山梨大学教職大学院 令和３年度 教育実践研究報告書

技術科で電磁誘導を教える授業検討－現象を可視化できる教材開発を通して－

教育学研究科 教育実践創成専攻 教科実践領域実践開発コース 技術分野 内田瑛一郎

1. はじめに

2．研究内容機器のハイテク化が進み，コンピュータがスマートフォンが急激に発達し，中学校３多くの製品に取り入れられ仕組がわかりにくくなっているものが多い。このことから，現年生でも約 73％(モバイル社会研究所 モバイ
ル社会白書 2020 年版 第５章「子どものＩＣ代の生徒は構造を知らず，また考えたこともＴ利用」)が所持しているというデータがある。

なく機器を利用していると考えられる。実践

さらに，スマートフォンに加えて，ウェアラ授業を行う生徒 26 名を対象に「身近な機器のブルデバイスも急速に普及してきている。そ仕組について」アンケート調査を実施した。

れらスマートフォンやウェアラブルデバイス「身近な機器は難しい構造をしていると思う」

への充電は，従来のように AC アダプターを用では，身近な機器は難しい仕組をしていると感じている生徒は 79％だった。次に，「身近ないる場合もあるが，近年は非接触充電が用いられている機器もある。端子があるものは防機器の仕組を考えたことがある」は 54％の生徒が仕組を考えたことがあると回答している。

水性に乏しく，端子の強度が課題になることがある。このことから，ウェアラブルデバイ

このことから，身近な製品に関心を持ち，どスの発展に非接触充電は欠かせないものと考ういう仕組になっているのか興味がある生徒

えられている。非接触充電は，これまで電動がいるということがわかる。このことから，歯ブラシや電動カミソリなどで用いられてい技術科の授業では，身近な製品の仕組について，理解できる授業が求められていると感じた。この２つの機器は水回りで使用することが多く端子部分の防水性と端子の強度が課題ている。とされ非接触充電が用いられいる。そして，技術科の学習内容は「A 材料と加工の技術」，

この２つの機器は身近なものであり，家庭で「B 生物育成の技術」，「C エネルギー変換の技術」，「D 情報の技術」で構成されている。１・

日頃から目にしていることもある。このことから中学生にとっても機器の性能を保証する

２年次は 35 時間，３年次は 17.5 時間である。
それぞれの学習内容を履修する学年は学校のために，非接触充電が取り入られていることが有効であることは容易に理解できると考え実態に合わせて編成することができる。技術られる。飯塚らは，Suica や nanaco など日常科の時間は，製作に多くの時間が必要なため，生活に身近なものを題材に実験を試みている。

少ない時間の中で効率よく知識を習得できる授業を行うことが求められる。

このことにより，授業で取り扱った製品だけでなくその他の製品にも興味を持たせること以上のことから，身近な製品を取り上げ，ができたとしている(飯塚 山口 2019)。このこ

生徒が仕組を理解できるような教材を選択し，少ない時間でも効率よく知識を深めながら学とから，非接触充電を教材に授業を行うことは，製品の仕組について知る機会にできる。

習できるように履修する時期や，他教科との関連を考慮し授業を行う必要がある。

非接触充電の仕組について，中学生は理科で電磁誘導の原理を学習する。この電磁誘導の原理を理解していても，広く活用されてい－ 195 －山梨大学教職大学院 令和３年度 教育実践研究報告書

