Ｈ２３　技術･家庭科紀要

技 術 家 庭 科 研 究 主 題 生 活 を 工 夫 し 創 造 する 能 力 の 育 成 (3 年 次 ) 新 しいエネルギー 変 換 の 技 術 ~ エネルギー 変 換 からみるハイブリッド 自 動 車 の 授 業 ~( 技 術 分 野 ) これからの 生 活 を 展 望 できる 学 習 内 容 の 工 夫 ( 家 庭 分 野 ) 山 主 公 彦 河 野 美 由 紀 1. 研 究 主 題 設 定 の 理 由 21 世 紀 は, 新 しい 知 識 情 報 技 術 が 政 治 経 済 文 化 をはじめ 社 会 のあらゆる 領 域 での 活 動 の 基 盤 として 飛 躍 的 に 重 要 性 を 増 す,いわゆる 知 識 基 盤 の 時 代 であると 言 われている このよう な 知 識 基 盤 社 会 化 やグローバル 化 は,アイディアなど 知 識 そのものや 人 材 をめぐる 国 際 競 争 を 加 速 させる 一 方 で, 異 なる 文 化 や 文 明 との 共 存 や 国 際 協 力 の 必 要 性 を 増 大 させている そして,このよ うな 社 会 の 中 でこれからの 生 活 を 見 通 し,よりよい 生 活 を 創 造 するとともに, 社 会 の 変 化 に 主 体 的 に 対 応 する 知 識 と 技 術 を 習 得 させていくことが 必 要 とされている それは, 体 験 から, 知 識 と 技 術 などを 獲 得 し, 基 本 的 な 概 念 などの 理 解 を 深 め, 実 際 に 活 用 する 能 力 と 態 度 を 育 成 すること 実 践 的 体 験 的 な 学 習 活 動 をより 一 層 重 視 する 必 要 性 があり, 知 識 と 技 術 などを 活 用 して, 自 ら 課 題 を 見 いだし 解 決 を 図 る 問 題 解 決 的 な 学 習 がより 一 層 求 められている 技 術 家 庭 科 の 研 究 主 題 として, 習 得 した 知 識 と 技 術 を 積 極 的 に 活 用 し, 生 活 を 工 夫 したり 創 造 したりする 能 力 を 育 成 するには, 生 活 する 上 で 直 面 する 様 々な 問 題 の 解 決 に 当 たり, 今 まで 学 んだ 知 識 と 技 術 を 応 用 した 解 決 方 法 を 探 究 したり, 組 み 合 わせて 活 用 したりすること,それらを 基 に 自 分 なりの 新 しい 方 法 を 創 造 することが 重 要 であると 考 える そして, 将 来 にわたって 変 化 し 続 ける 社 会 に 主 体 的 に 対 応 していくためには, 生 活 を 営 む 上 で 生 じる 課 題 に 対 して, 自 分 なりに 根 拠 を 持 った 判 断 をして 課 題 を 解 決 することができる 能 力 をもつことが 必 要 である 自 立 を 図 り, 進 んで 生 活 を 工 夫 することや 創 造 することは, 技 術 家 庭 科 にとって 最 終 的 な 目 標 であると 考 える このこ とから 生 活 を 工 夫 し 創 造 する 能 力 の 育 成 について 研 究 を 進 めていきたいと 考 え 主 題 設 定 を 行 った 技 術 分 野 では, 現 代 社 会 を 支 える 技 術 について 関 心 を 持 ち,その 活 用 の 仕 方 などに 対 して 判 断 評 価 し, 主 体 的 に 活 用 しようとする 態 度 に 着 目 する 本 研 究 ではハイブリッド 自 動 車 を 取 り 上 げ, 日 本 が 誇 る 自 動 車 産 業 の 技 術 力 の 高 さを 知 り, 可 能 性 や 利 点 を 理 解 させる 生 徒 達 が 新 しい 技 術 に 夢 を 持 ち, 進 んで 理 解 し 活 用 できる 態 度 を 育 成 すると 同 時 に 新 しい 教 材 の 授 業 提 案 を 行 うことする 家 庭 分 野 では, 今 回 の 学 習 指 導 要 領 の 具 体 的 改 善 事 項 において, 衣 食 住 に 関 する 実 践 的 体 験 的 な 学 習 活 動, 問 題 解 決 的 な 学 習 を 通 して, 中 学 生 としての 自 己 の 生 活 の 自 立 を 図 り, 子 育 てや 心 の 安 らぎなどの 家 庭 の 機 能 を 理 解 するとともに,これからの 生 活 を 展 望 し, 課 題 を 持 って 主 体 的 によ りよい 生 活 を 工 夫 できる 能 力 と 態 度 の 育 成 を 重 視 している 中 学 生 が, 身 近 な 生 活 の 課 題 を 主 体 的 に 見 いだし, 解 決 を 目 指 す 活 動 を 通 して 学 習 を 深 めていくためには, 生 活 に 必 要 な 基 礎 的 基 本 的 な 知 識 及 び 技 術 を 習 得 でき, 興 味 関 心 をもつ 題 材 の 設 定 が 必 要 と 考 える 将 来 の 生 活 を 営 む 能 力 や 実 践 的 な 態 度 を 育 む 学 習 内 容 の 工 夫 を 研 究 し 進 めていきたいと 考 え, 本 テーマを 設 定 した

