山梨大学教職大学院 令和４年度 教育実践研究報告書

オルゴールとコンピュータのつながりを考える授業研究

教育学研究科 教育実践創成専攻 教科領域実践開発コース 中等教科教育分野 内田瑛一郎

１．研究の目的

ので，どうなっているか原理が気になってい昨年の研究は，「C エネルギー変換の技術」

たため，細かいところまで説明を聞いて理解で，電磁誘導に注目し，現象を可視化できる教材を開発した。その教材を生徒が自ら製作が深まった。」などの回答があった。さらに，授業の感想では，「電磁誘導はタイトルを聞いして，その過程で原理を考える授業実践を行ただけで難しそうだなと思ったけれど，実験い検証した。

をして仕組みを理解することができて楽しか身近なところで使用されている多くの製品った。
」，「電磁誘導を初めて聞いて最初はよくは微小かつ精密で中身がブラックボックス化わからなかったけど，製作を通して学べたかしている。しかし，そのような製品の中にもらよかった。
」，「今日の授業で電磁誘導は自分教材として学習につなげることができるものの近くにもあるということが分かり，電磁誘もある。電磁誘導もその一つだと考えた。スマートフォンやウェアラブルデバイスなどワ導の仕組みについてわかったので良かったです。
」などの回答があった。このことから，生イヤレス充電を行うことができる製品が多くなった。充電のときは，接続端子とコンセン徒にとって仕組みが可視化されるような教材を用いることは，教材を通して製品の仕組みトをつないで充電をするが，ワイヤレス充電を学ぶきっかけになり，深い学びにつながるができる製品は，接続をする手間が省け，故障する事が多い接続部の消耗を防ぐことがでと考えられる。
教材づくりの解釈を，「①一定の目標を実現きる。簡単に取り扱うことができる反面，ワするような働きを持った学習材料のこと，②イヤレス充電の仕組みについて知識があると学習者にとって思考を働かせる素材のうち，は限らない。昨年度，授業実践を行った研究校の生徒はワイヤレス充電ができる製品があ

教師が意図的に準備するもの，③誰が用いても授業で一定の成果を保証できるように組織るということは知っていたが，アンケートを実施した結果，ワイヤレス充電の仕組みに関されたもの」と藤岡（1989）はしている。技術分野において山本（2018）は，教材についして回答できる生徒はいなかった。しかし，授業で製作を通して学習し，現象の説明を受けると，調査問題では 88％の生徒が「電磁誘て生徒や学校の実態に合わせて学習環境を的確に捉え，生徒の興味・関心を高めつつ資質・能力を高めるために用いるとし，その重要性導」を回答することができた。調査問題の記述欄に，「製作をした後，原理を学んで理解はを示している。このことから，技術分野の教材には生徒の興味・関心を高め意欲的に学習深まりましたか。
」について回答させた。肯定に臨むことができる教材であり，一定の目標的な回答が多く，その理由には，「電磁誘導やを実現するように仕組まれた教材であること

Ｑｉについて最初は分からなかったが実験をするにつれ徐々に分かってきたから。
」，「最初が求められる。
以上のことから，本年度の研究も教材開発

問題を解いたときは全く分からなかったけど，製作を通して知ることができたから。
」，「友達に取り組んだ。身の回りの製品を取り上げ，ものの仕組みを考えることができること，生の家にワイヤレスで充電できるものがあった徒の実態を把握し，興味・関心を高めながら－ 440 －

山梨大学教職大学院 令和４年度 教育実践研究報告書

意欲的に学習に臨むことができる教材の開発されている。に臨んだ。その授業実践を報告する。

共鳴箱は，一般的には木材を使用して製作され，片側に開口部を設けた構造で，木材に２．実験授業

オルゴールを載せて鳴らすと振動に木材が共（１）実施校 山梨県内Ａ中学校 ２学年 27 名

鳴し，開口部から音を出す仕組みになってい（２）題材名オルゴールとコンピュータのる。共鳴箱は使用する木材の材質と形状によつながり Ｄ(１)アり，その響きを変えることができる。低音を（３）指導計画

