC センサーで測定しました。授業の終末では、電流が流れやすい水溶液と流れにくい水溶液の違いを深く考察し、結びとする全 3 時間の学習活動です。
今回の EC センサーを使った実験では、２年生の最後で行う電気の世界と３年生の最初に行う化
学変化とイオンの単元を「つなぐ」実験を行うことができました。私たち教員にとっても貴重な実践の機会を与えていただけたことに、大変感謝しております。

26きれいな水ってどんな水？

STEAM
教育の要素

①

課題の設定

小4 総合的な学習の時間

中2 理科「水溶液」での実践

単元名「仙台と川」の17時間目（全体50時間）での実践
課題は「梅田川の水質を調べよう」
授業のねらいは「梅田川の水と身の回りの様々な水の性質を調べ、比較することで、梅田川は生き物が棲みよい環境であることを捉えることができる。」とした。

6 14

SDGs

SDGs第6・14目標関連

SDGs

安全な水とトイレを世界中に

小中学校共通で情報端末
Chromebook ＋ プ ロ グ ラ ミ
ン グ 教 材「 ア ー テ ッ ク ロ ボ
2.0」＋導線をプローブ(電極)に使用②

ICTの活用課題は「電流が流れやすい水溶液と流れにくい水溶液にはどのようなちがいがあるのか。」とし、生徒の持ち寄った水溶液の電気伝導度の値から、電流が流れやすい水溶液と流れにくい水溶液の違いを考察できる
ようにする。

海の豊かさを守ろう

情報活用能力の体系表 ※5 における、以下の育成を目指す。
・ 知識及び技能のステップ２「調査や資料等による基本的な情報の収集の方法」、「 観点を決めた表やグラフを用いた情報の整理の方法」「 情報の特徴、傾向、変化を捉える方法」
・ 思考力、判断力、表現力等のステップ２「調査や資料等から情報を収集し、情報同士のつながりを見つけ、観点を決めた簡易な表やグラフ等や習得した『考えるための技法』を用いて情報を整理する」「 情報を抽象化するなどして全体的な特徴や要点を捉え、新たな考えや意味を見出す」
・ 学びに向かう力、人間性等のステップ２「新たな視点を受け入れて検討しようとする」

第理科の「電気の通り道」の学習を想起させる。
「 純粋な
水は電気を通さない」「 水に電気を通す物が含まれていれば、電気が流れる」ことを確認する。

Technology

③

教科横断

Science

既 習の「〈1 分 野 物理 〉1. 電 流とそのはたらき」や「〈1分 野 化 学〉2. 化 学 変 化と原子・分 子」の学 習を想 起させ る とともに、調 べ た 水 溶 液 の 分 子 構 造 や 化 学 式 から電 流が流れるのか流れにくいのかを確 認する。

Technology「アーテックロボ2.0」の電導度センサーとScratch を活用したデジタル計測。

「アーテックロボ2.0」の電導度センサーとScratch を活用したデジタル計測。

Engineering

Engineering

Math

Math

本授業では児童自身の創造的問題解決場面がないた
め、その観点に直接触れる学習内容は少ない。

実験結果を縦軸に電圧、横軸を時間としてグラフに出力し読み取らせる。

本授業では時間的に生徒自身の創造的問題解決場面が少なかったが、予想に従って正しい測定結果を得ようという工夫が見られた。

実験結果を縦軸に電圧、横軸を時間としてグラフに出力し読み取らせる。

④

・ 小中学校共通で河川や校内でのサンプルとなる水の採集などのフィールドワークを実施。

⑤

川の上流と下流での水質の比較など更なる関心にも誘導
したい。

創造的な
活動

学びの循環

2

章

Science・ 測定器の工夫や組み立て、プログラミングなどのさらなる活動が可能である。

電気伝導度の化学的、物理的意味などさらなる関心が広がることが期待される。

※ 5 文部科学省「情報活用能力の体系表例（平成 30 年度版）」
https://www.mext.go.jp/component/a_menu/education/micro_detail/__icsFiles/afieldfile/2019/05/16/1416859_02.pdf

27きれいな水ってどんな水？

教材の設計
全体設計
浄水場等では飲料用の水の汚れの度合いを、また農場では肥料の濃さを調べるなど、社会では「EC（Electrical conductivity= 電気伝導度 ) センサー」が広く利用されています。
本授業では、プログラミング可能なマイコンボードを使った「アーテックロボ 2.0」を利用して、水質計測をしました。「アーテックロボ 2.0」のアナログ入出力端子に接続したプローブ ( 電極 ) で、溶液中の電圧を計測し、結果を PC などの端末に表示することで「EC センサー」として利用します。
データ表示部

水質計測部
USB接続

第
A ボタン

章

2

B ボタン

マイコンボード（アーテックロボ2.0）

ESP32 を使用したマイコンボードと入出力端子。
計測の開始と終了はそれぞれ A、Bのボタンを使用した。

全体構成

水質計測部の機能
ここでは、市販の EC センサーと同じように純水が電気を通しにくい、つまり電気伝導度が低いことを利用して、「汚れ」が少なく水質がよいほど電圧が下がる測定器を用意しました。
計測手順は、以下のように行います。① EC センサーのアナログ入出力端子に接続した 2 本のプローブを、調べる溶液に浸します。②測定開始ボタンを押して、片方のプローブから水溶液中に 3V の通電を行います。
③もう一方のプローブが受け取った電圧（アナログ値）を「アーテックロボ 2.0」でデジタル値に変換し、USB 経由で PC に送信します。④ PC に表示された数値を読み取ります。
この測定器では、水質がよいほど表示される電圧が下がります。従って、読み取った値が低いほど電気を通しにくく、水質がよい（不純物が少ない）ということができます。

全体構成

28

水質計測部の構成

プローブを液体に浸している様子きれいな水ってどんな水？

水質計測部のプログラミング
計測の開始・終了の操作は、「アーテックロボ 2.0」に搭載されているボタンを押すことで実施できるようにしました。
左 図 は そ の プ ロ グ ラ ム の 一 部 で す。「アーテックロボ 2.0」の A ボタンを押すとデータ表示プログラム ( 下記参照 ) に「start」メッセージを送り、計測を開始します。また、B ボタ
ンを押すことで計測を終了できるようになっています。
なお、本研究では、プログラムは授業前に Scratch のサンプ
ルプログラムとして用意し、授業では本測定器がプログラムの命令で動いていることを授業者に演示してもらうことになりま
計測の開始と終了のプログラムした。

データ表示部の機能とプログラミング
データ表示についても、読み取り値の経時変化をグラフ化す

第るサンプルプログラムを用意しました。
計測は１秒毎に行われ、プローブから読み取った値 (input)

章

2を電圧に変換しています。また、グラフ表示を行うために、その電圧の値を画面の y 座標に換算し、1 分間経過もしくは B ボ
タンが押されるまでグラフを描画します。

データ表示プログラム

データ表示部の画面例

読み取り値変換プログラム29きれいな水ってどんな水？

授業の設計 （宮城教育大学附属小学校）
宮城教育大学附属小学校第４学年の「総合的な学習の時間」において、単元名「仙台と川」の 17 時
間目（全体 50 時間）で EC センサーを利用しました。本時のねらいは「梅田川の水と身の回りの様々な水の性質を調べ、比較することで、梅田川は生き物が棲みよい環境であることを捉えることができる」ということです。以下は、本時の指導過程を示しています。水道水、梅田川の水、校庭の池の水、味噌汁
について、演示実験を中心として EC センサーの結果について考察する流れになっています。
指導過程
主な学習の流れ

1. 前 時 の 学 習 を 振 り 返り、
課題をつかむ。

2 . 調べる対象を知る。

第
章

2

Ａ 水道水
Ｂ 梅田川の水
Ｃ 校庭の池の水
Ｄ 味噌汁

3 . 実験を行い、梅田川の水質について考える。
【見た目】

水の色や透明度などを目視で観察する。

【パックテスト】

水に含まれる成分について、色の濃さで調べ、比べる。

【マーブリング】

紙に水を垂らして、その広がり方で水質を調べ、比べる。

【電気を流す】水に電流を流し、電圧の数値
から水に含まれる有機物の量を調べ、比べる。

予想される子供の姿
・ 前回、梅田川に川の水を取りに行ったよね。
・ 今日は、その水の水質を調べるのだったね。

指導上の配慮事項（ ★ は 評 価 の 観 点 ）校外学習で梅田川の水を採集してきたことを想起させ、本時の学習では梅田川の水質について調べる
ことを確かめ、課題につなげる。

梅田川の水質について調べよう。
・校庭の池には魚などの生き物が棲んでいるね。
・池の水質と同じくらいならば、梅田川も生き物が棲むことができる水といえるね。
・味噌汁は生活の中で、捨てることもあるよね。
・前に調べたら味噌汁は川に流すと、環境によくな
いとわかったね。
【見た目】
・水道水は、無色透明だね。
・梅田川と池の水ではあまり違いがないな。
・味噌汁は見た感じで他の水と違うことがわかるよ。
【パックテスト】
・梅田川と池の水を比べても、ほとんど色が変わらない。どちらも生き物が棲みやすい環境だね。
・味噌汁は色がついているから調べられないよ。
【マーブリング】
・水道水は大きく広がったから、水の中に余計な物があまり含まれていないことがわかるね。
・梅 田 川 の 水 と 池 の 水 で も 広 が り 方 に 違 い が な いね。どちらもきれいなんだね。
【電気を流す】・水道水だと、電気は流れないから、電気が流れる物
質が含まれていないね。
・梅田川が240mV で、池の水は170mV で、近い数値がでたね。水質は似ているね。
・味 噌 汁 は1000mV で、梅 田 川 の ４ 倍 く ら い の 電
気が流れたよ。電気を流すものが多いね。

★ 生き物の棲む「校庭の池の水」や、生活排水の「味噌汁」と比較させることで、梅田川は生き物が棲むことに適した水質か、また生活排水が川の水質にどのような影響を及ぼすのか考えることができるようにする。

それぞれの実験の結果からわかったことをノートに 整 理 さ せ て い く。
【 電 気 を 流 す 】方 法 で は、理 科の「電気の通り道」の学習を想起させるとともに、「純粋な水は電気を通さない」「 水に電気を通す物が含まれていれば、電気が流れる」ということを確認した上で実験を行うようにする。実験の際は、アーテックロボの電導度センサーとScratch を活用し、プログラミングとセンサーを組み合わせることで客観的なデータが得られることに気づかせていく。
また、実験結果を、縦軸を電圧、横軸を時間としてグラフに出力し読み取らせることで、算数科での学習も活用させていくようにする。各教科との関連を意図的に図っていくことで、統合的・総合的な学びを進めていくようにする。
★ 梅田川の水と身の回りの様々な水の性質を調べ、比較することで、梅田川は生き物が棲みよい環境
であることを捉えることができたか。
（ 発言・ノー
ト：思考・判断・表現）

