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れれそめや
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1 水の状態変化に関する理解の徹底を目指して Teaching material that aims at a thorough nuderstanding of the change of state in water 自然系理科猪木章夫自然系理科岡田紀子自然系理科日比昌臨床心理士養成山津久美 Ⅰ はじめに日常生活の中で, 湯を沸かした経験はあっても, 水の沸騰する様子は, やかんや鍋では外から見えない ( 図 1, 図 2 ) 水が変化することは知っていても, その過程を注意深く観察したり調べてきたりしてきたわけではないまた, 水蒸気という言葉を知っていても, 湯気と混同していることが多いここでは, 曖昧に理解している事図 1 鍋の水の沸騰柄を整理し, 探究心をもって学習を進めるための教材開発を考えたそこで, 2007 年 5 月 9 日にA 大学 2 年生 180 名を対象に, 水のすがたとゆくえ ( 小学校 4 年単元 ) のプレテストを行った結果は表 1のようになり, 正答率にばらつきが見られた問題 11 は, 湯気と水蒸気の違い, 問題 12 は, 水蒸気は気体であること, 問題 14 は, 湯気は再び加熱すると水蒸気となることを問うものであったこの結果は, 小学校で学習する内容であるのにもかかわらず, 大学生になっても水蒸気と湯気の概念が定着していないからだと考えられるそこで, 確実な理解につなげていくために, 図 2 やかんの水の沸騰理解定着度の低い点に焦点をあてた教材や効果的な指導方法を考案していくこととした表 1 水のすがたとゆくえプレテストの正答率問題番号正答率問題番号正答率 Ⅱ 水のすがたとゆくえの単元の基礎基本表 2は, 小学校学習指導要領理科編から水の状態変化についての基礎基本となることを観点別にまとめたものであるプレテストの結果から, 水は水蒸気になって空気中に含まれており, 温度が下がったり冷たい物に空気が触れたりすると空気中の水蒸気が結露して再び水になって現れるという知識理解の定着が不十分ではないかと考えられる表 2 水のすがたとゆくえの単元の基礎基本関心意欲態度科学的思考技能表現知識理解 -1-

1 身の回りの水の様子を調べ 1 水蒸気や氷に姿を 1 加熱器具などを安全に 1 水は温度を 100 近くにあげたりすることに興味関心を変える水の状態変化操作したり寒剤を使ったると, 水蒸気に変わり温度を0 もち, 進んで温度による水の

る水の状態変化に不思議さや水が現れることから, 2 空気中に含まれる水蒸温度が下がったり冷たい物に空おもしろさを感じ, 見出した空気中の水の存在を気を取り出す方法を考気が触れたりすると空気中の水きまりで日常の現象を見直そ考えることができる

に掲載されているのは, 資料 1のような内容であるその第一次の児童の意識の流れを簡単に述べる水を加熱する過程を透明容器で観察すると, まず容器の周りに水滴がつくこと, 続いて, 底から泡が出てくることが観察されるまた,

水がなくなるを熱した時にそれぞれがの考えが関係し合う 2 湯気が出る関係し合っているような課題の設定 3 泡が出る 4つの事象を関係づけて友だちの考えを取 4 温度が 100 近く見ていこうり入れながら進めてで変わらなくなるいく学習

2 1 身の回りの水の様子を調べ 1 水蒸気や氷に姿を 1 加熱器具などを安全に 1 水は温度を 100 近くにあげたりすることに興味関心を変える水の状態変化操作したり寒剤を使ったると, 水蒸気に変わり温度を0 もち, 進んで温度による水のと温度を関係付けるりして, 水の状態変化のに下げると氷に変わること状態変化を調べようとすることができる実験をすることができ 2 水は, 自然に蒸発し水蒸気に 2 加熱や冷却, 自然蒸発によ 2 水の蒸発や結露しるなって空気中に含まれているる水の状態変化に不思議さや水が現れることから, 2 空気中に含まれる水蒸温度が下がったり冷たい物に空おもしろさを感じ, 見出した空気中の水の存在を気を取り出す方法を考気が触れたりすると空気中の水きまりで日常の現象を見直そ考えることができるえ, 工夫して実験するこ蒸気が結露して再び水になってうとするとができる現れること Ⅲ 水を加熱して水蒸気に変化するまでの過程の児童の意識の流れ及び指導方法の検討 ( 第一次 ) 水の状態変化について小学校の教科書 ( 東京書籍 ) に掲載されているのは, 資料 1のような内容であるその第一次の児童の意識の流れを簡単に述べる水を加熱する過程を透明容器で観察すると, まず容器の周りに水滴がつくこと, 続いて, 底から泡が出てくることが観察されるまた, 水面から湯気が出てくることにも気付くそれも熱するうちに底から出る泡の出が激しくなり, それに伴って湯気もたくさん出てくるその頃には容器の周りの水滴もなくなり, 水が減ってなくなってくる水を熱したときこれら4つの事象は, 水子ども一人ひとり 1 水がなくなるを熱した時にそれぞれがの考えが関係し合う 2 湯気が出る関係し合っているような課題の設定 3 泡が出る 4つの事象を関係づけて友だちの考えを取 4 温度が 100 近く見ていこうり入れながら進めてで変わらなくなるいく学習水が減ることと湯気が出ることの関係スプーンを近づけると水滴がつくラップをかぶせると水滴がつく紙をかぶせると湿っぽくなったビニル袋で集めると水がたまったスプーンラップ紙ビニル袋湯気は水なんだ湯気は水が変わったもので, 湯気が出ていくから, 水がなくなる湯気の観察スプーンの様子 -2-

