小5理科「ふりこの運動」指導アイデア

執筆／福岡県公立小学校教諭・大西 彩耶
　 福岡県公立小学校指導・倉富 麻衣子
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・川津 栄子
　 福岡県公立小学校教頭・南波 啓一

単元の目標

本単元は、第３学年「A（2）風とゴムの力の動き」の学習を踏まえて、「エネルギー」についての基本的な概念等を柱とした内容のうちの「エネルギーの捉え方」に関わるものであり、第６学年「A（3）てこの規則性」の学習につながるものです。　

振り子が１往復する時間に着目して、おもりの重さや振り子の長さなどの条件を制御しながら、振り子の運動の規則性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、主に予想や仮説を基に、解決の方法を発想する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（ア）振り子が一往復する時間は、おもりの重さなどによって変わらないが、振り子の長さによって変わること。

子供が、問題解決の活動を通して、上のア（ア）を理解するように指導しましょう。また、その過程において、思考力、判断力、表現力等や学びに向かう力、人間性等を育成しましょう。

単元展開

総時数　９時間

第１次　問題を見いだす

１　振り子を作って音楽に合わせて動かす活動から、気付いたことを話し合い、問題を見いだす。（授業の詳細①）

第２次　振り子の１往復する時間は、何によって変わるか調べる

（授業の詳細②）

1. 振り子の１往復する時間は、何によって変わるのかを予想して、予想を確かめる方法について計画を立てる。
2. 振り子の１往復する時間は、振り子の長さで変わるか条件を整えて調べる。
3. 振り子の１往復する時間は、おもりの重さで変わるか条件を整えて調べる。
4. 振り子の１往復する時間は、振れ幅で変わるか条件を整えて調べる。
5. 振り子の長さ、おもりの重さ、振れ幅をそれぞれ変えたときの結果を比べて、考察し、結論を出す。
6. 振り子の長さをもっと長くしたときの振り子の１往復する時間を調べる。

第３次　振り子のおもちゃを作る活動を通して、本単元をまとめる（2時間扱い）

授業の詳細①

第１次　問題を見いだす

１　振り子を作って音楽に合わせて動かす活動から、気付いたことを話し合い、問題を見いだす。

①問題を見いだす

【自作の振り子を作る前に】
単元の導入では、子供が自作の振り子を作って、自由に操作する体験活動を設定します。ただし、初めて振り子に出会う子供が多いと考えられるため、振り子時計等を提示する等して、子供が振り子を作ってみたいと思うようにしましょう。また、振り子時計がないときは、動画やおもちゃの振り子時計を活用しましょう。

〇自分で振り子を作っていろいろと試しましょう。

【自作の振り子について】
振り子の長さやおもりの重さの違う振り子が自作できるように、長い糸や短い糸、ガラス・金属など重さの違うおもりを準備しましょう。

手で持つ支点の位置は固定したままで、振り子を動かすことを伝えるようにしましょう。
自作の振り子を使って、音楽やメトロノームに合わせて振り子を動かす活動を通して、振り子の１往復する時間について問題を見いだすことができるようにしましょう。
テンポの違ういくつかの曲に合わせて振り子を動かす活動を取り入れて、振り子の１往復する時間に関係している条件について気付けるようにしましょう。
ふりこが１往復する時間について「ふりこの長さ」｢おもりの重さ」｢ふれはば」それぞれに着目し、どの要因が影響を与えているかを、「見方・考え方」を働かせて考えることができるようにしましょう。そのために、児童の気づきの言葉をしっかりとすくい上げ、３つの要因に整理して、問題を見いだすことができるようにしましょう。
その際、下図のように、｢ふりこの長さ」｢ふれはば」｢おもりの重さ」という用語を確認し、使用することができるようにしましょう。

ふりこの１往復する時間は、何によって変わるのだろうか。

授業の詳細②

第２次　振り子の１往復する時間は、何によって変わるか調べる

１　振り子の１往復する時間は、何によって変わるのかを予想して、予想を確かめる方法について計画を立てる。

②予想する

③解決方法を考える

【条件制御】
比べるときは、調べる条件を１つだけ変えて、それ以外の条件を同じにします。この条件制御の考え方は、｢予想や仮説を基に、解決方法を発想する力」を育成する上で、大切な考え方となります。前単元で、｢植物の発芽と成長」の学習をしていれば、そのときの条件制御の考え方を想起できるようにし、子供が自ら条件制御の考え方を働かせることができるようにします。

●条件を制御しながら、振り子の１往復する時間を調べる
①振り子の長さが関係しているか、振り子の長さだけを変えて調べる。
②おもりの重さが関係しているか、おもりの重さだけを変えて調べる。
③振れ幅が関係しているか、振れ幅だけを変えて調べる。

●振り子の１往復する時間の求め方
①振り子が10往復する時間を３回はかる。
②10往復する時間の平均をもとめる。
③１往復する時間の平均を求める。

【算数科で学ぶことを使って】
本単元では、データを数値化や平均化するなど、数学的処理が必要となります。計算の仕方を丁寧に確認し、統一しておくことで、計算間違いによる結果の大幅な違いが生まれないようにしましょう。問題にあった考察ができるように指導しましょう。
実験や測定には、多少の誤差が含まれることを指導し、平均を求めることが必要であると伝えるようにしましょう。

【実験方法】
①正確に調べるために、スタンドに振り子をつけて調べましょう。そのとき、振れ幅を調べられるように厚紙で角度板を作って取り付けるようにします。
②振り子の10往復する時間は、ストップウォッチやデジタルタイマーを使うとよいです。
③振り子を動かしてから、約2回往復した後に、はかり始めるようにしましょう。

④観察・実験をする

２　振り子の１往復する時間は、振り子の長さで変わるか条件を整えて調べる。

⑤結果の処理

【タブレット端末の活用】
学級でexcelシートを共有できる場合（teams等）、事前に表を作成しておき、結果を班でタブレットに打ち込んで記録できるようにし、平均を出しやすくしておきましょう。
学級の実態に合わせて、ワークシートがよいかICT端末がよいかは、判断しましょう。

「振り子の長さ」の実験結果を記録し、振り子の１往復する時間の平均を求めます。

●以下の（実験２）と（実験３）においても、同じように実験結果の記録をし、振り子の1往復する時間を求める。

３　振り子の１往復する時間は、おもりの重さで変わるか条件を整えて調べる。（実験２）

４　振り子の１往復する時間は、振れ幅で変わるか条件を整えて調べる。（実験３）

５　振り子の長さ、おもりの重さ、振れ幅をそれぞれ変えたときの結果を比べて、考察し、結論を出す。

⑥結果を基に考察する

【結果の一覧掲示のよさについて】
各グループの結果をグラフ等で一覧掲示することは、以下のようなよさがあります。
●全てのグループの実験結果から考察することは、科学の再現性を満たす上で大変重要なことです。
●操作ミス等で出た大きな誤差を発見しやすくなります。
●デジタル表示で陥りやすい数字上の誤差へのこだわりを解消できます。
●「振り子の長さ」「おもりの重さ」「ふれはば」の３つの結果を比べやすいです。

振り子の長さ、おもりの重さ、振れ幅をそれぞれ変えたときの結果をグラフ等に表し一覧掲示しましょう。

⑦結論を出す

ふりこの１往復する時間は、ふりこの長さによって変わる。ふりこの長さが長いときほど、１往復する時間が長くなる。
ふりこの１往復する時間は、おもりの重さやふれはばによっては変わらない。

⑧振り返る

イラスト／難波孝