・この方法で比べると、いろいろな水を同じ条件で比較できるからわかりやすいね。

4 . 本時の学習を振り返る。

・ 梅田川も、校庭の池と同じく生き物が棲める水質だった。けれど、味噌汁のように汚れた水を流し続けると水質は悪くなっていくと思う。
・ 梅田川の環境を守るために、自分たちの生活を見直していく必要があるね。

30

梅田川は、生き物の棲みよい水質であることを確かめるとともに、そのような川の環境を守るために生活排水の処理など、自分たちの生活を見直していく必要があることを捉えさせる。

きれいな水ってどんな水？

授業の実施（宮城教育大学附属小学校）
授業は、児童が採集した梅田川の水、水道水、校庭の池の水、味噌汁について、電子黒板を活用した演示実験を中心として進行しました。
梅田川の水質を、
校庭の池の
水道水、
校
味噌汁の３つと水、
味噌汁
比べてみよう。
比べてみよ

課題の設定

教科横断の
知識・技能を使った検証「純粋な水は電気を 通さない」ことを
確認して…

液体
今 回 授 業 で 使 用 し た ４ 種 類 の 液体

予測と計測

第

水質を調べるEC
センサーはどんなセンサーはプログラムで動いプログラムているのかな？
ているのか

章

2

様々な実験方法の試行と比較

それぞれの液体がどれくらい電気を通すのかを予想し、結果を見てみよう。
4つの液体を見た

得られた結果の考察・判断

目や他の実験方法

でも比べてみよう。
マーブリングとパックテストではどうなるかな？
梅田川の水質を守る

活排水のために、生 活排

処理など、
自分たちの

生活を見直してみよう。

31きれいな水ってどんな水？

授業の設計 （宮城教育大学附属中学校）
本時のねらいは、「 生徒の持ち寄った水溶液の電気伝導度から、電流の流れやすい水溶液と流れにくい水溶液の違いを考察できるようにする」ことです。実験では生徒が主体となって実験計画書をつくり、グ
ループ毎にそれぞれ決めた水溶液の電気伝導度をEC センサーで測定しました。
指導過程
教師の働き掛け予想される生徒の反応
課題を把握する。

1 . 課題を確認させる

2 . 実験の方法を確認
させる

第
章

2

3 . 測定させる

4 . 結果を共有させる

前時に作成した実験計画書を基に、機器の使い方や役割について班のメンバーと共有する。

端末の使い方、結果のグラフの読み取り方について確認を促す。

生徒が持ち寄った水溶液の電気伝導度を測定する。

測定値や気付いたことは計画書の裏側にメモを取るよう促す。

自由に席を立って、他の班の測定値を見ながら、意見交換をする。

測定値だけをメモするのではなく、意見交換をする中で考察の手がかりを見つけさせる。

自分の班の測定結果や他の班の結果を踏まえて電流が流れやすい水溶液と流れにくい水溶液のちがいを考察する。

インターネットを活用して調べてもよいことを伝える。
評価場面
いろいろな水溶液の電気伝導度を調べ、その結果から、電流が流れやすい水溶液と流れにくい
水溶液のちがいを考察できたか。( ワークシー
ト・発言)

教師による説明を聞く。

水溶液に溶けている物質をつくっている原子に金属原子が含まれていると、EC センサーでの測定値が高くなり、電流が流れやすくなることを説明する。

振り返りを記入する。

この実験で疑問に思ったこと、感じたこと、実験の成果、感想等を記入させる。

6 . まとめをする

32

前時に班毎に立てた仮説を紹介する。

電流が流れやすい水溶液と流れにくい水溶液にはどのようなちがいがあるのか。

5 . 考察させる

7 . 振り返りを記入させる

指導上の留意点きれいな水ってどんな水？

授業の実施（宮城教育大学附属中学校）
授業は、生徒が 4 人ずつのチームに分かれ、それぞれ持ち寄った水溶液を使って EC ( 電気伝導度 ) を測定し、それぞれの違いについて考察する流れで進行しました。
それぞれ持ち寄った水溶液を使って、それぞれ持ち寄った水溶液を電流が流れやすい水溶液と流れにくい
電流が流れやすい水溶液と流れ水溶液にはどのような違いがあるのか水溶液にはどのような違いが調べてみよう。

課題の設定

教科横断の
知識・技能を使った検証
EC セン
ECセンサーの使い方や使い方やグラフの読み取の読み取り方を確認し確認しよう。

計測と意見交換

第2章

お互いのグループで得た測定結果を共有して、水溶液と電気伝導度の関係性についての手がかりをつかもう。

得られた結果の考察・判断意見交換した内容

考 察 の 発 表・まとめから、
電気の通りやすい水溶液にはどんな共通点があるの か 、グ ル ー プ で話し合おう。

水溶液に金属原子が含まれていると、電流が流れやすくなることを計測結果と照ら水溶液に通った電流の測定結果のメモ

し合わせてみよう。

33

きれいな水ってどんな水？

授業後のアンケートと考察
同一の教材の教育的効果を比較するために、小学校・中学校ともに授業終了後、学習内容の理解（Q1）、実験装置の有効性（Q2）など同じ質問で、自由記述をしてもらいました。これらを分析した図表からは、小学校では「総合的な学習の時間」、中学校では「理科」という違う教科の中で行われたものの、それぞれの教科のねらいに対する考察を深めている様子がわかります。また小・中学校ともにデジタル計測によって、実験結果が数値化され、結果同士を比較することが学びの深まりに影響を与えていると考えられます。

Q1：センサーの結果のグラフ描画からわかったこと

第
章

2

34

小学校

中学校

● 梅田川の水を初めて見たときとても汚いと思った。でもこの装置を使うと水道水と変わらないぐらいの数値だったので綺麗なのだと思ってびっくりした。味噌汁は予想通りかなり数値が高かった。

● 水溶液の様子が数値化、グラフ化されること自体新鮮でした。今まで何となく見ていたものが数値化、グラフに表される可視化によって具体的に値がわかるようになって様子や変化がよくわかるようになりました。

● 水に他のものが入っていると電気の通りやすさが変わる
ことがわかった。純水は電気をほとんど通さないということがわかった。

● 自分でグラフを書くのよりも正確なので、正しい答えを目で確認できた。また、グラフを書かなくてもよいので、仮説に対して班で話し合う時間が増え考えをより深めることができた。

Q2：プログラムとセンサーを用いた装置を使った感想
小学校

中学校

● マーブリングなどは色が広がるかどうかしかわからない
けれど、装置を使うとどのように反応をするのかわかる
のでよいと思いました。

● プログラミングされていてすごいなと思った。センサーに反応してグラフが書かれているのを見て、私もこういうプログラムが組めるようになりたいと感じた。

● 装置を使うことで変わり方や違いがよくわかったし、装置を使ったからこそ微妙な違いにも気づくことができた。

● 普段の実験では人の目で数値の変化を読み取るが、今回はそれがコンピュータで行われたためより正しい値を見ることができてよかった。また、複雑な機械だったので
どのような仕組みなんだろうと不思議に思い面白かった。

きれいな水ってどんな水？

つぎに、授業内容と他教科との関連について調査しました (Q3)。
小学校では 4 年生という発達段階を考慮し、関連すると思われる教科名だけを挙げさせたところ、算数と理科が挙がりました。中学校では、どのような点が他教科との学びと関連するか自由記述してもらった
ところ、教科名として挙げられたのは、数学、技術、社会、国語そして理科でした。中学校段階になると、様々な教科の見方・考え方の視点を生徒自身も認識できることから、教師側で意図的に他教科と関連させることで、教科横断的に学習内容を結合できることがテキストマイニングの結果からわかりました。

Q3：授業内容と他の教科との関連
小学校● 関連すると思われる教科
算数 : 4 人 理科 :19 人 (29 人学級 )Subgraph:

Coefficient:

中学校
● 数学：
「数値を読み取る力やどの物質が流れやすいか順番に並べるのは数学の内容にも関連していると思いました」
技術：「プログラミングの使用」
社会：「こうじゃないかなと予想してそれの答えを探すために根拠をもとに考えることに関連性がある」「 社 会 の 資 料から物事 を 考 え る 学 習 に 関 連 す る 」
国語：「問いに対する答えやヒントを探すた
め の 方 法 を 決める」「わかっている情報を比較・共通点を探す」「国語の論理的な思考」

第2章

実践を終えてFrequency:

宮城教育大学安藤 明伸先生

本研究で開発された STEAM 教材では、データが数値化・グラフ化されることから各授業のねらいをより深く考察することができました。また他教科との関連を考察させた結果からは、特に中学校での実践は、STEM 教育の頭文字の各教科以外に、社会や国語とも関連させる生徒もいることがわかりました。
これらのことから、校種が進むと、より高度な教材を利用しなければならな
いということではなく、教材は同一でも統合型 STEAM 教育としての効果を発揮する指導が可能であると言えるでしょう。
その一方で、デジタル計測は正確である、という短絡的な理解にならぬよう、教師側で配慮が必要かもしれません。特に小学校段階では、技術や情報の授業がないため、情報活用能力の育成
として位置づけることが重要になります。

引用論文 日本 STEM 教育学会 第 4 回年次大会「小学校と中学校において同一の教材を用いた STEAM 教育の実践と教育的効果の考察」齋藤真子、安藤明伸（宮城教育大学）、西川洋平、安達勲（宮城教育大学附属中学校）、新田佳忠、渡部智喜、
上杉泰貴（宮城教育大学附属小学校）、三宅丈夫、早川健太郎（（株）アーテック）

35

コラム

STEAMは社会的課題の設定からテーマの宝庫 SDGs

SDGs(持続可能な開発目標)とはSDGs(Sustainable Development Goals: 持続可能な開発目標 ) とは、世界各国の課題を解決し、持続可能な社会をつくるために 2015 年に国連で採択された国際的な開発目標です。持続可能な世界を実現するための 17 のゴール・169 のターゲットから構成され、2030 年までの達成を目指し、地球上の「誰一人取り残さない」ことを誓っています。前身の MDGs（Millennium
Development Goals：ミレニアム開発目標）は主に開発途上国向けの目標であったのに対し、SDGs は先進国も含めたすべての国が取り組むべき目標です。さらに環境関連の課題も拡大され、政府だけでなく民間企業や私たち一人ひとりがそれぞれの立場から主体的に行動することが求められています。