3 湯気が出ることと泡が出ることの関係( 本研究で開発した教材を活用 ) 泡が激しく出ると湯気もたくさん出るストローからすぐ湯気が出るのではなく, 少し透明な所がある泡が冷えると湯気になる? 湯気を温めると泡にもどる? 泡を押さえ込むと湯気は出ない? ビーカーで沸騰アルミ缶で沸騰泡の押さえ込み泡が激しく出る時に湯気が多くなる加熱泡が冷えると湯気になると考えた子どもには, 湯気湯気が水蒸気にを温めるとどうなるかを考えさせたい水蒸気と湯気の状態変化と温度の関係を調べる実験水蒸気と湯気の状態変化と温度の関係を調べる実験 1 らせん状になったガラス管の中の湯気を再び加熱する 2 湯気は再び水蒸気になって見えなくなり, ガラス管の先から出ている 3 ガラス管の先の少し離れた所にマッチを持っていく 4 ガラス管の先に金属製のスプーンをあてるこの実験 3の結果, マッチに火がつくことから, 湯気 ( 液体 ) を加熱すると, 水蒸気になり, その温度はかなり高温になっていることことが分かるまた, 実験 4 の結果, スプーンに水滴がつくことから, 水蒸気は冷やされると, 水滴 ( 液体 ) となることが分かるこの実験により, 右図のような冷却関係が理解できると考えられる水蒸気 ( 気体 ) 湯気 ( 液体 ) 加熱水の状態変化のモデル図の提示気体液体固体左表のように, 気体液体固体形決まった決まった決まったのいくつかの性質を比べた場合, 水ものなしものなしものありの分子の集まりの状態を下図のよう体積あるあるあるに表し, 提示すると, 水蒸気と湯気質量あるあるあるの状態が理解しやすくなると考える密度非常に小気体より気体よりさい大きいはるかに大きい圧縮性あるしにくいない熱移動対流対流伝導熱膨張大きい小さい非常に小気体液体固体 -3-

4 泡が出ることと水が減ることの関係泡の観察 - 泡の大きさエアポンプの泡との比較身の回りの空気と同じか? ラップでふたをする大きく膨らむ泡が空気なら, 水が減少するのはなぜか? 泡が空気か水蒸気かを確かめる実験 : 泡を集めて : 泡を集めて : 泡を集めて冷た水の中を通す冷やすいものにあてる色水水が減ることと温度が 100 近くで上がらないこと 100 近くになったら水が急に減る温度計の目盛りが上がると水面が下がる水がなくなると温度が上がる水が泡や湯気に変わっているときには, 温度は変わらないそれぞれの関係を表にまとめる泡と温度泡と水の減少泡と湯気湯気と水の減少湯気と温度水の減少と温度泡大きな泡を集めてみると水滴になった湯気湯気を集めたら水滴になった湯気は水面から少し離れた所から出た温度大きな泡水は熱し続けても 100 が出てくると, 湯近くまでしか上がらない小さな泡気も多く湯気を集めたら湯気は 40 水は 100 にな 40 ~ 50 なる水滴になったくらいかららなくても減少から出水が減ったのは出てきたる大きな泡が出湯気になって出大きな泡てくると, 水熱するとていったから湯気は 100 水は 100 近く 100 近は急激に減少水は見え近くでたくさになると急激にくでたくない物ん発生した減少さん出て ( 水蒸気 ) 水は見えない物くるになり, ( 水蒸気 ) にな冷えて湯り, 冷えて湯気気になるになる -4-

