理科学習指導案 平成 30 年 12 月 5 日 ( 水 ) 5 校時かがやきルーム ( パソコンルーム ) 6 年 2 組 28 名 A 物質 エネルギー (4) 電気の利用 6 年 電気とわたしたちの生活 指導者坂井亮太 1 単元について 中学理科 小学校 3 年 電気の通り道 小学校 4 年

理科学習指導案 平成 30 年 12 月 5 日 ( 水 ) 5 校時かがやきルーム ( パソコンルーム ) 6 年 2 組 28 名 A 物質 エネルギー (4) 電気の利用 6 年 電気とわたしたちの生活 指導者坂井亮太 1 単元について 中学理科 小学校 3 年 電気の通り道 小学校 4 年 電流の 働き 小学校 5 年 電流がつ くる磁力 小学校 6 年 本単元 中学校 2 年 電流 中学校 3 年 エネルギー 中学校 2 年 計測制御システムの仕組みの理解 中学技術 本内容は 第 5 学年 A(3) 電流がつくる磁力 の学習を踏まえて エネルギー についての基本的な見方や概念を柱とした内容のうちの エネルギーの変換と保存 エネルギー資源の有効利用 にかかわるものであり 中学校第 1 分野 (3) ア ( ア ) 電流 (7) 科学技術と人間 の学習につながるものである ここでは 電気の量や働きに着目して それらを多面的に調べる活動を通して 発電や蓄電 電気の変換についての理解を図り 観察 実験などに関する技能を身に付けるとともに 主により妥当な考えをつくりだす力や主体的に問題解決しようとする態度を育成することがねらいである ( ア ) 身の回りにある発電 蓄電に関する道具に着目して 手回し発電機や光電池などを使って発電したり 蓄電器に電気を蓄えたりできることを多面的に調べる これらの活動を通して 発電や蓄電について 電気の量と働きとの関係について より妥当な考えをつくりだし 表現するとともに 電気は つくりだしたり蓄えたりすることができることをとらえるようにする ( イ ) 豆電球や発光ダイオードを点灯させたり 電子オルゴールを鳴らしたり 電熱線を発熱させたり モーターを回転させたりしたときの電気の働きに着目して それらを多面的に調べる これらの活動を通して 電気の変換にすいて より妥当な考えをつくりだし 表現するとともに 電気は 光 音 熱 運動などに変換することができることをとらえるようにする ( ウ ) 身の回りにある 電気を利用している道具の働きに着目して 電気の利用の仕方を多面的に調べる これらの活動を通して 発電や蓄電 電気の変換について より妥当な考えをつくりだし 表現するとともに 発電したり 蓄電したり 変換させたりしながら利用していることをとらえるようにする その際 身の回りには 電気の働きを目的に合わせて制御したり 電気を効率よく利用したりしている物があることをとらえるようにする ここで扱う対象としては 電気を蓄える物として 例えば コンデンサーなどの蓄電器が考えられる 電気をつくりだしたり 蓄電器などに電気を蓄えたりすることができることについては 豆電球や発光ダイオードの点灯やモーターの回転などによってとらえるようにする ここでの指導に当たっては 子どもが手回し発電機や光電池などを使って自分で電気をつくりだし その電気を蓄えたり 変換したりすることにより エネルギーが蓄えられることや変換されることを体験的にとらえるようにする 日常生活の関連としては エネルギー資源の有効利用という観点から 電気の効率的な利用についてとらえるようにする このことについて 例えば 蓄電した電気を使って 発光ダイオードと豆電球の点灯時間を比較することが考えられる また 身の回りには 温度センサーなどを使って エネルギーを効率よく利用している道具があることに気付き 実際に目的に合わせてセンサーを使い モーターの動きや発光ダイオードの点灯を制御するなどといったプログラミングを体験することを通して その仕組みを体験的に学習するといったことが考えられる ( 新学習指導要領解説理科編より ) 市情報 視聴覚 ( 中尾小 6 年 ) 理科 1

