科学的な見方や考え方を養う小学校理科の指導に関する研究－児童が自分の考えを見直し、製作物を改良していく「ものづくり」を通して－
岩国市立由西小学校
１

教諭

土井

健

研究の意図
(1) 現状と課題
平成24年度全国学力・学習状況調査において、理科の調査が初めて実施された。出題された調査問題の「活用」に関する問題において、「適用、構想、分析、改善」という新たな枠組みが示された。「改善」を枠組みとした問題についての調査結果からは、児童が実験結果を基に自分の考えを改善して、その理由を記述することなどに課題があることが明らかになった。その原因の一つとして、児童が理科の学習において、自分の考えを見直す必要性を感じたり、自分の考えを改善する手だてを身に付けたりする機会が少ないということが考えられる。
(2) 自分の考えを見直し改善するとは「平成24年度全国学力・学習状況調査解説資料

小学校理科」（平成24年）では、「改善」の問題の趣旨について、「身に付けた知識・技能を用いて，自分の考えを証拠や理由に立脚しながら主張したり，他者の考えを認識し，多様な観点からその妥当性や信頼性を吟味したりすることなどにより，批判的に捉え，自分の考えを改善できるかどうかを問うものである。ここでは，自分の考えと他者の考えの違いを捉え，異なる視点から自分の考えを見直したり振り返ったりすることにより，多面的に考察し，より妥当な考えをつくりだしているかどうかをみる」＊１と解説している。
つまり、自分の考えを見直し改善するとは、「観察、実験前の考えを児童自身が批判的に捉え、実験結果を基に多面的に考察し、より科学的に妥当な考えへと高めること」と捉えることができる。自分の考えを見直し改善を図る機会を充実させ、児童が自分の考えを批判的に捉え、実験結果を基に多面的に考察できるようにすることが、科学的な見方や考え方を養うことにつながると考えた。
(3) 自分の考えを見直し、製作物を改良していくものづくり
児童が自分の考えを見直し改善を図る機会を充実させていくためには、児童自身が自分の考えを顕在化し、自他の考えの違いや学習の前後における考えの変化を捉えることができるようにする必要性があると考えた。
その具体的な手だてとして、製作物を改良していくものづくりに着目した。ものづくりを通じて児童は、自分の考えを製作物という形で顕在化することができる。また、児童が自分の作った製作物に対し、改良して実現したい思いや願いをもつことで、自分の考えを見直す必要性が生まれ、目的意識をもって学習に取り組めるだろうと考えた。
製作物の改良方法を考え、実現していく中で、観察、実験を中核とした問題解決に児童が主体的に取り組み、自分の考えを見直し改善していく。そして、学んだことを活用して製作物を改良することで、児童は改善された自らの考えを目で見て捉えることができる。その結果、児童が理科を学ぶことの意義やよさ- 25 -

図１

製作物を改良していく
ものづくりのイメージ

を実感し、自分の考えを見直そうとする必要性を更に強く感じることができると考えた。
そこで、本研究では、児童が製作物の段階的な改良に取り組むものづくりを学習展開の柱とし、観察、実験の結果の考察から得た知識や概念を活用してものづくりを行う場面を連続的に配置することにした（図１）。ものづくりの過程の中に観察、実験を位置付けることにより、問題解決学習と児童が自分の考えを見直し改善を図る機会を充実させることができると考えた。
(4) 研究の仮説
以上のことから、研究の仮説を「小学校理科の学習において、観察、実験の結果の考察から得た知識や概念を活用して製作物を改良していくものづくりを行うことにより、児童が自分の考えを見直し改善を図ることができるようになり、科学的な見方や考え方を養うことができる」とし、授業実践を通して、検証を行うこととした。
２

研究の内容(1) 自分の考えを見直し改善する機会の充実を図るために
小学校理科においては、「 小 学 校理 科 の観 察 ，
実験の手引き」（平成23年）に示された問題解決の【問題解決の８過程】

製作物の改良の４つのステップ

自然事象への働きかけ

製作物の見直し８過程を大切にした学習指導が重視されている。児問題の把握・設定

童が自分の考えを見直し改善していく上でも、主体的な問題解決学習を展開することが必要である。本

予想・仮説の設定

研究では、問題解決の８過程を「製作物の見直し」、

検証計画の立案「改良計画の立案」、「観察・実験による検証」、「製観察・実験

作物の改良」という４つのステップに分け（図２）、ものづくりの過程に問題解決の中核となる観察、実結果の整理

験を位置付けた授業構成を行うことにした。さらに、

考察

児童が自分の考えを見直し改善する機会の充実を図るために、以下の二つの支援を行った。
ア

結論の導出
図２

単元を通して取り組むものづくりの課題設定

改良計画の立案

観察・実験
による検証

製作物の改良問題解決の８過程と製作物の改良の４つのステップ

単元を通して「製作物をよりよいものにしていこう」という意識を、児童がもち続けられるようなものづくりの課題を設定した。そうすることにより、観察、実験の結果の考察から得た知識や概念を活用することへの目的意識が生まれる。それが、意欲的に観察、実験に取り組む主体的な姿勢につながる。そのような相乗効果により、主体的に製作物を改良していくことができるようになるであろうと考えた。
製作物の製作・改良の各ステップにおいて、課題意識をもち続けられるようにするために必要となる支援のポイントについて、表１に示す。
表１

