足利地区の電気分野の教材開発

足利地区中教研理科部会

目次
１ はじめに ··················································· 1
２ これまでの成果と本年度の課題 ····················· 1
３ 研究の概要 ················································ 1
４ 研究の内容 ················································ 2(１) 昨年度の取組 ··········································· 2
授業Ａ「直列回路の抵抗」 ···········································································2授業Ｂ「直流と交流」 ·················································································5(２) 今年度の取組（教材の紹介） ······················ 8導入タイプ ·······························································································8発展タイプ ·······························································································9

５ 今年度の研究の成果と今後の課題 ················ 10

１ はじめに足利地区では昨年度，栃中教研研究大会を坂西中学校で開催した。その研究を継続するため，研究主題は昨年度と同様「自然現象に進んで関わり，科学的な思考力を育てる理科教育」のもと，「目的意識をもって主体的に観察，実験を行い，結果を言語活動を通して分析し解釈する学習活動を効果的に授業に位置付けることで，自然現象に進んで関わる態度と科学的な思考力を育てることができる。」という仮説を立てて研究を進めている。今年度は電気分野の教材をさらに発展させ，足利地区全体で教材開発に取り組んでいる。その途中経過を報告する。

２ これまでの成果と本年度の課題
昨年度の取り組みとして，教材開発と言語活動に注目して授業を行った。その結果，生徒が意欲的に取り組み，生徒の探求心を喚起する教材の有効性を確認することができた。また，見通しのもちやすい教材の開発を心がけたことで，生徒が実験結果の整理，分析，考察を行いやすくなった。さらに，言語活動のねらいが明確になり，生徒への支援もしやすくなった。また，ホワイトボード，ワークシート等の言語活動を補助する教材・教具を工夫することにより意見の交流が活発になり，思考の過程を共有することができた。
しかし，課題の与え方による教材の生かし方や，生徒の思考力の高まりについての検証には至っていない。
そこで今年度は，電気分野の教材開発をさらに進めることにより，教材を活用する目的が明確になり，導入や発展など，活用する場面が広がると考えた。特にブラックボックスを中心とした教材について，各学校で作成した教材を持ち寄って地区で検討し，続けて研究を進めることとした。

３ 研究の概要
昨年，一昨年は電気分野の中でも「ブラックボックスの活用」と「直流と交流の違い」について教材の開発を中心に研究を行ってきた。特に昨年度（平成 28 年度）は県中教研で 2 つの研究授業を行った。そして今年度は「ブラックボックス」の教材開発を中心に行った。その結果「導入タイプ」と「発展タイプ」の 2つのブラックボックスが開発された。これらの実践により，さまざまな教材が蓄積され，それぞれの学校で活用することができた。そして生徒の意欲や思考力が高まったと感じている。
以下の(1)，(2)について設定した内容をもとに授業を行い，その結果をもとに共同研究を進めた。

(１) 自然現象に進んで関わる意欲を喚起し，目的意識をもって主体的に行う観察，実験のための教材開発①

教材開発を行う上での視点として，研究推進委員会で以下の６点を設定した。
ａ．生徒の興味・関心を引きつけるもの
ｂ．生徒の探求心を喚起するもの
ｃ．問題解決への見通しをもちやすいもの
ｄ．教材の活用の工夫が明確に示せるもの（提示のしかた，発問のしかた）
ｅ．
「問題把握の場面」「主探求活動の場面」どちらかで，又は両方で活用できるもの
ｆ．以下の（２）との関係で分析しやすい結果が得られるもの②