第章

2

国際連合広報センターホームページよりhttps://www.unic.or.jp/activities/economic_social_development/sustainable_development/2030agenda/sdgs_logo/

STEAM教育からSDGsを考える
SDGs で目標とされる社会的な課題は、STEAM 教育の中で課題として設定することで生徒にとってより身近なものとなります。STEAM 教育の教科を横断する視点から、エネルギー問題や気候変動といった現在の社会が抱える複雑な問題に対しての考えを深めることで、世界の未来のために自ら行動する姿勢を育成することができます。
経済産業省は、2021 年３月より STEAM 学習用のデジタルライブラリーである「STEAM ラ
イブラリー Ver.1」※ 6 の無償一般公開を開始しました。従来の科目の枠組みにとらわれない統合的・学際的な社会課題や、生徒達にも身近な生活課題が SDGs の 17 項目に結びつけて整理され、24の事業コンソーシアム（大学・研究機関・教育産業など）が提供する 63 テーマの動画・資料コン
テンツ群とともに紹介されています。各コンテンツに学習指導要領との紐づけや指導計画・指導案が掲載されているため学校等での授業でも使いやすく、STEAM の学びのさらなる拡大を目指すた
めの情報源となっています。
また本書でも、各章の事例に関連する SDGs のテーマを番号のアイコンにして表示しております
のでご参照ください。

36※6 経済産業省（2021）「 STEAMライブラリー Ver.1」 https://www.steam-library.go.jp/

第

3

章

地震に強いタワーを建てよう（小6理科「変わり続ける大地」）
総合的な学習の時間や中学理科でも実践可能

小さなSTEAM実践3

東日本 大 震 災(2011年)から10 年 。その 後も日本 各地で震 災は続き 、今 後も日本
列島のどこで大 地 震が 発 生しても不思議ではないと言われています 。ST E A M 教 育
で 求められる社 会 課 題として 、日本 では「 防 災 」が 大きなテーマとなります 。本 章 ではアーテックロボ で 組み立てた「 起 震 装 置 」と高 層タワー の模 型で地 震と建 物の関係を調べながら、住み続けられる街づくりについて考えてみました。

地震に強いタワーを建てよう

概要
小中学校の学習指導要領では、社会科や理科を中心に、多くの学年・教科で防災にかかわる記述があります。
社会科では「地域社会における災害及び事故から人々の安全を守る工夫」や、災害が起きた場合の「地方公共団体や国の政治の働き」を学び ( 小学校 )、日本が世界に比べて「自然災害が発生しやすく防災対策が大切であるといった特色を理解させる」（中学校）ことが求められています。また理科では、「土
地は地震によって変化すること」( 小学校 )、「地震の体験や記録を基に、そのゆれの大きさや伝わり方の規則性に気付くこと」あるいは「自然がもたらす恩恵や災害について調べ、これらを多面的、総合的に捉えて、自然と人間のかかわりについて考察すること」( 中学校 ) と記述されています。
この他にも体育・保健体育では、「けがの防止」や「簡単な手当」、技術・家庭（家庭分野）では「安全で快適な室内環境の整え方を知る」など防災について各教科の中で多面的に学んでいきます。 ※ 7
本章では小学校理科「変わり続ける大地」の授業の中で、STEAM 的な要素として、「 地震に強いタワーを建てる」という課題を設定しました。この課題を探究していくため、実験装置として「アーテックロ
ボ 2.0」を使った起震装置の上に、ブロックで組み立てたタワーを建て、加速度センサーを付けて、ゆれ方をデジタル計測することを試みました。また、実際のビルに使用されている「制震ダンパー」と呼ばれる仕組みを再現する振り子とおもりをタワーに付けて、地震対策の実験を行いました。その際に、コンピューターの活用や他教科との関係を意識させることを目指すとともに、防災教育の観点から、災害に対する備えや、災害から生命を守るためにできることについて考え、話し合うように指導しました。

第章

3

指導にあたって仙台市立中山小学校

栗木 直也先生

本校では、様々な教科や活動で Chromebook を活用しながら、情報活用能力の育成に力を注いでいます。本授業では、身につけてきた情報活用能力を発揮して、児童が主体的に問題解決ができるように授業を組み立てました。
アーテックロボを使用し、地震で建物がゆれている様子を目の前で体験することで、理科の学びがどのように世の中で生かされているのかを考えたり、悩みながら問題を解決する楽しさを実感できたりするなど児童の学びが深まったと感じています。一人一台端末の今だからこそ、
インターネットで調べたことだけで理解した気にならないように、実際に体験して考えることの大切さに児童も気づけたと思います。また、他教科のつながりを意識した授業をすることで、これまで学習してきた知識がつながっていく楽しさを実感している児童の姿が印象的でした。

38※7（1）学校における防災教育 1．学習指導要領における防災に関する記述 別紙1（学習指導要領における防災に関する記述（小中学校））
https://www.mext.go.jp/b_menu/shingi/chousa/kaihatu/006/shiryo/attach/1375029.htm

地震に強いタワーを建てよう

STEAMとしての位置づけ
STEAM教育に必要な要素本実践◎ 小6理科「変わり続ける大地」→地震と防災

①

課題の設定

「 自然と人間」・社会「自然環境から見た日本の地域的特色」・総合「防災を考える」◎ 中２理科「火山と地震」→「地震と防災」

11

SDGs

SDGs第11目標関連

住み続けられるまちづくりを◎ PC またはタブレット端末＋プログラミング教材「アーテックロボ
2.0」＋サーボモーター・加速度センサー②

ICTの活用◎ 情報活用能力の育成（仙台版 情報活用能力学習目標リスト
A1（記録と編集）、B1（取捨選択）、B8（評価と改善）、
C2（情報の分類）、C6（データの傾向）※8）

Science

地震と震度、振り子と振動Technology

③

教科横断

コンピューターの活用、プログラミング、デジタル計測

Engineering

ゆれに強い建物をつくる

Math

グラフの読み取り、データの蓄積と分析

創造的な
活動

⑤

◎ 起震機の組み立て

3

章

④

建物の作成、社会科の防災関連「地震や火山について世界と日本の比較」「災害から生命を守るためにできること」

第

Arts

◎ ビル模型の製作と振り子の位置の調整◎ ビル模型の型や大きさなども、時間があれば工夫できる。

◎ 理科・社会科の関連分野への興味関心と、発展的な学習への意欲の喚起

学びの循環※ 8 仙台市教育センター「仙台版 情報活用能力 学習目標リスト」
https://www.sendai-c.ed.jp/04kenkyu/31joho/h30gakurisu0321.pdf

39

地震に強いタワーを建てよう

教材の設計
全体設計
本教材は、新学習指導要領に対応するプログラミング教材として開発されたマイコンボード「アーテックロボ2.0」を利用し、振動実験を行うものです。実験装置は次の３つから構成されています。
①サーボモーターにより一定の振動を与え、地震を再現する起震装置②加速度センサーで計測した値を、専用ソフトウェア上でグラフに表すデータ計測部③高層ビル等で採用されている仕組みを参考にした制震ダンパー
起震装置

データ計測部

マイコンボード（アーテックロボ2.0）①起震装置と②データ計測部

アーテックブロックでつくられた③制震ダンパー

起震装置の機能
起震装置は「アーテックロボ 2.0」にサーボモーターを接続し、規則的に動かすことで地震のゆれを再現します。この振動は、「アーテックロボ 2.0」に搭載されているボタンを押すだけで開始・停止

第章

3

させることができます。
以下に示しているように、サーボモーターが規則的に左右に振れることで天板が動き、振動を発生させるメカニズムです。この際に天板は水平に振動するように設計されています。
加速度センサーサーボモーター90°

振動については、サーボモーターの基準位置 (90°
) からの回転角度を設定することでゆれが発生するようにプログラムされています。また、振動の設定は簡単に変更できるようになっています。
「振動周期」の値はゆれの頻度を、「ゆれの幅」はゆれの大きさを表しており、実験内容に合わせた独自のカスタマイズが可能です。

40

起震装置のプログラム

地震に強いタワーを建てよう

振動計測部のプログラミング
計測開始時の加速度センサーの計測値を基準として、３方向の加速度の値からゆれの大きさを求め、そのデータを蓄積します。そして集めたデー
タをもとに、気象庁の震度計測方法を用いて計測震度を算出するようプログラムされています。

データ表示部の機能
本教材は、「アーテックロボ 2.0」に接続した加速度センサーを用いて振動による３方向（x 方向、y
方向、z 方向）の加速度を計測し、その値をもとにグラフを表示します。データ表示グラフの上部には振動の設定、下部には実験開始からの時間・ゆれの強さが表示されます。 加えて、より具体的な指標として 20 秒間の計測データをもとにした、「計測震度」と「震度階級」が表示されるようになっています。

ゆれの
強さ

第
章

3
経過時間

グラフ描画プログラム

振動計測プログラム

41

地震に強いタワーを建てよう

地震に強い建物をつくる
日本列島は北米プレート、ユーラシアプレート、太平洋プレート、
フィリピン海プレートの４つのプレート上に位置するため、地震の影響を受けることが非常に多く、これまでも大きな災害につながってきました。その一例として阪神・淡路大震災では、住宅の全壊が約 10
万 5,000 棟、半壊が約 14 万 4,000 棟にものぼり、耐震構造の見直しをするきっかけとなりました。一方で、現在では地震の影響を大きく受けるとされている高層ビルが、都心部に多く並び立っています。
こういった高層ビルを大地震から守るためにどのような技術が使われているかについて、起震装置と制震ダンパーを用いて学んでいきます。

制震ダンパーについて
本教材では、振動計測やデータ表示、起震装置を利用することにより、制震ダンパーの検証実験を行うことができます。高層建造物は地震や風の影響で、上層階が大きくゆれることが問題視されていますが、こういったゆれを制震ダンパーを設置することで抑えることができます。 国内ではあべのハルカスや横浜ランドマーク
タワーといった代表的な高層建造物にも、それぞれ異なった仕組みの制震ダンパーが採用されています。
制震ダンパーは形状や設置方法などが建造物によってさまざまですが、本章ではその中から建物の内部に吊り下げる制震ダンパーについて取り上げます。この方法を採用している例として、日本一高いビルであるあべのハルカスでは棒状の制震ダンパーが、世界的に有名な台湾の台北 101 では球形の制震ダンパーが用いられています。これらの制震ダンパーは地震や風によるビルのゆれに伴って振れ、ビル自体のゆれを抑制するという役割を持ちます。 今回の実践ではこの仕組みを利用した制震ダンパーのモデルを製作し、実験 ･ 学