単元を通して取り組むものづくりの各ステップにおける狙いと支援のポイント

ステップ

各ステップにおける狙い

各ステップにおける支援のポイント

改
良
前

製作

既にもっている知識や技能を活用してものづくりを行う。

児童の生活経 験や既習事 項 を 活用し、基となる製作 物を作るこ と ができるよ
うにする。

①

製作物の見直し②

改良計画の立案

改良して実現したい思いや願いをもつ。
改良のポイントを見出し、改良方法を考える。

改良に対する 具体的な目 標 をもたせ、課題意識を高める。
改良方法の中 に、学ぶべ き 学習内容 が含まれるようにする。

- 26 -

③

観察・実験による検証

観察、実験の結果の考察を基に、自分たちが考えた改良方法の妥当性を検証する。

比較、関連付 け、 条件制 御 、推論の必要性を意識さ せ、実験対 象 を製作物から抽出するようにさせる。

④

製作物の改良結果の考察から得た知識や概念を活用して製作物を改良する。

改良を実現す ることで、 学 んだことの有用性を実感できるようにする。

※

イ

学習内容に合わせて、①～④を繰り返し行う。

改良計画書の活用「小学校学習指導要領解説

理科編」（平成20年）には、「見通し」をもつことの意義の一つとして、予想や仮説と観察、実験の結果の一致、不一致が明確になることを挙げている。
その上で、予想や仮説の妥当性を検討する過程を通して、「児童が自らの考えを絶えず見直し，検討する態度を身に付けることになる」 ＊２ としている。そこで、児童が改良計画を立案する際、科学的な視点から改良のポイントを見出し、改良方法を考え、自他の考えを共有し合ったり、互いの考えの違いを捉えたりできるよう、二つのタイプの改良計画書を考案した（表２）。改良計画書を作成することで、児童が自分の考えをより明確にし、観察、実験や製作物の改良に対して見通しをもつことができるのではないかと考えた。
表２
類型

改良計画書の二つのタイプとそれぞれの利点

協働作成タイプ

ワークシートタイプ

作成例

使用した用紙

大判用紙（模造紙）

Ａ３判用紙

それぞれの児童が自分の考えを書いた付箋を貼 児童一人ひとりが自分の考えを書いたり、他者
作成の実際 り、方法別にグルーピングしながら協力して１枚 の考えを整理して書き加えたりしながら個別に計の計画書を作成する。
画書を作成する。
・協働的に作成することで、自他の考えを共有し ・個別に書くことで、自他の考えの違いを捉えや
やすい。
すい。
主な利点
・自分の考えがもちにくい児童でも、考えを広げ ・自分の考えの変化が記録されるため、結論を導出ていきやすい。
する際に、学習の流れを振り返りやすい。

なお、ワークシートタイプの改良計画書は、後述する授業実践２の際に考案したものである。どちらのタイプにも、児童が改良のポイントを見出し、具体的な改良方法をイメージしやすくするために、製作物の現状が分かる写真や図などを配置した。
また、改良計画書を基に改良方法の妥当性について話し合う場を設け、そこで話し合ったことを基に観察、実験を行い問題解決に取り組むことで、児童が自分の考えを見直し改善することができるのではないかと考えた。
(2) 授業実践の概要
原籍校の第５学年及び第６学年で２回の授業実践を行い、研究仮説を検証した。
ア

授業実践１

第５学年「電磁石の性質」(ｱ) 授業実践１の概要
７月に授業実践１を行った。対象児童は５人である。単元を通して取り組むものづくりの課題は、「鉄とアルミを分ける手作り選別機をよりよいものに改良していこう」とした。
- 27 -

児童の課題意識をより明確にするために、「大量の鉄のビスと乾電池 1 個アルミのビスが混ざってしまい、困っている」という認知的葛藤が生じる場面からものづくりの活動を開始した。

