昼夜の長さはなぜ変わるかを調べる Web 教材の開発−9−

昼夜の長さはなぜ変わるかを調べる
Web 教材の開発
山田洋（佐賀市立富士中学校）

1. はじめに中学校理科の天体分野に「昼夜の長さが季「始め」・・・疑問、不思議興味を引きつける節によってなぜ変わるのか」を学習する内容「調べよう」・・・実際の観察・観測結果がある。身近な問題であり、私自身も、小学「考えよう」・・・〇地球上で（天動説）〇地球の外から（地動説）

生や中学生の頃は、不思議に思っていた問題でもある。この問題を解決するには地球上ば「チャレンジ」・・・発展的な課題

かりではなく地球外から見て理解する必要がその他 ・・・「観測結果」「データ」「Ｑ＆Ａ」「ライブカメラ」「先生方へ」ある。すなわち天動説的立場から地動説的立場へと思考を移す大切な内容でもある。

以下それぞれの内容について説明する。

また、従来の学習方法としては、地球のモデルとして地球儀を使って昼夜の長さを測定

2.1「始め」についてしていたが、モデル実験だけであり、実際のメニューの「始め」のボタンをクリックす

日の出、日の入りの時刻等、観測データを使ると、トップページを表示させることができっての学習はあまりなされていなかった。

る（図 2）。トップページでは生徒の興味・関

そこで、「昼夜の長さがなぜ変化するのか」

心を引きつけるために、２ヶ月後の日の出のの問題を実際に測定したデータを基に、生徒位置や時刻を比較した写真を提示している。

自ら問題解決をしていくときの手助けとなる

なぜ２ヶ月でこのように変化するのか理由をような Web 教材を作成しようと考えた。

考えようと問題提起をし、生徒が疑問を持ったり、不思議に思ったりすることで興味・関

2. 「昼の長さ夜の長さはなぜ変わるの？」心を持たせるようにしている。の Web 教材の作成について
昼夜の長さが季節によってなぜ変わるのかを学習できる問題解決型の Web 教材として「昼の長さ夜の長さはなぜ変わるの？」を1999 年の 9 月に公開した[1]。それ以来、改良、改善、拡張を続け、現在に至っている。
この Web 教材は、問題解決を順番どおり、

図2

日の出の位置や時刻の変化または、途中からでもできるように、メニュー形式を採用している（図 1）。

2.2「調べよう」についてメニューの「調べよう」のボタンをクリックすると、有明海での冬至、夏至、春分、秋分頃における日の出、日の入りの定点観測の
図1

メニューの一部結果を写真や動画で表示させることができる。

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観測した年月日や時刻も記録している（図 3）。 でも Web 教材であるので、インターネットを通して、生徒たちがこの写真や動画を活用することができる。
2.3「考えよう地球上で」についてメニューの「考えよう地球上で」のボタンをクリックすると、半球上に季節ごとの太陽の通り道を示した図が表示される（図 5）。また、天球上での太陽の１日の回転を示したアニメーションも表示することができる（図 6）。
図3

夏至頃の日の出、日の入り冬至、夏至、春分、秋分頃の定点観測の結果を比較することにより昼夜の長さについて以下のことを理解することができる。
○ 夏の昼の長さ＞冬の昼の長さ○ 夏の夜の長さ＜冬の夜の長さ
または、○ 冬は昼の長さ＜夜の長さ○ 夏は昼の長さ＞夜の長さ

図5

季節ごとの太陽の通り道

春分の日、秋分の日○

昼の長さ＝夜の長さ（＝12 時間）○

太陽は真東から昇り、真西に沈む

時間を 1/20 倍や 1/100 倍に縮めた日の出の動画からは、太陽は地平線から南の方に傾きながら昇っていくことを確認することができる（図 4）。
図6

太陽の１日の回転のアニメーション

図 6 は冬の場合の天球上での太陽の１日の回転のアニメーションである。このアニメーションから冬は昼の長さが短く、夜の長さが長いことが分かる。また、夏至や春分・秋分
図4