3

・台北 101章

第習を行います。
・あべのハルカス

制震
ダンパー
吊り下げ式のおもりによる制震のメカニズム

42

地震に強いタワーを建てよう

制震ダンパーモデルについて
本教材では、アーテックブロックで制震ダンパーのモデルとなる振り子を製作し、おもりとして金属球をかごの中に入れることで、建物が受ける振動を軽減させています。この制震ダンパーは右下の図のように、建物の上部に取り付けることで制震装置として機能し、制震ダンパーの有無による違いを簡単に検証できます。また制震ダンパーに載せる金属球についても、数量を変えることができるため、振り子の重さによる制震の違いについても調べることができます。

下図は制震効果を検証した実験結果の一例です。制震ダンパーを設置することによって、振動による影響が軽減されていることがわかります。制震ダンパーは常に一定の効果を発揮するわけではなく、載せたおもりの数量や、制震ダンパーの振り子の長さ、対象の建物の高さ、振動の周期など、多くの条件によっ

第て決まります。そのため、中層 ･ 高層ではゆれ方にどのような違いがあるか、同じ制震ダンパーで軽減できる振動の周期の範囲はどこまでかなど、より現実問題に即した柔軟な課題設定が可能です。

章

通常の振動測定結果

3

制震ダンパーを使用した際の振動測定結果

43

地震に強いタワーを建てよう

授業の設計 (仙台市立中山小学校)
本授業では、理科で学習した振り子を使って建物のゆれを抑えられることを知るとともに、計測した値をグラフで確認することで、より適切な振り子の長さや重さについて考えていきます。
指導案
本時のねらい① 振り子を使った地震対策の実験を通して、実験データの特徴や傾向から「地震に強いタワーを建てる」ために必要な条件や問題点を見いだし、これまでの学習や生活経験を基に、根拠のある解決策を提案することができる。
② 揺れを軽減する制震構造を体験的に学習する経験を通して、友達の考えや実験結果から自分の考えを広げたり深めたりするとともに、学んだことが他教科や生活につながることに気づく。
A1 記録と編集：写真や映像、音声の加工・編集ができる。

本時に関連する
情報活用能力B1 取捨選択：選んだ根拠を説明することができる。
B8 評価と改善：振り返りを基に次にやってみたいことを考えられる。
C2 情報の分類：観点を考えて情報を分類できる。
C6 データの傾向：データの変化を捉えて説明できる。

本時の前提となる
情報活用能力◎ コンピューターの基本操作（起動、終了、入力、グラフの作成など）◎ 情報同士のつながりを見つけようとしたり、新たな視点を受け入れて問題点を検討しようとしたりする。
◎ 自分の情報や他人の情報の大切さを踏まえ、尊重しようとする。
◎ コンピューターや学習したことをよりよい生活や今後の学習に生かそうとする。
① 世界と日本の火山と主な地震が起きた場所の図を見て、地震や火山の噴火について問題を見いだす。
② 地震や火山の噴火による大地の変化の様子について調べ、発表し、地震と火山の噴火による大地の変化についてまとめる。

単元の指導計画③ 地震や火山の噴火による災害に対する備えについて調べ、考える。
④ 災害から生命を守るためにできることを考えて、話し合う。
⑤ 地震対策の実験を通して、実験データの特徴や傾向から「地震に強いタワーを建てる」ために必要な条件や問題点を見出し、これまでの学習や生活経験を基に、根拠のある解決策を提案する。
（ 本時）

第
章

3

指導過程
主な学習の流れ１ これまでの理科の学習を振り返る。

２ 演示実験を見て、学習
課題の見通しをもたせる。

３本時の学習課題をつかむ。

４ 予想する。

◎主な発問
・予想される子どもの姿

指導上の配慮事項◎ 建 物（ 観 音 様 ）に は ど の よ う な 地 震 対 策がされていると思いますか。

今月に入って地震が多いことや中山のシンボルが観音様であることを結びつけ、観音様の地震対策について考えさせる。

・ 柱を強く、太くする。 ・ 補強工事をする。
・ 耐震工事。
・ 鉄骨を入れる。
◎ ど の よ う な 仕 組 み で、計 測 震 度 が 小 さ く
なっているでしょうか。

6 年生の内容だけでなく、5 年生で学習した内容も使われていることに気付かせる。

・ 振り子のように揺れて震度が小さくなっている。
・ 重さが重たくなったから。

実験の際に、今回使用する実験装置が児童たちも使用したことのあるブロックベースのプログラムであることを紹介しながら伝える。
そしてアーテックロボの加速度センサーやプログラムなどを組み合わせることで、気象庁の震度計測方法を用いて震度・計測震度のデータが得られることに気付かせていく。

地震に強いタワーを建てるにはどうしたらよいか。
◎ 振り子の長さとおもりの重さに着目して、そ れ ぞ れ が ど う な っ た ら 地 震 に 強 い
タワーになるか予想しましょう。
・ 振り子の長さを長くする。
・ おもりの重さを重くする。

44

地震に強いタワーを建てよう

５ 実 験 を 行 い、地 震 に 強 い
タワーを建てるために必要なことを考える。
① 実験班に分かれる。
② 実 験 班 ご と に、ダ ン パ ーの長さが異なっている。おもりを増やして計測震度を確認する実験を行う。
③ 結果をスプレッドシートに記入する。
④ 計 測 し た 数 値 か ら、グ ラ
フ を 作 成 し た り、計 測 震度のグラフを整理したりする。
⑤ 自分の班に戻る。
⑥実験の結果を紹介し合い、グ ラ フ や デ ー タ を 見て 共 通 点 や 特 徴、傾 向 を
探 し て、気 づ い た こ と を話し合う。
⑦ 班ごとに課題に対する適切な条件を探し、発表する。
⑧ 条件に対する問題点を探し、解 決 す る 方 法 を 考 える。

◎ 実験の結果を整理して、グラフの特徴や傾向を探しましょう。
・ おもりが重くなるほど揺れが小さくなっていく傾向がある。
・ ダンパーが長いほうが揺れが小さくなっている。
◎ 実験の結果をもとに、理由を明確にして地震に強い
タワーを建てるために必要なことを探しましょう。
・ 計測震度が最も小さくなっているので、ダンパーの長さが長いときでおもりが14 個のときが最適な条件だと思う。
・ もっと振り子の長さが長くなっておもりが重くなるとよいと思う。
◎ 最適な条件が現実的に可能かどうか問題点を探して、自分の考えを説明しましょう。
・ おもりの重さが重すぎると壁などに影響が出るのではないか。
・ 振り子が壁にぶつかるのではないか。

ダンパーを使用しない状態のデータとダンパーを使用して計測震度が1 番小さくなったデータのグラフを比較できるようにスプレッドシートを事前に作成し、データの貼り付けをさせる。
それぞれの実験の結果をもとにわかったことをワー
クシートに整理させる。
実験結果を折れ線グラフに出力させ、特徴や傾向を読み取らせることで、算数科「データの特徴を調べて判断しよう」での学習も活用させていくようにする。
実験の結果を現実世界でそのままタワーを建てる
際に反映することができるのかを考えさせ、問題点があることに気付かせる。
現実的である条件はなにか、改めて実験のデータを見たりこれまで学習したことを振り返ったりして考え、理由を明確にして自分なりの考えを説明できるようにさせる。

◎ これまで学習してきたことを利用してその問題点を解決することができないか考えてください。
・ 建物の壁を強化する。
・ 振り子を２個にする。
・ 周りにぶつからない長さに変える。

⑨ 全体で発表する。

６ 今回の実験が実社会に生かされていることを知る。

・ 振り子がぶつからないように、プログラムで制御すればいいのか。
・ 現実に活用しようとしたときに実験したこと以外にも考えることがあるとわかった。
・ 地震対策が補強工事以外にも、理科の振り子など学習したことが生かされていることを知った。

８ 本時の学習を振り返り、他の場面や学習で生かせる
ようにつなげる。

・ 算数のグラフやプログラミングを使って世の中に役立っているものをつくれることがわかった。
・ 観音様はどのように地震対策を行っているのか調
べてみたい。

ワークシートに自分の考えを書かせ、意図的指名も行いながら、全体に共有させていくことで様々な考えに触れさせていく。

3

章◎ 他の教科との関わりを想像しながら学習に取り組むことができましたか。また、さらに調べてみたい
ことや他の場面で活かせることを探しましょう。

台 北101 に 使 わ れ て い る 制 震 ダ ン パ ー に つ い て 紹
介 す る。ま た、台 北101 の ダ ン パ ー が 揺 れ て い る 動
画を見ながらプログラムによって制御されている様子を理解させる。

第７ 本時の学習から考えたことや気づいてことをまとめる。

・ 振り子を複数個に分ければいいんだ。

これまでの理科で学習した内容を確かめるとともに、今回の学習が他教科とつながりがあることに気づいたり、自然と人間が共存するためのさまざまな工 夫 に 興 味 を も っ た り で き る よ う に す る。ま た、この活動で、日常生活の中で当たり前になっていることに疑問や関心をもつ機会が増えるようにする。

① 振り子を使った地震対策について追求する中で、実験データの特徴や傾向から必要な条件や問題点について、既習事項や生活経験を基に、根拠のある解決策を提案し、表現している。
（ 発言・ワークシート【思考・判断・
表現】）

評 価

② 振り子を使った地震対策の実験などに進んで取り組み、調べた結果を基に検討したり、友達と互いに考えを伝え合ったりして、自分の考えを深めようと粘り強く問題解決しようとしているとともに、学んだことを他教科の学習や生活にとしている。
（ 発言・スプレッドシート【主体的に取り組む態度】）

45

地震に強いタワーを建てよう

授業の実施 (仙台市立中山小学校)
授業は、グループで振り子の条件を変えたときの様子について予想したあと、実験班に分かれ、振り子の重さを変えながら建物のゆれの大きさを計測しました。

授業の様子
地震に強いタワーを建てるにはどうしたらいいかな？

振り子の長さや重さを変えるとどうなるのか予想しよう。

課題の設定

教科横断の
知識・技能を使った検証

実験結果をまとめて分析しよう。

試行錯誤
しながらの
製作と測定
第
章

3

どんな条件だとゆれを抑えられるかな？

得られた結果の考察・判断

振り子を重く、
長くするとゆれを抑えることができた。

解決策の
発表・表現

実際のビルに振り子を設置したときの問題点についても考えました。

46

地震に強いタワーを建てよう

児童の感想
Q1：他の教科との関わりを想像しながら学習に取り組むことができましたか。
● 理科の大地のはたらきでは、地震があるとこんな被害が出るということを習いましたが、どのようにすると被害を抑えることができるのかということを習っていなかったので、勉強になりました。