る技術であることを知っている生徒は少ない。

(４)題材名さらに，テクノロジーは急速に発展し高精実践授業を行った学校の年間計画では２年密で高機能な製品が多い。加えて製品の中身

次に，「B 生物育成の技術」と「C エネルギーは技術の進化により多機能かつ小型・軽量化変換の技術」が位置付けられている。
「C エネ

し，一般の人々にとっては仕組がブラックボ

ルギー変換の技術」は４月から始めている。

ックス化しつつある。

それぞれの学習が週ごとに変わりながら授業以上ことから，一つの身近な製品の仕組をが行われているが，「B 生物育成の技術」は栽理解することで，身の回りの製品の仕組を考培する作物の生育状況を確認しながら授業をえることにつながると考えている。そこで，
本研究では，非接触充電に焦点を当て教材を行う必要がある。そのため，季節によっては「B 生物育成の技術」の学習が中心になること開発し，電磁誘導の原理を学習する授業を実践する。その授業では，①電磁誘導の現象をもある。さらに，コロナ禍により，分散登校が行われていた時期がある。このことから，「C認識できるか，②電磁誘導の原理を理解できエネルギー変換の技術」の授業は間隔が空いるか，③製作を通して生徒は知識が深まるとてしまうことがあった。次に，２年次は，理感じるのか検証する。

科で電気の学習をする。しかし，実習校では，まだ電気の学習はしていなかった。

3．調査方法

１年次は「A 材料と加工の技術」を学習して本研究においては，比較的短時間で多数の対象者から事項について多くの調査をできるいる。桐集成材の加工を通して，作品を構想し製作する経験をしている。

こと，また，それらの結果を数量化しやすい実践授業に至るまでの「C エネルギー変換のという理由から，質問紙法により調査を行った。具体的には，質問紙を用いて空欄に単語技術」の学習は，「１－１ 生活や社会とエネルギー変換の技術」，「１－２ エネルギー変を記述するという方法で実施した。調査問題

換の歴史」，「１－３ 電気エネルギーの利用」

は同じ生徒を対象に３回実施した。授業前，を学習した。本時は「１－３ 電気エネルギ

授業中，授業後である。授業中には，教材をーの利用」で実施する。実践授業の直前には，製作した後に調査問題に電磁誘導の原理を説明しながら回答を記入させた。

豆電球・LED・ブザー・スイッチ・電池・銅線を利用して実際に回路をつくり実験をした

調査問題の内容を表１に示す。調査問題の内容は，問題１は電磁誘導の原理に関する出り，回路図をかいたりしながら学習が進められていた。

題。問題２は電磁誘導を活用したワイヤレス

本時で利用するはんだごては２学期の最初充電の特徴に関する問題である。事後調査問の授業で使い方を学習している。銅線の接合題については授業の感想など記述式で回答すを通してはんだごての使い方を学んだ。そこる項目がある。

で初めてはんだごてを使用した生徒が多かった。

4．実践授業について(１)単元 Ｃ エネルギー変換の技術

授業には前向きに取り組んでいる生徒が多く，教師の問いかけにも，熟考し積極的に発項目 指導事項 （１）ア，イ（２）ア言する姿が見られる。

(２)授業について
山梨県内公立中学校 Ａ校 26 名
令和３年９月３０日（木）（５）教材について
朝倉は「教材・教具の必要性について教師(３)本時の目標「電磁誘導を利用して LED を点灯させよう」

自身が指導計画や生徒の実態に即した教材・教具を自作し活用することによって学習効果－ 196 －

山梨大学教職大学院 令和３年度 教育実践研究報告書が上がる」と述べている（朝倉 1993）。このこ

電圧をかけたコイル）に近づけると，赤色 LEDとから電磁誘導の現象を認識できる教材，製が点灯する。エナメル線は被覆があり，直接作を通して原理を学ぶことができるような教接触させるだけでは導通しない。また，送信材を開発することを目指した。教材開発は以コイルが受信コイルに非接触でも LED が点灯

下のことを基に行った。

することことから，電磁誘導の現象を可視化①１時間程度で製作が可能な教材し，認識することができる。
製作時間は約 15 分程度である。このため，②現象を可視化することができる教材③安価な教材50 分の授業時間であれば製作をすることがで教材について，①技術・家庭科は時間数が減少していることから簡単な時間をかけずにきその後，教師が電磁誘導の現象の原理を説明できる。