技 術 分 野 2. 研 究 の 目 的 わたしたちは, 様 々なエネルギー 変 換 を 利 用 した, 発 電 送 電 システムや 交 通 システムなど, 社 会 経 済 基 盤 や 社 会 的 生 産 基 盤 を 整 備 し, 便 利 な 社 会 を 構 築 してきた しかし, 現 代 では, 消 費 者 と して 快 適 な 生 活 を 享 受 するばかりで,これらの 生 活 を 支 えていえるエネルギー 変 換 に 関 する 技 術 に 対 する 関 心 が 薄 れている そこで,エネルギー 変 換 を 利 用 した 製 作 品 の 設 計 を 通 して,エネルギー 変 換 に 関 する 基 礎 的 基 本 的 な 知 識 と 技 能 を 実 践 的 体 験 的 に 習 得 させ,エネルギー 変 換 に 関 する 技 術 と 社 会 や 環 境 との 関 わりについての 理 解 を 深 めさせるとともに,これらの 技 術 を 適 切 に 評 価 さ せ, 持 続 可 能 な 社 会 を 目 指 すために 社 会 生 活 や 家 庭 生 活 を 工 夫 創 造 していこうとする 態 度 を 育 成 することが 求 められる 本 研 究 として,これまで 技 術 分 野 の 題 材 として 取 り 上 げられることの 少 な かったハイブリッド 自 動 車 を 取 り 上 げる エネルギー 変 換 や 次 世 代 の 技 術 の 代 表 として 取 り 上 げら れるハイブリッド 自 動 車 であるが,ハイブリッド 自 動 車 に 用 いられている 技 術 について 学 び, 環 境 負 荷 の 軽 減 を 目 的 とする 社 会 や 環 境 に 果 たしている 役 割 と 影 響 について 理 解 させ, 技 術 を 適 切 に 評 価 し 活 用 する 能 力 と 態 度 を 育 成 する 未 来 の 社 会 生 活 や 家 庭 生 活 を 支 える 生 徒 たちへ,エネルギー 変 換 に 関 する 基 礎 的 基 本 的 な 知 識 と 技 術 を 習 得 し,ハイブリッド 自 動 車 の 技 術 を 適 切 に 評 価 する 能 力 を 育 成 することを 研 究 の 内 容 とする また, 本 校 の 技 術 分 野 における 昨 年 度 までの 研 究 の 経 緯 は 以 下 の 通 りである 平 成 13 年 度 起 業 家 精 神 育 成 の 視 点 を 取 り 入 れた 授 業 ( 技 術 分 野 ) 平 成 14 年 度 知 識 と 技 能 の 総 合 化 をめざした 授 業 ( 技 術 分 野 ) 平 成 15 年 度 知 識 と 技 能 を 密 接 にかかわらせていく 学 習 内 容 の 工 夫 と 実 践 ( 技 術 分 野 ) 平 成 16 年 度 学 習 を 生 活 に 活 用 する 学 習 内 容 の 工 夫 と 実 践 ( 技 術 分 野 ) 平 成 17.18 年 度 生 徒 一 人 一 人 が 達 成 感 を 感 じられる 学 習 内 容 の 工 夫 と 実 践 ( 技 術 分 野 ) 平 成 19 年 度 生 徒 が 達 成 感 を 感 じられる 授 業 の 工 夫 ( 技 術 分 野 ) 平 成 20.21.22 年 度 かかわりを 生 かして 力 をのばす 授 業 ( 技 術 分 野 ) 平 成 23 年 度 計 測 制 御 の 技 術 を 評 価 する 問 い を 求 めて ( 技 術 分 野 ) 平 成 24 年 度 新 しいエネルギー 変 換 の 技 術 有 機 ELを 活 用 した 教 材 提 案 ( 技 術 分 野 ) 3. 全 体 研 究 とかかわり 本 校 の 研 究 テーマとして 自 ら 問 う 力 を 育 む 授 業 の 創 造 が 設 定 された 今 後 の 研 究 として 技 術 家 庭 科 においても 自 ら 問 う 力 を 教 師 の 問 いかけや 生 徒 自 身 の 問 い を 生 み 出 す 力 を 考 え, 教 科 の 特 徴 が 表 れる 授 業 の 構 築 を 行 うべきである 技 術 家 庭 科 においては 自 ら 問 う 力 とは 既 習 事 項 や 経 験 などにより, 制 約 条 件 の 中 において 最 適 解 を 求 めて, 工 夫 し 創 造 する 能 力 であると 考 える 問 い を 考 え, 授 業 の 中 にしくむことも 考 える 全 体 研 究 の 中 で, 具 体 的 な 研 究 の 視 点 として 以 下 の 4 点 があげられている A) 生 徒 につけさせたい 力 とそれらを 育 むために 生 徒 にもたせたい 問 い( 問 うべき 問 い) B) 生 徒 に 問 いをもたせる 教 材 のあり 方 ( 教 材 研 究 ) C) 生 徒 に 問 いをもたせるための 教 師 の 役 割 D) 生 徒 の 問 いをどう 見 取 るか( 表 現 活 動 評 価 ) これらの 視 点 の 中 で, 本 研 究 として, B) 問 いを 生 む 教 材 のあり 方 ( 教 材 研 究 ) について, 研 究 の 方 向 性 の 重 点 としていく 教 科 の 特 色 である 教 材 を 通 して 体 験 し, 知 識 と 技 術 を 獲 得 し, 実 生 活 に 活 用 できる ことを 生 かしながら 研 究 の 方 向 性 と 教 材 のあり 方 について 全 体 研 究 と 則 して 研 究 を 進 める 同 時 に 教 師 の 問 い がどのような 場 面 で 効 果 的 に 使 用 されることで, 学 習 に 対 して 効 果 をあげていくのかの 調 査 も 進 める < 問 い を 考 える> 生 徒 によい 問 い を 持 たせるためには, 前 提 として 問 い を 生 むような 教 材 が 必 要 である 教 師 から 発 せられる 問 いは, 生 徒 が 自 らの 経 験 や 知 識 をより 複 合 的 に 分 析 選 択 し,どのような 方 法 や 糸 口 において 進 むかを 自 分 の 問 いとして 置 き 換 え, 時 にはフィードバックしながら 解 決 へと 導 かれるものであると 捉 える 本 来 の 発 問 は 答 えを 言 わせるものではなく, 教 師 の 発 問 問 い が 刺 激 となって 生 徒 の 探 求 がはじまる 発 問 こそが 真 の 問 いであると 考 える それはいかなるときにどの ような 形 でなされるべきか, 研 究 の 始 まりとし 教 師 が 行 う 発 問, 問 い の 分 類 を 下 記 のように 行 っ - 技 家 1 -

た ( 学 び を 問 いつづけて 佐 伯 胖 より 引 用 ) 発 問 1. 観 点 を 変 えるため 発 問 2. 例 を 考 え 出 させる 発 問 3. 例 を 考 えさせる 発 問 4. 例 を 与 えて 考 えさせる 発 問 5. 単 純 化 して 考 えさせる 発 問 6. 矛 盾 を 指 摘 する 発 問 7. ほんとうにそうか? と 問 う 発 問 8. 少 しずつ 条 件 を 変 えて 極 限 値 まで 変 化 させる 発 問 以 上 の8つの 問 い を 授 業 内 に 意 図 的 に 配 置 し,その 効 果 的 を 調 べる 指 導 案 には 教 師 の 発 問 を 上 の 分 類 に 分 け 記 載 する 基 図 1 質 問 1 結 果 本 的 には, 考 えるヒントを 与 える 類 のものであり, 答 えを 示 唆 したり, 答 えのヒントを 示 すもの ではない 生 徒 は, 当 初 はこのようにして 導 かれて 思 考 するであろうが,しだいに 自 ら 問 いを 発 して, 自 ら 答 えを 探 していくという 自 発 的 な 探 求 活 動 がはじまると 考 える 4. 研 究 の 内 容 (1)ハイブリッド 自 動 車 についてのアンケート (2)エネルギー 変 換 から 見 るハイブリッド 自 動 車 の 授 業 (3)ハイブリッド 自 動 車 についての 事 後 アンケート (1)ハイブリッド 自 動 車 についてのアンケート ハイブリッド 自 動 車 をどのくらい 理 解 しているのか,また 興 味 が あるのかアンケートを 実 施 した 実 施 した 生 徒 はエネルギー 変 換 の 授 業 を 行 う 予 定 の 中 学 2 年 生 男 子 20 名, 女 子 20 名, 合 計 4 0 名 に 実 施 した 実 施 項 目 は 以 下 の 通 りである 質 問 1 ハイブリッド 自 動 車 という 言 葉 を 聞 いたことがありま すか? 質 問 2 どのようなハイブリッド 自 動 車 を 知 っていますか プリウス 17 名 アクア 1 名 インサイト 1 名 レクサス 1 名 図 2 図 3 質 問 3 結 果 質 問 4 結 果 質 問 3 ハイブリッド 自 動 車 に 乗 ってみたいと 思 いますか 質 問 4 ハイブリッド 自 動 車 の 仕 組 みを 知 っていますか 質 問 5 ハイブリッド 自 動 車 の 仕 組 みがわかる 人 は 説 明 して 下 さい 基 本 的 に 燃 費 が 良 く 停 車 中 に エ ン ジ ン が 止 ま る な ど 環 境 に 優 し い 電 気 で 動 き 排 出 ガ ス を 出 さ な い 環 境 に 優 し い 車 電 気 と ガ ソ リ ン の 半 分 づ つ で 動 い て い る と 思 う ガ ソ リ ン で は な く 電 気 で 動 い て い る と 思 う 今 ま で の 車 は ガ ソ リ ン だ け で エ ン ジ ン を 動 か し て 走 っ て い た が ハ イ ブ リ ッ ド 自 動 車 は ガ ソ リ ン だ け で は な く, 電 気 を 使 っ て モ ー タ を 動 か す こ と も で き て, そ の 二 つ の 動 力 を そ れ ぞ れ の 道 に よ っ て 使 い 分 け て 排 出 ガ ス を 減 ら し て 走 る こ と が で き る と て も エ コ な 車 の こ と 水 や 電 気 が 燃 料 に な り 二 酸 化 炭 素 を 出 す こ と が な い の で