● 振り子の授業のときに習ったものばかりで理科が大幅に使われていたけれど、これは設計者や、いちからつくった人のおかげで耐震対策ができているんだな、と思い、社会の学習と繋がっていると思いました。

● 理科の他に関係があると思ったのは、国語と図工です。
国語は、まちづくりとも関係があると思う。図工は、建物の構造に関係すると思う。

● 算数で習ったグラフなども利用していたので似ていると思いました。グラフを使ってこんなときにあると役立つことなども知れました。

Q2：さらに調べてみたいことはありますか。
● 他にも地震対策がしてある建物やどんな地震対策をして● 他にも宮城県内にある有名な建物などはどんな地震対策がしてあるのか調べてみたいと思いました。

● ダンパーのようなものを自宅などの小さい空間で再現するにはどうしたらよいのかなども考えたり、調べてみた
いと思いました。

● 地震の多い国や大きな地震が起きやすい国を調べてみたいと思いました。

いるのかを知らべてみたいと思いました。

Q3：授業の感想● 初めてさわったようなものやグラフなど普通は体験できないようなことができてよかったです。
● 通常の授業よりも楽しかったです。理由はプログラミン● 他の学年でも広がればこれから社会で生きていく私たちが、未来で働くことになったときに、今回のような複雑なプログ
ラムでなくても活用できるのではないかなと思いました。

第グやロボットを使ったからです。メンバーとも話し合い、
効率よく活動できたのでよかったと思います。実験も「前より大きい？」や「前より小さくなってない？」など話し合い、協力しながらできた。

● 地震に強くなるためにはどうすればいいかでプログラミングを使っていたので驚きました。振り子を使って地震を抑えるなど考えてもいませんでした。

章

3

実践を終えて宮城教育大学安藤 明伸先生

ゆれに強い建物としては、ゆれに負けない強度とするラーメン構造やトラス構造等がありますが、この学習ではゆれを低減させる技術の工夫について学ぶことができます。デジタル計測を取り入れることで、感覚や視覚だけでなく、ゆれの大きさを数値として捉え、そして気象庁の算出方式で震度が把握できることで自分たちが実際に体験するゆれの程度と関連させて学習が進められていました。
児童にとっては、まさか振り子の学習が、ゆれを防ぐという問題解決につながっているとは予想もしなかったようで、高い興味を持って実験していたのが印象的です。
栗木先生の授業では、実験を長さと重さの 2 要因を組み合わせていますが、重さと高さとの関係を実験したり、あるいは重さだけを変更して実験するなど、児童や学習の実態に合わせたアレンジもよいですね。

47

コラム

GIGAスクール構想とマルチOS

GIGA端末をSTEAM教育につなげる
令和 2（2020）年度から始まった新学習指導要領では、学習の基盤となる資質・能力として「情報活用能力」が挙げられ、その育成を図ることが示されました。文部科学省はこれを受け、令和元年度
から全国の小・中・特別支援学校等の児童生徒に対する 1 人 1 台端末環境と、学校における高速通信ネッ
トワークを整備する「GIGA スクール構想」を打ち出しました。当初は令和５年度までの 5 年間の計画とされていましたが、新型コロナウイルスの感染拡大に伴うオンライン環境の整備の必要性から端末の導入が急速に進みました。その結果、すでに公立小学校の 96.2％、中学校等の 96.5％が「全学年」または「一部の学年」で端末の利活用を開始し、端末の出荷総数は 945 万 9698 台（令和 3 年 7
月末時点、文部科学省調べ）にも及びます。今後はさらに各教科での学びや、STEAM 教育などの教科横断的な学びに ICT が用いられ、また令和６年度からはデジタル教科書が本格的に導入されることからも、ますます 1 人 1 台端末の活用の幅が広がっていくことが期待されます。
整備済み端末に対する
OS ごとの割合（台数）

OSの視点から見るGIGA端末

その他

一方で、導入された端末の OS ごとの割合は Chrome OS、Windows、

0.1％

iOS の３つがほぼ同じ比率で並びます（令和３年 7 月末時点）。３つの

iOS

第
章

3

ChromeOS

29.1％

OS では操作方法や、使えるアプリ等にも違いがありますが、現在どの端末でも共通に利用できるクラウドのサービスやマルチプラットフォームを

40.0％

Windows

掲げる教材が次々と登場しています。

30.9％

本書で使用されているプログラミング教材「アーテックロボ」シリーズ
は、文部科学省が GIGA 端末として推奨する３つの OS（Chrome OS /文部科学省「端末利用状況等の実態調査（令和３年 7 月末時点）
（確定値）
」より作図

Windows / iOS）を含む多くの OS に対応しています。特にアーテックロボ 2.0 では、Bluetoothによる無線接続が可能です。ソフトウェアの対応状況については以下の表をご参照ください。
OS

アーテックロボ 1.0
有線接続

無線接続

アーテックロボ 2.0
有線接続

無線接続

(USB ケーブル )（Bluetooth）(USB ケーブル )

○

―

○

Chrome OS / Chromebook

○

―

○

iOS / iPad OS

―

○

―

○

―

○

―

○

○

―

○

○

―

―

Windows（XP 以上）Android(5.0 以上 )Mac OS(10.6 以上 10.13 まで）

Raspberry Pi（Bluetooth）○(WEB アプリ版 )○(WEB アプリ版 )○(WEB アプリ版 )―▷アーテックロボについての詳しい情報は第４章へ
48

出典 ・文部科学省 (2021)「端末利活用状況等の実態調査（令和３年７月末時点）（確定値）」https://www.mext.go.jp/content/20211125-mxt_shuukyo01-000009827_001.pdf
・文部科学省（2021）「GIGAスクール構想の実現 標準仕様書」https://www.mext.go.jp/content/20200303-mxt_jogai02-000003278_407.pdf

第

4

章

アーテックロガーとアーテックロボ で「デジタル計 測」と「プログラミング 」「 小さなSTE A M 」活用アイデア集
アーテックのST E A M 教 材は 、情 報 活用 能 力や問 題 解決 能 力を育成する
STE A M 教 育・探 究学習に最 適です。ブロックも含めた豊富なパーツと機 能により 、実 験・観 察 、アイデ アの創出と表 現 、試 行 錯 誤しながらの工作 、結果のまとめなど、様々な場面で児童生徒の学習活動を支えます。
本 章では「 アーテックロガー 」と「 アーテックロボ 」を 使って学 習を広げる
ための活用アイデアをご 提案します。

「小さなSTEAM」活用アイデア集

実験観察をもっと手軽に、もっと楽しく「アーテックロガー」は、本体に付属のセンサーをつなぐだけで簡単に実験・観察のデータを集められるデジタル計測のツールです。
集めたデータはパソコンなどの情報端末に送ってグラフ化・可視化できるので、そのデータを一般の授業や探究学習のさまざまな場
面で活用することができます。STEAM 教育を想定したときに、どのような課題で「アーテックロガー」が使えるのか、次のページから活用アイデアを見てみましょう。

詳しい製品情報はp.68をご参照ください。

選べるセンサー使用するセンサーはワンタッチで付け替え可能。
実験に応じて最大３つを選んで使用することができます。

気象センサー 電流センサー 電圧センサー

水温センサー 酸素センサー 超音波センサー

同時測定可能BluetoothでPCやタブレット端末と無線接続が可能。
データをリアルタイムで端末に表示することができます。

最大３つのセンサー値を同時に表示可能。気圧と湿度の関係などを簡単に調べることができます。

映像同時表示

テキストデータとして出力

第ワイヤレス接続

章

4

50

CSV形
カメラで撮影した映像とグラフを同時に表示できます。 測定したデータはグラフ画像データだけでなく、式での出力も可能です。
データの整理を表計算ソフトなどで行うことができます。

「小さなSTEAM」活用アイデア集

テーマ①運動やエネルギーの変化を探ろう【超音波センサー・電流/電圧センサー】
身のまわりのものの運動やエネルギーをセンサーで計測し、数値化します。データをもとに、エネルギーを効率的に使うためにどのような工夫ができるか考えてみましょう。
SDGs

1.振り子の運動を見てみよう（超音波センサーを接続、
アーテックブロックを使用）

リアルタイムモード

9

産業と技術革新の基盤をつくろうブロックでつくった振り子をセンサーの上に乗 せ て ゆ ら し、 セ ン サ ー と 振 り 子 の 距 離 を 計 測
し ま し ょ う。 セ ン サ ー を 使 う こ と に よ り、 振 り子の往復の様子が数値やグラフで示されるため、振り子の運動を分析することができます。
振り子
超音波センサーセンサーと天井との距離（センサーの計測角度範囲内に振り子がないとき）

振り子までの
距離を計測

第
4

章

振り子がセンサーに最も近づいたときの距離（振り子がセンサーの真上を通ったとき）

ロガー本体【選べる2通りの計測モード】
データロギングモード

アーテックロガー本体に蓄積した計測データを、実験後に PC やタブレットに転送して確認する
ことができます。長時間の計測や夜間にデータを取りたい場合に最適です。

リアルタイムモード

Bluetooth 接続した端末に、実験と同時に計測結果が表示されます。状態変化を目で見ながら、
リアルタイムでデータの変化を見たい実験に最適です。

51

「小さなSTEAM」活用アイデア集

SDGs

2.超音波で物体の運動を見てみよう（超音波センサーを接続、
アーテックブロックを使用）

リアルタイムモード

9

産業と技術革新の基盤をつくろう超音波センサーを載せた台車を斜面から壁に向かって走らせたときの壁までの距離の変化を計測し、運動する物体の速さがどのように変化しているのかを確かめます。最小間隔で 0.04 秒ごとに記録を取ることができ、扱いやすいデータとして表示されるため、傾斜角度と加速度の関係など、基礎的な力学の実験を手軽に行うことができます。

超音波センサーアーテックロガー本体

壁までの
距離を計測

第

使用するセンサー

4章

超音波（距離）センサー
超音波の反射により距離を測定するセンサーです。アーテックロガー本体のポート 2 またはポート 3 に接続します。
接続には別途センサー接続コードが必
要です。

