平成 26 年度 「『想定読者』を意識した説明法・自己教育法」第 10 回授業（補習）

平成 26 年 12 月 13 日 311L 講義室

13. 演示実験を取り入れたプレゼン

大学院工学研究科 物理工学専攻

葛生　伸

サイエンスコミュニケーション

多くの場合，演示実験や実験工作教室を含む

青少年向け，一般向け科学啓発活動として盛ん

はじめに

科学について、科学者ではない一般市民と対話すること

ex. 青少年のための科学の祭典

私の実践経験大学で児童向けイベント（ 1997 ～ 1998 頃）

リフレッシュ理科教室（応用物理学会 1999 ）

児童向けの各種イベントで依頼される

スライム + 演示実験を中心とした高分子物性の説明

初日：教員向け → 2 日目児童向け

大学公開講座 → PTA 研修など（児童と一緒の場合も含む）

児童向けイベント等での活動（ 2000 ～ 2005 ）

保護者向け啓発活動（ 2005 ～）

教員向け（ 2009 ～）

教員免許状更新講習，福井県教員研修

実演例空気の膨張で風船を膨らませる

コルク栓飛ばし空き缶つぶし

再沸騰熱気球

ゴム弾性（ペンシルバルーン使用）

ペットボトルの不思議

4. 「小さな暴れん坊」と内部エネルギー

空気の分子

＝小さな あばれんぼう

熱くなると元気になる !

水を入れてコルク栓をした試験管

火であぶると？

熱に関する実験

熱くなると元気になる !

分子＝ 小さなあばれんぼう

身の回りのものは分子からできている

なぜコルク栓が飛ぶの？

水の分子水の分子

小さなあばれんぼうのパワー

水蒸気のエネルギー水蒸気のエネルギー

熱熱

くうき空気の分子

水の分子

ぶんし

みず ぶんし カンの中の水蒸気は水になりカンの中はからになる

なか すいじょうき みず

空き缶つぶし

空き缶の周りにはたらく大気圧の大きさ

320 kg の重さ

空きカンの展開図

カンの高さ ７  センチメートル（ｃｍ）

カンの周りの長さ ２１ 

センチメートル（ｃｍ）

展開図の重さ（厚紙の重さ）

周りの部分 8.6  グラム（ｇ）

上下の円 2.6  グラム（ｇ）

厚紙の周りの部分の面積 252 平方センチメートル（ｃｍ２）

上下の円の面積重さから計算  38.1

平方センチメートル（ｃｍ２）

半径から計算  38.5平方センチメートル（ｃｍ２）

空き缶カン全体の表面の面積  290平方センチメートル（ｃｍ２）

空きカンにかかる力 290 キログラムの力（ｋｇｆ）

空きカンの表面積と表面にかかる力の計算

ゴミぶくろをつかった熱気球ゴミぶくろをつかった熱気球

b@b

ゴミ袋 （ 45 L， 0.012 mm ）

メンディングテーブ

ドライヤー

ゴミ袋がうすくないと飛ばないよ !