製作できるものとした。②ワイヤレス充電について学ぶためには，非接触でも電気が発生コイルと LED は比較的安価なものなので生徒一人一人が製作することができる。自分自することを認識させる必要がある。そこで，身で作製することにより，学習内容を明確にLED を用いて非接触で点灯する様子を可視化し電磁誘導の認識することにつなげたい。教できる教材にした。③低価格で製作することができるので，個人で製作が可能である。図材の製作工程を表２に記す。

３に開発した教材，図４に開発した教材が点（６）授業内容について灯している様子を示す。

授業冒頭では，市販の装置を点灯させた。
その LED の装置には，スイッチがないことを説明した。そこから，スイッチがないのに点灯する原因を考えさせた。その後，製作を行った。市販の LED の装置を図５，点灯している様子を図６に示す。

図３ 開発した教材

図５ 市販の装置

図４ 点灯している LED
この教材は，エナメル線と LED で構成されている。エナメル線の輪は，直径約３cm，LEDは比較的電流が少なくても点灯する赤色 LEDとした。このエナメル線は筒状の治具に 10 回ほど巻き付けて，LED をはんだづけすると完成する。このコイルを受信コイルとする。
受信コイルを送信コイル（電源を取り付け，図６ 市販の装置が点灯している様子
次に，製作にあたってエナメル線と LED のリード線をはんだごてで接合する作業では，細い線を接合することになるので，プロジェクターで作業内容が分かりやすくなるように拡大した。表３に実践授業の内容を示す。

－ 197 －

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表１ 事前・事後調査問題

事後調査問題調査問題

組番氏名【】

事前調査問題問題１
Qi は，スマートフォンに（①接続ケーブル）を差すことなく，（②ワイヤレス）で充電できる便利な規格です。Qi は，（③電磁誘導）方式を採用している。この（③電磁誘導）方式は「ファラデーの（③電磁誘導）の法則」を基にしており，「（④コイル）に（⑤磁石）を近づけたり遠ざけたりすると(⑥磁界)が変化して（⑦誘導）電流が流れる」という原理を使っている。
（③電磁誘導）では，（⑤磁石）の代わりに(⑧交流)電源をつかう。（①接続ケーブル）充電器に「送電用の（④コイル）」を，スマートフォンなど充電する側の端末に「受電用の（④コイル）」を組み込みます。送電用のコイルに（⑧交流）電源をかけると（⑥磁界）が発生する。この（⑥磁界）が発生した状態で受電用の（④コイル）を近づけると，（⑨誘導起電力）が発生する。（③電磁誘導）方式は，このときに発生する（⑨誘導起電力）を利用して，スマートフォンなどの端末に充電する仕組です。なお，（⑩直流）電源では（③電磁誘導）が起こらない。
問題２（①電磁誘導）方式のワイヤレス充電のメリットは，(②接続ケーブル)がなくても（③置く）だけで充電でき，（②接続ケーブル）がないので対応する機種であれば異なる機種にも充電でき，（④複数）台を充電できる充電器もある。
ワイヤレス充電のデメリットは，充電が（⑤遅い），充電する位置が（⑥限定される），ケースやアクセサリーが（⑦邪魔）になる機器もある。
〇製作を通して理解は深まりましたか

はいいいえ
どちらかに〇を付けてください。

その理由を答えてください。
〇授業で難しかったところはどこですか〇授業の感想を書いてください

表２ 教材の製作工程
順序

活動内容

１

エナメル線を治具に１０回，巻き付ける。※直径３ｃｍくらいの治具を用いる。

２

エナメル線の両端を耐水ペーパーで削る。

３

LED をエナメル線の両端にはんだづけをする。※LED はどちらに接合してもよい。

４

治具から教材を取り外す。

５

エナメル線をビニールテープで固定する。

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表３ 実践授業の内容
学習活動

時間

学習活動への支援・留意点

評価項目【観点】

電磁誘導を利用して LED を点灯させよう〇 ワ イ ヤ レ ス の ５分

〇ワイヤレス LED 装置の仕組を考えさせる。

LED 装置の観察。
〇これまでの授業〇電気回路の学習を振り返る。
・負荷，電源，スイッチ，導線を振り返る。
〇作業の内容を確〇プロジェクター等を利用しながら，製作す認する。