52

計測距離範囲2～250cm

計測角度範囲< 約15°

超音波周波数40kHz

センサー接続コード「小さなSTEAM」活用アイデア集

3.風車でエネルギーをつくろう（電流・電圧センサーを接続、
アーテックブロックを使用）

風車を回して発生した電流や電圧を計測し、よりよいエネルギー変換効率を考えます。

4.きれいな水を探そう

リアルタイムモード（電流センサーを接続）

様々な水溶液に電気を通したときの電流を計測します。純水は電気を通しにくいという性質を利用して、身のまわりの水質調査をしてみましょう。

6

7

SDGs

SDGs

安全な水とトイレを世界中にエネルギーをみんなにそしてクリーンに

14

SDGs

リアルタイムモード◎ 本実験は第１章もご参照ください。

5.磁力で電気をつくろう（電流センサーを接続）

海の豊かさを守ろう◎本実験は第2章もご参照ください。

6.発電した電気を見てみよう（電圧センサーを接続）

電磁誘導で発生した電流を計測します。連続

手回し発電機で発電し、発生した電圧を計測ししたデータを記録に残せるため、電流が発生すます。実験の様子と計測した電圧のグラフを同時る様子がよくわかります。

に確認できるため、発電量の変化がよくわかります。

7

7

SDGs

SDGs

エネルギーをみんなにそしてクリーンにエネルギーをみんなにそしてクリーンに

リアルタイムモード

リアルタイムモード

第使用するセンサー

電流値を計測するセンサーです。

電圧値を計測するセンサーです。

アーテックロガー本体のポート 1

アーテックロガー本体のポート 2に接続します。

またはポート 3 に接続します。

ケーブル長
計測範囲
分解能
精度

20cm（クリップ先端まで）±5A（直流）1mA
1%

ワニ口クリップ

4

電圧センサー

計測範囲
分解能
精度

±25V（直流）
0.01V
0.1V

章

電流センサー

ワニ口クリップ

53

「小さなSTEAM」活用アイデア集

テーマ②身近な環境を探ろう【気象センサー・水温センサー】

気温や水温、気圧、湿度を計測し、身近な自然環境への理解を深めます。地球温暖化防止や生態系保全のためにわたしたちができることを考えてみましょう。

7.気象の変化を調べよう（気象センサーを接続）

SDGs

データロギング
モード

13

気候変動に
具体的な対策を身のまわりの環境の気温・気圧・湿度を計測します。一定の間隔で自動的に計測・記録を行うため、夜間でも気象観測を手軽に行うことができます。また、何度でも繰り返し計測することが可能です。計測が終わったら、データを PCやタブレットに移して気象の変化を観察しましょう。

8.気温・気圧・湿度の関係性を探ろう（気象センサーを接続）

SDGs

リアルタイム
モード

13

気候変動に
具体的な対策を気象の実験は室内でも行えます。密封した容器内にアーテッ

第章

4

クロガーを入れて、容器の中の空気を抜いていくと、気圧を下げたときの気温の変化がリアルタイムで計測できます。また容器の中を湿らせて、雲を発生させたときの気温や湿度の変化も計測できます。計測した気温・気圧・湿度を１つのグラフに表示し、それぞれの相関関係を探ってみましょう。

54

真空実験容器「小さなSTEAM」活用アイデア集

9.生き物が暮らす環境を調べよう

データロギングモード（気象センサー・水温センサーを接続）
学校や身のまわりで栽培している植物や、飼育して

SDGs

SDGs

14 15

いる動物の環境を調べましょう。植物の成長や動物の活動と気温や湿度との関係はどうでしょうか。また水

海の豊かさを守ろう

陸の豊かさも守ろう

温センサーを使えば、水の中の生き物の環境にも関心を広げることができます。
タブレットのカメラを使えば、温度と生き物の様子が同時に観察できます。工夫次第で長時間の自動計測も可能です。

10.姿を変える水を観察しよう（水温センサーを接続）

SDGs

6

リアルタイムモード

安全な水とトイレを世界中に

地球は「水の惑星」といわれ、水の性質が海や大気の状態を変えていろいろな気象現象が起きます。熱したり冷やしたりしたときの温度変化などを観察して、水や水溶液の性質を調べましょう。温度変化をセンサーが自動で計測して記録を取るので、温度計を注視する必要がなく、水の状態の変化などの観察に集中することができます。

使用するセンサー

気象センサー

水温センサー
金属部分のサーミスタを対象物

本体のポート 1 に接続します。

にあてて計測を行います。

4

章

水温を計測するセンサーです。

るセンサーです。アーテックロガー

第気圧・気温・湿度を同時に計測すアーテックロガー本体のポート
気温

湿度

気圧

計測範囲

-40～85℃

0～100％

300～1100hPa

分解能

±1℃

±3％

±1hPa

精度

0.1℃

0.1％

0.1hPa2 またはポート 3 に接続します。
計測範囲-40～105℃

分解能

0.1％

精度

±1％

サーミスタ

55

「小さなSTEAM」活用アイデア集

テーマ②生き物の秘密を探ろう
テーマ③生き物の秘密を探ろう【酸素センサー】

動植物が生命を維持するために欠かせない呼吸。さまざまな条件下での酸素濃度の変化を計測
して、呼吸時にどのような空気のやりとりが行われているのかを見てみましょう。

11.人間の呼吸を解明しよう（酸素センサーを接続）

SDGs

リアルタイムモード

3

すべての人に
健康と福祉をこれまで学校の実験で酸素濃度を測定する場合
は、気体検知管が使われてきましたが、アーテック
ロガーでは、手軽に繰り返し使用できる酸素センサーを採用しました。他のセンサーと同じように、接続するだけでわたしたちの呼吸に含まれる酸素の濃度を計測して、リアルタイムに表示できます。

12. 植物の光合成から地球温暖化を考えよう（酸素センサーを接続）

リアルタイムモード

データロギングモード

植物の光合成は、酸素センサーが特に役に立つ観察テーマです。
光合成で植物の出す酸素の量が、日向と日陰あるいは 1 本の木の第章

4

中の葉の位置によってどう違うか調べてみましょう。ガラス管を使っていないので、屋外に持って行っても安全です。
地球温暖化や食糧問題と関連させて、植物の出す酸素濃度の変化を計測するのも STEAM 教育のテーマとして考えられます。リ
アルタイムな観測データと、夜間に自動的に計測して後から取り出したデータを使って、日中と夜間の植物の呼吸の様子の違いを比較することもできます。

56

SDGs

15

陸の豊かさも守ろう「小さなSTEAM」活用アイデア集

13.収穫された野菜の呼吸を見てみよう（酸素センサーを接続）

SDGs

データロギングモード

15

陸の豊かさも守ろう

光合成で植物が酸素をつくることは知っていても、植物が呼吸をしていることには気づかない児童生徒もいます。
スーパーなどに並ぶ収穫された野菜も呼吸をしているか、酸素センサーで調べてみましょう。アーテック
ロガーはワイヤレスで小型なため密閉した袋の中でも計測が可能です。

14.カイロの発熱の仕組みを知ろう（酸素センサー・水温センサーを接続）

SDGs

7

リアルタイムモード

エネルギーをみんなにそしてクリーンに

酸素センサーが活用できるのは生物だけではありません。「使い捨てカイロ」が発熱するときのまわりの酸素濃度と温度の変化を計測すると、鉄の酸化の様子が観察できます。温度と酸素濃度を同時に計測できるため、そのグラフから相関関係を簡単に理解できます。

使用するセンサー

空気亜鉛電池式の酸素センサーについての詳背面のテスター出力端子にテスターを接続し、校正ツマ

しい解説はこちらをご覧ください。

4章

空気亜鉛電池を使用して酸素濃度を計測するセンサーです。

第酸素センサー（大妻女子大学 髙橋 三男先生ご考案）
ミを回して 20.9mV に調整することで、テスターから酸素濃度を計測することも可能です。アーテックロガー本
体のポート 2 またはポート 3 に接続します。
ケーブル長

80cm

計測範囲

5～50%

分解能

0.1％

髙 橋 三 男『「 酸 素 が 見 え る！」
楽しい理科授業』
空気亜鉛電池(2017 年 日刊工業新聞社 )57

「小さなSTEAM」活用アイデア集

小学校理科の単元と使用できるセンサー対応表
学年 分野

単元名（項目）A

光と音の性質（光の反射・集光）

3
年

実験内容
・ 鏡で日光を集めた場所の温度変化を計測する

太陽と地面の様子
・ 日なたと日陰の地面の温度や湿度を計測する
B（地面の暖かさや湿り気の違い）

A

電流の働き
（乾電池の数とつなぎ方）
★

4
年
★

B

・ 乾電池の向きを変えたときの電流の向きを調べる

・ 乾電池の数やつなぎ方を変えたときの電流の強さを計

測する

金属、水、空気と温度（水の三態変化）・ 水を熱したり冷やしたりしたときの温度変化を計測

季節と生物（植物の成長と季節）

・ 季節ごとの気温を計測し、その場所に生育する植物の

季節と生物（動物の活動と季節）する

変化との関係について考える・ 季節ごとの気温や水温を計測して、その場所に生息す

る生物の活動との関係について考える

★

天気の様子
・1日の気温の変化を計測する（天気による１日の気温の変化）★

5
年

振り子の運動
（振り子の運動）
物の溶け方（物が水に溶ける量の限度）（物が水に溶ける量の変化）

A

電流がつくる磁力（電磁石の強さ）

★

第

★

章

4

B

★

・ 水や溶液の温度を変化させたときに、物が溶ける量が変化するのかを確かめる

・ 回路の中にセンサーを入れて、電流の大きさや電磁石に巻くコイルの巻き数を変えたときの電磁石の強さを計測する・ 物が燃焼している容器内にセンサーを入れて、酸素濃

電気の利用
（発電）

・ 回路の中にセンサーを入れて、手回し発電機で発電し

電気の利用
（蓄電）
年

振り子が 1 往復する時間を計測する

燃焼の仕組み（燃焼の仕組み）A

6

・ 振り子の振れ幅、おもりの重さ、長さを変えたときに人の体のつくりと働き（呼吸）度の変化を計測するた電流の強さを計測する

を計測し、コンデンサーがない場合と比較する電気を効率的に使う工夫を考え、人感ライトや感温扇風機をつくる

・ 呼気と吸気に含まれる酸素濃度を計測する
・ 植物と気象センサーを同じ容器または袋の中に入れ、生物と環境（植物と空気）・ 酸素センサーで、植物の光合成による酸素濃度の変化

蒸散による湿度や気温の変化を測定する
を計測する

・ 密閉容器に虫とセンサーを入れて、虫の呼吸による酸生物と環境（生物と水、空気との関わり） 素濃度の変化を計測する

A：物質・エネルギー、B：生命・地球◇上記の対応センサーは一例です。授業内容に応じて、ご自由にセンサーを組み合わせてお使いいただけます。
◇単元名に★がついている実験は、p.51~57をご参照ください。