言語活動を展開しやすい単元であると考えられることから，「電流の利用」に単元を絞って教材開発に取り組むことにした。

－1－

(２) 言語活動を通して，観察，実験の結果を分析したり，解釈したりする学習活動を行うための工夫①

言語活動を通した学習活動の工夫に取り組む視点として，研究推進委員会で以下の８点を設定した。
ｇ．
「ｱ 問題把握」「ｲ 予想・仮説」「ｳ 実験計画」「ｴ 結果：整理」「ｵ 考察：分析・解釈」のどの場面での言語活動かｈ．
「ｶ 個別」「ｷ ペア」「ｸ グループ」「ｹ 全体」のどの単位で行うか
ｉ．
「ｺ 書く」「ｻ 話す」「ｼ 話し合う」など言語活動の種類は？
ｊ．思考しやすい学習問題設定の工夫（生徒の気づきと本時のねらい）※学習問題の設定は（１）の教材開発を中心に取り組んでいる「目的意識をもって主体的に観察，実験を行う」にあたっても中核となる部分であり，特に意識して工夫する。
ｋ．科学的であるために，比較・関係づけ・条件制御・推論等を意識させる言葉の使い方のヒントの提示※事実に基づいて，根拠をしめして話す。
ｌ．思考を共有しやすくするキーワードの提示
ｍ．言語活動を補助する教材・教具の開発（ワークシート・ボード・モデル等）
ｎ．その他の教師の支援②

言語活動については，単元や領域を限定せずに，生徒の発達段階をふまえて，様々な場面で実践することとした。

各学校で，以上の(1)，(2)について，設定した内容をもとに授業を行い，その結果をもとに足利理科部会で共同研究を進めた。

４ 研究の内容(１) 昨年度の取組
昨年度，足利市立坂西中学校にて県中教研の研究授業を行った。そこでは「自然現象に進んで関わる意欲を喚起する観察・実験」と「言語活動を通して観察・実験の結果を分析し解釈する学習活動」の 2 つを柱とした授業を行った。

授業Ａ「直列回路の抵抗」（１）題材名直列回路の抵抗（２）目標・抵抗ブラックボックスの中の抵抗のつなぎ方を考え，発表することができる。
（科学的な思考・表現）（３）研究主題との関わり①「目的意識をもって主体的に行う観察・実験」では，ブラックボックスという配線の見えない器具を使用することで生徒の興味・関心を引き，探求心を喚起する工夫をした。ブラックボックス内の配線を推定するという課題を設定することで，目的を明確にし，主体的に取り組みやすい展開にした。
②「言語活動を通して，観察・実験の結果を分析し解釈する学習活動」では，自分の考えをまとめ，それをグループで話し合う際，ホワイトボードを使うことで，言語活動を充実させるようにした。また
ヒントカードを提示することで，計算の時間や誤差を減らし，じっくりと結果を分析し，解釈する時間を確保するようにした。
－2－

（４）展開（※人権教育の視点，◇チェックポイント）

具体目標

時間・形態
１分

生徒の学習活動
１．前時の確認をする。

一斉

教師の支援
・前時の終末で，抵抗ブラ準備物・豆電球

ックボックスを提示し， ・抵抗ブラックボ
次時に何を行うかを説明

ックスしておく。
・本時の学習問題

２分に興味をもつ。

一斉

２．本時の学習問題を確認す ・ワークシートを配布し，る。

・電流計

抵抗ブラックボックスに・ヒントカードついて説明する。

・電源装置

・オームの法則について復学習問題：抵抗ブラックボックスの中のつなぎ方は習し，抵抗値が計算できどうなっているのだろうか？

ることを確認させる。ま・ワークシート

た時間を短縮するため，ヒントカードを使用するので，その説明も加 える。
・端子間の電流の１３分強さを測定し， グループ

３．実験内容の説明を聞き， ・グループ内の役割分担を班で実験を行う。

抵抗の大きさ確認し，意欲的に実験に臨ませたい。

を求めること・計算の時間や誤差を省くができる。

ため，各班にヒントカードを配布する。
・回路が組めない班に机間指導しながら支援する。
４．結果をもとに，抵抗ブラ ・まずワークシートに自分 ・ホワイトボード

・抵抗ブラックボ

１５分ックスの中の抵

個人

ックボックスの中の抵の考えをまとめさせる。

抗のつなぎ方をグループ

抗のつなぎ方を考察し，それらをもとにグループ考え，発表する

ホワイトボードに記入でつなぎ方をもう一度練ことができる。

する。

り直してホワイトボードに示させる。
※回路が考えられず不安そうにしている生徒を把握する。
・思考や話合いが進まない時には，部分的に１つずつ配線を考えさせる。
・斜めのつなぎ方はないが，この段階では，自由に考えさせる。
－3－