エナメル線６ｍ

第一次では、最初に３年生で学習した磁石の性質を活用して、永久磁石の選別機を児童が製作した。１回目の改良計画書を作成する中で、児童は電気の働きを利用すれば、スイッ

コイル 100 回巻

図３

電磁石の手作り選別機

チのオン・オフで簡単に鉄を取り外すこと

表３ 改良計画書に基づく話合い活動の様子の一例
Ａ：鉄心を大きくする方法の実験を、なぜ最後にができるのではないかと考えた。そこで、したほうがいいかというと、鉄心を大きくす
ると、引き付ける面積が大きくなるから、磁児童 は 電磁 石 の仕 組み を学 び 、電 磁 石を石と同じで、絶対にたくさん付くということ使った手作り選別機へと改良した（図３）。
は分かっているからです。
Ｔ：分かりきっているから、今やらなくても大丈
第二次では、電磁石の手作り選別機が目夫ってことだね。
的を十分に果たしているかどうか製作物を（中略）
Ｔ：じゃあ、次は鉄心を大きくする方法だね。で見直し、児童は「もっと一度にたくさんのも、実験しなくてもいいかな。
鉄のビスを取り分けられるようにしたい」
Ｂ：なぜですか。
Ｔ：だって、さっき、たくさん取れるのは「分かという思いをもった。そこで、「電磁石をりきっている」って言っていたでしょう。
より強くする方法」について考え、２回目
Ａ：でも、実験はした方が、いいのではないですか。
の改良計画を立案した。本単元の必修内容
Ｔ：分かりきっているのに？
である「乾電池の数を増やす方法」、「コイ
Ｃ：磁石は確かに大きい方がたくさん鉄が付くけど、電磁石はどうか試してみないと分からな
ルの巻数を増やす方法」を含め、五つの改
いと思います。
良方法が提案された。
Ｄ：Ｃ君に付け加えで、本当にたくさん付くかやってみたらいいと思います。
自分が考えた改良方法がうまくいくと思
Ｔ：Ｅ君は、どう思う。
う根拠や理由について述べ合いながら、検Ｅ：ぼくもＣ君と同じで、電磁石が磁石とまった
く同じかどうか試してみないと分からないと証の必要性や実験を実施する順番等につい思います。
て話し合った（表３）。児童は、自分たち
Ｂ：まあ、やってみましょうよ。ほかのとは違うかもしれないじゃないですか。
が考えたことが本当にうまくいくのか、ど
Ｔ：そうだね。引き付けるクリップの数をほかの方法と比べてみてもいいですね。
れが効果的な改良方法なのかを確かめるた※

めに実験に取り組んだ。

Ｔは教師、Ａ～Ｅは児童を表す。以後、同様。

表４ 実験後の話合い活動の様子の一例
Ｔ：実験結果を基に、改良方法がうまくいきそう
か整理しようか。どの方法がいいと思う。
改良に効果的な方法であるかどうかについ
Ａ：乾電池の数を増やす方法がいいと思います。
て話し合った。児童は、実験結果から「乾Ｂ：ぼくは、Ａ君に付け加えで、エナメル線を短くする方法もいいと思います。
電池の数を増やす方法」、「コイルの巻数をＣ：エナメル線を太くする方法やコイルの巻く数増やす方 法」、「エナ メ ル線を 太 くする 方を増やす方法もいいと思います。
Ｔ：なぜ、そう思うの。
法」、「エナメル線を短くする方法」の四つ
Ｃ：なぜかというと、どの方法も同じくらいク
は、基となる電磁石よりも２倍程度、引きリップを引き付けたからです。
Ｄ：えー、でもエナメル線を太くする方法がク
付けるクリップの数が増えていることから、リップを引き付けた数が多いよ。
電磁石を強くするために効果的な方法であＣ：20 個も、16 個もだいたい同じじゃない。
Ｔ：基になる電磁石と比べたらどうかな。
ると判断した（表４）。また、「鉄心を大きＢ：四つとも元々の電磁石よりも強くなっているからいいと思います。
くする方法」については、乾電池を２個にＡ：基と比べると、どれも２倍ぐらい引き付けてい増やさないと実験結果に差が見られなかっるから、四つの方法はうまくいくと思います。
（後略）たことから、ほかの方法と組み合わせるこ

実験後、どの改良方法が手作り選別機の- 28 -

とにより、効果を発揮する方法だと判断した。
製作物の改良の段階では、児童一人ひとりが電磁石を強く

乾電池２個
コイル 200 回巻

する五つの改良方法の組み合わせ方を考え、実験の結果の考察から得た知識や概念を活用して製作物を改良した（図４）。
(ｲ) 授業実践１の考察
ａ

エナメル線５ｍ

図４ 改良後の手作り選別機の一例

本単元におけるものづくりの課題について

単元導入において、磁石の性質について振り返り、既習の知識や概念を活用したものづくりを行った。第３学年「磁石の性質」の学習内容を活用したものづくりから始める
ことで、児童は永久磁石と電磁石の性質を対比しながら学習を進めることができた。
第二次では、永久磁石（ネオジム磁石）を使った手作り選別機と児童が電磁石を使った手作り選別機の性能を比較させることで、より強くなった電磁石のイメージを具体的にもたせ、改良に対する目的意識が高まるようにした。実験の結果から、自分たちが考えた五つの改良方法のうち一つだけを活用しても、ネオジム磁石ほど鉄を引き付けられないことに気付いた児童は、複数の改良方法を組み合わせて製作物を改良することができた。授業後の感想には、「電磁石でネオジム磁石よりたくさんの鉄を取れるように改良できたのでうれしかった」等の記述が見られた。電磁石でネオジム磁石よりも一度にたくさんの鉄を引き付けたいという児童の思いが、製作物の改良に主体的に取り組む姿につながっていたと考えられる。
ｂ

