空気に対する見方・考え方を豊かにする小学校理科の授業改善（研究副題） 空気に着目したカリキュラム・マネジメントを通して（研究主題）（学校名）

男鹿市立船越小学校（職名・氏名）教諭
１

はじめに髙橋健一

見方・考え方を明確にした。

令和２年度に、主体的・対話的で深い学びを実現す

表１ 空気に関連する内容と重視したい見方・考え方

る小学校理科の授業改善を研究テーマとした実践を行

学年

内容（重視したい見方・考え方）った。その結果、実社会・実生活との関連を重視した

３年 風とゴムの力の働き（風の強弱と空気の動き授業づくりを行うことが、理科を学ぶことの意義や有方に関する見方・考え方）

用性についての実感を高め、主体的・対話的で深い学

光と音の性質（空気の存在と音の伝わり方にびを実現する上で有効であることを実証することがで関する見方・考え方）

きた。そして、その取組を通して新たに注目したこと

４年 空気と水の性質（空気の圧縮に関する見方・が、空気に対する見方・考え方の在り方である。

考え方）

小学校理科における空気に関する学習は、主とし金属、水、空気と温度（空気の体積変化及び温まり方に関する見方・考え方）て第４学年「空気と水の性質」及び第６学年「燃焼の５年 植物の発芽、成長、結実（発芽及び成長の必仕組み」に位置付けられている。また、その他のいく要条件としての空気に関する見方・考え方）

つかの学習においても、空気に対する見方・考え方を６年 燃焼の仕組み（酸素や二酸化炭素に関する見働かせることが効果的である。そのため、空気に関す方・考え方）る系統的な指導が有効であると考えられるが、小学校動物の体の働き（呼吸の働きにおける酸素と学習指導要領理科編では、内容の系統性が「エネルギ二酸化炭素に関する見方・考え方）ー」「粒子」「生命」「地球」の４つによって構成され植物の体の働き（根から吸い上げられた水はており、空気に着目した系統性は明示されていない。

主に葉から蒸散により排出されることに関する見方・考え方）

そこで、空気に着目したカリキュラム・マネジメント

生物と環境（酸素や二酸化炭素に関する見方に取り組み、空気に対する見方・考え方を豊かにする・考え方）授業づくりを実現したいと考えた。
２

この作業を通して注目したことは、空気の存在を意

研究の進め方

識する第３学年の学習が、空気に関する見方・考え方

空気に着目したカリキュラム・マネジメントを具体の起点となっているということである。

化するために、次のような手順で研究を進めた。

第３学年「風とゴムの力の働き」の学習では、風の(1) 空気に着目したカリキュラム・マネジメントを力の大きさと物の動く様子との関係を調べることを通立案する。

して、風が空気の流れであることを体験的に捉え、身(2) 立案に基き、関連する内容についての授業実践の回りの空気の存在を意識する。同学年「光と音の性を行い、成果と課題を見いだす。

質」の学習では、音の大きさと物の震え方との関係を(3) 成果と課題に基づいて、空気に着目したカリキ調べることを通して、音を発している物と自分との間ュラム・マネジメントを更新する。

で空気が震えていることを体験的に捉え、身の回りの研究の実際空気の存在を意識する。

３(1) 空気に着目したカリキュラム・マネジメントの立

このような空気の存在に対する意識については、小案

学校学習指導要領解説理科編における直接的な記述は今回の研究を進めるに当たって、表１のように空気見られない。しかし、空気に対する見方・考え方を系に関連する内容をピックアップし、そこで重視したい統的に育んでいくためには、「目には見えないけれど-1 -も確かにある」という空気の存在に対する見方・考え存容器に入れた携帯方を働かせる重要な学習機会となる。そこで、手始め

ラジオの振動が、容に、表２のような「空気の存在」を起点としたカリキ器の壁面に直に伝わュラムを構想した。

ることを軽減するた

表２めに使用した。実験

空気の存在を起点としたカリキュラム構想

は、携帯ラジオの音量を最大にして、「蓋図１ 実験に使用した物のない状態」「蓋をした状態」「真空にした状態」について、音の聞こえ方を比較する方法で行った。
実験の結果、音の聞こえ方は、「蓋のない状態」、「蓋をした状態」、「真空にした状態」の順に小さくなることを実感することができた。ただし、「蓋をした状態」と「真空にした状態」との差は僅かであった。そこで、図２のようなデジタル騒音計による音の数値化を試みた。

図２ デジタル騒音計による音量測定（左から「蓋のない状態」「蓋をした状態」「真空にした状態」）

測定の結果、表３のような数値を確認し、音の聞こえ方の差を明確にすることができた。
(2) 授業実践

表３

デジタル騒音計による測定結果

本研究では、前頁の表１に示した各内容について授容器の状態

音量（dB）

業実践を行ったが、紙面の都合上、授業改善という視「蓋のない状態」

90.9

点で特徴的であった４例を紹介する。

「蓋をした状態」

71.5「真空にした状態」

64.3①

第３学年「音の伝わり方」（令和３年10月）

この内容について重視したことは、空気の存在と音の伝わり方に関する見方・考え方を働かせることを通【成果】身の回りにある楽器や糸電話を使った観察、して、空気の存在を実感させることである。そこで、実験を通して、物から音が出たり伝わったりするとき次のような工夫を行った。