58

気象

（気温）

♯1

気象

（ 気 温・湿 度 ）

電流

水温
気象

（気温）

♯1

気象

（気温）

水温

♯2

気象

（気温）

♯1

超音波

水温

電流

酸素
電流

・ コンデンサーを含む回路で発電したときの電流の強さ

植物の養分と水の通り道（水の通り道）◇分野表記について

センサー

♯1

温度はアーテックロボ用の温度センサーでも計測できます。

♯2

気象センサーは他のセンサーと同時に接続することができません。

電流

酸素
気象

（ 気 温・湿 度 ）酸素
酸素

「小さなSTEAM」活用アイデア集

中学校理科の単元と使用できるセンサー対応表
学年

１
年

分野

単元名（項目）

実験内容

物質のすがた( 身の回りの物質とその性質 )・ 水やエタノールを加熱し、それぞれの沸点と沸騰する

★

第
１
★
分
野

第
１ ★
分
野
★

・ 水とエタノールの混合物を加熱して、温度の上がり方

状態変化（物質の融点と沸点）

・ 熱湯を簡易真空ポンプ内に入れて気圧を下げ、気圧が電流（回路と電流・電圧）

・ 回路のつなぎ方を変えたときの電流と電圧の強さを計

電流（電気とそのエネルギー）
電流と磁界（電磁誘導と発電）や沸騰する様子を観察する

下がると水の沸点が下がることを確かめる
測する

・ 電熱線の発熱による水温上昇と加えた電流(電圧)をセンサーで計測する・ 電磁誘導によって発生する電流(電圧)を計測する

・ アンモニアを発生させたときの吸熱反応による温度変

天気の変化（霧や雲の発生）・ 密閉した容器の内部を湿らせ、気圧を変化させたとき

気象観測（気象要素）

・ 校舎の各階ごとの気圧を計測し、高さと気圧の関係に

気象観測（気象観測）

・ 校庭などで気温、湿度、気圧を継続的に計測し、その気象観測（気象観測）

・ 容器内の温度を変化させたとき、湿度がどのように変植物の体のつくりと働き( 根・茎・葉のつくりと働き )・ 袋に植物とデータロガーを入れ、日中や夜間の酸素濃水溶液とイオン（中和と塩）

・ 中和滴定時の水溶液中の電流 (電圧 )の変化を計測し、運動の規則性（力と運動）

・ 台車などの運動する物体にセンサーをつけて移動距離

化学変化と電池（化学変化と電池）

・ 水溶液と金属を用いて電池を作ったときに発生する電

★

第
★
１
分
野

化を計測するの温度変化と湿度変化を計測する
ついて考える

変化と天気との関係を理解する化するのかを計測する
度を計測する

その値から中和を確認する

や経過時間を計測し、物体の運動の規則性を理解する
流や電圧の強さを計測する

酸素
水温
気象

（気圧）

水温

♯2

電流
電圧

♯3

水温
電流
電圧

♯3

電流
電圧

♯3

酸素
水温
水温
気象

（気温・気圧・湿度）

気象

（気圧）

気象

（気温・気圧・湿度）

気象（ 気 温・湿 度 ）

酸素
電流
電圧

♯3

4

章

化学変化
（化学変化と熱）の酸素濃度を計測する

水温

第

年

状態変化
（物質の融点と沸点）

・ カイロが発熱したときの温度上昇と、カイロのまわり

第
★
２
分
野

3

・ 化学反応で発生した酸素の濃度変化を計測する

化学変化（化学変化と熱）

2
年

物質のすがた（気体の発生と性質）様子を観察する

センサー

超音波
電流
電圧

♯3

◇上記の対応センサーは一例です。授業内容に応じて、ご自由にセンサーを組み合わせてお使いいただけます。
◇単元名に★がついている実験は、p.51~57をご参照ください。

♯1

温度はアーテックロボ用の温度センサーでも計測できます。

♯2

気象センサーは他のセンサーと同時に接続することができません。

♯３ 電圧はアーテックロボ2.0の入出力端子でも計測できます。

59

「小さなSTEAM」活用アイデア集

プログラミングの初歩から本格的なSTEAM教育まで対応「アーテックロボ」シリーズは、マイコンボード内蔵のプロ
グラミング教材です。豊富なブロックやセンサーなどのパーツとプログラミングソフトを活用し、自由な表現で様々な問題を解決する「ロボット」がつくれます。
プログラミング体験だけにとどまらず、STEAM 教育で想定される社会課題にどんな活用が考えられるか見てみましょう。

アーテック
ブロック

＋

ロボット
パーツ

＋

プログラミングソフト

詳しい製品情報はp.68をご参照ください。

アーテックロボシリーズの特徴
長 “長く” 小学校低学年から高学年、中学校・高校へと連続的に活用
広 “広く” マルチOS、ウェブアプリへの対応
簡 “簡単” 準備時間の短縮、先生の負担軽減
先 “先進的” 総合・探究など、STEAM教育の課題に幅広く対応する豊富な拡張部品
導 “導入しやすい” 使いやすいパッケージ、レンタルサポート、導入実践事例

アーテックロボ1.0

アーテックロボ2.0
スタディーノ ビット

アーテックブロック

スタディーノ: bit

アーテックブロック

・LED、モーター、センサーを自由につなげる

・基盤に様々なセンサーやLEDを内蔵

・ブロック使用で組立簡単

・Bluetooth、Wi-Fi搭載

第ロボットカー章

4

ETCシステム

信号機

信号機

理科 6年生 電気の利用

60

理科 6年生 電気の利用

「小さなSTEAM」活用アイデア集

テーマ①
安全な車・交通システムを考えよう

9

SDGs

産業と技術革新の基盤をつくろう11

SDGs

交通事故を防ぐシステムや装置にはどのようなものがあるかを知り、プログラムで実際に動かします。この活動を通して交通安全や交通システムについての理解を深めます。

住み続けられるまちづくりを

１.事故を起こさない車をつくろう
自動で走る車や、衝突事故につながる緊急時に自動でブレーキをかける車のプログラムをつくります。
また、安全な運転を支援するシステムには他にどのようなものがあるのか調べてみましょう。
使用パーツ
DCモーター

赤外線フォトリフレクタ

赤外線フォトリフレクタ

DCモーター

2 つの DC モーターを回転させてタイヤを動かすことで、前後左右にロボット
カーを移動させることができる。

赤外線フォトリフレクタの数値から正面の障害物の有無を区別する。障害物がある場合は、音を鳴らしながら車を停止させる。

２.歩行者に優しい信号機をつくろう
誰もがより安全に横断できる信号機をつくります。バリアフリーに配慮した信号機にするにはどういった工夫が必要か考えたり調べたりして、プログラムをつくってみましょう。
使用パーツ

LED

タッチセンサー
LED
ブザー

ブザー

タッチ
センサー

目の不自由な人に対して、信号が変わって青になったことをブザーで知らせる。
信号が赤のときにタッチセンサーを押すと、信号が青に変わり、電子ブザー
から音が鳴る。

4章

青延長用押しボタン式信号機

第音響装置付き
信号機

タッチ
センサー

お年寄りや足の不自由な人など横断に時間のかかる人のための信号機。タッチ セ ン サ ー を 押 す と、 横 断 時 の 青 のLED が点灯する時間が延長される。

61

「小さなSTEAM」活用アイデア集

テーマ②植物工場をつくろう

2

SDGs

飢餓をゼロに植物の生育条件である光や温度、水量を調節して、植物栽培を自動で行う植物工場装置をつくります。持続可能な未来の農業について考えてみましょう。

6

SDGs

安全な水とトイレ
を世界中に

13 15

SDGs

SDGs

気候変動に
具体的な対策を陸の豊かさも守ろう

３.作物を安定供給できる栽培装置をつくろう
温度と光量を管理して、気候変動の影響を受けず安定的に農作物を生産できる装置をつくります。
温度センサー

光センサー

LED

・光量管理
周囲の明るさを光センサーで数値化し、暗くなるとLED を点灯させる。
・温度管理
気温を温度センサーで数値化する。
気温が高くなるとモーターを回し、プロペラで風を送って温度を下げる。

モーター

プロペラ

モーター

使用パーツ
光センサー
温度センサー
LED
モーター
プロペラ

プロペラのモーターにつないだリード線
を DC モ ー タ ー 出 力
端子に接続する。DC
モーターを回転させるプログラムでモー
ターを動かす。

４.無駄なく水やりできる装置をつくろう
温度と水量を管理する装置をつくります。必要なときに適切な量の水を出すことができるため、節水につながります。
上部に溜めた水が漏れないように、栓を詰める。栓とサーボモー
ターは糸でつながっている。

サーボ
モーター

第

サーボモーター章

4

温度センサー
（内蔵）
水

モーター
水位
センサー

62

プロペラ

使用パーツ
水位センサーが水位の低下を検知すると、サーボモーターが回ってゴム栓が抜ける。すると上部に溜めてある水が下部に補充される。

温度センサーが一定の気温以上になったことを検知すると、プロペラを回して温度を下げる。ペットボトルの側面に穴が開いており、プロペラの風が入るようになっている。

モーター
水位センサー
温度センサー
サーボモーター「小さなSTEAM」活用アイデア集

テーマ③災害に強い街をつくろう

11

SDGs

住み続けられるまちづくりを

地震のゆれを数値化する装置をつくり、建物の高さや構造によるゆれの大きさの違いを比較します。その中で、震災の被害を抑えるための様々な技術（耐震構造や制震装置など）や地震のメカニズムについて調べ、理解を深めましょう。

13

SDGs

気候変動に
具体的な対策を

５.地震感知器をつくろう
エレベーターなどの地震対策に用いられる仕組みのひとつです。初期微動を検知すると大きなゆれが発生する前に機器の運転を停止させる役割を持っています。
使用パーツ

基板に内蔵されている加速度センサーがゆれを感知すると、ブザーと LED でゆれたことを知らせる。

加速度センサー
（内蔵）

地震

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10 11 12

加速度センサー（内蔵）

６.地震に強い建物をつくろう
地震を発生させたときの建物のゆれを数値化する装置をつくります。建物の構造や高さを変えると値がどのように変化するかを確かめてみましょう。
加速度
センサー

上部に取り付けた加速度センサーが建物のゆれを数値化する。

使用パーツ

第

加速度センサーサーボモーター

章

4

サーボ
モーター

サーボ
モーター

サーボモーターの角度を小刻みに変えること
で地震を発生させ、建物をゆらすことができる。

◎本実験は第3章もご参照ください。

63

「小さなSTEAM」活用アイデア集

テーマ④社会福祉を考えよう

3

SDGs

障がいのある方やお年寄りの役に立つ装置のアイデアを出して、実際にアーテックロ
ボやブロックでつくります。福祉体験等で感じた問題意識をプログラミングで解決することで、社会福祉に対する理解を深めます。