か ん き ょ う に や さ し い と さ れ て い る 車 コ ン デ ン サ ー 的 な 物 が あ る 車 ガ ソ リ ン と 電 気 を 使 い 走 っ て い る た め 主 が 電 気 な ら, 電 気 が き れ た ら ガ ソ リ ン で 走 る こ と が で き る ガ ソ リ ン と 電 気 で 走 る 車 で, ガ ソ リ ン で 走 る 時 に 回 転 で 電 気 を 発 電 し て そ の 電 気 で 走 る 環 境 に 優 し く 走 っ た 時 に エ ン ジ ン の 音 が 小 さ く 乗 り 心 地 の 良 い も の 内 部 の 部 品 が コ ン パ ク ト に な っ て い て, だ か ら 重 さ が な い 分 何 キ ロ も 走 る こ と が で き る の で は な い だ ろ う か エ ン ジ ン な ど が 工 夫 さ れ て い る - 技 家 2 -

実 施 した 事 前 アンケートの 結 果 より,ハイブリッド 自 動 車 という 言 葉 は 聞 いたことがある 生 徒 は 全 員 であり,ほとんどの 生 徒 が 乗 ってみたいと 興 味 があることもわかった しかしながら,その 仕 組 みを 説 明 できる 人 やわかっている 人 は 少 なく,まったくグラフは 逆 転 することがわかった これ は,TV の CM や 広 告,そして 様 々な 場 所 で 見 たり 聞 いたりするハイブリッド 自 動 車 であるが, 仕 組 みや 技 術 を 知 らないままである 生 徒 が 多 くいる 現 状 であることが 理 解 できる 日 本 を 代 表 する 最 先 端 技 術 のハイブリッド 自 動 車 の 仕 組 みについて, 生 徒 たちが 理 解 できるような 学 習 教 材 を 考 えて いく 必 要 性 がこのアンケートからあることがわかった (2) 新 しいエネルギー 変 換 を 評 価 する ハイブリッド 自 動 車 を 活 用 した 授 業 計 画 地 球 温 暖 化 の 原 因 が CO2 などの 温 室 効 果 ガス であることも 生 徒 達 は 知 っている 20 世 紀 に 入 り, 人 類 は 自 動 車 を 発 明 し 生 活 の 様 々な 面 で 利 用 するようになった しかしながら, 自 動 車 が 生 活 に 欠 かせないものになる 一 方 で,エンジンを 動 かすのに 必 要 なガソリンを 燃 やす 際 に 多 量 の CO2 や 排 気 ガスが 生 まれ,それが 地 球 環 境 に 深 刻 な 影 響 を 与 えることがわかっている 現 在 日 本 では, 物 を 運 んだり 運 搬 したりという, 運 輸 部 門 が 全 体 の CO2 排 出 量 の2 割 を 占 めており,ま たその 中 の9 割 が 自 動 車 から 排 出 されるものである 低 炭 素 社 会 の 構 築 に 向 けて 温 室 効 果 ガス 排 出 量 を 削 減 するためには, 自 動 車 に 関 する 対 策 は 必 要 不 可 欠 である この 問 題 に 加 えて, 燃 料 となる 石 油 は 採 掘 可 能 な 年 数 が 後 数 十 年 となり,エネルギー 変 換 効 率 の 高 効 率 化 も 問 題 となってる 自 動 車 が 地 球 環 境 に 悪 いとは 言 っても 21 世 紀 を 生 きる 私 達 にとって 自 動 車 はもはや 生 活 に 欠 かすこと のできない 必 需 品 である こうした 事 情 ゆえに,ガソリンエネルギーを 効 率 よく 使 え,なおかつ CO2 や 排 気 ガスを 抑 えることのできるハイブリッド 自 動 車 に 注 目 が 集 まっている ハイブリッド 自 動 車 の 場 合 は 自 動 車 の 発 進 時 などのガソリンを 効 率 良 く 使 えないときには 電 気 で 動 くモータを 使 い, 効 率 良 く 走 行 できる 速 度 になったときにガソリンで 動 くエンジンに 切 り 替 えるために, 燃 費 の 向 上 と CO2 や 排 気 ガスの 削 減 を 同 時 に 行 うことができる そこには 多 くの 技 術 者 の 知 恵 や 努 力 があり, 日 本 はハイブリッド 自 動 車 の 先 駆 国 でもある ハイブリッド 自 動 車 のメリットやデメリットを 生 徒 達 は 理 解 し, 正 しく 評 価 できるような 授 業 を 計 画 した ⅰ. 次 世 代 自 動 車 とは 何 か ⅱ.ハイブリッド 自 動 車 を 評 価 しよう ⅲ. 様 々な 場 所 で 活 用 されるハイブリッド 以 上 の3 点 を 授 業 の 重 点 として 準 備 を 行 った 本 授 業 は ⅱ.