響かせたいときは大きめの木材を，高音を出指導計画を表１に示す。
表１ 指導計画

したい場合には小さめで固めの木材を使用することでより効果的な音になる。
紙式手回しオルゴールは，ディスクオルゴ

Ｄ 情報の技術 １－２
情報とコンピュータールのドラムを紙状にしたもので，紙に設け1コンピュータの構成，コンピュータの機能と装置・・・１時間られた穴が，櫛歯の前に取り付けた一つ一つが独立した回転体の爪車をひっかけると同時

2

コンピュータを使って機器を自動で動かす仕組みに，弁を弾いて音を出す仕組みである。本授コンピュータによる処理の仕組み

業で用いた紙式手回しオルゴールを図１に示・・・・・・・１時間
3

す。デジタルデータは，「０」と「１」の２種

プログラムの構造と表現類だけで表し，「０」と「１」をいくつも並べ・・・・・・・１時間ることで情報を記録することができる。記録

4

情報のデジタル化媒体に，紙テープが使われていた時期もあっ5・・・・・・・１時間(本時)デジタル情報の特徴・・・・ １時間たが，現在では磁気ディスクが使われている。
本授業で用いた紙テープを図２に示す。この（４）教材
オルゴールは大きく分けて，ピンを取り付けた金属の円筒を用いるシリンダーオルゴー

紙テープは，紙式手回しオルゴールの紙と同じで，「穴がない」，「穴がある」で「０」と「１」を表すことができる。

ルと，突起の付いた円盤を用いるディスクオ
ルゴールに分類されている。シリンダーオル
ゴールは，シリンダーにピンが組み込まれて，曲として記録されている。シリンダーがゼンマイまたはモータの力で回転し，ピンが振動板の弁をはじき，メロディーが鳴る。ディスクオルゴールは，シリンダーオルゴールのド
図１ 紙式手回しオルゴール

ラムを円盤状にしたもので，円盤に設けられた孔の下の突起が，櫛歯の前に取り付けられた一つ一つが独立した回転体の爪車をひっかけると同時に弁を弾いて音を出す仕組みである。
オルゴールだけでは音量が小さいので，音図２ 紙テープを大きくするために木製の箱を使用することでその音を増幅し，豊かな音量で聞くことが本授業では，紙式手回しオルゴールと紙テープを用いて行った。デジタルデータは，「０」できる。この箱を共鳴箱といい，非常に重宝と「１」からなり，紙式手回しオルゴール，紙テープともに「穴がない」，「穴がある」で－ 441 －山梨大学教職大学院 令和４年度 教育実践研究報告書

情報を表現していることを理解させ，それがュータとの関連についての問題である。［２］デジタルデータの仕組みであることを考えるは，共鳴に関する問題であり，木や材質など授業を実施した。

に関する問題である。事後調査問題には，［３］，（５）調査方法［４］，［５］に記述式で回答する項目を設け

本研究においては，比較的短時間で多数のた。

対象者から事項について多くの調査をできる生徒は調査問題を３回行った。本授業では，こと，また，それらの結果を数量化しやすい全ての調査を授業中に行った。１度目は，始という理由から，質問紙法により調査を行っ業後すぐに実施した。２回目は，教材を用いた。具体的には，質問紙を用いて空欄に単語を記述するという方法で実施した。調査問題て原理を説明したり，音を聞かせたりしながら，教師が説明をしながら記入をさせた。３を，表２に示す。
調査問題は，［１］は，オルゴールとコンピ