<プログラミング教育の視点 > 学習活動としては 例えば 電気を夜間の照明に活用する際に どのような条件で点灯させれば電気を効率よく使えるかという問題について 子どもの考えを検証するための装置と通電を制御するプログラムとを作成し 実験するといったことが考えられる 具体的には 発光ダイオードの点灯回路を用意し その上で スイッチの通電を制御するプログラムに取り組むことが考えられる なお 子どもが取り組みやすくなるよう 実際の道具よりも単純化したモデルとすることが大切である 子どもは 人が必要とする明るさは確保しつつ 照明を点灯したままにしないなど電気を無駄なく効率よく使うためには センサーが人を感知する距離や時間などの条件をどのように設定すればよいかなどの疑問をもち センサーを用いた通電の制御 ( 自分が意図する動き ) はどのような手順で動作するのか それを再現するにはどのような命令 ( 記号 ) をどのように組み合わせればよいのかを考え 試行錯誤しながら ( プログラミング的思考 ) プログラムを作成する こうした体験を通して 人を感知するセンサーで制御された照明などが住宅や公共施設などの身近なところで活用されていることや 電気を効率的に利用したり快適に利用したりできるようプログラムが工夫されていることに気付くことを目指す ( プログラミング教育の手引きより ) 2 単元目標 ( 新学習指導要領をもとに ) 生活に見られる電気の利用について興味 関心をもって追究する活動を通して 電気の性質や働きについてより妥当な考えをつくりだす能力を育み 意図した処理を行うようにするプログラミングを通して論理的思考力を高められるようにする 3 研究主題との関わり プログラミング教育部会研究主題 情報活用能力を生かし 問題を解決する子どもの育成 ~ 教科 領域 学年を横断的に関連付けるプログラミング教育の実践 ~ 情報活用能力について プログラミングにおける情報活用能力 自分が想定する結論 姿 動きを正確に見通せる力 ( 中川 2018) 1 人 1 台 PC 及び micro:bit を操作できるようにした 情報活用能力 ( プログラミングにおける情報活用能力も含める ) をいかすことで 次項のような情報活用サイクルを達成でき 研究主題に迫ることができると考えた 市情報 視聴覚 ( 中尾小 6 年 ) 理科 2

(1) 主題に迫る手立て < 情報活用のサイクルを達成するために > 課題の設定 ( 見つける ) 私たちの身の回りには たくさんの電子機器があふれている それらは全て電気を使うことによって成り立っており 電気は様々な用途に合わせて活用されている 電気は用途に合わせるために電子制御がされており 電気を効率的に利用するためのプログラミングが組まれている 具体の資質 能力 効率的に電気を利用するためのプログラミングについて考えることができる 手立て 発電機やコンデンサーに触れるだけでなく それらの技術がどのような場面で使われているのか 知識 と 身の回り の繋がりを確かめる時間をつくる 身の回りには 電気を効率的に利用するためにプログラミングが利用されていることに気付けるようにする 情報の収集 ( 集める ) 電気を効率よく使うためには 特定の条件でのみスイッチが入るプログラミングをつくるなどの工夫をする必要がある 順次処理 条件分岐や 繰り返しなど プログラミングの表現方法は様々である 具体の資質 能力 自分の想定した結論を導き出すために用いる様々なプログラミングのパターンを集めることができる 手立て プログラミング的思考を取り入れた表現方法に 普段から関わることができるようにする 1 人 1 台 micro:bit 及び PC を用いることで より長くプログラミング画面での操作を行うことができるようにする 自分がやりたいこと ごとにグループを作成し 友達と情報交換をしながら より効率的に情報の収集が行えるようにする 図本単元以外でのプログラミングを意識した掲示物 市情報 視聴覚 ( 中尾小 6 年 ) 理科 3