有明海の日の出の動画においても太陽の通り道を生徒自ら作図することにより昼夜の長さを出すことができる。

このように、実際の観測結果を静止画と動これらの比較から昼夜の長さが季節によって画で載せており、都会や山間部の学校等で、変化することを理解することができ、「 調べよ実際に日の出、日の入りの観測が難しい場合う」で分かった実際の昼夜の長さの季節変化

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昼夜の長さはなぜ変わるかを調べる Web 教材の開発−11−を説明することができる。
以上のことは全て天動説的な立場から考察

次に、四季にわたって地軸の傾きを変化さできる結果であるが、昼夜の長さがなぜ変化せたときに、昼夜の長さがどのように変化すするかの本当の原因は分かってはいない。こるかを考えたい時には図 8 のシミュレーショのことを理解するためには、「 考えよう地球のンを活用する。

外から」を選択し、地球の外に出て、地動説的立場から考察する必要がある。

図 8 のシミュレーションは、地球が公転している時に、四季において地軸の傾きを同時

なお、本 Web 教材は、問題解決型であるのに変化させることができる機能を持つ。地軸で、ヒントは与えているが、あえて解答は載の傾きを変化させることにより、四季におけせていない。また、グループでの話し合い等る昼の長さ（日本では冬至：約 10 時間、夏の言語活動も活性化させたいので解答は載せ至：約 14 時間、春分・秋分：12 時間）を再ないことにした。

現できる地軸の傾きの値を大まかに求めることができる。

2.4「考えよう地球の外から」についてこれらの地球の外から見た図のシミュレー

メニューの「考えよう地球の外から」のボションにより、地動説的立場から、昼夜の長タンをクリックすると、地球の外から見た図さが季節によってなぜ変化するかの理由を生を表示することができる（図 7、図 8）。これ

徒自ら発見することができる。ここまでが中らの図は、地軸の傾きを５度ずつ変化させる学校で学習する内容である。

ことが可能であり、地軸の傾きを変化させた

なお、以前と同様、本 Web 教材は、問題解場合の昼夜の長さをシミュレートすることが決型であるので、ヒントは与えているが、あできる機能を持っている。

えて解答は載せていない。また、グループで

図 7 の冬至のシミュレーションでは、地軸の傾きをいろいろと変化させながら、昼の長の話し合い等の言語活動も活性化させたいので解答は載せないことにした。

さ（日本では約 10 時間）を再現できる地軸の傾きの値を大まかに求めることができる。
また、冬至は公転面の真横から見ると昼の長さの半分が表示され、見えている部分を２倍することによって、昼の長さを知ることができる。

図8

四季における地軸の傾きを変化させた

時の昼夜の長さを調べるシミュレーション
2.5「チャレンジ」についてメニューの「チャレンジ」のボタンをクリックすると、以下のような発展的な問題や中
図7

冬至における地軸の傾きを変化させた場

合の昼夜の長さを調べるシミュレーション

学生にとってはやや高度な問題を表示することができる。

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−12−■ 投稿 ■○「太陽が昇る場所や沈む場所が季節によっ特に、北半球と南半球では、昼夜の長さがて変化する理由を考えよう」では、トップペ逆になっていることや、赤道近くでは、一年ージで示された、太陽の出没場所がなぜ変化を通して、昼夜の長さが 12 時間であることするかの疑問を解決するためのヒントが示さなども確かめることができる。

れている(図 9)。この問題を解決し、より興味関心を高めてもらいたい。

図 11

緯度を変化させることができるシミュレーション
図 9

太陽の出没する場所が季節によってなぜ変化するかのヒントを示しているペー〇「楕円軌道の効果を確かめよう」では、離ジ心率を変化させ、１年間の日の出、日の入りの時刻を正確に再現する離心率を求めること○「より正確な地軸の傾きを求めよう」では、ができる。このことにより、１年間の日の出、地軸の傾きを 0.5 度ずつ変化させることが可