度目はまとめの振り返り後にすぐに実施した。

表２ 事前事後調査問題
事後調査問題
事前調査問題年組番

名前［１］ 図に示す紙式オルゴールは，ディスクオルゴールのドラムを（① 紙 ）にしたもので，（①紙 ）に設けられた孔が，櫛歯の前にとりつけた一つ一つが独立した（②回転体）の爪車を（③ひっかける）と同時に（④ ピン）で弁を弾いて音を出す仕組みです。
紙式オルゴールの穴が開いていない，開いていることと同じく，情報のデジタルデータが，「(⑤ ０ )」と「（⑥ １ ）」の 2 種類だけで表し，「(⑤ ０ )」と「（⑥ １ ）」をいくつも並べることで情報を記録することができる。記録する媒体は初期段階で，（① 紙）テープが使われていますが，現在では（⑦ 磁気 ）ディスクが使われている。この（① 紙）
テープは，紙式オルゴールの紙テープと同じで，「穴がある」，「穴がない」で「(⑤ ０ )」と「（⑥ １ ）」を表すことができる。
［２］ オルゴール自体の音量が（⑧ 小さい）ので，音を（⑨ 大きく ）するために（⑩ 木 ）製の箱を使用することでその音を（⑪ 増幅 ）し，豊かな音量で聞くことができる。この箱を（⑫ 共鳴 ）箱といい，非常に重宝されている。 （⑫ 共鳴 ）箱は，一般的には（⑩ 木）を使用して制作され，片側に開口部を設けた構造で，（⑩ 木）にオルゴールを載せて鳴らすことでその振動に（⑩ 木 ）が（⑫ 共鳴 ）し，開口部から音を出す仕組になっている。
（⑫ 共鳴 ）箱は使用する（⑩ 木状により，その響きを変えることができる。
［３］ 難しかったことは何でしたか。
［４］ おもしろかったこと（興味関心を持ったこと）は何でしたか。
［５］ オルゴールについて学習したことは何でしたか。

－ 442 －）の（⑬ 材質 ）と形

山梨大学教職大学院 令和４年度 教育実践研究報告書（６）授業内容
授業の流れを表３に示す。実験授業を行った学校の生徒は小学校を卒業するときにシリンダーオルゴールを卒業記念品として受け取っている。受け取った記念品を思い出させながら，授業を開始した。そして，ディスクオルゴールの画像を見せて，オルゴールの種類について説明した。
次に，紙式手回しオルゴールを見せた。まずは穴の開いてない紙式手回しオルゴール専

図３ 紙に開けた穴用の用紙をオルゴールに通して，穴がないと音が鳴らないことを確認させた。そして，穴その後，紙テープを見せた。紙テープを読み込むためには，紙テープ穿孔機が必要であが開けてある用紙を見せてから，オルゴールに通しハンドルを回転させて音を鳴らし，生る。その動画を用意して視聴させた。コンピュータでは現在，ハードディスク(記憶装置)徒に聴かせた。情報端末を用いて，紙の穴が開いている様子を拡大させて，穴があると音にデータが保存されていることを伝えて，コンピュータがどのように情報を伝えているのが鳴ることを強調した。生徒にも，紙式手回か，オルゴールとの共通点を考えさせた。

しオルゴールのハンドルを回させて音を鳴らさせた。

最後に，オルゴールを用いて共鳴について学習をさせた。シリンダーオルゴールだけで紙式手回しオルゴールの仕組みを確認した

は，音は小さく聞き取りにくい。しかし，机後，図３に示す紙の音を聴かせた。最初に，カタカナで教師の名前になるように穴を開けに置くと音は増幅する。まずは，直接，手で持ち音を聴かせた。何も聞こえないと多くのて音を聴かせた(図３の①)。次に，ローマ字で生徒が反応した。机の上に置くと音は大きく教師の名前になるように穴を開けて音を聴かなり生徒にも音が聞こえるようになった。させた(図３の②)。最後に，２進数で教師の名前らに，シリンダーオルゴールをプラスチックになるように穴を開けて音を聴かせた(図３の③)。２進数を知っている生徒はほとんどいな板に置き，プラスチック板を折り曲げた。すると音はより増幅する。その音を聴かせた。

