岐阜大学教育学部研究報告（自然科学）第２７巻第２号，１
１５―１
１９，２００３年３月
１９，３.２００３Sci. Rep. Fac. Educ. Gifu Univ.（Nat. Sci.）２７（２），１１５―１

小学４年「もののかさと温度」の指導法の考察と授業の実践
Practical study on children’s experimental study regarding the relation between volume
and temperature in the science class of elementary school
酒井茂＊・川上紳一＊＊

Shigeru Sakai＊ and Shin-ichi Kawakami＊＊
要

旨

小学４年「もののかさと温度」の指導法について検討し，２つの指導案で授業を行い，それぞれの利点と問題点を考察した．この単元の学習では，空気，水，金属を温めてかさの変化を調べることになっており，子どもたちは，異なる物質を用いて実験を行うことで，温度の変化に対するかさの変化がものによって違うことを学習することが期待されている．ここで問題になるのは，空気，水，金属のうちどれを最初に学習したら望ましい学びが達成できるのかという点である．これについては，教師の願う子どもの姿によって指導案が異なってくる．本授業
では，温度の上昇によってものが膨張してかさが大きくなることを見通しをもって学習するには，金属，水，空気の順番が適切ではないかと考え，指導を行い，教科書の配列に従った空気，水，金属の順番に学習を進めるよう指導したクラスと比較検討を行った．空気の膨張を最初に学習する場合には，実験結果の解釈を巡って混乱が生じる嫌いがあるが，金属あるいは水を最初に実験するような指導法では，多様で内容の濃い学習へと発展できる可能性が示された．
キーワード：理科教育，小学校，かさ，温度，実験
key words: science education, elementary school, volume, temperature, experiments
１．はじめに金属，水，空気の順番に学習を進めていくもの（飯田，１９９３），さらに，水，空気，金属の順番に学習

小学４年理科の学習に「もののかさと温度」とを進めていくもの（古林，１９９５；森田，１９９６）がいう単元がある。この単元では，金属，水，空気ある。岐阜県の小学校が採用している東京書籍のを温めたり冷やしたりしてそれぞれのかさの変化

教科書では，空気，水，金属の順番に授業を進めを調べ，ものは温度が変化すると体積が変化するていくような編集になっている。実際に空気の膨ことに気づき，熱に対するものの性質には違いが張に関する実験では，フラスコに入れた空気を温あるという見方や考えかたを育てることがねらい

めると，フラスコの口に張られた石鹸液の膜が膨であるとされている（文部省，１９９８）。この単元のらんだり，ゴム風船が膨らんだりすることを確か

指導法には，温度に対するかさの変化の大きな空める指導がなされている。しかし，こうした変化気から学習を始め，水，金属という順番に学習をに対して，子どもたちのなかには空気が上へ移動進めていくもの（山田，
１９９７；則竹・鵜飼，１９９８），したことで石鹸液の被膜やゴム風船が膨らんだと＊

岐阜大学教育学部附属小学校
Elemantary School attached to Faculty of Education, Gifu University＊＊ 岐阜大学教育学部理科教育講座（地学）Faculty of Education, Gifu University

１１５酒井茂・川上紳一

考えるものが多く，かさと温度の関係へと結びつることでかさが膨らむかどうか調べさせた．

かないケースがある（たとえば，稲垣，２００２）。こ

５時間目と６時間目には水の膨張に関する実験

れは，小学４年生までの段階で，熱膨張という現を行った．金属のときと同様，水を温めるとどう象を認識していないことが反映されているものとなるかを予想させ，実験を行い予想を確かめさせ考えられる．

た．実験にはガラス管をつけた試験管に水を入れ，理科の授業においては，興味や関心を高め，問お湯に浸して温めガラス管の中の水の位置を観察

題意識をもって観察や実験に取り組むことが期待させて温度の上昇によってかさがどうなるかを調されている．したがって，導入の授業は特に重要べさせた．

で，まず温度を上げるとものが膨らむという熱膨７時間目の授業では，空気を温めるとどうなる張現象に気づき，さらにものによって膨張の仕方かを予想させ，それを確かめる実験方法についてが違うという学習へと発展させていくような展開