るものを知る。

〇コイルを治具に ４０分〇コイルを治具に１０周巻き付ける。

巻き付ける。
〇コイルの両端を〇治具に巻き付けたまま磨く。磨き終わった耐水ペーパーで磨く。

ら，テスタで導通を確認する。

〇LED にはんだ〇治具に巻き付けたままはんだづけを行う。

づけを行う。

安全に気を付けるように指導する。

〇治具から抜き取〇治具から抜き取った際に，コイルが崩れなり，ビニールテープでコイルを固定いように注意する。素早く，ビニールテープで巻き付けるように指導する。

する。
〇点灯を確認す〇LED が点灯することを確認する。点灯してる。

いない生徒の支援を行う。

〇電磁誘導の原理〇電磁誘導についてを理解する。

・コイルの中の磁界が変化すると電流が流れ 【知識技能】ることを電磁誘導という。
・送信コイルのある電子機器は，直流電源を交流電源に変換して，コイルに磁界を発生させている。
・受信コイルを近づけると，誘導起電力となり誘導電流が発生する。このときに LED が点灯する。

〇 ワ イ ヤ レ ス ５分

〇導入で示したワイヤレス LED の仕組を考LED の仕組を考える。

える。

・電磁誘導が利用されている。
・コイルが使われている
・Qi 充電と同じ－ 199 －〇ワークシートの記入

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5．実践授業
事前調査問題は，ほとんどが無回答だった。

は 19％，⑧「誘導」は８％，⑨「誘導起電力」

正答があったのは，問題１①「接続ケーブル」は４％，⑩「直流」は 27％だった。問題２はは４％，②「ワイヤレス」は 12％，問題２③①「電磁誘導」は 81％，②「接続ケーブル」「置く」は４％だった。次に事後調査問題では 58％，③「置く」は 54％，④「複数」はの正答率を示す。問題１では①「接続ケーブ58％，⑤「遅い」は 77％，⑥「限定される」

ル」は 77％，②「ワイヤレス」は 77％③「電38％，⑦「邪魔」は 73％だった。事前調査問

磁誘導」は 88％，④「コイル」は 65％，⑤「磁題(左)と事後調査問題(右)の回答を，図７に示石」は 35％，⑥「磁界」は 42％，⑦「交流」す。

事前調査問題

回答率（％）

事後調査問題図７ 事前調査・事後調査の結果－ 200 －

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事前・事後調査問題について，事前調査問題ない。このことから，電磁誘導の現象は認識はほとんどの生徒が回答を記入することがですることはできたが，電磁誘導の原理についきなかった。事後調査問題では，問題１の③ては理解を深められていないことがわかる。

「電磁誘導」は 88％の生徒が書くことができ次に，問題２のワイヤレス充電の特徴は，電た。次に，①「接続ケーブル」や②「ワイヤ磁誘導の原理の回答と比較すると書くことがレス」は 77％の生徒が書くことができた。しできた生徒が増えている。①「電磁誘導」にかし，電磁誘導の原理を回答する問題１の④ついては 81％の生徒が書けている。図８に事～⑩までは回答を書くことができた生徒は少後調査問題の結果内容ごと結果を示す。

事後調査問題

回答率（％）

正答が多い

正答が少ない正 答 が増えた

図８ 事後調査の結果から（２）事後調査問題の記述内容①「製作を通して理解は深まりましたか。
」では 96％の生徒が理解を深めることができたとすることで電磁誘導の原理を可視化でき，認識することにつながったと考えている。図９