ハイブリッド 自 動 車 を 評 価 しよ う を 行 う ⅰ) 次 世 代 自 動 車 とは 何 か 次 世 代 自 動 車 の 扉 を 開 いたのは,トヨタのハイブリッド 自 動 車 プリウス であろう ハイブリ ッドとは, 英 語 で 異 なるものをかけ 合 わせる という 意 味 となる つまり,ハイブリッド 自 動 車 は, 電 気 の 力 を 使 ってガソリンの 使 用 量 を 抑 えるという 発 想 から 生 まれた 車 である 一 方 純 粋 に 電 気 だけで 走 行 する 車 が, 電 気 自 動 車 である 外 部 から 充 電 した 電 気 をバッテリーにため,それを 使 ってモータを 動 かして 走 る 家 にいる 間 に,コンセントにコードをつなぐだけで 動 力 源 を 賄 える エンジンを 搭 載 していない,まったくガソリンを 使 用 しないため CO2 を 一 切 排 出 しないことから (ゼロエミッション ZEV=Zero Emission Vehicle)とも 呼 ばれる 環 境 の 観 点 からも 優 れている このようなハイブリッド 自 動 車 と 電 気 自 動 車 の 中 間 に 位 置 するのがプラグインハイブリッド 車 とな る 電 気 とガソリンを 併 用 するという 点 ではハイブリッド 自 動 車 と 変 わらないが, 大 きな 違 いは 搭 載 されたバッテリーに 外 部 から 充 電 し, 可 能 な 限 り 電 気 を 主 体 として 走 行 すること つまりハイブ リッド 自 動 車 よりもモータで 走 れる 距 離 が 伸 びている 言 い 換 えると,より 燃 費 を 抑 えられる そ の 他 にも 上 記 以 外 の 自 動 車 にはない 部 品 を 搭 載 している, 燃 料 電 池 自 動 車 がある 燃 料 電 池 により, 酸 素 と 水 素 の 化 学 反 応 で 電 気 と 水 をつくり 出 し,そのうちの 電 気 を 動 力 源 として 用 いる 排 出 され るのは 水 であるので, 電 気 自 動 車 と 同 様, 環 境 面 において 優 れている 取 り 上 げた 以 外 にも 違 う 動 力 源 と 考 えられる 自 動 車 ( 天 然 ガス CNG 自 動 車,LPG 自 動 車,メタノール 自 動 車,ディーゼル エンジン コモンレール)も 存 在 するが, 次 世 代 自 動 車 の 定 義 としてハイブリッド 自 動 車 (プラグ - 技 家 3 -

インハイブリッド 自 動 車 を 含 む), 電 気 自 動 車, 燃 料 電 池 自 動 車 と3つと 分 類 し,ガソリンエンジン で 動 く 自 動 車, 合 わせて4 種 類 の 自 動 車 の 仕 組 みが 理 解 できる 授 業 を 考 える 表 1 次 世 代 自 動 車 の 分 類 従 来 の 自 動 車 ハイブリッド 自 動 車 電 気 自 動 車 燃 料 電 池 自 動 車 動 力 ガソリン 燃 料 によるエン 複 数 の 動 力 源 を 組 み 合 蓄 電 池 に 充 電 をしてモ 水 素 と 酸 素 の 化 学 反 ジンで 動 く わせる ータで 動 く 応 で 電 気 を 発 生 モー ガソリンによるエンジンと タで 動 く モータで 動 く 長 所 いろいろな 自 動 車 が 排 出 ガスが 少 ない 走 ったときに 何 も 出 走 ったときに 水 し あり 好 きなものを 買 え エネルギー 効 率 よい ない か 出 ない る 燃 費 が 良 い 排 出 ガスが 少 ない 排 出 ガスが 少 ない ガ ソ リ ン ス タ ン ド 充 電 が 不 要 エネルギー 効 率 よい エネルギー 効 率 高 が,どこにでもある 騒 音 振 動 が 少 ない 騒 音 振 動 が 少 ない い ガソリンスタンドが, 充 電 が 不 要 ほと ん ど ど こに で も あ 騒 音 が 少 ない る 短 所 排 出 ガスが 多 い 価 格 が 高 い 価 格 が 高 い 燃 料 を 供 給 する 水 エネルギー 効 率 悪 い 排 出 ガスがある 充 電 が 必 要 素 ステーションなど 長 い 距 離 を 走 れ な のインフラの 不 足 い 長 い 距 離 を 走 れな い 課 題 発 生 する 二 酸 化 炭 素 発 生 する 二 酸 化 炭 素 を 充 電 するのに 時 間 が 水 素 を 供 給 する 水 を 減 らす 必 要 がある 減 らす 必 要 がある かかる 素 ステーションを 日 充 電 できる 場 所 を 日 本 全 国 に 整 備 する 本 全 国 に 整 備 する 必 要 水 素 を 入 れるタン がある クの 安 全 性 を 高 める 価 格 を 下 げる 必 要 が 必 要 ある 価 格 を 下 げる 必 要 がある 次 世 代 自 動 車 について 説 明 を 行 うときには,コストやインフラ, 燃 費 等 の 様 々な 条 件 を 総 合 的 に 取 り 上 げる 必 要 があるが,エネルギー 変 換 の 技 術 という 観 点 から 動 力 の 特 徴 のみについて 取 り 上 げ ることとする ⅱ)ハイブリッド 自 動 車 を 評 価 しよう 授 業 ではハイブリッド 自 動 車 の 説 明 として 市 場 に 一 番 普 及 し ているプリウスの 技 術 について 取 り 上 げることとした プリウスのエンジンはガソリンで 動 き,モータは 電 気 で 動 く そのため,ハイブリッド 自 動 車 には,エンジンのほか,モータ を 動 かすための 電 力 をつくる 発 電 機,つくられた 電 気 をたくわ えておくバッテリ,それに,つくられた 電 気 を 上 手 に 使 うよう に 調 整 するパワーコントロールユニットなど,ふつうのクルマ にはない 機 械 を 搭 載 している プリウスのハイブリッドシステ 図 4 プリウス - 技 家 4 -