各グループごとに考えをまとめさせ，８時間目のの方が適切であると考えられる．すなわち，空気授業でそれを確かめる実験を行った．試験管の表の膨張から授業を始める場合には，空気が上へ移面に石鹸液の被膜をつけて温度変化による被膜の動したのか，温められて空気が膨らんだのかを確変化を観察するグループ，フラスコに栓をしておかめるような取り組みが必要となるのに対し，金湯に浸して栓が上昇するか観察するグループ，フ属の膨張では，適切な教具を使えばほとんどの子ラスコの口にゴム風船をつけて膨らませようとしどもたちが温度を上げると膨張することに納得でたグループ，フラスコの口にピンポン玉を乗せてき，より発展的な学習へと導きやすいのではない変化を観察しようとしたグループがあった．これかと期待される．このことを確かめるため，本研らの実験に取り組む子どもたちの姿を図２に示

究では，小学４年生のクラスごとに指導の順番をす．

変え，東京書籍の教科書に沿った空気，水，金属まとめの授業では，これらの実験をまとめて，という順番に学習したクラスと，金属，水，空気さまざまなもののかさと温度の関係をまとめた．の順に学習したクラスで，子どもたちの取り組む様子を観察し，指導法の考察を行ったので報告す（２）空気，水，金属の順番での指導計画とその実践る．

この順番に指導を行ったクラスでも，全体の時２．指導計画

間を１０時間とし，それぞれの取り組みごとに，予想を立てさせ，それを確かめる実験を考えさせ，（１）金属，水，空気の順番での指導計
画とその実践
本単元の授業では，１０時間をとり，金属の膨張に関する授業４時間，水の膨張２時間，空気の膨張３時間，まとめの授業を１時間とした．金属の膨張の授業では導入として，線路のつなぎ目などの写真を紹介し，金属を温めるとどうなるかを予想させた．その予想を確かめるための実験方法を考えさせ，適当な実験器具（図１）を導入した．２時間目と３時間目には，実験を行うにあたり，マッチの正しい使い方やアルコールランプの使い方を学習した．４時間目の授業でアルコールランプに火をつけ，金属球を温め
１１６

図１．金属の膨張の学習で使用した教具．金属球を温めるとリングを通過しなくなる．

小学４年「もののかさと温度」の指導法の考察と授業の実践

ａｂｃｄ

図２．さまざまな実験を行って，空気の膨張を学習する子どもたちの姿．
（ａ）試験管の口に石鹸液の被膜をつくり，試験管を温めて被膜が膨らむか観察する子どもたち．
（ｂ）フラスコの口に風船をつけ，フラスコを温めて膨らむか調べる子どもたち．
（ｃ）フラスコに栓をしてお湯で温め，栓が上昇するか調べる子どもたち．（ｄ）フラスコの上にピンポン玉を置き，フラスコを温めて変化を観察する子どもたち．

次の時間に実際に実験を行って確かめる授業をとして，加熱時間を変えて繰り返し実験を行う姿行った．用いた器具は，金属，水，空気の順番にがみられた．

学習したクラスと同じである．

水の膨張に関する実験では，すでに金属の実験で温めるとかさが大きくなることを理解している

３．結果

ので，見通しをもって実験を行うことができ，金属の場合よりかさの膨らみが大きいことに気づく

金属，水，空気の順番に指導を行ったクラスのことができた．

実践結果をまず述べる．このクラスでは，
アルコー

さらに，空気の膨張では，温度によるかさが変ルランプに火をつけ金属球を約１分間温めてリン化するという予想のもとにさまざまな実験方法をグを通過するか調べた．その結果，加熱前には余考案して確かめようとする姿勢が見られた（図裕をもって通過していた金属球が通過しなくなっ２）．ここでの学習では，すでに金属や水の膨張をたことで，クラス全員が加熱によってかさが膨れ実験で学習しており，空気の膨張について子どもたことを確認することができた．
「おお，すごい！」たちは予想をもって実験方法を考案することがでなどと大きな声を出し，温度によってかさが膨張きたことは注目される．一連の授業を終えて，子するという現象を驚きをもって実感した子どももどもたちはものは温めるとかさが膨らみ，金属，多数いた．子どもたちは繰り返し金属球と加熱し水，空気で膨らみ方が異なることに納得することたり冷やしたりし，加熱や冷却によるかさの変化ができた．