評価規準

十分満足できる

おおむね満足できる

努力を要する生徒への手立て

・測定結果をもとに，抵・測定結果をもとに，抵抗・測定結果をもとに，抵抗ブ

抗ブラックボックス

ブラックボックス内のラックボックス内の抵抗器内の抵抗器の配線を抵抗器の配線を考え，図の配線を考えることができ考え，図に表すことでに表すことができる。

なかった。

全体の抵抗値は各抵抗値の和になっていることに気づく。

支援

・並列回路は各抵抗値よ・図から，全体の抵抗値・机間指導で電流が流れていり合成抵抗値の方がは各抵抗の和に等しい

たらつながっていることを小さいことにも気づことに気づかせる。

教え，他の組み合わせを考かせる。

１０分
グループ

えさせる。

５．グループの考えの根拠を ・できるだけ多様な考えを発表する。

取り上げ，発表させたい。 クス（教師用）
・理由を発表させることにより，言語活動を通して，思考力を高めたい。
◇他の班の発表を聞くことで，他者からの学びや良さを認められるようにする。
・抵抗ブラックボックスのカバーを取り，抵抗の配置を確認させる。

・直列回路の合成

５分

６．各班の結果から，直列回・他の班の発表をもとに，抵抗は各抵抗

一斉路の合成抵抗は各抵抗のワークシートにまとめの和に等しい和に等しいことを確認すを書かせる。

ことが説明でる。

・斜めにつなぐ考えがあっきる。

た場合，その他二辺の合成抵抗になることを確認する。
４分

・抵抗ブラックボッ

７．次時の予告をする。

・斜めとその他二辺に抵抗があった場合は，全体の一斉抵抗値が各抵抗値より小さくなることから，並列回路の合成抵抗に興味をもたせ，次時への意欲へとつなげたい。
－4－

教材の写真ブラックボックスの全体ふたを開けたところ

ふた（表）

ふた（裏）

回路のようす（〇は端子）

A10ΩB20ΩCE10Ω

F20Ω
D

授業Ｂ「直流と交流」（１）題材名直流と交流（２）本時の目標
・交流と直流のちがいについて，実験結果をもとに自分の考えをもつことができる。
（科学的な思考・表現）（３）研究主題との関わり①「自然現象に進んで関わる意欲を喚起する実験・観察」として，身近な家庭用コンセントと乾電池による電流の違いについて，自作の電気振り子を用いて，電流の変化を振り子の動きとして分かりやす－5－

く捉えさせることで，意欲を喚起する。
「目的意識をもって主体的に行う実験・観察」としては，LEDの特性を生かして「電流の向き」に自然と注目できるように構成することで，主体的に考察し，言語活動にも進んで取り組めるようにした。
②「言語活動を通して，観察・実験の結果を分析し解釈する学習活動」として，実験結果から，はじめは個人で考えさせ，次にグループで話し合いながら直流と交流のちがいを説明できるように授業展開を構成した。さらに，具体的で分かりやすい学習問題を提示することで，考察する観点を明確に捉えられるようにした。
（４）展開（※人権教育の視点，◇チェックポイント）

具体目標

時間・形態

生徒の学習活動教師の支援

５分

１. 前時の確認をし，交流・電池や電源装置との違い一斉について知る。

から，＋極や－極がある準備物

が，普段生活で利用しているコンセントの＋極・－極がどうなっているかを思い出させる。
２. 本時の学習問題を知る。 ・ワークシートを配布する。 ワークシート

・本時の学習内容に興味を持つ

学習問題：直流と交流の電流の流れ方にはどんなちがいがあるのだろうか。
・実験により，直流５分と交流の電流の一斉

３.実験①「電磁石のベル」 ・電磁石のベルを，直流はコイル・鉄芯・（演示）を観察し，直流乾電池を用いて，交流は鉄板・乾電池・流れ方の違いにと交流の結果をワーク電源装置を用いて演示

電源装置・電気気づくことがでシートにまとめる。

する。

抵抗きる。

・電磁石と鉄板がつく様子を電流が流れて磁石になったことを強調しながら話す。
２５分

４.実験②「電気振り子に直グループ

流と交流の電流を流し，振実験の進捗状況を確認個人り子の動きを確認する。」

する。必要であれば，助 チックカップ・導界の実験で作ったコイル言・手伝いをおこなう。 線・ストロー・磁・机間指導で各班をまわり， 磁界の実験で作った装置（プラスを使用する。ストローの ・直流であればどちらかに石・竹串・テープ