整理 分析 ( 考える ) 自分の目的に合わせて プログラミングの方法を吟味し 選択する必要がある 実際に micro:bit を動かしながら 想定通りに動かせるようにしたい 具体の資質 能力 プログラミングの出力方法を選択し 想定通りの動きになるよう 適切に順序や数値を工夫することができる まとめ 表現 ( 伝える ) 自分だけでなく 友達のプログラミングにも興味をもつことで より自己の課題が達成されやすい 友達の気付きによって 電気の効率的な利用方法に対する理解が深められる 具体の資質 能力 意見を伝え合うことで 友達の意見をお互いに取り入れ プログラミングの理解を深めることができる 同じ目的をもった子ども同士のグループワークで行うことによって 意欲的にかかわりあいながら 試行錯誤できる場面をつくる また プログラミングの入力パターンなど 友達のアイデアも積極的に取り入れるよう声掛けを行う 同じ目的でも プログラミングの上では違ったプロセスを通っていることも想定される プロセスの多様性があることのよさは価値付けつつも より最適な解を求めることのよさにも気付けるようにしたい 手立て (2)ICT の活用機器 PC(28 台 ) micro:bit(28 個 ) プロジェクター スクリーン (1 セット ) (3) 子どもの実態学習に関して 意欲的に取り組む子どもが多い 燃焼のしくみ の学習では 物の燃焼と空気の変化を関係付けて燃焼のしくみについて考えを深めることができた 与えられた課題に対して 例えばグループ内などで相談し合い その解決方法を見付けようとする姿はこれまでの学習活動でも多く見られた しかし 学習の見通しが立たないと自分の考えをうまくまとめられない子や きっとこうなるはずだ という先入観が強く 周りの意見をうまく取り入れられなかい子もいるのが現状である 本校では重点研究として 自主性 ( 主体性 ) と コミュニケーション能力 を取り上げている これまでの理科の学習でも 身近な題材から学習問題を立てることや 実験を行って考えたことや気付いたことをペアやグループなどで伝え合う時間を大切にしている また 伝え合いの時間でも これまでの学習からどのような言葉で表現できるか確かめたり なぜそう思うのか実験結果から明確に導き出せるものを考えたりしてきた 本単元では 身近な題材から主体的に考える事で 理科の新しい発見や友達とのかかわり合いの中で理科そのものの面白さを感じることができ 積極的な伝え合いが行えるようにしたい ( プログラミングについて ) 本学級では 順次処理やバグ修正の視点から 話合いの場面でも 1 どのような経緯でそう考えたのか 2 根拠が明確にもてているのか 振り返りながら伝えるよう指導してきた また ビジュアルプログラミングやロボティックスプログラミングにも取り組んできた 学活 係活動を見直そう 係活動のアンケートアプリを開発し アンケートの実施 結果データの整理分析を行った 算数 プロロを使って中尾小 1 周! 縮図の考え方を活用し ロボットが校舎を 1 周するのにかかる時間を推論した 市情報 視聴覚 ( 中尾小 6 年 ) 理科 4

4 評価規準 自然事象への関心 意欲 態度 1 電気の利用の仕方に興味をもち 電気の性質や働きを調べようとしている 2 電気の性質を利用した身の回りの物に興味をもち 自らものづくりをしようとしている ここは 単元を通して学習で ( 特 にプログラミング ) 求めていけ る 科学的な思考 表現 観察 実験の技能 自然事象についての知識 理解 1 電熱線の長さを一定 1 手回し発電機やコン 1 電気は つくり出すこ にして電流を流すと デンサーなどを適切 とができることを理 電熱線の太さによっ に使って 実験結果や 解している て発熱の仕方が変わ 気付いた事を記録し 2 電気は ためることが ると推論し 自分の考 ている できることを理解し えを表現している 2 電熱線の太さによる ている 2 身の回りの電気の利 発熱の仕方の違いを 3 電熱線の発熱は その 用について エネルギ 調べている 太さによって変わる ーの有効利用の観点 3 電気の性質を利用し ことを理解している から考え 自分の考え たものづくりを工夫 4 身の回りには 電気の を表現している して行っている 性質や働きを利用し たさまざまな道具が あることを理解して いる プログラミングで育成する資質 能力の評価規準 知識 技能 思考力 判断力 表現力 学びに向かう力 人間性 1 順次処理や繰り返し処理 条件分岐処理を組み合わせ コンピューターに意図した処理を行うための指示を出す体験をすること 1 目的や意図に合わせ 必要な要素を適切に見出すこと 2 センサーの存在を知り