5 資料 1 小学校の教科書の内容 ( 新しい理科 4 年下東京書籍 ) 第一次 1 水を熱し続けるとどうなるか水は, 熱せられると, 湯気に変わるのだろうか? 何も見えない所を冷やす見えない所にも水があることをつきとめる冷やすと水の粒が出てくる水を熱したときに, 水の中から出てくるあわは何だろう? 定義水蒸気 - 水 ( 液体 ) は, 熱せられて温度が高くなると, ふっとうして, 水面や水中から, 目に見えない水蒸気 ( 気体 ) になって空気中に出ていく湯気 - 熱い水蒸気が冷えて, 小さい水の粒になったもの湯気は, 小さい水の粒で水蒸気 ( 気体 ) ではない湯気は, 再び水蒸気になって, 空気中にまじっていく水は何度になると, ふっとうするのだろうかまた, 水の温度は何度まで上げることができるのだろうか? 第二次 2 水はふっとうしなくても蒸発するのだろうか水たまりのしみこまない水はどこへいったのか調べる入れ物の水はふっとうしなくても, 蒸発するのかおおいをしないものおおいをしたもの水はふっとうしなくても, 蒸発して, 空気中に出ていく太陽の光などであたためられると, 早く蒸発する洗濯物などを日なたに干すと早く乾くのはこのため第三次タオル1 枚に 570 gの水 3 空気中の水蒸気は水にもどせるか空気中の水蒸気を, 水にもどすことはできるのだろうか冷たく冷やしておいた入れ物を, 外に出しておくとまわりに水滴がつくこれは, 空気中の水蒸気が冷やされて, 水にもどったからである冷蔵庫から出したペットボトル霧地面から立ち上る湯気寒い時に窓ガラスの内側に水滴第四次 4 水は冷やされるとどうなるか空気中の水蒸気は, 冷やされると水に変わる水は, さらに冷やされると氷に変わる水は, 冷やされると, 何度ぐらいで氷になるだろう? まとめ水は, 熱せられると, 水蒸気になり, 100 ぐらいでふっとうする冷やされると, 0 でこおって氷になるこのように, 温度によって, 固体, 液体, 気体にすがたを変える例ろう鉄 -5-

6 Ⅳ まとめプレテストの結果より, 熱し続けると, 沸騰するという現象は十分にとらえられると考えられるしかし, 湯気と水蒸気という水の状態がとらえられていないと考えられたので, 蒸発という一般概念をもつための観察の視点を明らかにしていきたいと考え, 教材開発を行ったここで開発した教材は, 水を熱したり冷やしたり, 身の回りの水の様子を調べたりすることに興味関心をもち, 進んで温度による状態変化を調べようとする態度をもつことができると考える安全に配慮し, 興味関心に応じることが大切であると考えられるので, 本教材を活用する第一次は, TT で行うこととするそして, 第四次を最初に行うことにより, 小学校 4 年生段階でつまずきの多い温度計の計測の技能の効果を上げ, 第一次の安全に関する配慮が必要な計測を行いやすくする様々な温度を計測する体験を行うこととする最後になりましたが, 本課題研究を行うにあたり, プレテストや原稿に目を通し, 多くの助言をくださった, 鳴門教育大学の香西武准教授, 武田清准教授に, 心より感謝いたします Ⅴ 文献田村高広, 事象を関係づけてみていこう. 初等理科教育, 33( 5):3-8 Ⅵ 英文の要約 A survey was carried out in Naruto university of education to find out:he level of understanding of change of state in water among undergraduate students. it did not matter that:the questions presented to the undergraduate students in the survey were the same type of questions presented in atypical test at elementary school,it was found out that,as it s found among elementary school students the notion of water vapour as opposed minds of undergraduate students too. This misconception was taken up as a theme of study and an impressive teaching material that serves to certainly correct the misconception was developed. -6-

第４学年理科学習指導案

第４学年理科学習指導案第 4 学年理科学習指導案 ( 改善プラン ) 成果があったところ改善したところ研究主題子どもたちが生き生きとたのしく学ぶ理科生活科実感を伴った理解を図る指導の工夫中学年分科会のテーマ児童が自然と向き合い, 見出した問題を興味関心をもって追究することを通して, 実感を伴った理解が得られる指導方法を工夫する 1 単元名物の体積と温度 2 単元の目標金属水空気の性質について興味関心をもって追究する活動を行い,