ムの 長 所 短 所 は 以 下 の 通 りとなる < 長 所 > 1.ガソリンスタンドでの 燃 料 補 給 のみで 電 気 自 動 車 (EV)の 長 所 を 享 受 ハイブリッド 自 動 車 のために 新 たなインフラを 整 備 する 必 要 がない 2.ガソリンエンジンの 効 率 が 悪 い 低 回 転 域 では, 低 回 転 トルクに 優 れる 電 気 モータを 使 用 して 効 率 的 に 発 進 加 速 できる 3. 極 低 速 時 などモータの 動 力 のみで 駆 動 できるときやバッテリーの 充 電 が 図 5エンジン モータ 十 分 であればエンジンを 停 止 できるアイドリングストップ 4. 減 速 時 にエンジンを 停 止 し, 運 動 エネルギーをモータによって 発 電 して 回 収 して 充 電 する 回 生 ブレーキを 搭 載 その 結 果,ブレーキパッドの 磨 耗 等 が 少 ない 電 力 は 回 生 ブレーキやエンジンから 発 電 されたものを 利 用 する 5.プリウスは, シリーズ パラレルハイブリッド という 方 式 を 採 用 し ており, 速 度 域 や 加 速 減 速 などの 条 件 変 化 によって エンジンのみ モ ータのみ エンジン モータ 併 用 の 駆 動 の 切 り 替 えを 頻 繁 に 行 い 燃 費 効 率 を 上 げている 図 6 バッテリ 6. 電 気 モータのみで 走 行 する 電 気 自 動 車 (EV)に 対 し,ガソリンエンジンを 搭 載 するハイブリッド 自 動 車 は,エンジン 動 力 や 回 生 ブレーキから 発 生 する 電 力 で 電 池 の 充 電 が 可 能 であり, 電 力 を 外 部 から 給 電 する 必 要 がない このため 電 気 自 動 車 (EV)の 航 続 距 離 が 短 いという 欠 点 を 持 たない < 短 所 > 1.ハイブリッド 自 動 車 の 燃 費 性 能 には 計 測 環 境 の 違 いがでる 制 御 上, 短 時 間 でストップ&ゴーが 連 続 する 市 街 地 走 行 で 長 所 を 発 揮 するが, 長 い 上 り 坂 では 不 利 となり,また 下 り 坂 では 十 分 エネ ルギーを 吸 収 できない 長 い 上 り 坂 ではモータアシストでバッテリーを 使 い 切 るとモータやバッ テリーの 重 量 が 負 荷 となる 2. 有 害 物 質 の 排 出 量 は 軽 減 されるが,バッテリーやインバーターなどを 含 むハイブリッドシステム の 部 品 の 製 造 と 廃 棄 に 伴 う 有 害 物 質 の 排 出 量 は,ハイブリッドシステムを 搭 載 しない 車 両 よりも 多 い 3. 高 性 能 な 燃 費 を 支 える 主 要 部 品 であるインバータや 駆 動 用 の HV バッテリーなどは 熱 や 電 圧, 充 放 電 サイクル 等 によって 劣 化 する そのため 車 両 やエンジン 本 体 の 寿 命 よりも 短 い 4. 低 速 域 ではエンジンが 停 止 しモータ 走 行 となるため, 通 常 のガソリン 車 よりも 走 行 音 が 極 端 に 小 さい そのため 歩 行 者 に 気 付 いてもらえない 場 面 がある 5.ハイブリッド 車 では 概 してエンジン 騒 音 が 低 いために 速 度 感 が 通 常 のガソリン 車 と 異 なる また 速 度 とエンジン 回 転 数 や 騒 音 との 関 連 が 乏 しいため,アクセルによる 速 度 調 整 や 速 度 維 持 に 慣 れ が 必 要 との 意 見 がある 走 行 状 況 スタート 信 号 待 ち 加 速 減 速 加 速 下 り 坂 加 速 スタート ブレーキ モータ 使 用 モ モ モ モ モ モ モ モ エンジン 使 用 エ エ エ 充 電 充 充 充 上 の 図 のようにハイブリッド 自 動 車 の 長 所 や 短 所 を 理 解 した 上 で, 走 行 状 況 に 応 じてどのように 自 動 車 制 御 されているか 考 えて 評 価 する - 技 家 5 -