改良計画書の活用ついて
改良計画書（図５）を協働的に作成する活動を通して、自分の考えを見直す児童の姿が確認された。Ｃさんの授業感想を図６に示す。Ｃさんは、初め、エナメル線の長さに着目し、「エナメル線を長くする」という考えを付箋に書いていたが、友だちが考えた他の改良方法とその根拠や理由について話し合う中で、「電流の働きを高めればよさそうだ」ということに気付いた。Ｃさんは、友だちの考えにふれることで新た

図５ 児童が作成した改良計画書（協働作成タイプ）に獲得した「電流の働き」という視点から
自分の考えを見直し、「逆にエナメル線を短くした方が、コイルの中の電流がいっぱいになって電流が強くできるのではないか」とい図６

児童の授業感想う自分なりの考えをもつことができた。
また、改良方法の根拠や理由について話し合うことで、電磁石の性質に関して更に追究したい事が明らかになり、児童が互いに考えの改善を促すことができた（表５）。
表５「コイルの巻数を増やしてみる」という改良計画について児童が話し合う様子

Ｔ：どうしてコイルの巻数を増やすと電磁石が強くなると思うのですか。
Ａ：コイルの巻数を増やすと、鉄心に電流がたくさん集まると思うからです。
Ｔ：鉄心に電流が集まるってことは、鉄心に電流が流れているってことかな。
Ａ：そうだと思います。

- 29 -

Ｂ：いや、コイルに電流が流れていて、鉄心には流れていないと思います。
Ｃ：ぼくも、コイルに電流が集まるだけで、鉄心には流れていないと思います。
（中略）※ 鉄心に豆電球をつなぎ、コイルに電流が流れているときに点灯するかという児童が考えた実験を実施中
Ｂ：こんな実験しなくても、もともとエナメル線の黒いところは電気が通らないし、鉄心との間にストローもあるから、電流が流れることはないと思う。
Ａ：そういえば、そうか。

以上のことから、改良計画書を活用し、自分が考えた改良方法の根拠や理由について話し合い 、他者 の考え にふれる こと は 、児童 が自分の 考えを 見直し 改善する こと に効果があると考えられる。
(ｳ) 授業実践２に向けた改善
授業実践１の実施後、児童が書いた感想には、「改良計画書をみんなで作ったので、いろいろな意
見が出て、自分が思ったことも言えたから楽しかった」等の記述が見られた。友だちの考えにふれることにより、考えの改善が促されていることを自覚し、学習意欲を高めた児童の姿がうかがえる（図７）。
一方、協働作成タイプの改良計画書は、話合いを通じて考えたことを児童一人ひとりの手元に残しに図７くい。そのため、自分の考えを振り返り、考えがど

協働作成タイプの改良計画書を活用した、話合い活動の様子のように変化したのかを児童が捉えにくいといった課題も明らかになった。
そこで、個別に作成するワークシートタイプの改良計画書を考案した。ワークシートタ
イプの改良計画書には、個人の考えを記述する欄と協働的に考えたことを記述する欄を設けた（図８）。また、観察、実験の記録と併せて冊子にすることで、授業のまとめを記述する際にも学んだことを振り返りやすくする工夫をした。
①
②

④

※

③

⑤

図８

イ

授業実践２

【記述欄の説明】① 改良して実現したい思いや願いを記録する。
② 製作物の現状が分かる写真や図等を基にグループで話し合いながら改良ポイントを見出し、書き込む。
③ ②を基に、自分が考えた改良方法と根拠や理由を記述する。
④ ③を基に、自他の考えた改良方法の妥当性について、グループで話し合ったことを記録する。
⑤ 観察、実験の結果の考察を基に、改良方法の妥当性を再検討し、実際に製作物の改良に生かした方法
や改良してみた感想を記述する。
※ 観察、実験の計画や結果及び考察は、別紙の罫線
ノートに記録した。

ワークシートタイプの改良計画書の概要

第６学年「電気の性質と働き」(ｱ) 授業実践２の概要
授業実践２を10月に実施した。対象児童は３人である。単元を通して取り組むものづくりの課題は、「ミニ電化住宅を、電気をより有効に利用できるものに改良していこう」とした。実際の家を模したミニ電化住宅を製作・改良することで、授業の内容だけでなく自分の生活経験も生かしながら改良方法を考えることができるのではないかと考えた。ミニ
電化住宅を改良していくものづくりの授業実践の概要について、表６に示す。
- 30 -

表６

ミニ電化住宅を改良していくものづくりの授業実践の概要（全11時間）

製作物の製作、改良と学んだことの内容
ものづくり
の課題

児童が考えた改良計画書の内容

観察・実験

製作物の製作、改良と学んだことの内容

児童が実際に行った改良

電気を利用したミニ電化住宅を作ろう
一次（ ・身の回りには、電気の性質や働きを利用した道
２
具があること（継続して学習する内容）） ・電気は、光、音、運動などに変えることができること