回答している。理由は「電磁誘導について理解を深めることができた」，「どのような仕組なのかを作った後に知れたから」など回答をに結果を示す。

する生徒が多くいた。この結果から，製作を－ 201 －山梨大学教職大学院 令和３年度 教育実践研究報告書

回答率（％）

いいえ

はコイルが利用されていることを理解していることがわかる。しかし，事後調査問題からもわかるように電磁誘導の原理を理解できている生徒は少ない。原理の説明は，電磁誘導で点灯する懐中電灯と，プロジェクターで回答を表示しながら理解を促した。１時間という短い時間だったことや説明で用いた懐中電灯が小さく，仕組がコイルと磁石で構成され

図９「製作を通して理解は深まりましたか」の結果ていることを理解していなかった生徒がいたことが考えられる。ワイヤレス充電の特徴に②「授業で難しかったところはどこですか」では，「問題１でやった電磁誘導の原理を理解

ついては，電動歯ブラシの充電器に製作した教材を重ねて点灯させ，実際の生活で利用しするところ」，「はんだごてでつなげる工程」ているものを活用したことで，正答を書くこなどの記述が多かった。電磁誘導の原理そのとができた生徒が増えたと考えている。

ものと書いた生もいた。このことから，電磁誘導の原理が難しいと感じている生徒が多く

本研究では中学校技術科において電磁誘導を教材にした授業を検討した。電磁誘導を可いたことがわかる。作業に慣れていないこと視化し，短時間で製作することができる教材から，はんだづけの作業が難しく感じた生徒を開発し，実践授業を行った。授業から生徒も多くいた。

は電磁誘導の現象を認識することができた。
今後は，電磁誘導の原理につて理解を深めら③「授業の感想を書いてください」では，「製作の仕方を画像にしてくれたから，とても分れるような授業内容の検討や電磁誘導を通して，創造的な思考ができるような授業を構想かりやすかった。
」，「図や画像を使って教えてしていく必要があると考えている。

くれたからわかりやすかった。授業が楽しか今後も，身近な製品に目を向け，教材開発った。
」，「今日の授業で電磁誘導は自分の近くを行い，製品の仕組を考えようとする生徒のにもあるということが分かり，電磁誘導の仕組についてわかったので良かったです。
」，「自育成に向けて研究を深めていきたい。

分で製作するのが楽しかった。製作をして理解もできてよかった。
」，「実験をして仕組を理〇引用・参考文献
・朝倉邦造（1993）技術科教育の研究 朝倉書店，p.52
・飯塚正明 山口淑恵，千葉大学教育学部研究紀要，
第 67 巻（2019）p.365-368．
・近藤義美（1990）技術科の指導論 開隆堂
・松崎武次，久留米大学コンピュータジャーナル
Vol15(2020)，p.62-68
・東京書籍，新しい理科２年，2021・東京書籍，新しい科学２年，2021
・東京書籍，新しい技術・家庭， 技術分野， 2021・大日本図書，楽しい理科２年，2021
・大日本図書，理科の世界２年，2021・開隆堂，2021．技術・家庭， 技術分野
・教育図書，2021．技術・家庭， 技術分野
・モバイル社会研究所 モバイル社会白書 2020 年版 第５章「子どものＩＣＴ利用」

解することができて楽しかった。
」など授業について，理解を深められた，楽しかった，わかりやすかったなど内容が記述されていた。
6．考察
中学校２年次の実践授業を実施した時期は，理科で電気について学習をしていないことから事前調査問題はほとんど空欄であった。授業の最後に，ワイヤレス充電の原理を質問したところ「電磁誘導の原理が使われていて，コイルが利用されている」と回答する生徒が謝辞
本研究を行うにあたり，ご指導くださったいた。このことから LED を点灯させたことで電磁誘導の現象について認識し，電磁誘導に先生方，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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