中学校
１ 単元名

運動とエネルギー

第３学年

理科学習指導案「ジェットコースター」

２ 指導計画（１）学習内容の系統について「エネルギー」（エネルギーの保存）[小学校]
風やゴムの働き（３年）
振り子の動き（５年）てこの働き（６年）[中学校][高等学校]

身近な物理現象（１年）
・力と圧力
運動とエネルギー(３年)・力のはたらき・物体の運動・仕事とエネルギー
・力学的エネルギーの保存
(本単元)

物理基礎
・運動の表し方
・様々な力とその働き
・力学的エネルギー（２）単元指導計画（単元３３時間扱い）① １章 力のはたらき・・・・・・ ５時間② ２章 物体の運動・・・・・・・１１時間③ ３章 仕事とエネルギー・・・・１５時間④ 終章 ジェットコースター・・・ ２時間（本時１/２・２/２）
３ 本時の指導（１）身に付けさせる「科学的な探究能力」及び「到達基準」○「論理的な推論」「論理的な推論」とは，根拠を明確にして結論を導くことであり，考察の場面で使う能力である。生徒は，力学的エネルギー保存の法則については既に学習している。しかし，根拠を意識せずに，単に「スタートした位置と同じ高さまで上がる」と表面だけの理解になってしまっている場合がある。そこで，本時の指導では，「スタートした位置と同じ高さまで上がる」という仮説が成立しない教材を用い，仮説を検証する過程を重視した学習を行う。この学習を通して，運動エネルギーの大きさが同じ０になることで，位置エネルギーの大きさが等しくなり，「等しい高さまで上がる」ことを明確にさせたい。そして，力学的エネルギー保存の法則の理解を深めさせたい。
○「 Ｃ 深める 」Ｌ－⑦
観察・実験の結果を科学的な方法で分析し，科学的な知識や体験と関連付けて解釈する。
（２）展開 （１００分扱い）
形態
学習活動と内容
指導上の留意点 ※評価（評価方法）
時配一斉
１ 演示実験を見て，前時の学習内容５分を確認する。
・振り子の運動と同じように考えるこ
・Ｕ字状コースターで鉄球のスターとができることを確認する。
トとゴールの高さの関係はどうな ・高さは，基準から垂直に測定するこるか確認する。とを確認する。
-1-

資料
教具等
金属球
配線用カバーｽﾀﾝﾄﾞ
定規

・摩擦力のためにゴールの高さはスタートよりも低くなるが，わずかであることを確認させる。
一斉
２分

２

学習課題を把握する。

ｸﾞﾙｰﾌﾟ
３分

３ｸﾞﾙｰﾌﾟ
１５分

４ 実験をする。
・各グループで予想した高さでスタ ・ループ状ジェットコースターのレーートさせ，結果を確認する。
ルは配線用カバーを用いる。
・スタートの高さを少しずつ変えて ・数回実験を繰り返して行い，信頼性実験し，ループをきれいに回る最の高いデータになるよう助言する。
低限の高さを調べる。

一斉
５分

５ 結果を共有する。
・ループの頂点よりも高い位置から ・Ｕ字状コースターと比較して，摩擦スタートさせる必要があり，摩擦力だけでは説明できないことを確認
力だけでは説明できないことを確させる。
認する。

ｸﾞﾙｰﾌﾟ
１８分

６ 考察をする。
・ループの頂点と同じ高さからスタ ・あいまいな表現であっても，それをートしてループを回れない時と頂認めた上で，運動エネルギーと位置点よりも高い位置からスタートしエネルギーの視点でも考察するようてループを回る時の運動の様子を促す。
観察しながら考察する。
・コースターでの各位置で鉄球の持つ・ループの頂点よりも高い位置から力学的エネルギーを考えるよう助言スタートさせる必要がある理由をする。
考える。
・力学的エネルギー保存の法則は成り・ループをきれいに回るときの運動立っている事を確認する。
を観察しながら，運動エネルギー ※実験の結果を分析し、力学的エネルと位置エネルギーがどのように変ギーの保存を使い説明することがで化しているのか考える。
きたか。 （ワークシート）