ⅲ) 様 々な 場 所 で 活 用 されるハイブリッド ハイブリッドとは, 二 つ 以 上 の 異 質 のものを 組 み 合 わせることで 一 つの 目 的 を 成 すこというが, 自 動 車 以 外 にも 様 々な 場 所 でバイブリッドという 機 能 や 製 品 が 存 在 する ハイブリッドという 技 術 が 身 近 な 技 術 であることを 知 り,そしてこれから 活 用 できるよう 表 2 様 々なハイブリッド 名 前 機 能 ハイブリッド 電 車 ディーゼルエンジンとリチウムイオ (キハ E200 形 気 動 車 ) ン 蓄 電 池 ( 屋 根 上 に 設 置 )を 組 み 合 わ せ, 発 車 時 は 蓄 電 池 充 電 電 力 を 使 用 し, 加 速 時 はディーゼルエンジンが 動 作 し て 発 電 機 を 駆 動 し, 蓄 電 池 電 力 と 合 わ せて 電 動 機 を 回 転 させる 減 速 時 は 電 動 機 を 発 電 機 として 利 用 し, 運 動 エネルギーを 電 気 に 変 換 して 蓄 電 池 に 充 電 する ハイブリッド HDD ハイブリッド HDD は,ハードディスク ドライブ( 以 下 HDD)にフラッシュメモ リをキャッシュメモリとして 搭 載 した 記 憶 装 置 である フラッシュメモリは,ハ ードディスクに 比 較 して,シーク 動 作 や 回 転 待 ち 時 間 などの 待 ち 時 間 が 無 いので 高 速 アクセスが 可 能 ハイブリッドロケット 宇 宙 開 発 の 工 学 において, 推 進 燃 料 に 固 体 燃 料 と 気 体 または 液 体 の 酸 化 剤 を 使 用 するロケットをハイブリッドロケットと 呼 ぶ ハイブリットカメラ DVD とハードディスクドライブ(マイクロド ライブ)を 搭 載 したビデオカメラ 特 徴 はビ デオカメラだけで HDD から DVD に 保 存 でき る 便 利 さにある 参 考 引 用 文 献 中 学 校 学 習 指 導 要 領 解 説 技 術 家 庭 科 編 文 部 科 学 省 ( 平 成 20 年 9 月 ) 教 科 目 標 評 価 の 観 点 及 びその 趣 旨 等 国 立 教 育 政 策 研 究 所 ( 平 成 22 年 7 月 ) 安 東 茂 樹 中 学 校 新 学 習 指 導 要 領 の 展 開 明 治 図 書 (2008/11) 国 立 教 育 政 策 研 究 所 評 価 規 準 の 作 成 評 価 方 法 等 の 工 夫 改 善 のための 参 考 資 料 ( 平 成 23 年 7 月 ) 河 野 義 顕 技 術 科 の 授 業 を 創 る - 学 力 への 挑 戦 - 学 文 社 (1999/05) 大 谷 良 光 子 供 の 生 活 概 念 の 再 構 成 を 促 すカリキュラム 開 発 論 - 技 術 教 育 研 究 - 学 文 社 (2009/03) 佐 伯 胖 学 び を 問 いつづけて 授 業 改 革 の 原 点 小 学 館 (2003/07) デロイト トーマツ コンサルティング 株 式 会 社 自 動 車 セクター ( 著 ) 図 解 次 世 代 自 動 車 ビジ ネス 早 わかり 中 経 出 版 (2010/9) トヨタホームページ http://www.toyota.co.jp/ 御 堀 直 嗣 ハイブリッドカーのしくみがよくわかる 本 技 術 評 論 社 (2009/12) 碇 義 朗 ハイブリッドカーの 時 代 光 人 社 (2009/6) 4.(2)-(ⅳ) 指 導 と 評 価 の 計 画 - 技 家 6 -

5. 実 践 事 例 第 2 学 年 3 組 技 術 家 庭 科 ( 技 術 分 野 ) 学 習 指 導 案 ( 略 案 ) (1) 日 時 平 成 25 年 7 月 5 日 ( 金 ) 60 分 授 業 として 実 施 (2) 場 所 山 梨 大 学 教 育 人 間 科 学 部 附 属 中 学 校 本 館 1 F 技 術 室 (3) 題 材 名 新 しいエネルギー 変 換 の 技 術 (4) 題 材 の 目 標 ハイブリッド 自 動 車 を 評 価 しよう(4/4) (5) 本 時 の 展 開 段 階 時 間 学 習 活 動 教 師 の 指 導 支 援 備 考 導 5 本 時 の 目 標 と 内 容 を 確 認 する 生 徒 達 の 興 味 関 心 を 高 める 発 問 入 日 本 の 産 業 を 支 えているものは 何 か PPT 展 開 ハイブリッドという 言 葉 を 聞 いたことがあるか ハイブリッドの 意 味 を 問 う 多 くが 自 動 車 の 事 でよ く 聞 く 本 授 業 は 次 世 代 自 動 車 の 授 業 であることを 伝 える 最 後 まで 課 題 を 追 求 する 姿 勢 を 求 める 5 次 世 代 自 動 車 の 分 類 を 知 る 次 世 代 自 動 車 には 燃 料 電 池 自 動 車, 電 気 自 動 PPT 車,ハイブリッド 自 動 車 と 大 きく 分 けられる エンジン 自 動 車 エンジンで 化 石 エネルギーから 運 動 エネルギ ーに 変 換 して 走 行 電 気 自 動 車 モータで 電 気 エネルギーから 運 動 エネルギー に 変 換 して 走 行 ハイブリッド 自 動 車 発 問 2 エンジンとモータの 両 方 を 使 用 する トルク ( 回 転 の 力 )が 強 いモータで 発 進 し エンジン 発 問 2 で 使 われる 化 石 エネルギー 消 費 を 少 なくして 走 15 〇 ハイブリッド 自 動 車 の 特 徴 を 実 験 しよう エンジンとモータのそれぞれ 良 