センサーが身近な生活で活用されていることに気付くこと この 2 つの評価規準をもとに 新たな評価規準を作成すると 2 目的や意図したことに対しての手順を考察し 問題がある場合は理由を考えたり改善方法を考えたりし さらによい方法を追究すること 従来の評価規準に加えて プログラミングを通してどのような資質 能力を求めたいか 1 課題を達成するために 試行錯誤して最後まで計画的にやり遂げようとする態度を養う 2 身近な問題の発見や解決のためにコンピューターをどのように活用できるかを考え 表現しようとする態度を養う 現行の学習指導要領に照らし合わせると 科学 的な 思考 表現の内容とはいいにくい プログラミングで育成する資質 能力の評価規準 (( 株 ) ベネッセコーポレーション ) (http://benes.se/keyc)(2018 年 10 月 23 日アクセス ) 自然事象への関心 意欲 態度 1 電気の利用の仕方に興味をもち 試行錯誤をしながら計画的に電気の性質や働きを調べようとしている 2 電気の性質を利用した身の回りの物に興味をもち センサーをどのように活用できるかを考え 自ら物で表現しようとしている 5 指導と評価の計画 本実践の評価規準 科学的な思考 表現 観察 実験の技能 自然事象についての知識 理解 1 電熱線の長さを一定に 1 手回し発電機やコンデ 1 電気は つくり出すこ して電流を流すと 電熱 ンサーなどを適切に使 とができることを理解 線の太さによって発熱 って 実験結果や気付い している の仕方が変わると推論 た事を記録している 2 電気は ためることが し 自分の考えを表現し 2 電熱線の太さによる発 できることを理解して ている 熱の仕方の違いを調べ いる 2 身の回りの電気の利用 ている 3 電熱線の発熱は その について エネルギーの 3 電気の性質を利用し 太さによって変わるこ 有効利用の観点から考 目的や意図したことに とを理解している え 目的や意図に合わ 対しての手順を考察 4 身の回りには センサ せ 必要な要素を適切 し 問題がある場合は ーなど電気の性質や働 に見いだし 自分の考 理由を考えたり改善方 きを利用したさまざま えを表現している 法を考えたりし さら な道具があり 身近な によい方法を追究した 生活で活用されている ものづくりを行ってい ことを理解している る 市情報 視聴覚 ( 中尾小 6 年 ) 理科 5

子どもの活動 活動への支援 評価 第 1 次 身の回りの電気 電気があると何ができる?1 電気で何ができるのか考える 灯りを使うことができるよ ( 光 ) 5 年生で電気自動車を調べたね ( 動力 ) スピーカーで音楽を聞くね ( 音 ) 理科で電磁石の勉強もしたよ ( 磁力 ) エアコンとかストーブは使うね ( 熱 ) スマートフォンやタブレットを使うことができるよ ( 蓄電 ) この前家と学校が停電して大変だったね 単元の見通しをもつ 電気を無駄なく使うためにはどうすればよいのか 電気はどうやってつくっているのか 電気の保存方法 電気から熱にはどのように変わっているのか 電化製品等 身近なものから考えるよう声掛けを行う ( 電気から ) 変換後の種類別に整理する 停電の経験から 電気が使えることのよさを確かめる 必要に応じて 電気を使った物などの写真資料を掲示する 電気の利用の仕方に興味をもち 電気の性質や働きを調べようとしている ( 関 1) 第 2 次 電気と熱 電気を熱に変えて使ってみよう 1 電気を電熱線の熱に変えられるか調べる ニクロム線は電気を熱に変えやすい 発砲スチロールカッターと同じだね 電気をたくさん流すと熱くなりそうだ 他の方法でもっと熱くすることはできないかな 電熱線の太さと関係あるのかな 太い電熱線と細い電熱線では どちらが同じ電気で熱くなるのだろう 2 発砲スチロールを電熱線の上で乗せ 発熱の様子を視覚的にとらえられるようにする 進んで電気の性質や働きを調べようとしている ( 関 -1) 電熱線の長さを一定にしたまま 電熱線の太さを変えて電流を流したときの発熱の違いを予想する 1 細い方が 電気が通りづらいから熱をためやすいんじゃないかな 太い方が より多く流れるから 熱も多いはず 太さは関係ない 実験を行い 結果を話し合う 1 