１

改良計画２－２「つくった電気をためて利用しよう」
・充電池に電気をためる方法※ 改良計画２－１に付け加える形で計画した。

豆電 球 、電 子オ ル ゴー ル 、 モー タ ーの 三つ の器具を乾電池１個で同時に動かす実験

コンデンサにためる電気の量と手回し発電機を回す速さの関係を豆電球の点灯時間で調べる実験

・家屋本体に乾電池１個に、豆電球（あかり）、電子オルゴール、モーター（ミニ扇風機）をつないだ並列回路を取り付ける。

・電気は、蓄えることができること

乾電池 1 個１

あかり
（豆電球 ）
Mamedenkyuu）

ミニ扇風機（モーター）

・手回し発電機でためた電気を利用するために、乾電池をコンデンサに取り替える。

改良計画３「コンデンサにためた電気で、より長くあかりがつくようにしよう」
・豆電球を発光 ダイオード に替 え、使う電気の量を減らす方法

電子オルゴール

二次（
２）

・屋根に光電池を取り付ける。
・手回し発電機を利用して、回路に直接電気を送る。

改良前の製作物・コンデンサにためる電気の量を増やす方法

ミニ電化住宅を、電気をより有効に利用できるものに改良していこう

豆電球と発光ダイオードの点灯時間の比較実験
・豆電球よりも発光ダイオードの方が、使う電気の量が少なく、電気をより効率的に利用できること

改良計画１「電気を熱に変えて、熱を調節して利用しよう」
・電熱線の太さを太くする方法
・電熱線の長さを長くする方法
・電池の数を増やす方法

・省エネのため、 豆電球をＬＥＤ豆電球に取
り替える。
光電池

電熱 線 の熱 で、 蜜 ろう が 溶 け落 ち るま での 時間の比較実験

あかり（ＬＥＤ豆電球）

コンデンサ（手回し発電機で蓄電）

ミニ扇風機（モーター）

・電気は、熱に変えることができること
・電熱線の発熱は、その太さによって変わること
電子オルゴール

・電熱線を利用して、 ミニ電気ストーブを付け加える。（サーモテープの色は変化するが、熱くなりすぎない程度に発熱量を調整した。
）

三
次
（
５
）

改良計画３に基づく改良後の製作物の一例
製作物や改良計画書を基に、学習活動全体を振り返り、学んだことを活用し、さらに自分なりの改良を施した。

改良計画２－１「乾電池に頼らずにつくった電気を利用しよう」
・手回し発電機を利用する方法
・光電池を利用する方法
・その他の発電方法

１

手回し発電機による発電で、豆電球、モーター、電子オルゴール、それぞれが使えるか確
認する実験
・電気は、つくりだすことができること

２

ミニ電気ストーブ（電熱線）

・エネルギーをより有効に利用しようと、自作の風力発電機を付け加えたり、フードの反射光を利用したデスクトップライトを付け加えたりす
るなどの改良をした。

ミニ電化住宅を全校児童に紹介するためのス
四次 ピーチ原稿を書く活動を通じて、これまでの学習（ について振り返り、電気の性質や働きについてま２） とめた。
※ 朝学習の時間を使い、全校児童に発表した。

- 31 -

(ｲ) 授業実践２の考察
ａ

本単元におけるものづくりの課題について
児童一人が使用する乾電池を１個に限定することで、「エネルギーを有効に利用しよう」という視点から、発電や電気の効率的な利用方法に対しても考えを広げることができた。
改良計画書を作成する場面では、「自分の家でも省エネになるからと、お父さんが玄関の照明をＬＥＤに替えたから、使う電気の量が豆電球より少ないと思う」や「家にある手回し発電ラジオと同じように、手回し発電機で豆電球を点灯させた

図９ ミニ電化住宅を改良する児童の様子

り、モーターを回したりできると思う」等、生活経験を基に自分の考えの根拠や理由を述べることができた。授業のまとめの記述には、「ＬＥＤは明るいし、電気を使う量を減らせるから、自分の家のあかりをＬＥＤ電球に替えるとエコになるなと思った」等、実際の住宅における電気の利用を具体的に想起しながら考えている記述が見られた。
ミニ電化住宅を改良していくものづくりは、児童が自分の生活経験を生かしたり、学んだことを実際の生活に結び付けて考えたりすることに有効であったと考えられる。
ｂ