中の分子が勢いよくなる

熱気球が浮かぶしくみ

中の気体が膨張

まわりの小さなあばれんぼう

気球の中の小さなあばれんぽう

中外の圧力が等しいので中の余分な空気が出る

球体の中が軽くなる

浮力で浮く

水圧を調べる

本を重ねると下の方ほど大きな力がかかる。同じように水も下の方が大きな力がかかる

浮力のしくみ

水をメスシリンダーに入れて水の体積と重さをはかる

おもりをメスシリンダーの中に糸でつるして入れて体積と重さをはかる

おもりをメスシリンダーの底に落として重りをはかる

浮力の測定

おもりの重さを測る 水の体積と重さを測る

測定した値の例

Ａ おもりの重さ 10.1 グラムＢ 水の重さ（ 40 mL ） 39.9 グラム

Ｃおもりと水の重さの和（Ａ＋Ｂ） 50.0 グラム

Ｄおもりを底に置いた時の重さ 50.0 グラム

Ｅおもりをつり下げたときの重さ 41.1 グラム

Ｆ ＥとＢの差 （Ｅ－Ｂ） 1.2 グラム

Ｇ水 の 表 面 の変化（ 体 積変化） 41.2

ミ リ リ ットル

Ｈ Ｇの変化分の水の重さ 1.3 グラム＊ Ｈは密度の体積変化をかけることによって計算できます。

水の密度＝（ 39.9 グラム） ÷ （ 40 ミリリットル）＝ 1.0 グラム／ミリリットル

７５．９ g

７５．９ g

７１．３ g

水の高さが増えた分重くなる

水の高さが増えた分の重さと浮力が同じ

浮力の説明

空気を入れる 重さをはかる

空気の重さの測定

水を口まで入れる重さをはかる

ペットボトルの容積

空気の密度

Ａ 空気の重さ 4.7 グラム

Ｂ 水の重さ 1065 グラム

Ｃ ペットボトルの中の体積 1065 グラム／ミリリッ

トルＤ 空気の密度（４気圧の時） 0.0044 グラム／ミリリッ

トルＥ 空気の密度（１気圧の時） 0.0011 グラム／ミリリッ

トル

0℃， 1 気圧の時の空気の密度 0.0012 グラム／ミリリットル

実際の値

20℃， 1 気圧の時の空気の密度 0.0011 グラム／ミリリットル

お湯を入れた容器の空気を抜くと？お湯を入れた容器の空気を抜くと？

ペットボトルの知識・ 最初の用途は？

・ 「ペット」とは？

・ 何からできてる？

・ どうやってつくる？

・ 口が白いペットボトルは？

1974 年米国で炭酸飲料用，日本 1977 年醤油容器

ポリエチレンテレフタラート (PET) のこと

ポリエチレンテレフタレート

後で説明

後で説明

PET ボトルをオーブントースターに入れると

← 結晶化白くなる

糸を引く → 繊維

ポリエステル

ペットボトルのつくりかた

熱い

ふくらませる 冷ます

PET ボトルに熱湯を入れると

細長風船をつかった実験 1

細長風船 ( ペンシルバルーン）を両手でもって急にひっぱると？

クイズ

持ち上げる

= 仕事

ゴムの中での小さなあばれんぼう

高分子のくさり

あみめのように

手をつないで暴れる子どもたち

プラスチックの鎖をゆらすと

教員免許状更新講習「身近な熱とエネルギー」

　　　　　　　　　　　　　　平成 25 年8 月 18 日　　　　　　　　　　　　　　　　　　於；島根大学

～現職高等学校教員の目で見た意義と課題～

島田直子 * 　 葛生　伸 ** 　　石井恭子 ***

JAEEE 第８回全国大会

福井県立足羽高等学校 * 　　福井大学大学院工学研究科 **　玉川大学教育学部 ***

1. はじめに

教員免許状更新講習「身近な熱とエネルギー」

現職高校教員がＴＡ（ Teaching Assistant ）として参加

○ 講習が教員としての質を高めるもの

○ 講習が教員にとって学校現場にすぐに活かせるもの

講習の意義や課題を探る

改良

本講習と指導要領との関係

学習指導要領解説　理科編　

≪改善の基本方針≫・　「エネルギー」・・・・などの科学の基本的な見方や概念を柱として・・・・・　実社会、実生活との関連を重視する内容を充実する・・・

中央教育審議会答申（ 2008 ）学習指導要領解説理科編（ 2008 ）

小学校（ 2008 年 ) ，中学校（ 2008 年），高等学校（ 2009 年）

講習と方向性があっている

エネルギー・生活関連

2. 講習の概要

受講者別内訳

計 理 国 英 数 社 体 技 他

小学校 8 2 6

中学校 13 11 1 1

高等学校 7 3 1 1 1 1

合計 28 16 1 1 1 1 1 1 6

Ⅰ． 熱と様々なエネルギー (9:00～11:00) 　 [ 実験数；３２ ] 　　

2. 講習の概要 講義； 3 部構成容　　

1. はじめに（講義の概要と試験の説明）　　　　　　　　　＊ペンシルバルーンを使った実験 2. 熱とは？エネルギーとは？ 3. 温度と熱 4. 「小さなあばれんぼう」と内部エネルギー　　　　　　　　　＊空き缶つぶし　　　　　　＊消せるボールペン　　　　　　＊感熱紙 5. 様々なエネルギーと熱　　　　　　　　　＊ＩＨ調理器で電球をつけよう

ステンレスのマグカップ

Ⅱ． 熱機関とエネルギーの利用 (11:00 ～ 13:30) 　 [ 実験数；１０ ] 　　

2. 講習の概要 講義； 3 部構成容　　

6. 熱と熱機関　　　　　　　　　＊スターリングエンジンの実験 7. 低温から高温へ熱を移す 8. 電気とエネルギー 　　　　　　　　　＊モーターの原理（磁石で実験）　　　　　　＊モーターを電気的につないで回す実験　　　　　　＊発電実験（水力発電、火力発電） 9. 私たちの生活とエネルギー

湯 ドライアイス

2. 講習の概要 講義； 3 部構成容　　

10. 地球も一つの熱機関 11. 身近な現象と熱力学 　　　　　　　　　＊ドライアイスの液化実験　　　　　　＊ペットボトルの加熱実験　　　　　　＊ガスの液化（液体窒素）

バイス　 (万力 )バイス　 (万力 )

ビニールホース

ドライアイス

Ⅲ． 地球と物質と熱力学 (13:30 ～ 15:30) 　 [ 実験数；７ ]　　