は物が震えていることや、音が大きいときは震え方がこの内容については、音を出したときの物の震え大きく、音が小さいときは震え方が小さいといった、方に着目することができるように、身の回りにある音の大きさと震え方の関係を捉え、その事象を空気に物としてトライアングルや太鼓、シンバルなどの楽も発展させることができた。このことは、音という事器や糸電話を利用し、それらの震える様子を視覚や象を通して、目には見えない空気の存在を実感するこ触覚で捉える活動を行うことが一般的である。それとに有効であった。

らのことに加えて、今回の実践では、空気を介した【課題】今回の実験方法では、真空にする前後の音の音の伝わり方に着目することができるように、真空差が僅かで、聴覚では明確に判断できず、デジタル騒保存容器（商品名「フォーサ」）の中に入れたラジ音計を利用することで対応した。しかし、真空状態でオの音の聞こえ方を確かめる学習場面を設定した。の音の聞こえ方（伝わり方）に対する実感を高めるた

この実験を行うために準備した物は、真空保存容めには、聴覚で明確に判断できる方法の開発が必要で器、真空機、綿、携帯ラジオである。綿は、真空保ある。容器の大きさ、真空機の能力、音源などの条件-2 -設定について、改善が必要である。

空気に触れさせない種子を水没させる。ただし、この

第４学年「空気と水の性質」（令和３年10月）

実験方法だと、空気に触れている・触れていないといこの内容について重視したことは、空気の圧縮に関うことよりも、水に沈んでいるかどうかの印象が強い。

する見方・考え方を働かせることを通して、空気の体また、水没している種子は腐敗を伴う。それに比べて、②

お積変化と圧し返す力の関係を捉えさせることである。

真空保存容器を使った実験方法は、専用の装置で空気そこで、次のような工夫を行った。

を抜く様子を捉えやすいというメリットがあった。

空気鉄砲を使ただし、この実験では、発芽しないと想定していたった一般的な実「空気を抜いた容器に入れた種子」が発芽するという験を終えた後、想定外の結果に直面した。その詳細については、次の図３のようなペ課題で紹介する。

ットボトルロケ【課題】発芽しないと想定していた「空気を抜いた容ットの打ち上げ器に入れた種子」が発芽した。しかも、「空気の量がを位置付けた。

正常な容器に入れた種子」よりも先に発芽した。その結果があまりにも想定外であったため、即座に実験を

図３ ペットボトルロケット【成果】ペットボトルロケットの打ち上げ準備として、やり直した。しかし、また同じように、「空気を抜い空気入れを使ってペットボトルに空気を送り込む。すた容器に入れた種子」が発芽した。そのため、同じ実

おると、空気が圧し縮められるにつれて、空気入れを押験を４回繰り返したが、結果は全て同じであった。

すときの手ごたえが大きくなっていく。この手ごたえ

当初、真空保存容器の中は真空状態になり、種子はは、空気鉄砲を使った実験以上に大きい。そのため、発芽しないと考えていたが、今回の４回の結果は、そお

ペットボトルロケットの打ち上げは迫力があり、圧しおうではないということを裏付けるものとなった。日本

縮められた空気が生み出す圧し返す力の大きさを実感

工業規格（JIS）では、一般的な真空を、「通常の大気することにつながった。

圧より低い圧力の気体で満たされた空間内の状態」と【課題】空気入れを押すときの手ごたえを全員が実感している。そこで、２つの仮説を立ててみた。

することができるように、ペットボトルロケットに空仮説Ａ：真空保存容器から空気を抜くと、容器内の気を送り込む作業を全員に行わせたいと考えていた

空気は減少するものの、発芽に必要な空気がまだが、時間の制約で希望者の一部にしか対応できなかっ残っているのではないか。

た。打ち上げの迫力を全員で共有することはできたが、仮説Ｂ：真空保存容器から空気を抜くと、容器内のおそれにとどまらず、より多くの児童が圧し返す力の大気圧が減少し、発芽を促進しているのではないか。

きさを実感することができる工夫を考えていきたい。

仮説Ａの場合、「空気を抜いた容器に入れた種子」

第５学年「植物の発芽と成長」（令和３年５月）

が４回とも発芽したことを説明する材料にはなるが、この内容について重視したことは、発芽の必要条件「空気の量が正常な容器に入れた種子」よりも先に発としての空気に関する見方・考え方を働かせることを芽したことを説明することはできない。仮説Ｂの場合、通して、種子の生命を支えている空気に対する認識を「空気を抜いた容器に入れた種子」が、「空気の量が高めることである。そこで、次のような工夫を行った。

