小4理科「とじこめた空気や水」指導アイデア
執筆／福岡県公立小学校教諭・堤 翔平
福岡県公立小学校教諭・梶沼 光弘
監修／文部科学省教科調査官・有本 淳
福岡県公立小学校校長・岡本 裕史
福岡県公立小学校教頭・中村 英嗣
目次
単元の目標
体積や圧し返す力の変化に着目して、それらと圧す力とを関係付けて、空気と水の性質を調べる活動を通して、それら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、主に既習の内容や生活経験を基に、根拠のある予想や仮説を発想する力や主体的に問題を解決しようとする態度を育成することがねらいとなります。
学習指導要領では、次のことを理解するようにすることが示されています。
(ｱ) 閉じ込めた空気を圧すと、体積は小さくなるが、圧し返す力は大きくなること。
(ｲ) 閉じ込めた空気は圧し縮められるが、水は圧し縮められないこと。
子供が問題解決の活動を通して、上の(ｱ) と(ｲ)を理解するように指導するとともに、思考力、判断力、表現力等や学びに向かう力・人間性等をバランスよく育成しましょう。
単元展開
総時数 ６時間
第１次 閉じ込めた空気について調べる
１ 空気を袋に閉じ込め、圧してみて気付いたことを話し合う。
２ 加えた力の大きさと、空気の体積や手ごたえの関係を調べる。
３ 空気のようすを図に表す。
第２次 閉じ込めた水について調べる
４ 加えた力の大きさと水の体積の関係を調べる。
５ 空気や水のせいしつを利用したおもちゃを作る。
６ ｢たしかめよう｣、｢学んだことを生かそう」を行う。
授業の詳細
第１次 閉じ込めた空気について調べる
２ 加えた力の大きさと、空気の体積や手ごたえの関係を調べる。
①問題を見いだす【自然事象との出会い】
みなさんのまわりには、空気があります。空気を手でつかんでみましょう。
子供たちは、身の回りに空気があることは知っています。しかし、目には見えず、手で捕まえることもできないので、その存在を実感することは難しいのです。
そこで、空気を閉じ込めた袋を圧したり、袋に乗ったりする活動を通して、空気の存在ともなっている弾性を体感できるようにします。他にも、水中で空気を出し、可視化することで、空気の存在を実感することもできます。
つかめません。見えないし、全部逃げていきます。
どうしたら、空気が逃げずに閉じ込められるかな？
袋を使えば、空気を閉じ込められると思います。
閉じ込めた空気を圧したり、乗ったりして、空気がどうなるか感じてみましょう。
空気が抜けることがあるので、袋の口は２度しばり、しっかり閉じましょう。また、園芸用のビニル帯がよく使われますが、肌に当たっても柔らかな、モールもおすすめです。
袋が破れることもあるので、安全に十分留意しながら活動をしましょう。
空気の性質について問題をもち、主体的に活動できるようにするためには、ここで体積の変化やそれに伴う手ごたえ、元に戻ろうとする感触を体感できるようにすることで、空気を圧したときの手ごたえなどの問題を見いだすことができるようにすることが重要です。
袋を圧すと、へこんで袋の形が変わった。圧すのをやめると、元にもどったよ。
袋を強く圧すと、圧し返してくる感じもしたよ。
袋を強く圧すと、袋がパンパンになって、少し小さくなった気がしました。
閉じ込めた空気は、圧すと体積が小さくなり、手ごたえも変わるのですか？
子供たちは、最初のうちは空気に目を向けていますが、活動をしているうちに、袋に視点が向くことがあります。その都度、教師が、閉じ込めた「空気」を意識することができるように声掛けが必要です。
空気が小さくなることなんてあるのかな？たしかに、圧すと手ごたえは感じたけど…。
とじこめた空気に力を加えると、空気の体積や手ごたえはどうなるのだろうか。
②予想する
第４学年では、主に既習内容や生活経験を基に、根拠のある予想や仮説を発想するといった問題解決の力の育成を目指します。
ここでは、導入で行った経験などをもとに、｢体積」と「手ごたえ」という２つの視点で予想を立てます。導入では、形が変わってしまう袋を使うため、子供によって予想が違ってきますが、袋の様子や圧した時の手ごたえを根拠に、対話をしながら予想できるようにしましょう。
袋が圧せたから、空気の体積は小さくなると思うよ。圧せば圧すほど、圧し返される手ごたえも感じたよ。
圧したとき、袋の形が変わっただけだと思う。だから、体積は変わらないよ。
形が変わらないものには、プラスチックの筒なども考えられますが、注射器を使う利点は、目盛りが付いていることです。押し込む前のピストンの先の目盛りを確認しておき、押し込む前と押し込んだ後の変化を捉えやすくしておきましょう。
ピストンを押し込むときは、まっすぐ、ゆっくり押し込むようにすると、手ごたえを感じやすくなります。強く長く押し続けていると少し空気が抜けて、元より空気の体積が少なくなることがあるので気を付けましょう。
③解決方法を考える
予想が正しいかどうかを確かめるために、どういう方法で調べるとよいですか？
袋だと形が変わるから、形の変わらないものに空気を閉じ込めて圧すとよいと思います。
注射器が滑らないようにゴム板を下に敷いて実験を行いましょう。また、注射器を手でしっかりと支えて、まっすぐにゆっくりと押すようにしましょう。ピストンを押すときは、手のひらで押すと、手を挟む心配がありません。
④観察・実験をする
イラスト／したらみ