いところを 使 ビデオ 〇 ハイブリッド 自 動 車 のエンジンの 役 割 次 世 代 自 動 車 の 分 類 について ハイブリッド 自 動 車 のエネルギー 変 換 を 知 ろう < 実 習 1>ハイブリッド 自 動 車 の 特 徴 を 実 験 しよ う(モータ) 生 徒 に 手 回 し 発 電 機 を 配 布 する モータを 手 で 回 すと, 電 気 が 発 生 する 電 流 計 を 利 用 して 電 気 の 発 生 を 確 認 モータに 電 池 をつなげると 回 転 する <モータには2つの 働 きがあることを 確 認 > 二 人 ペアになり, 一 人 が 回 し, 一 人 が 電 球 に 接 続 すると,ハンドルが 重 くなりブレーキを 実 感 する ことができる ハイブリッド 自 動 車 の 特 徴 を 実 験 しよう( 蓄 電 ) 蓄 電 池 を 渡 し, 蓄 電 する どのような 時 に 蓄 電 するのか エンジンの 回 転 から,ブレーキをす るとき( 回 生 ブレーキ) 行 った 自 動 車 である PPT エンジンはどのようなエネルギー 変 換 を 行 ってい るか ガソリン 燃 焼 が 回 転 運 動 となっている エンジンの 良 いところ 長 距 離 走 ることがで きる エンジンの 欠 点 停 止, 低 速 時 が 苦 手 最 大 の 特 徴 であるモータはどのようなエネルギー 変 換 を 行 っているか モータの 良 いところ すぐ 回 転 する トルク( 回 転 する 力 が 大 きい) モータの 長 距 離 走 ることができない モータには2つの 働 きがある 自 ら 問 う 力 発 問 3 ビデオ PPT - 技 家 7 -

ブレーキを 発 電 に 変 える 働 き 自 ら 問 う 力 < 実 習 2> 蓄 電 した 電 気 で 車 を 走 らせよう 蓄 電 したコンデンサ( 充 電 池 )を 利 用 して 模 型 の 車 を 走 らせる 実 際 の 自 動 車 では 大 きなニッケル 水 素 電 池 を 使 用 していることも 知 らせる 蓄 電 した 電 気 はモータを 動 かし 車 を 走 らせる ことができる 実 際 にモータで 模 型 の 自 動 車 を 走 らせると, スムーズに 早 く 走 る 様 子 がわかる < 実 習 3>エンジンの 燃 費 について 考 えよう スタート 時, 低 速 時 が 一 番 ガソリンを 消 費 する ハイブリッド 自 動 車 の 押 しがけ なぜスタート 時 や, 低 速 時 にガソリン 燃 焼 が 多 くなるのか 自 ら 問 う 力 〇 ハイブリッド 自 動 車 のモータの 役 割 15 ハイブリッド 自 動 車 の 仕 組 みを 知 る 〇 ハイブリッド 自 動 車 の 仕 組 み 〇 エンジンだけの 走 行 PPT エンジン,モータ, 蓄 電 池 をどのように 制 御 して 走 行 モータだけの 走 行 するのか エンジンとモータの 走 行 〇 走 る 場 所 や 用 途 によって 動 力 を 変 える 〇 走 る 場 所 や 用 途 によって 使 い 分 けられている スタート 時 モータ 急 発 進 やトルクの 利 点 加 速 時 モータとエンジン 両 方 の 力 を 合 わせる ブレーキ モータによって 発 電 停 止 エンジンはストップ 走 行 状 況 スタート 信 号 待 ち 加 速 減 速 加 速 下 り 坂 加 速 スタート ブレーキ モータ 使 用 モ モ モ モ モ モ モ モ エンジン 使 用 エ エ エ 充 電 充 充 充 ハイブリッド 自 動 車 を 評 価 しよう 走 る 場 所 によって,エンジン モータの 使 い 分 けを 行 う 15 学 習 プリント ハイブリッド 自 動 車 の 長 所, 短 所 長 所 発 問 燃 費 が 良 い 等 PPT 短 所 価 格 が 高 い 重 い 自 ら 問 う 力 - 技 家 8 -

ハイブリッド 自 動 車 の 長 所 短 所 を 評 価 しワークシー ワークシートに 記 入 トに 記 入 する ワークシートには 既 存 のこれまでの 技 術 と 比 較 し グループにおいて,お 互 いに 情 報 交 換 し, 資 料 プリン てどのようなプラス マイナスの 影 響 があるのか トと 既 存 知 識 をもとに 評 価 プリントを 完 成 させる 技 術 の 光 と 影 についても 考 えるきっかけとする 本 時 で 考 え, 発 見 したこと 学 習 したことを 発 表 する 友 人 の 発 表 から 新 しいアイディアを 考 える ま 5 ハイブリッド 技 術 は 自 動 車 だけではなく, 様 々な PPT と 場 面 で 使 用 されていることを 伝 える め 次 回 の 授 業 について 知 る 次 回 の 授 業 について 知 らせる 教 具 の 片 付 けを 行 う 発 問 3 - 技 家 9 -

評 価 する 生 徒 プリント 例 LED を 評 価 評 価 する 生 徒 プリント 例 ハイブリッド 自 動 車 を 評 価 ここにワークシート - 技 家 10 -