小4理科「とじこめた空気や水」指導アイデア

特集
【文部科学省教科調査官監修】1人1台端末時代の教科指導ヒントとアイデア
小4理科「とじこめた空気や水」

執筆/福岡県北九州市立祝町小学校教諭・堤 翔平
 福岡県北九州市立富野小学校教諭・梶沼 光弘
監修/文部科学省教科調査官・有本 淳
 福岡県北九州市立寿山小学校校長・岡本 裕史
 福岡県北九州市立貴船小学校教頭・中村 英嗣

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。

とじこめた空気や水 板書例
板書例

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。

安全指導①

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。

安全指導②

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


ピストンを押したり、ゆるめたりしてピストンの位置が変わることの確認を行う。
→閉じ込めた空気の体積と、圧し縮めたときの体積の比較につながります。


押し込んだときの力の大きさによる手ごたえの確認を行う。→空気の体積が小さくなるほど、手ごたえは大きくなるという理解につながります。


押し込んだ後、手を離すとピストンが戻る現象の確認を行う。→圧し縮められた空気は、元の体積に戻ろうとすることに着目させることができます。

ピストンを押し込んだときの力の大きさによる手ごたえの確認をする子供

⑤結果の処理


結果を整理するときは、「加える力の大きさ」に対応させて「ピストンの位置」「手ごたえ」を記入できるようなワークシートを準備しておくとよいです。

⑥結果を基に考察する


考察は「~と予想していたが、~という結果になった。この結果から~と考えられる。」というように、予想と結果を照らし合わせながら考えることができるようにしましょう。
考察の段階になっても、視点が「ピストンの位置」から離れられない子供もいます。問題に正対するように「閉じ込められた空気」を主語として考察行うことができるように声がけしましょう。


結果を1つ1つ別々に見るのではなく、対話を通し「加える力の大きさ」「空気の体積」「手ごたえ」の3つを関係付けることができるようにすることで、「空気は力を加えて体積が小さくなるほど、元に戻ろうとする力も大きくなるので、手ごたえが大きくなる。」という理解につなげることができるようにしましょう。

空気の体積は変わらないと予想していたけど、力を加えたらピストンが下がったよ。つまり、空気の体積は小さくなったと考えられるね。

力を加えると、手ごたえがだんだん大きくなったよ。空気は体積が小さくなるほど、手ごたえが大きくなるんだね。

手を離したらピストンが元の位置に戻ったことから、空気は元の体積に戻ろうとすることがわかるね。

空気は体積が小さくなると元に戻ろうとするから、手ごたえが大きくなるんだ。

⑦結論を出す


「結論を出す場面の『まとめ』は『問題』に対する答えを書くようにしましょう」と伝えれば子供は何をかけばよいかイメージしやすくなります。
←他の事例と共通にします。

 空気を閉じ込めて力を加えると、空気の体積は小さくなる。空気は、体積が小さくなると手ごたえが大きくなる。

⑧振り返る


次時の学習につながりそうな発言があれば、それを取り上げておくとよいでしょう。また、学習したことを日常生活に当てはめて考えられている子供を価値付け、称賛しましょう。もし、その様な発言がなければ、教師の方から「スプレー缶は、口を押すと、どうして勢いよく出てくるのかな。」と問いかけるのもよいでしょう。

ピストンでおされたときの空気はどんな様子なのか気になります。

水などを閉じ込めて力を加えると体積はどうなるのか調べてみたいな。

スプレー缶の中には、空気がぎゅうぎゅうに入っているのかもしれないね。

◆その他のポイント

空気や水について、の興味・関心を持つことができるように、日常生活の中で空気や水が使われている物の写真などを事前に掲示しておくとよいでしょう。

自転車のタイヤに空気を入れる子供

イラスト/したらみ

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