日の入りの時刻に対する楕円軌道の効果を検能であり、観測データ（日の出、日の入りの証することができる（図 12）。

時刻、南中高度、南中時刻）をより正確に再離心率は高校や大学で習うので、中学校で現できる地軸の傾きを調べることができる

は、円軌道や、極端な楕円軌道の場合と比較（図 10）。

して学習させるのが望ましいと思われる。

図 12
図 10

地軸の傾きを 0.5 度ずつ変化させるこ

離心率を変化させることができるシミュレーションとができるシミュレーション
2.6「観測結果」について○「緯度を変化させよう」では、緯度を変化メニューの「観測結果」のボタンをクリッさせ、世界中の昼夜の長さを調べることがでクすると、今までの観測結果を保存した写真きる（図 11）。

を閲覧することができる（図 13）。
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昼夜の長さはなぜ変わるかを調べる Web 教材の開発−13−

ほとんど有明海の定点観測の写真であるが、 すると、メールで投稿してくださった「昼夜他にも、投稿してくださった方の観測写真もの長さ」、「地軸の傾き」等に対するこれまで紹介している。の質問と、それに対する回答を表示させることができる。
質問者は小学生から大人までと幅広い。また、日本ばかりではなく、エクアドル共和国のキト日本人学校から「影がなくなる日」についての質問もあった（図 15）。なお、回答については、図解入りで分かりやすく解説するように心がけている。

図 13
2.7

観測結果の写真「データ」についてメニューの「データ」のボタンをクリック
すると、日本や世界各地の昼夜の長さ、日の出・日の入りの時刻、南中時刻、南中高度等の 計 算 結 果 の 一 覧 を 参 照 す る こ と がで き る

図 15

キト日本人学校の小６からの質問（図 14）。これらの結果は、「サン・アースくん」[2]で計算したものである。

2.9「ライブカメラ」について

観測日が曇りや雨で観測できなかったとき

メニューの「ライブカメラ」のボタンをクや、他の地域のデータが必要になったときにリックすると、Ｗｅｂカメラで撮影している活用することができる。

写真を閲覧することができる。「ライブカメラ」には２種類のページがある。
１つは「ライブカメラ」のトップページ（図16）で、５分ごとにリアルタイムな新しい写真に切り替わる。年月日、時刻等も写真の下段に表示されるので、大まかな日の出、日の入りの時刻を知ることができる。
２つめは「ライブカメラ記録」のページで、種々の条件で表示させることができる。ライ
ブカメラのトップページから「毎月１日ごとの記録」、「約１０日おきの記録」、「過去の記録」から選択し、クリックすることにより過去の１時間ごとの記録写真を表示するこ

図 14 「サン・アースくん」で計算した結果とができる。特に「約１０日おきの記録」は１年間の季節による昼夜の長さの変化を１目2.8「Ｑ＆Ａ」についてで確認することができ、教材としても活用すメニューの「Ｑ＆Ａ」のボタンをクリックることができる（図 17）。

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図 18

授業活用事例

3. おわりに
本稿では自作の Web 教材である「昼の長さ図 16

ライブカメラのトップページ

夜の長さはなぜ変わるの？」のページを紹介してきた。天体の単元を学習する１２月頃になるとページ閲覧回数が平日の閲覧回数よりも５倍くらい多くなることが分かった。授業に活用されていると考えられる。今後も、更なる改良、改善を重ねながら、もっと授業活用しやすいページにしていきたい。

図 17

約 10 日おきの記録

文

献

[1]

「昼の長さ夜の長さはなぜ変わるの？」
http://edq40134.digi2.jp/[2] 「サン・アースくん」
2.10

http://edq40134.digi2.jp/a-su/「先生方へ」についてメニューの「先生方へ」のボタンをクリッ
クすると、授業を実施するときの参考となる内容を表示することができる。
このホームページで使ったシミュレーションプログラムをダウンロードすることができたり、実際の授業活用事例を示し、指導案をダウンロードしたりすることができる。

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