Ⅳ ． 試験・アンケート（ 15:40 ～ 16:30) 　　

3.試験による評価試験問題 問題１　授業案作成　答案のまとめ　

学校種

専門教科 指導案 対象学年 指導案数

小学校

エネルギー 6 年 ２

家庭科「身の回りの環境」 5 年 １

学級会活動「地球温暖化を考えて」 １

もののかさと温度 4 年 ３

ものが燃える仕組み １

中学校

理科

電気のはたらき １

電磁誘導 3 年 ２

仕事とエネルギー 3 年 ３

身の回りの物質 1 年 １

状態変化 1 年 ２

熱の変化 １

総合「自分で作った火で綿菓子を作る」 1 ～ 3 年 １

3.試験による評価試験問題 問題１　授業案作成　答案のまとめ　

学校種 専門教科 指導案 対象学年 指導案数

中学校

保体 熱エネルギーと地球温暖化 １

国語 エアコンの仕組み（解説文） １

高等学校

物理 熱エネルギーの導入 １

物理 ボーアの原理・断熱変化 3 年 １

理科 エネルギーの変換効率 １

数学 立体図形 1 年 １

地歴 火の使用と人類の変化と歴史 定時制 １

工業 電気はどのようにつくられているか １

英語 Ｍｏｔｔａｉｎａｉ運動 1 １

3.試験による評価試験問題

問題１　授業案作成解答例 1 ：高校　地歴担当

概要

導入で火起こし実験　　　　　　　↓「火」とはどのようなものか、旧石器時代に戻って考えさせる　　　　　　　↓時代を追ってエネルギーを考え、現代のエネルギーを見直す

3.試験による評価試験問題

問題１　授業案作成

解答例 2 ：小学校

概要

導入にペンシルバルーンの実験　　　　　　　　　↓ゴムがどうなるのか考えさせる　　　　　　　　　↓「小さなあばれんぼう」の概念を説明し、モデル図を使用して考えさせる

3.試験による評価試験問題

問題 2 （ 1 ）：説明が不十分な点　　　　（ 2 ）：改良するとよい点

ペルチェ素子（ 1 ）　　　　　　　

熱平衡（ 1 ） 状態図（ 1 ） 半導体（ 1 ） ヒートポンプの原理（ 1 ）　 熱と電気の関係（ 1 ） 原子力発電（ 1 ）

数式を少なくしてほしい（ 3）　　　　　　　

数式がもっとほしい（ 2 ） ＬＥＤ（ 2 ） 交流と直流の変換（ 2 ） 分光カード実験（ 2 ） 温泉卵は色つき容器で（ 2 ）

3.試験による評価試験問題

身近な実験がたくさんあり，生活と関連していて、　　理科以外の教科でも面白く学ぶことができた。（７）

実験がたくさんあり，期待以上だった。（６）

手元カメラが良かった。（１）

内容が盛りだくさんなため、講義についていくのが大変だった。（３）

「ありがとうございました」等の謝辞（ 11 ）

問題 2 （ 3 ）：期待していた事・それに対する相違点　　　

4.アンケート結果による評価結果

受講を勧めたいかはい ２５いいえ １

難易度

難しい １やや難しい ８ちょうど良い １４やや易しい ４易しい ０

参考になったこと

実験 ２７資料 １６生活関連の知識 １４楽しさ・面白さ １３説明の仕方 ４教科横断型の知識 ２

5.考察

意義 自分の授業に本講習を活かしていこうという　 積極的な姿勢がみられた　

かみ砕いた表現を用いて丁寧に解説　 身近な道具を使用した実験 　　 　理解が深まる ストーリー性をもった授業展開

生活関連重視・実験・ストーリー性のある授業を受講　　　　　面白い・楽しい　　　　　　　　自身の授業の見直

し　　　　　教員としての質の向上　

5.考察

課題・提案 内容が多すぎる　　　　　　　　　　　　　　 説明不足（ＬＥＤ・半導体・平衡・相図） 　専門以外の受講者は分かりにくい　　　　　　　　　　　　 　 PPT の工夫が必要

数式は興味がある受講者にだけ配布

受講者の要望をどれだけ受け入れるか、検討が必要

受講者の要望

生活関連学習を意識した熱・エネルギー分野の教員免許状更新講習

福井大・院工　葛生 伸

51H25.11.16 平成 25 年度日本理科教育学会北陸支部大会 A06

福井県立足羽高等学校　島田 直子

玉川大学教育学部　石井 恭子

教員免許状更新講習

題名： 身近な熱とエネルギー（ 6時間［含試験時間］）

H21 高校物理教員想定H22 ～　理科教員以外でも理解できるように

定員 30名年度 人数 内訳等H21

3 高（理 [ 物理 ] ），高（特 [数 ] ），中（理）

H22 9

小 : 中 : 高 = 8:13:7 ，（中高の理，国，社，工）

H23 28

小 : 中 : 高 = 11:9:7 ，（中高の理，技，数，工，特）

H24 28

小 : 中 : 高 = 8:13:7 ，（中高の理，英，国，数，社，体，技）

H25 20

理科教員中心，小 : 中 : 高 = 7:6:6 （その他 1 ）

Ⅰ． 熱と様々なエネルギー (9:00～11:00) 　 [ 実験数；３２ ] 　　