かったので，紙に穴が開いている様子を見て，どのような穴が開いているのか分からなかっ

その後，共鳴箱について説明した。また，共鳴箱は材質によって音が変化することも伝えたようである。この音を聴かせた後，穴が開た。

いていないを「０」で表し，開いていることを「１」で示していることを伝えた。
表３ 授業の流れ段

時階間

導１○事前調査問題を行う。

入０○オルゴールがどのように音 ○オルゴールが音を出す映像を見せ，学習内容を確分

学習活動を出すのか考えさせる。
○本時の目標と内容を知る。

教師の指導・支援○一人一枚事前調査問題を配布する。
認する。
○本時の目標を知らせる。

オルゴールとコンピュータのつながりを考えよう。

－ 443 －

山梨大学教職大学院 令和４年度 教育実践研究報告書

展

３

開０分

○オルゴールが音を出す仕組○情報端末を活用し，櫛歯とシリンダーを拡大してみを理解する。

説明をする。

→オルゴールで音が鳴る様子○オルゴールのシリンダーが櫛歯を弾いて音が鳴るを観察する。

ことを理解させる。

→オルゴールが音を出すため○シリンダーの弁がないところは音がでないことをの櫛歯とシリンダーの関係を理解させる。

知る。
○オルゴールで，音を鳴らす。 ○紙を入れるだけでは音が鳴らないことを理解させ→紙を入れても音が出ない。
→紙に穴を開けて櫛歯を動かる。
○オルゴールの音がならないことを「０」，オルゴーすことで音が鳴る。
○紙に教師の名前になるようルの音が鳴ることを「１」として指導する。
○クイズ形式で何を表しているのか考えさせる。に穴を開け，その音を聴く。 ・カタカナで”ウチダ”○紙式手回しオルゴールで・ローマ字で”UCHIDA”「０」と「１」で鳴る音を聴

・２進数で”1001110

く。

1010011 1010101○紙テープを見せる。

1000001”○オルゴールとコンピュータが同じデジタル信号を用いて情報伝達を行っていることを理解させる。

○紙テープ穿孔機が利用され○動画を視聴させながら，現在は紙ではなくハードている動画を視聴する。

ディスク（記憶装置）に保存していることを伝える。

オルゴールとコンピュータのつながりは何だろう？

○共鳴について知る。

○共鳴や共鳴箱について説明をする。

〇共鳴箱を用いると音の大き・手で持ったときのオルゴールの音の大きさを聴かさが変化することを知る。

せる。
・机の上に置いたオルゴールの音を聴かせる。
・オルゴールにプラスチック板をつけて，折り曲げたときの音を聴かせる。

ま１と０め分○授業を振り返る。

〇授業の振り返りを行う。
○一人一枚事前調査問題を配布する。

○事後調査問題を行う。

○事後調査問題を回答させる。

○次時の内容を知る。

（７）事前・事後調査問題の結果た。しかし，オルゴールの仕組みである「回図４～図７に，［１］,［２］の事前調査問題転体（シリンダー）」や記憶媒体に関する「磁と事後調査問題の正答率を示す。調査問題の気」などは正答がその他と比べて少なかった。

空欄の順に正答率をグラフに示している。事前事後調査問題の結果を比較すると正答率が全体的に増加していることがわかった。［１］［２］については，「木」や「小さい」などは全員が回答することができた。しかし，「増幅」については正答率がその他と比べて少なかっに関しては，デジタル信号の特徴である「０」た。と「１」に関する正答率を上げることができ－ 444 －

山梨大学教職大学院 令和４年度 教育実践研究報告書

図４［１］事前調査問題の正答率

図５［１］事後調査問題の正答率

図７［２］の事後調査問題の正答率

図６［２］の事前調査問題の正答率－ 445 －

山梨大学教職大学院 令和４年度 教育実践研究報告書［３］の「難しかったところ。
」，［４］の「お３．研究のまとめもしろかったところ（興味関心を持ったこと）

シリンダーオルゴールを小学校の卒業記念は何でしたか。
」，［５］の「オルゴールについ品として受け取っていたことで，オルゴールて学習したことは何でしたか。
」の記述についがどのように構成されているかを見た事があて，KHcoder を使用して共起ネットワークをる生徒を対象にした実験授業を行った。事前制作した。共起ネットワークとは，出現頻度調査問題においてはほとんどの問題が空欄だの高い単語を拡張点とし，それらを接続するった。授業の最後に「オルゴールとコンピュことで，単語の関係性をネットワークにしてータのつながりを答えなさい。」という質問を表現しているものであり，単語の関連性を知ることができる。単語を囲んでいる円が大きした。答えた生徒は「０と１で，データを表現することができる。」と回答した。オルゴー