ワークシートタイプの改良計画書について
授業実践２では、まず個別に改良計画を考え、記述する時間を確保した後に、グルー
プで話し合い、考える場を設けた。話合い活動では「改良方法は一緒だけれど、理由は違って」や「○○さんが考えた改良方法の方が」等の発言が見られ、児童が自他の考えの違いやよさに気付くことができていた。改良計画書の感想の記述欄には、「電池の数を増やす方法について、電流を大きくするためには乾電池を直列つなぎにすればいいとまでは考えていなかったから、なるほどと思いました」、「自分のアイデアとみんなの意
見を書けるので、自分の考えのどのようなとこが変わったのかが分かった」等の記述が見られた。
以上のことから、まずワークシートタイプの改良計画書に自分の考えを書かせてから、話合いにつなげる指導を行うことで、児童が他者との関わりの中で自分の考えが変化していくことの有用性やよさを自己認識し、考えの改善を更に促すことができたと考えられる。

(3) 研究の考察
ア

単元を通して取り組むものづくりの課題設定による効果(ｱ) ものづくりに関する児童の記述や発言から
各授業ごとの感想に「もっとたくさん鉄のビスを取れるように考えたい」（５年生）や「ミニ電化住宅に、電気を熱に変えられるものも付けてみたい」（６年生）等の 製作物の改良への意欲を示す記述が見られた。「早く実験で試してみたい」、「結果が楽しみ」といった発言も多く見られ、「製作物をよりよいものにしていきたい」という思いを持続し、製作物の改良に主体的に取り組もうとする児童の姿が確認された。これは、単元を通して取り組むものづくりの課題を設定し、児童が自分の考えを見直す機会の充実を図ったことによる効果であると考えられる。
- 32 -

(ｲ) 実践前後の児童アンケートの比較から
授業実践前後にアンケートを実施し、児童が自分の考えを見直し改善を図ろうとする意識の変容について調査した（表７）。
表７

５・６年生８人へのアンケート調査の結果（５・６年生８人の平均値）

アンケート（５件法※）の質問項目

実践前

実践後

3.13

4.63

3.38

4.38

3.13

4.50

2.75

4.75

５ ものづくりを行うことはむずかしい

2.63

2.63

６ 理科の授業はよく分かる

3.88

4.63

2.63

4.25

８ 理科で学習したことは、実際の生活に役立っていると思う

3.50

4.63

９ 理科で学習したことは、自分の将来に役立つだろうと思う

3.75

4.38

１ 観察や実験がうまくいったかどうか、ふりかえっている観察や実験がうまくいかないときに、方法を考え直して、やり直そうとしている
観察や実験から分かったことを、ものづくりにうまく利用できてい３
るか見直している
つくったものを見直して、「もっとよい方法がないかな」と考え、改４
良しようとしている
２

７

理科の授業中、「もっと新しい考えがないかな」、「もっとよい方法がな
いかな」と考えている※５…とてもあてはまる、４…だいたいあてはまる、３…どちらともいえない
２…あまりあてはまらない、１…まったくあてはまらない

質問項目４では、あてはまる（５又は４）と回答した児童が実践前は２人であったが、実践後は８人に増えた。このほか、質問項目１、２、３、７などの結果から、自分の考えを見直したり、改善したりしようとする意識が向上的に変容したと判断できる。
また、質問項目８、９から、学習したことが実生活に役立つという意識や自分の将来に役立つという意識についても向上的に変容したと判断できる。これらの変容は、観察、実験の結果の考察から得た知識や概念を、製作物の改良に生かすことができたという成功体
験を積み重ねていくことで、理科を学ぶ有用性を実感できたことが要因だと考えられる。
これらのアンケート結果からも、観察、実験とものづくりを交互に繰り返し、学んだことをすぐに製作物の改良に活用する場面を意図的に設定することにより、児童が自分の考えを見直そうとする機会の充実を図ることができたと考えられる。
イ

改良計画書の活用による効果(ｱ) 改良計画書と授業中の話合い活動の様子から
ａ

改良計画書に見られる改良方法について児童が作成した改良計画書と話合い活動の様子を基に、改良計画書の活用の効果について検証した。授業実践１の第二次において、改良計画書（図５）の作成を通して、児童が考えた改良方法と実験に対する予想を表８に示す。これまでの生活経験や、理科で学んだ知識や概念をうまく利用するためにはという視点をもつことにより、児童がより明確に改良のポイントを見出し、改良方法を考えることができた。
表８のエナメル線を太くする方法を例に挙げると、児童は、ホースの太さによって水の流れ方がちがうことをイメージして、「エナメル線を太くすると電流がたくさん流れ、電流が強くなる」という考えをもち、それを基に実験計画を考え、「エナメル線を太く- 33 -

表８

電磁石を強くする方法について考えた改良計画と実験に対する予想【改良計画書に示された改良方法】

実験方法

主な根拠や理由【乾電池の数を増やす方法】

実験に対する予想

乾電池１個と２個、それぞれの 乾電池２個を直列つなぎで増や

乾 電 池 を 直 列 つ な ぎ に す る と 電磁石が、どれぐらいの量のク すと電流が強くなって一度にたモーターが早く回ったからリップを引き付けるか比較する くさんクリップを引き付けるだ
実験【コイルの巻数を増やす方法】