講習の概要 講義； 3 部構成容　　

1. はじめに（講義の概要と試験の説明）　　　　　　　　　＊ペンシルバルーンを使った実験 2. 熱とは？エネルギーとは？ 3. 温度と熱 4. 「小さなあばれんぼう」と内部エネルギー　　　　　　　　　＊空き缶つぶし　　　　　　＊消せるボールペン　　　　　　＊感熱紙 5. 様々なエネルギーと熱　　　　　　　　　＊ＩＨ調理器で電球をつけよう

Ⅱ． 熱機関とエネルギーの利用 (11:00 ～ 13:30) 　 [ 実験数；１０ ] 　　

講習の概要 講義； 3 部構成容　　

6. 熱と熱機関　　　　　　　　　＊スターリングエンジンの実験 7. 低温から高温へ熱を移す 8. 電気とエネルギー 　　　　　　　　　＊モーターの原理（磁石で実験）　　　　　　＊モーターを電気的につないで回す実験　　　　　　＊発電実験（水力発電、火力発電） 9. 私たちの生活とエネルギー

講習の概要 講義； 3 部構成容　　

10. 地球も一つの熱機関 11. 身近な現象と熱力学 　　　　　　　　　＊ドライアイスの液化実験　　　　　　＊ペットボトルの加熱実験　　　　　　＊ガスの液化（液体窒素）

バイス　 (万力 )バイス　 (万力 )

ビニールホース

ドライアイス

Ⅲ． 地球と物質と熱力学 (13:30 ～ 15:30) 　 [ 実験数；７ ]　　

Ⅳ ． 試験・アンケート（ 15:40 ～ 16:30) 　　

豊富な図やイラストの使用

水

加熱

冷却

繰り

返し

試験問題

問題 1

受講した内容に基づく授業案の提案

問題 2

良かった点／改善点／自分ならばどうするかの提案

試験問題は最初に提示・自分ならばどうするか考えながら受講していただく

・講習の改善

・担当者が受講者から学ばせていただく

→ 毎年の改善の経緯を示す

改善の経緯（その 1 ）

1 回目（ H21 ）　「熱とエネルギー」　講義室

高校物理教員を想定して実施← H12 実施の福井県高校物理教員研修をベース

3名参加： 高校物理，高校数学，中学理科中学校教員： 数式難しい数学教員： 式の文字が頭に入らない

2 回目（ H22 ）　「熱とエネルギー」　理科教育実験室

多様な教員 13名参加← 全面改訂（現在の原型） / 実験集用意

スライド配布資料に説明無し → 後の復習困難

改善の経緯（その 2 ）

3 回目（ H23 ）　「熱とエネルギー」理科教育実験室

多様な教員 28名参加← 配布資料に詳細な説明文を追加

・説明文はわかりやすくてよい・受講者によってわかりにくいところを追加説明

4 回目（ H24 ）　「身近な熱とエネルギー」理科教育実験室

← より親しみやすくするために改題

・資料，実験はマイナーチェンジ

多様な教員 28名参加

・現職高校教員の補助を受ける

改善の経緯（その 3 ）

5 回目（ H25 ）　「身近な熱とエネルギー」

理科を中心に 20名（校種は小中高バランスよく）← 「テキスト」「実験集」に加え「コラム集」追加

・少し高度な内容。豆知識を加えた・他教科とのつながりを理解するのに有効・余談のネタなどに使用できる

コラム集

次年度に向けての計画

1) 再度改題「生活の中の熱とエネルギー」

生活関連学習／教科横断型学習への橋渡し資料単独でも活用できるように整備

２ ) 実験集・コラム集の充実

3) 案内文でのアピールHP から H25 年度資料が得られることを案内に明記⇒ 受講判断に役立たせる／資料の普及

4) 学生補助者の活用進行表（指導案）の整備により，効果的に学生を活用

5) 講義室での開講丸イスでの 5時間の受講はきつい

講習の成果

講習を通じて得られたこと

本務の大学授業での評価方法への応用（変容の自由記述等）

・理科教育法授業の参考（指導案など）

・簡単にできる実験の開発（毎年少しずつ増やす）

・授業の運営方法，準備方法などのノウハウ

受講者，関係者など多くの方々からさまざまことを学ばせて頂いた

・授業の自己評価方法と継続的な改善ノウハウ

感謝するとともに，引き続き改善を続けていきたい