を確かめていった．その後すぐに子どもたちは，一方，空気から導入したクラスでは，空気の膨加熱時間が長いほどかさが大きくなることに気づ張に関する実験において，金属から導入したクラき，リングを通過しなくなる加熱時間を求めよう

スに比べて多様な実験方法を思いつかなかった．
１
１７

酒井茂・川上紳一

そこで，教科書にのっている実験方法で実験を方は空気が一番大きいが，問題は子どもたちがか行った．印として入れた水がガラス管の中のどのさが増えたことを認識するには，実験を工夫するあたりまで上がっていくかを調べた．印としての必要があり，単刀直入に現象がわかるというよう水が上の方へ移動するという事実から，空気のかにはいかないことが問題である．さらに温度の変さが大きくなったために上の方へ移動したのか，化によるかさの変化に納得できたとしても，そのそれとも温められた空気が上へ行ったからそれに原因が膨張や収縮によるものなのか，物質の量が押されて水が上がったのかをしっかり考察できな増加や減少したかで混乱する子どももいることがい児童もいた．さらに，実験方法が多様でないた問題となる（岡，１９９５）．逆に，温度の変化に対すめ，事実から考察へ結びつける根拠となるものをる空気の変化の解釈を巡って，思考錯誤を繰り返得ることができず，結局曖昧なままでまとめをすすことで，科学的な考え方や問題解決の仕方を育ることになった．

てようとするならば，空気の膨張を最初に取り上水の膨張に関する実験では，実験方法は空気のげ，時間をかけて探求させるような指導も有益で場合と同じであり，印としての水を入れる必要もある（山口，１９９９）．その際に，なぜ温められた空ないため，追究に余裕ができた．そこで，温めて気は上昇するのかという点まで学びを発展させな

いたお湯をもっと温度の高いものに変えてほしい

いと現象を科学的に理解し，納得できたことにはと要求したり，お湯の代わりに水を入れて確かめならないのではなかろうか．すなわち，空気は温るグループもあった．これにより，水位が上昇しめると膨張し，その結果密度が小さくなって周囲たり下降したりする事実から，水は温度が上がれの空気に対して浮力が働き上昇するという上昇のば膨張し，温度が下がれば収縮するという考察をしくみを納得させるような指導を行うことが望ま得ることができた．

れるが，これはもののかさと温度の学習範囲から金属の膨張では，金属球をアルコールランプで大きく逸脱してしまう．

加熱し，リングを通るかどうかを調べた．これも一方，金属，水，空気の順番に学習する指導のリングを通らないという事実から金属が膨張した

利点としては，金属を用いると，熱の移動やものことをつかんだ．さらに温度を冷やすとどうなるの温まり方といった観点と並行してかさの変化をかを調べるため，冷凍庫に入れて温度を下げ体積探求することが可能となることが考えられる（飯が減少するか調べるグループもあった．

田，１９９３）．本授業の実践では，金属のリングに金児童たちは，目に見えない空気が体積変化をお属球を通過させる実験器具を用いることで，常温こすということをまったく考えてもいない．そのではリングを通過していた金属球が加熱すると通ため，空気から導入したクラスは，膨張というイ過しなくなることから，温度の上昇によって金属メージすら持つことができず，空気の膨張を確かのかさが膨れることを実感した．さらに，どれくめる実験方法が多様にならなかった．一つの方法

らい加熱したら通過しなくなるのかを調べよう

のみで追究するため余計に体積の膨張をつかみにと，加熱する時間を変えて調べる子どもの姿がみくくなるということがわかった．しかし，水・金られた．こうした活動は，小学４年生でもきちん

属と追究を進めるにしたがって，温度変化と体積と概念を認識すれば，新たな探求課題をみつけての膨張には関係があるということをとらえること実験に打ち込めることを示唆している．また，最ができるようになっていった．

初に金属の膨張の学習で膨張という概念をしっかり学習したため，空気の膨張に関する実験が多様

４．考察

で内容の濃い活動ができ，充実した交流会へと発展することができたことはたいへん有意義であっ空気，水，金属の順番に学習するのは，変化のた．

大きいものの方が子どもたちの意識の流れにそっ森田（１９９６）は，空気の膨張に関する学習で，ているというものである（山田，１９９７；則武・鵜空気が上昇したためであると考える子どもが多飼，１９９８）．確かに温度の変化に対するかさの増え