電熱線が太い方が 速く温度が高くなった 電熱線の太さによって発熱の速さや温度に違いがある 予想別に意見を整理し 多角的に考えられるようにする 電熱線の長さを一定にして電流を流すと 電熱線の太さによって発熱の仕方が変わると推論し 自分の考えを表現している ( 思 1) 電熱線の発熱の仕方を調べている ( 技 2 電熱線の発熱は その太さによって変わることを理解している ( 知 3) 第 3 次発電 蓄電 手回し発電機を使って電気をつくり 豆電球の灯りをつけよう 1 手回し発電機を使って電気をつくり 回す速さや向きを変えながら 豆電球を点灯させる 回す速さが遅いと暗く 速くすると明るくなるね 回している間だけしか豆電球の明かりがつかない どうにかして つくった電気をためておけないかな 手回し発電機のハンドルを回す速さや向きを変えた時の 豆電球の明るさの変化に着目させ それらの変化からハンドルの回転によって電気がつくられていることをとらえられるようにする 電気は つくり出すことができることを理解している ( 知 1) 市情報 視聴覚 ( 中尾小 6 年 ) 理科 6

第 4 次 電子制御を 課題の設定 使ったものづくり 情報の収集 整理 分析 電気を蓄えて 灯りをつけよう 1 手回し発電機をコンデンサ ( 蓄電器 ) につないで回し 手回し発電機を取り外した蓄電器に豆電球や発光ダイオードをつなぎ点灯するか調べたり どちらが長く点灯するか比べたりする 手回し発電機を回せば回すほど 豆電球が長い間つくようになったよ たくさん回すと たくさん電気を蓄えられるね 発光ダイオードの方が 豆電球より長くついていた LED ライトが増えているのは 電気が尐なくて済むからだね 電気をむだ使いしないためにはどうすればよいのだろう 1 効率よく電気を使うための方法を考える 必要な時だけ使う 使い過ぎないように使用する数を減らす 一人ひとりが気をつければいいんじゃないかな でも 気をつけているだけでも電気を無駄に使うことはあるよ うちは 人が来た時だけ付く明かりがあるよ センサーや機械を使えば 使う電気の量を減らすことができるのかも プログラミングでエコ器具を作ることができるのだろうか 3 どんな エコ器具 を作りたいか話し合う 1 熱い時にだけつくエアコンを作ってみたい 暗くなると自動で付くライトはどうかな 使い過ぎないように自動で止まるプログラミングを入れよう エコ器具に必要なプログラミングを考える 1 温度のセンサーを使おう 明るさセンサーを決まった時にだけ反応させたい スイッチが自動で止まるためには プログラミングを行い 結果を話し合う 1( 本時 ) 明るさは数値を変えないとうまくいかないね 条件分岐を使うことで 自動でスイッチが切れたよ 熱センサーを使うと 必要な時だけ電気を使うことができるね 普段は自分でスイッチの入切をしていたけれど プログラミングをすると便利だね まとめ 表現 手回し発電機のハンドルを回し終えた時 手を離すと蓄電池に蓄えられた電気が逆流するので蓄電器を外すようにする 手回し発電機のハンドルを回す回数や速さを変えて電気を蓄え 発光ダイオードなどが点灯する時間を調べることにより ハンドルの回転によってつくられた電気が蓄電池などに蓄えられていたことをとらえられるようにする 電気は ためることができることを理解している ( 知 2) 手回し発電機やコンデンサーなどを適切に使って 実験結果や気付いたことを記録している ( 技 1) 前時の電気を むだ使いしない ことの大切さを想起させ 具体的な方法について考えられるようにする 人の意識だけでは解決できないと考える子どもの意見を取り上げ 日常生活を振り返りながらさらに考えを深められるようにする 電気の性質を利用した身の回りの物に興味をもち コンピューターをどのように活用できるか考え 自ら物で表現しようとしている ( 関 2) micro:bit で利用可能なものは 1 温度 光 加速度センサー 2LED ライトのみであるため 適宜置き換えて考えられるようにする 例 ) エアコンの温風 LED ライトの光 身の回りの電気の利用について エネルギーの有効利用の観点から考え 目的や意図に合わせ 必要な要素を適切に見出し 自分の考えを表現している ( 思 2) micro:bit