ろう

コ イ ル 100 回 巻 と 200 回 巻 、 そ れ コ イ ル の 巻 数 を 増 や す と 電 磁 石

10 回 巻 き で は ク リ ッ プ を 引 き 付 ぞ れ の 電 磁 石 が 、 ど れ ぐ ら い の が 強 く な っ て 引 き 付 け る ク リ ッ
けず、100回巻くとクリップを引 量 の ク リ ッ プ を 引 き 付 け る か 比 プの数が増えるだろう
き 付 け た か ら 。 巻 数 を 増 や す と 較する実験
電流が大きくなると思うから【エナメル線を太くする方法】

エ ナ メ ル 線 の 太 さ 0.4 ㎜ と 0.5 ㎜ エ ナ メ ル 線 を 太 く す る と 電 流 を細いホースより太いホースの方 巻、それぞれの電磁石が、どれ たくさん流せて、クリップを引が 、 た く さ ん 水 が 流 れ る よ う ぐ ら い の 量 の ク リ ッ プ を 引 き 付 き付ける数が増えるだろうに 、 電 流 が た く さ ん 流 れ 、 電 流 けるか比較する実験が強くなると思うから【エナメル線を短くする方法】

エナメル線の長さ６ｍと３ｍ、 エナメル線を短くすると電流が電流がエナメル線の中を速く回 それぞれの電磁石が、どれぐら より速く流れて、鉄心がクリッ
り、コイルの中の電流がいっぱ いの量のクリップを引き付ける プを引き付ける数が増えるだろ
い に な っ て 、 電 流 が 強 く な る と か比較する実験

う

思うから【鉄心を大きくする方法】

鉄 心 の ボ ル ト の 太 さ ６ ㎜ と ８ 鉄心を太くすると接する面積が永久磁石を大きくするのと同じ ㎜、それぞれの電磁石が、どれ 大きくなるから、引き付けるク
よ う に 、 鉄 と 接 す る 面 積 が 増 え ぐ ら い の 量 の ク リ ッ プ を 引 き 付 リップの数が増えるだろう
るからけるか比較する実験

すると電流がたくさん流れるはずだ」という予想を立てることができた。
改良計画書を作成することで、児童が自分なりの根拠や理由に基づき、見通しをもって観察、実験に取り組むことができていたと考えられる。
ｂ

児童の考えの変化について
児童の改良計画書と話合い活動の様子を基に、児童の考えの変化について分析した。
授業実践２における、６年生Ａさんの考えの変化について図10に示す。

〔どうすればコンデンサにためた電気で、より長くあかりがつくようにできるだろうか〕・コンデンサにためる電気の量を増やせばよいのではないだろうか。
改良計画についての話合い活動
・乾電池のようにコンデンサを並列つなぎで増やせばよさそうだ。
・豆電球を発光ダイオードに替えて、使う電気を減らす方法もよいかもしれない。
豆電球と発光ダイオードの比較実験
電気の有効利用という視点からの話合い活動
・どちらの方法も確かに、より長くミニ電化住宅のあかりをつけることができそうだ。
・省エネということから考えると、あかりを発光ダイオードの電球に替えて、使う電気の量を減らす方が電気をより有効に利用できるだろう。
図 10

Ａさんの考えの変化（改良計画書の記述より）

Ａさんはまず、自分なりに改良方法を考え、改良計画書に記述した。その後、児童一人ひとりが作成した改良方法について話し合った。話合い活動を通して、Ａさんは自分- 34 -

の考えを根拠を伴ったより具体的なものにした。また、自分が想起していなかった友だ
ちの考えを認識することで、新たな視点から自分の考えを見直すことができた。さらに、改良計画書に基づき観察、実験を行った。実験結果や電気をより有効に利用できているだろうかという観点を加味しながら、再度自身の改良計画を検討した。その結果、よりよいだろうと考えられる改良方法を選択することができた。Ａさんは、自分の考えを見直し、より科学的に妥当な考えをもつことができたといえる。
以上のことから、改良計画書を活用し、自分が考えた改良方法についてグループで話し合うことは、児童が自分の考えをより明確にしたり、実験結果を基に自分の考えの妥当性を多面的に検討したりすることに効果があると考えられる。
(ｲ) 改良計画書を活用した学習のまとめの記述から
授業実践２における改良計画書を活用した学習のまとめの記述を分析した（表９）。
表９

６年生児童が書いた学習のまとめの記述

今日は、豆電球より発光ダイオードの電気の使う量は少ないのか調べる実験をしました。私は豆電球より発光ダイオードの方が同じ電気の量でより長く点灯すると予想し てい まし た。 予 想通り 結果 は 、 豆電 球 より、 発光 ダイ オー ド の方が 長いＡ
さん