正常な容器に入れた種子」よりも先に発芽したことを③発芽するためには説明する材料になる可能性はあるが、減圧が発芽を促空気が必要であるこ進するという確証はない。これらのことについては、とことを調べる一般機会を改めて検証してみたい。

的な比較実験を終え④た後、真空保存容器

この内容について重視したことは、地球環境としてを利用した発芽実験の酸素や二酸化炭素に関する見方・考え方を働かせるを位置付けた。

第６学年「生物と環境」（令和３年７月）

ことを通して、生命を支えている空気に対する認識を

図４ 真空保存容器【成果】発芽するためには空気が必要であることを調高めることである。そこで、次のような工夫を行った。

べる一般的な実験では、空気の条件を操作するために、この内容については、生物が酸素を吸って二酸化-3 -炭素を吐き出していることと、植物に光が当たると．．
ことが普通で、「水は100℃近くで沸騰する」というこ二酸化炭素を取り入れて酸素を出すことを関係付けとを結論としてきた。このことについては、小学校指ながら、生物が空気を通して周囲の環境と関わって導要領解説理科編においても教科書においても同様の生きていることを捉える。その際、酸素をつくり出記述となっている。しかし、沸騰温度が100℃である

す植物の働きに対する意識が強すぎて、植物の呼吸という既成概念をもっている児童が多いため、何かしに対する指導が不十分になることがある。そこで、らの工夫が必要であると感じた。

動物だけでなく植物も酸素を吸って二酸化炭素を吐

ただし、気圧に関しては、中学校第２学年の指導内き出していることについての指導を充実させた。具容となっており、小学校第４学年での扱いは慎重であ

体的には、インターネット上の動画教材（NHK forるべきだと考えられる。その点を考慮した上で、「空school 「ふしぎエンドレス／なぜ酸素はなくならな気の存在を起点としたカリキュラム構想」に、水の沸い？」）で紹介されている植物の呼吸に関わる実験

点と気圧の関係についての考慮を加筆したい。

結果を活用した。

６

おわりに【成果】動画教材で紹介されている実験では、日光が空気に関するカリキュラム・マネジメントについて当たらないように鉢植えの植物に箱をかぶせてから12の取組は今回が初めてであったが、当初の計画通り、時間後の酸素と二酸化炭素の割合を測定し、箱をかぶカリキュラム・マネジメントの更新まで辿り着くことせる前の数値と比較する。表４が、その結果である。

ができた。その結果、小学校の理科学習を通して空気子どもたちは、既習の動物の呼吸と関係付け、植物もに関する児童の見方・考え方を系統的に育んでいくこ

酸素を吸って二酸との指標を得ることができた。

表４化炭素を吐き出していることについ初めて理解を深めてい 12時間後

空気中の割合の変化
酸素二酸化炭素

今回の取組を今後に生かすためには、空気に関する20.9％

0.04％

見方・考え方を系統的に育んでいくことの意義を実証

19.6％

1.05％していく必要がある。例えば、表６のような取組が考た。

えられる。

【課題】子どもたちは、植物の呼吸に対する理解が深

表６

まる一方で、日光が当たっているときに植物の呼吸が今後期待される取組内容(1) 空気に関する系統的な指導の過程で形成されるどうなっているのかということについて、思考の混乱資質・能力を明らかにすること。

が見られた。このことについては、どのような指導が(2) 中学校における学習内容との関連を明らかにす望ましいのか、検討の余地がある。また、動画教材にること。

とどまらず、直接実験を位置付けることについても、(3) SDGs（持続可能な開発目標）との関連を図った検討の余地がある。

実践を工夫すること。

５

今回の実践を基礎研究として、空気に対する見方・研究のまとめ今回の研究実践を振り返ってみると、表２で示した考え方を豊かにする小学校理科の授業改善をさらに進「空気の存在を起点としたカリキュラム構想」は、概めていきたい。

ね妥当であると考えられる。そのような中で、空気に７関連することとして新たに注目したことが、気圧に関(1)する指導である。

参考・引用文献
文部科学省『小学校学習指導要領解説 理科編（平成29年告示）』東洋館出版社、2018

第４学年「金属、水、空気と温度」では、空気の体(2)

フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』

積変化と温まり方の他に、水の三態変化と温度の関係

https://ja.wikipedia.org/wiki/真空?msclkid=93642b0を扱う。その中で扱う水の沸騰温度に関して、気圧とac07c11ecb65bc605905ddd13の関係から指導の工夫ができるのではないかということに気付いた。

(3)

NHK for school 『ふしぎエンドレス／なぜ酸素はなくならない？』https://www2.nhk.or.jp/s

水が沸騰する温度は、一般的に100℃とされているが、それは１気圧という条件が満たされている場合だけである。これまでの経験では、100℃に到達しない-4 -chool/movie/bangumi.cgi?das_id=D0005110456_0
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