先に小さなネオジム磁石

引きつけられること（右で作る）・乾電池をつけたものを，振り子ねじの法則で確認），交 ・電源装置・リー状におき，直流・交流の流時は細かく振動する電流を流し，変化を観察ことを確認させる。

する。実験②の結果のま・全体では結果のまとめ，とめ，および考察を自分確認だけおこなう。

－6－

ド線・電気抵抗の言葉でワークシートに記入する。
・実験結果から，１０分

直流・交流の電一斉

直流と交流による光り流の光り方の違いを観流の流れ方の違個人方の違いを確認する。」

察させる。

いについて自分グループ（演示）実験①，②，③

５.実験③「ＬＥＤを使い， ・ＬＥＤによる，直流・交の考えをもつこの結果から，直流と交流 ※流れ方の違いが書けなとができる。の電流の流れ方の違い

いで不安そうにしていを考えワークシートにる生徒を把握する。

LED・乾電池・電源装置・リード線記入する。グループで， ◇他の意見を聞くことにおたがいの意見を交換より，他者からの学びやし合い，自分の言葉でま良さを認められるようとめる。にする。

十分満足できる

おおむね満足できる

努力を要する生徒への手立て
・実験結果をもとに，直流と直流と交流のちがい（流と交流のちがい（電交流のちがいを自分の言葉規則性）を他の意見を流の向きや不連続性）で表現することができない。

参考にしながら自分のに気づいて，表現でき言葉で表現できる。

る。

評価規準

・話し合い活動をもとに， ・実験結果をもとに，直・実験②の結果から，電・３つの実験の結果についての考えを補完させる。

流の向きに視点をあて一つ一つ一緒に確認するこ・まわりの生徒に，自分るようにアドバイスすとで電流の流れ方のちがいる。に気づかせる。

支援・他の意見を聞いて自分の意見を説明させる。

５分

６．ワークシートにまとめ一斉た考察を発表する。

・生徒の意見を板書する。

授業のようす直流と交流の違いを音で感じる

電気振り子を交流電源につなぐ－7－

LED の点灯のようすを比べる

電気振り子を電池につなぐ(２) 今年度の取組（教材の紹介）
今年度は他のタイプの「ブラックボックス」がないか，市内の各中学校が研究した。その結果，「導入タイプ」と「発展タイプ」の 2 つのタイプのものができた。

導入タイプ
電気分野の「導入」の授業でブラックボックスを使い，ボックス内の配線や電池の配列を予想する活動により，小学校での既習事項を確認するともに，電気分野の学習意欲を高める。
①CD ケース
CD ケースの内側に，被覆導線をセロテープで貼り付けたもの。導線を自由に曲げ，それぞれの両端をケースの外に出しておく。ケースを閉じれば中は見えないようになっている。乾電池と豆電球などをつないだものをこれに接続し，どの導線がつながったものかを考えさせる。

②タッパーにフック
１００円均一ショップで売っているタッパーに，フックをねじ込んだもの。端子を作るために，タッパーにキリなどで穴をあける作業がなく，簡単に作れるところが特徴である。フックの先がとがっているので安全面での配慮が必要だが，生徒自身が自作可能である。透明なタッパーは小売店でよく見かけるが，不透明なものは少ない。その場合は，スプレーで黒く塗るなどの工夫が必要である。フックどうしはアルミニウムはくでつないでいるが，他に導線などでつないでもよい。

－8－

③自作型
１００円均一ショップで売っている A4 文書ファイル入れにキリで穴をあけ，側面に 4 つの端子を作る。中に電池を 2 つ入れてテープ等で固定する。4 つの端子と電池をみの虫クリップ付き導線で自由につないでふたをする。4 つの端子に LED や豆電球，モーターを接続して中の回路を予想させる。その際、接続の仕方が複雑になりすぎないようにルールを決めると，生徒同士で出題し合うことができる。
（例えば，4 つの端子から出ている導線は 0～1 本にすることなど。）他のブラックボックスの中身を当てる活動を 1 回でもやった後に，次は自分が出題できるようにしたいと思って作ったものである。