ければ大きいほど出現率が高い単語である。
［３］の共起ネットワークを図８に示す。

ルについて，シリンダーが回転し櫛歯がピンを弾くと音が鳴ること，紙テープのように穴［３］では「オルゴール」と「仕組み」の出現率が高くつながりができている。生徒の記が開いているところと，開いていないところを区別しながらデータを読み取ることが同じ述には「オルゴールの中の仕組みや紙テープの２進数について。
」，「紙のオルゴールなどのであることを認識できているということがわかる。しかし，このことからはデジタルデー他に情報デジタルデータが０と１で表されてタについて理解が深まったと考えることはでいること。
」などの記述があった。

きない。

［４］の共起ネットワークを図９に示す。

本研究では中学校，技術・家庭科の技術分［４］では「オルゴール」と「音」の出現率

野における「D 情報の技術」において紙式手が高くつながりができている。
「オルゴールの仕組み。」，「木の机にオルゴールをつけたり，回しオルゴールとコンピュータのつながりを考える授業実践をした。その授業ではオルゴ

プラスチックの板を曲げたりしたら，音が大ールとコンピュータの共通点を認識させるこきくなったこと(共鳴)。
」などがあった。コンとはできた。授業を終えてからも，さらにデピュータについて生徒の記述として，「紙テージ タ ル デ ー タ の 理 解 を 深 め るた め に 武 田

プで，穴があるか，ないかで，０と１を表すことができるというのが難しいが，とても興(2010)を参考に FAX の原理を用いて画像のデジタル表現を学ぶ授業や，モザイクアートを味を持てた。
」，「１と０の数字だけで字や数，記号を表せる２進数に興味がわいた。
」などの行ってデジタルカメラの仕組みを教える授業を実施した。

記述があった。この記述から，共鳴について身近な機器を教材として用いることは，学の興味が高かったことがわかる。

習への興味・関心を高めるだけでなく，その［５］の共起ネットワークを図 10 に示す。
［５］では「オルゴール」と「音」，「仕組み」

製品を見つめるときの見方・考え方につながると考えている。教材が日常で見るもの，使の出現率が高くつながりができている。生徒

うものであれば，その製品を見るときに仕組の記述には「オルゴールは情報ともかかわり，共通点があることを学習できた。
」，「紙式手回みを考えることにつながる。この繰り返しが，自ら機器の仕組みを知ろうとする生徒の育成

しオルゴールの穴が開いてないと鳴らないところや２種類だけという仕組み。
」などの記述になると考えている。今後も，身近な製品に注目し，現象を可視化するなど，仕組みを理があった。中央部には「デジタル」，「データ」などデジタルに関する記述が出現した。

解できるような教材開発を行い，機器の仕組みを自ら知ろうとするような生徒の育成に向けて研究をしていきたい。

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図８ ［３］難しかったことは何でしたか。

図９ ［４］おもしろかったこと(興味関心を持ったこと)は何でしたか。

図１０ ［５］オルゴールについて学習したことは何でしたか。
〇引用・参考文献
・朝倉邦造,(1993)技術科教育の研究,朝倉書店
・新しい技術・家庭,技術分野,東京書籍,(2021)
・井戸坂幸男; 久野靖; 兼宗進. (2011)コンピュータサイエン
スアンプラグドに基づく授業方法改・善の試みとその実践.
日本産業技術教育学会誌, 53.2
: 115-123.
・技術・家庭, 技術分野, 開隆堂,2021
・技術・家庭, 技術分野, 教育図書,2021
・近藤義美 (1990) 技術科の指導論 開隆堂
・竹田正幸, 転がしてわかるデジタルの仕組み: デジたま講
座における教材・教具の開発. 日本情報科教育学会誌, 2010,
3.1: 73-74.

・並木美太郎,(2016)中学生対象の「未来のスーパー科学者養成 EPOCH プログラム」における ・CSUとドリトルを用いたコンピュータの仕組みの理解. 研究報
告コンピュータと教育 (CE), 4: 1-8.
・藤岡信勝(1989)授業づくりの発想，日本書籍，pp64‐69
・文部科学省：中学校学習指導要領解説 ，技術・家庭編(2018）
・山本利一(2018)日本産業技術教育学会・技術教育分科会，
技術科教育概論，pp118‐119

謝辞
本研究を行うにあたり，ご指導くださった自習校の先生方，生徒，教職大学院の先生方に厚く御礼申し上げます。

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