で用いるプログラミングのパターンを例示し アンプラグドでもプログラミングを考えられるようにする アンプラグド コンピューターを使用しないプログラミング 電気の利用の仕方に興味をもち 試行錯誤しながら計画的に電気の性質や働きを調べようとしている ( 関 1) 活動内容ごとにグループを分け 同じ課題や困り感を共有し合いながら実験に取り組めるようにする 電気の性質を利用し 目的な意図したことに対しての手順を考察し 問題がある場合には理由を考えたり改善方法を考えたりし さらによい方法を追求したものづくりを行っている ( 技 3) 身の回りには センサーなど電気の性質や働きを利用したさまざまな道具があり 身近な生活で活用されていることを理解している ( 知 4) 市情報 視聴覚 ( 中尾小 6 年 ) 理科 7

思い 6 本時目標 micro:bit を使った省電力プログラミングをつくることを通して プログラミングを活用することで 電気を効率よく使えることを理解できる 7 本時展開 学習活動と内容 主な子どもの反応 支援 評価 プログラミング内容を全体で発表する 温度グループ 昼間は明るいから 電灯をつけなくてもよいところがあると思う プログラミングを行って検証 交流する 明るさは数値を変えないとうまくいかないね 条件分岐を使うことで 自動でスイッチが切れたよ 子どもの活動 前半 グループ内 検証 確かに! 1 プログラミングを作成する 2 プログラミングを PC 上に保存する ICT 支援 1プログラミングコードの入力の仕方は間違っていないか 2ファイルを指定の保存場所以外に入れていないか 3PC と micro:bit は接続されているか プログラミングでどんなエコ器具を作ることができるのだろうか 明るさグループ 暗くなった時に自動で LED が点灯するプログラミングをつくりたい! 目的 思い ノートにまとめたことを話し合う エアコンは すごく暑いときや寒い時にだけつけばいいと思うんだ 3 プログラミングを転送する 4 実際に動かす 5 問題点を見つける 熱センサーを使うと 必要な時だけ電気を使うことができるね 普段は自分でスイッチの入切をしていたけれど プログラミングをすると便利だね 自動消灯と他のセンサーを組み合わせることで より電気を節約することができるね 温度グループ ICT 支援 1 電源は接続されているか (USB 電池どちらも OK) 2 機械が想定と違う挙動を起こした時 子どもが 機械の問題 としてとらえていないか 実現化! 活動内容ごとにグループを分け 同じ課題や困り感を共有し合いながら実験に取り組めるようにする 暑くなった時に自動で LED が点灯するプログラミングをつくりたい! 目的 思い 昼スイッチの切り忘れ 本当にもったいない! 電気の性質を利用し 目的や意図したことに対しての手順を考察し 問題がある場合には理由を考えたり改善方法を考えたりし さらによい方法を追究したものづくりを行っている ( 技 3) 温度グループとほとんど同じブロックだ 自動消灯のプログラミング混ぜてもいいね 明るさグループ 温度グループ 日陰でスイッチが入るんだね 目的に合わせて点灯時間には違いがあるね 後半の交流後 気付いたことをノートにまとめるよう伝える 自動で動くプログラミングをつくることで 電気のむだ使いを防ぐことができる 自動消灯グループ 自動で LED が消えるプログラミングをつくりたい! スイッチが付くだけではなくて 切れるプログラミングも必要! 自動消灯グループ 目的 後半 グループ間 交流 ノートに書くこと他のグループを見て 確かに! と思った事この技術でどんなこと ものが実現できる? 自分が考えた は実際に作ることができるね あれ もう実際にあるかも? 明るさセンサー 玄関の照明温度センサー エアコンの自動運転自動消灯 あらゆる機器のタイマー機能 でも 目的に合わせてプログラミングをすることが大事 プログラミングを間違えてしまうと 逆に電気の無駄になる プログラミングをより簡単にすることで電力を大切に使える 身の回りには センサーなど電気の性質や働きを利用したさまざまな道具があり 身近な生活で活用されていることを理解している ( 知 4) 前時までに確認しておく 市情報 視聴覚 ( 中尾小 6 年 ) 理科 8