学 ループ状ジェットコースターで鉄球がきれいに回るにはどの高さからスタートさせればよいだろうか。

ループの頂点と比較してどの高さからスタートさせればよいか予想し，発表する。
・予想の根拠も確認する。
・ 同じ高さからスタートさせる・摩擦力のためにループの頂点よりも・ 高い位置からスタートさせる
高い位置からスタートさせればよ・ 低い位置からスタートさせる
いと予想した生徒には，どの位高い位置からスタートさせればよいと考えるのか発表させる。
※今までの知識から予想を立てることができたか。 （ワークシート）

-2-

金属球
配線用カバー
ｽﾀﾝﾄﾞ
定規

一斉
２分

７

一斉
１０分

８ 前時のまとめをする。
・力学的エネルギー保存の法則が成 ・優れた考察をしている生徒のワークり立っている。
シートを紹介する。
・ループをきれいに一周する時は， ・実際の運動の様子と照らし合わせなループの頂点でも運動エネルギーがら根拠を明確にして考えることがを持っており，その分だけ高い位できたことを称賛し，論理的に考え置からスタートさせる必要があることの大切さを確認させる。
る。
９ 発展課題を把握する。
・演示実験を見て課題を把握する。 ・レールがなくなった後の運動はどのようになるか予想させた後に，演示して放物運動をすることを確認させる。

一斉
３分

・ワークシート回収
・まとめは次時に行う。

学ｸﾞﾙｰﾌﾟ
７分

ｸﾞﾙｰﾌﾟ
１０分

ｸﾞﾙｰﾌﾟ
１８分一斉
２分・ワークシートを回収する。
・次時にワークシートを使ってまとめることを伝える。

途中でレールがなくなった後の金属球の一番高い位置（最高点）はスタートの位置と比較してどうなるだろうか。

金属球
配線用
カバー
ｽﾀﾝﾄﾞ

10

最高点はスタート位置と比較してどうなるか，根拠をもって予想す ・力学的エネルギー保存の法則が成りる。
立つことを確認させる。
・ スタートと同じ高さまで上がる ・前時のループ状ジェットコースター
・ スタートより低くなるを基に予想を立てさせる。
・ スタートより高く上がる
11 実験をする。
・レールがなくなった後の金属球の ・レールを飛び出した金属球はスター運動を調べる。
トの位置まで上がらないことを確認
・最高点を測定する。
させる。
12 考察する。
・レールを飛び出した後の鉄球の運 ・ループ状ジェットコースターでの運動の様子を観察しながら，鉄球の動との共通点に着目させる。
持つ力学的エネルギーの移り変わ ・スタートしてから着地するまでの各りを考える。
位置での力学的エネルギーを考える
・最高点の高さがスタートの高さよよう助言する。
り低くなった理由を力学的エネル ※実験の結果を分析し，エネルギーのギーで説明する。
考えを使い説明することができたか。
（ワークシート）
13 ・ワークシート回収
・ワークシートを回収する。
・まとめは次時に行う
・まとめは次時に生徒のワークシートを使ってまとめることを伝える。

-3-金属球
配線用カバー
定規ｽﾀﾝﾄﾞ４ 指導にあたって○ 振り子の運動を用いて，運動エネルギーと位置エネルギーの移り変わりと力学的エネルギ
ー保存の法則を学習している。これを，「スタートと同じ高さまで上がる」と短絡的に考えてしまっている場合がある。そこで，Ｕ字状コースターを提示して，「スタートと同じ高さまで上がる」ことを確認した後，「スタートと同じ高さまで上がる」という仮説が成立しな
いループ状ジェットコースターでの運動を考察させる。さらに，レールがなくなった後の放物運動で確認させていく。
・予想と異なる事象を用いることで，実験や考察に対する意欲を高めることができる。
・正しく理由を説明できる生徒がいても，それをすぐに発表させずに，各グループで十分に考察させたい。
・思考がストップしてしまうグループには，鉄球が運動していく各位置でのエネルギーを考えるなどの助言をする必要がある。場合によっては，学級全体で考える方向性について確認させることも考えられる。
○ ループ状ジェットコースターでは，レールの各位置を指しながらエネルギーについて考察することができる。これにより「論理的な推論」の能力を育成し，その後に放物運動で確認させる。
○ 次時に，優れた記述をした生徒の考えを学級全体に示し，まとめるとともに，根拠を明確にして考察していったことを称賛する。その際，学習内容よりも高度な記述について紹介することで，考察することに対する意欲を高めることができると考える。

-4-