すべての人に
健康と福祉を

11

SDGs

住み続けられるまちづくりを

７.安全な歩行をサポートする白杖をつくろう
白杖が障害物に接触する前にその危険を知らせることで、視覚障がいのある方がより安心で安全に歩行できる装置をつくります。
使用パーツ
超音波センサー

超音波センサーが前方の障害物の有無を検知する。
障害物がある場合にはブザ ー を 鳴 ら し 、ぶ つ か る
前に危険を知らせる。

超音波
センサー

８.遠くにいても見守れる仕組みをつくろう
装置を付けたドアが開くと、離れた場所にいてもその通知が受け取れる仕組みをつくります。
ひとり暮らしのお年寄りの安否確認などに役立てることができます。

第装置をドアノブにぶら下げておくと、加速度センサーがドアのゆれを検知する。また、ドアの開閉によって壁に付けた磁石との距離が変わることを、磁力の大きさの変化として磁気センサーで検知する。各センサーの値は受信側へ送信さ
れる。

章

4

磁石

送信側

ドアが開いたときの加速度センサーと磁気センサーの値を調べて、しきい値を設定しておく。
受信側は送信側が検知した各センサーの値を受け取り、その値がしきい値を超えると、光と音で通知する。
受信側

64

使用パーツ
加速度センサー磁気センサー「小さなSTEAM」活用アイデア集

テーマ⑤
暮らしに便利なシステムを考えよう

7

SDGs

エネルギーをみんなにそしてクリーンにコンピュータが身のまわりや社会の中で役立っている例について知り、それがプログラムによって実現されていることを学習します。こうした技術を感染症対策やエネルギーの効率的な利用などに役立てて、主体的に豊かな暮らしを実現していく姿勢を育成します。

9

SDGs

産業と技術革新の基盤をつくろう９.手を触れずに開けられるドアをつくろう
私たちに身近な自動ドアをつくり、感染症対策としてニーズが高まっている非接触製品の仕組みについて考えます。
赤外線フォトリフレクタ

使用パーツ

開く

赤外線フォトリフレクタ

サーボモーターサーボモーター

人がいる

ドアの前に人がいるのを赤外線フォトリフレクタが検知すると、サーボモーターが回転してドアが開く。

10 .節電できるライトをつくろう
無駄な電気の消費を抑えつつ、人がスイッチを切り替える必要のない便利なライトをつくります。
光センサー

暗くする

使用パーツ
赤外線フォトリフレクタ

第

光センサー
LED

LED豆電球章

4

光る

コンデンサー蓄電器
赤外線フォトリフレクタ

発電機を用いてコンデンサーに電気をためておく。
周囲の明るさや人がいるかどうかに応じてライトが点灯・消
灯する。

人がいる

赤外線フォトリフレクタが人を検知し、光センサーが部屋の明るさを検知する。

65

本事例集では、巻頭のSTEAM 教育の意味からはじまり、３つの事例と教材開発からの提案についてみてきました。
そこで最後のまとめに、
STEAM
教育はどこに行くのか、
安藤明伸先生にこれからの展望について編集長の三宅が伺いました。

子ども同士が解決方法をみつける
プログラミングネイティブ
三宅

今回の事例集の取り組みをご覧になっていかが

でしたか？
安藤

まず子どもたちが楽しそうですよね。今日の授業もそうなんですけれども、学びに向かう力が出てい安藤 明伸

るってこういう状態だなと思いました。子どもたちが「何をしなければいけないのか」ということがわかって

宮城教育大学教授

いて、すごく自律的に実験を行っていましたよね。
三宅

なにかをするたびに拍手が起きたり、パソコン

上に結果が出るたびに歓声があがったりして、楽しそ
うにしていましたね。
安藤※

そうですね。
「これスクショ どう撮るの？」のよ

巻末
対談

STEAM教育は

うなちょっとした疑問を子どもたち同士で解決していた点もよかったですね。
三宅66

プログラミング教育が始まり、小学校に入学しよね。あんなに子どもたちが自発的に試す様子は教えてたときからプログラミングを学ぶ「プログラミングネ

いる側も楽しいと思いますよ。

イティブ」というような子どもたちがこれから育って「私は文系だから」といって、自分から距離を置いてしいくわけですね。

まう方、苦手意識のある方もいますが、すべてが理系的安藤

今はプログラミングもSTEAM も新しい取り組な内容を重視する活動ではないので、プログラミングもみなので注目を浴びていると思いますが、それがだん

含めてもう少し先生たちが楽しんで、それ自体のハードだん一般的なものになるといいなと思っているんです。

ルの高さを感じないでほしいなとは思いますね。

それと同じように、人がするには手間がかかると思う

三宅

ようなこともプログラムで処理しようという子を増やなというところはありますか？

したいと思っていて、プログラミングネイティブとい安藤

う言葉はそういう子たちを示す新しいキーワードにな理解されていない状況なので、先生方がお持ちの不安感

りそうな気がします。

を解消してあげることだと思います。ネット検索をする

三宅と、すごく壮大なスケールの事例も多いですが、まずは一方で、先生方にとっては少しとっつきにくい×

STEAM 教育を進めていくときに、ここが重要だ
一番は「STEAM って何？」というところがまだなと思われる点もあるんでしょうか。

先生方が教科の縦割りをいかに広げていけるかという安藤

そのように思う先生であっても、今日のようなところをスタートラインとしたいですね。そのうえで児童の様子を見たら自分もやりたくなると思うんです

STEAM という概念を意識して、先生方のイメージしや

STE A M 教 育の充 実を目指し
小 学 校の教 科 担 任制も三宅

今後STEAM 教育は高校から小中学校へと進んでいくのでしょうか？
安藤

2022 年度からは小学校高学年の算数や理科の専任の先生が増員されますが、それもSTEAM 教育の推進が目的の一つと明記されています。
「高校の学習指導要領にSTEAM と書かれているけど小中学校には書いてない」という理解をすると、うまくいかないと思います。何がその学習に必要なのかということ、そこは小学校から教科の中で勉強したことがいろいろなところで×使えるなという気づきがあってこそなんです。
そのために、手だけではできないことをテクノロジーを駆使し三宅 丈夫て解決する体験は、できるだけ早い段階からやってほしいなと思いますね。

本誌編集長

三宅

そういった中で教材メーカーに求められることというのはありますか？
安藤

どこに行くのか

僕が大事だなと思っているのは「これをやればおしまい」ではなく、どんどんいろんなことに応用できるものです。あれにもこれにも使えるなというのがあ編 集 後 記 に変えてると、STEAM をするときにも、「 これってこういう使い方もできますか？」といった声が、探究のプロセスのすい教科を主軸にして、その中に他の頭文字の要素をどう関連させられるか、なにか小さい問題を解決するような取り組みを通して、児童が勉強したことを生かそうとする場面を先生がつくってくれるといいと思うんですよね。
三宅まさに「小さなSTEAM」からやってみようということですね。中学や高校での受験との兼ね合いはどうでしょう？

中で子どもたちの方から出てきやすいはずなんです。
そういったことも踏まえて、いろんなことで子どもた
ちがわくわくできるような教材をぜひお願いしたいなと思います。
三宅

アーテックとしても子どもたちの未来のために頑張ります。今日はどうもありがとうございました。
安藤 明伸とを駆使してどう考えていくかというところに紐づけ

宮城教育大学教授
中央教育審議会 情報ワーキンググループ委員、文部科学省 プログ
ラミングに関する調査委員会委員、文部科学省 ICT 活用教育アドバ
イザー、文部科学省 小学校プログラミング教育の手引作成協力委員
他、プログラミング教育の手引、教育の情報化に関する手引、中学校
技術の学習指導要領執筆。

られるかもしれません。やはり唯一の正解のあるものを

三宅 丈夫

安藤

STEAM をしたから受験の学力が上がるのかというと、「すぐに上がります」とは言い切れませんが、例
えば未知の問題に遭遇したときに、自分が知っているこ解くという点ではなくて、どうしたらいいんだろう、自分で何をすればいいんだろうというときに発揮される力につながることは間違いないなと思いますね。

株式会社アーテック教育ネットワーク推進事業主幹
旧学習研究社時代に科学雑誌「6 年の科学」編集長。以降、学研グループ内で教育ICT 事業部長、「学研教室」教務部長等を歴任。2018 年より現職。大学等との共同研究を担当。

※スクショ…スクリーンショット。端末の画面を画像データとして保存する機能を用いること。

67

研究指導・監修
安藤 明伸
宮城教育大学教科教育学域（技術科教育）教授
情報活用能力育成機構 副機構長
授業実践（掲載順）
宮城教育大学附属中学校教諭

西川 洋平

宮城教育大学附属中学校教諭

安達 勲

宮城教育大学附属小学校教諭

新田 佳忠

宮城教育大学附属小学校教諭

渡部 智喜

宮城教育大学附属小学校教諭

上杉 泰貴

仙台市立中山小学校教諭

栗木 直也

写真協力
photo AC / PIXTA
編集・著作
株式会社アーテック 企画室
詳しい製品情報はこちらから
アーテックロボ 1.0

アーテックロボ 2.0

アーテックロガー

https://www.artec-kk.
co.jp/artecrobo/ja/

https://www.artec-kk.
co.jp/artecrobo2/ja/

https://www.artec-kk.
co.jp/dl/arteclogger/

宮城教育大学×アーテック共同研究実践事例集
STEAM教育 ーはじめの一歩ー
2022 年 1 月 28 日発行
発行人 藤原 悦
編集人 野田 みね
編集長 三宅 丈夫
編 集 植松 愛理・早川健太郎・𠮷谷わかな
AD：工藤 浩司
イラスト：平山貴美子
発行 株式会社アーテック〒581－0066
大阪府八尾市北亀井町3－2－21

お問い合わせ先 info@artec-kk.co.jp
68※ 本書の無断転載を禁じます。
第三者による電子データ化および電子書籍化は、私的使用を含め一切認められておりません。
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・Arduino は、Arduino Holding の商標です。
・Chrome OS、Chromebook、Android は、Google LLC の商標です。
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Inc. またはその関連会社の米国およびその他の国における商標または登録商標であり、ライセンスに基づき使用されています。
・iPadOS、Mac OS は Apple Inc. の商標です。
・Raspberry Pi は Raspberry Pi 財団の登録商標です。
・Bluetooth は、米国 Bluetooth SIG, INC. の商標または登録商標です。
・Artec、Studuino は、株式会社アーテックの登録商標です。
本文中では ® および ™ を表記しておりません。

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https://www.artec-kk.co.jp/special/school_programming/
宮城教育大学×アーテック 共同研究実践事例集「STEAM 教育 ーはじめの一歩ー」 098071 K0222