間、点灯していました。このことから豆電球より、発光ダイオードの方が電気を使う量が少ないことが分かりました。こ の こ と を 生 か し て 、 豆 電 球 を と り は ず し 、ＬＥＤにとりかえました。
ＬＥＤは明るいし、電気を使う量が減らせるから、家のあかりをＬＥＤにかえるとエコになるなと思いました。
電熱線の熱を高くするためには、どうすればいいか調べる勉強をしました。僕は、三つの方法は成功するだろうなと思っていました。 予想とちがって 、電流をＢ
さん

大きくする方法と電熱線の太さを太くする方法の二つは熱が高くなって、電熱線の長さを長くする方法は、変わりませんでした。このことから電流を大きくするのと電熱線の太さを太くするのがうまくいくことが分かりました。僕は、この二つのことを生かして、電気を熱に変えて利用したいと思います。
私は、手回し発電機の回す速さを速くすればコンデンサにたまる電気の量が増えＣ
さんて、豆電球の点灯時間がのびるだろうと予想していました。 予想と同じで 、結果は速く回した方が同じ回数ゆっくり回した時よりも点灯時間が長く、たまる電気の量が多いことが分かりました。

実験に対する予想（線部）を、実験結果（

線部）を基に見直す記述が見られるようになり、より科学的に妥当な結論を導出できている。さらに、ものづくりの過程を通して学んできたことで、結論として得たことをどのように活用するかについての記述も見られるようになった（線部）。

このような学習のまとめの記述の分析の結果から、製作物を改良していくものづくりを通して、自分の考えを見直し改善したことにより、児童がより科学的に妥当な考えをもつことができたと考えられる。
(ｳ) 改良計画書を用いた学習に対する児童の感想から
授業実践後に、改良計画書に対する児童の意識調査を行ったところ、５・６年生児童８- 35 -

人全員が、「改良計画書があると実験がやりやすくなった」と肯定的に捉えていることが確認された。自由記述による理由を表10に示す。
表10

５
年

６
年

「改良計画書があると実験がやりやすくなった」と児童が感じた理由

・改良計画書を見れば、どこを変えて実験すればいいのかが分かるので、次々実験できた。
・一人ひとりみんなの考えが出せて、それを基に実験して楽しかった。
・写真を基に、どこをどうすればもっと電磁石が強くなるのか考えを書けた。
・変える条件と変えない条件を考えて、どういう ふうに実験するか簡単に決められるようになった。
・どこを変えられるのか考えていたから、条件を考えやすかったので、予想も立てやすかった。
・自分たちで実験方法を考えられるようになった。
・どこをどうするか自分で考えて、予想を立てて実験したから、考察も書きやすかった。

以上のような結果からも、改良計画書を作成することは、児童が見通しをもって観察、実験に取り組むことに効果があると考えられる。
３

研究のまとめと今後の課題(1) 研究のまとめ本研究では、児童が自分の考えを批判的に捉え、実験結果を基に多面的に考察できるようにするために、自分の考えを見直し改善する学習機会の充実を図った。具体的には、観察、実験の結果の考察から得た知識や概念を活用して製作物を改良していくものづくりを行った。その具体的な手だてとして、単元を通して取り組むものづくりの課題を設定し、改良計画書の活用を通して、児童が主体的に問題解決に取り組むことができるように支援した。その結果、児童が見通しをもって観察、実験に取り組み、実験結果を基に自分の考えの妥当性を多面的に検討できるようになったことで、より科学的に妥当な考えをもつことができた。以上のことから、科学的な見方や考え方を養うことができたといえる。
(2) 今後の課題
自分の考えを見直し改善する機会を充実させるために、まず何らかの形で自分の考えを表出させ、顕在化させる。そして、自分の考えを見直すための具体的な指導・支援によって、児童が自分の考えを批判的に捉え、よりよい考えへと高めていくことができるようにする。こういった指導の在り方は、ものづくり以外の学習活動にも生かせると考える。
今後は、本研究において効果を確認することができた、自分の考えを見直し改善する機会の充実を図るための手だてを、理科の他領域や他教科においても生かせるよう研究を進めたい。

【引用文献】＊１ 国立教育政策研究所、『平成24年度全国学力・学習状況調査解説資料 小学校理科』、2012、p７＊２ 文部科学省、『小学校学習指導要領解説 理科編』、大日本図書、2008、p８【参考文献】
・国立教育政策研究所、『平成24年度全国学力・学習状況調査小学校調査結果概要』、2012
・文部科学省、『小学校理科の観察、実験の手引き』、2011
・村山哲哉、『小学校理科「問題解決」の８つのステップ』、東洋館出版社、2013
・村山哲哉、『わかる！小学校理科授業入門講座』、文溪堂、2012
・日本初等理科教育研究会、『初等理科教育９月号第43巻９号』、農山漁村文化協会、2009
・日本初等理科教育研究会、『初等理科教育４月号第47巻４号』、農山漁村文化協会、2013
・日本初等理科教育研究会、『初等理科教育９月号第47巻９号』、農山漁村文化協会、2013
・日本初等理科教育研究会、『初等理科教育10月号第47巻10号』、農山漁村文化協会、2013- 36 -