く，膨張という概念がわかりにくい点を改良する

１１８小学４年「もののかさと温度」の指導法の考察と授業の実践ため，ペットボトルに入れた水を温めたり冷やししたことであると考えられる．

たりしてかさの変化に気づくような指導をしている．こうした提案を受けて黒沢（２００１）は，もの謝辞．本授業を実践するに当たり，岐阜大学教育の温まり方の学習ともののかさと温度の学習を関

学部附属小学校の丹羽直正教諭，大門佳孝教諭に連づけて学ぶような指導を実践している．その際は，適切な助言を頂いた．ここに記して感謝いたに「気球づくり」といったものづくりを通した学します．

習を導入し，新学習指導要領のもとでの新しい指導法を提案している．今回の授業では，水の膨張文献を最初に学習するような指導については，比較検討していないが，観察結果が膨張という概念と結古林桂子（１９９５）子どもの観察・実験と見方・考え方，びつくような取り組みであり，有効な指導法の一扱い方―４年「温度と物の変化」の実践を通しつといってよいだろう．井上（２０００）は，空気，て―，初等理科教育，２７，No．
８，４４―４８．

水，金属の順番に学習を進めているが，授業の後飯田さわえ（１９９３）もののあたたまり方，初等理科教

半では熱膨張という現象を利用したおもちゃや道

育，２７，No．
１４，４４―４５．

具づくりに取り組むような授業を実践しており，稲垣浩樹（２００２）自分の見方や考え方を確かなものに

新学習指導要領のもとでの授業実践例として今後していく子ども―「もののかさと温度」の学習をの授業実践で参考にしていきたい．

通して―，日本理科教育学会第４９回東海支部大会
研究発表要項集，Ｂ１
００５．

５．おわりに井上正裕（２０００）ものの温度とかさ，初等理科教育，
３４，５．
No．
１，４
３―４

文部省が発行した新学習指導要領（文部省，黒沢孝行（２００１）温度による空気の体積変化をどのよ

１９９８）では，見通しをもって取り組み，現象を実うに認識するか―４年「もののあたたまり方」「温感できるような授業の展開が重要であるとしてい度ともののかさ」の実践を通して―，初等理科教る．小学４年の「もののかさと温度」の指導では，

５．
育，３５，No．
８，６
２―６

従来，空気，水，金属の順番に授業を実践することが多かった．しかし，従来の文献でも指摘されているように，子どもたちはそれまでの理科授業で温まった空気は上へ上昇することを学習しているため，現象の解釈を巡って混乱する様子がみられた．そのために，空気の膨張の学習では，上昇という現象なのか，膨張という現象なのかを巡っ森田和良（１９９６）温度ともののかさ，
初等理科教育，
３０，５．
No．
１４，１３―１
文部省（１９９８）小学校学習指導要領解説理科編，東洋館出版社．
則竹良夫・鵜飼久嗣（１９９８）ものの温度とかさ，初等７．
理科教育，３２，No．
１４，５５―５
岡正人（１９９５）子どものおもいを引き出し，読みて，実験のやり方を再検討し，かさが膨らんだことり，生かす理科学習―４年「温度ともののかさ」とを確認するような取り組みが必要とされた．今の実践を通して―，初等理科教育，
２９，No．
２，
２
２―回の授業実践では，金属の加熱実験を踏まえて，

２５．

水や空気の加熱実験を行うことで見通しをもった探求活動ができることが明らかになった．また，

山田仙人（１９９７）ものの温度とかさ，初等理科教育，
３１，７．
No．
１３，５５―５

金属の実験では，加熱時間を変えてかさの膨れ方山口亮二（１９９９）子どもの願いや思いを生かした実がどう変わるかを自発的に調べようとする子ども

２．
験・観察，初等理科教育，３
３，No．
９，２０―２たちの姿をみることができた．今回の授業実践における最も重要な点は，最初に金属の膨張を学習した子どもたちは，膨張という概念を抱いて見通しをもって空気の実験に取り組もうとしたため，実験器具や方法について多様なやり方を考え実践
１１９