発展タイプ
これまで作ってきたブラックボックスを改良したものと，電流と磁界を学習した後の「発展」の授業で使えるブラックボックスを紹介する。
①並列回路
ブラックボックスは並列回路にすると，複雑になって出題することができなかった。それを出題できるように工夫した。４－（１）の「授業 A」で紹介した研究授業で用いた容器を使っている。そこから抵抗を外し，抵抗を 2 つまたは 3 つ並列につなぐ。10Ωを 3 つ並列にした場合，10÷3 で 3.3Ωに理論的にはなる。合成抵抗を学習する際に，この結果を用いて学習することができる。また，10Ωの抵抗の代わりに 30Ωを使うと 3 つの並列でも 2 つの並列でも割り切れるので都合がよい。

－9－②電動歯ブラシの充電器
電動歯ブラシの充電は，台座に置くだけで充電できる。なぜ，充電できるかを考えさせる活動を通して，電磁誘導の学習が生活に活かされていることを実感することができる。断面を見ると，無接点充電を実現するため，充電器の内部にコイルが内蔵されており，芯の部分は金属のようなものが入っていることが確認できる。なお，歯ブラシ本体の方にもコイルが内蔵されていることにも触れる。

電動歯ブラシの充電器を切って断面が見えるようにしたもの。

③簡易モーター
電流と磁界の学習が終了したところで使える簡易モーターを開発した。写真のように円形磁石をアルミニウムはくで包んだものを台座とし，その上に乾電池を立てる。乾電池が磁石に引かれるのでしっかりと固定される。また，紙コップにアルミニウムはくを固定し，セロテープで貼り付ける。さらに紙コップの底を画びょうで固定して先ほどの電池の上からかぶせる。画びょうの先を電池の＋極にうまくのせることができると，紙コップが回転する。
生徒に紙コップが回っている様子を見せ，中に内が入っているのかを考えさせる活動が考えられる。あるいは，紙コップの中に電池と磁石が入っていることを説明し，電池と磁石が中にどのように入っているか考えさせたりする活動を行ってもよい。

５ 今年度の研究の成果と今後の課題
今年度の研究の成果として，足利地区全体で電気単元の導入や発展教材を開発したことにより，生徒の興味を引く教材が増え，授業で活用できる機会が増えた。特に，ブラックボックスの中身を調べる活動では，話し合い活動が活発に行われ，充実した言語活動によって生徒の思考力の高まりが期待できる。また，自主研修を重ねたことで，各中学校の理科教員が熱心に教材を開発するようになり，見識が深まった。
今後の課題として，同一の箱で様々なタイプのブラックボックスになる汎用型を作りたい。また，電気分野以外でもブラックボックスを開発していきたいと考えている。
－10－この資料は、平成 29 年 11 月 13 日に総合教育センターで行われた、第９５回栃木県中学校教育研究会理科部会研究発表会での紀要をもとにしたものである。
研究同人○平成 29 年度 中学校教育研究会理科部会
理事 大浦 権治（坂西中）
理科部会員
第一中

飯田 剛史

富田中

黒澤 巧

渡邊 賢治

加藤 容子

第二中

田中 智代

協和中

長竹 研（副部会長）

野原 由香

岩原 浩一

松村 拓也

大野 和章

蝶野 博紀

第三中

西中

林 健司

島田 光正

遠藤 浩介（発表者）

長沢 泰宏

池頭 克哉

中村 伊織

愛宕台中

毛野中

赤井 龍太

石井 久雄

赤坂 径高

北中

出山 陽一

磯部 佳孝

長

神門 康治

中島 知子

石嶋 香代（部会長）

小花 仁美

山口 晃

訓昭（副部会長）

坂西中

田中 優妃

山辺中
○平成 28 年度理科部会
理事 中島 祥文（坂西中）
第一中

山辺中

富田中

木村 努

津久井道子

小高 健治

第二中

西中

愛宕台中

萩原 徹

森下 貴正

半田 昇

毛野中

北中

坂西中

金子 敬太

齋藤 達也

菊池 尚登

宮本 歩
○平成 27 年度理科部会
理事 相馬 郁夫（協和中）
第一中

山辺中

諸井 富男

國定 佑基毛野中

協和中

荻野 雅之

慶野隆彦

なお、足利市教育研究所指導主事 真下典久 様にも多大なご協力をいただいた。
－11－（敬称略）