６年生理科｢電気の利用」を社会課題と関連付けてダイナミックに考える ～カーボンニュートラルは実現可能か～ 【理科の壺】

６年生は「電気の利用」の単元で、日常の電気製品や発電、蓄電など扱います。ただ、単元ごとに内容が途切れやすく、確認すべきことも多いため、子どもたちが考える場面を作ることが難しいです。
そこで今回は、電気を作るのはとても大変だ、ということを社会課題と絡め、「子どもたちが考えるようになる実践」を紹介します。ものづくりにもつながるダイナミックな授業になりますが、６年生の集大成として子どもたちに委ねる部分の多い授業をするのはいかがでしょうか。優秀な先生たちの、ツボをおさえた指導法や指導アイデア。今回はどのような “ツボ” が見られるでしょうか？

執筆／横浜国立大学教育学部附属横浜小学校教諭・宮野利隆
連載監修／國學院大學人間開発学部教授・寺本貴啓

1．理科の学びと生活をつなぐ

理科で学ぶ多くのことは、実生活につながっています。そのことに子どもたちが学びの中で気付き、生活とのつながりを意識しながら材と関わっていくことがとても大切です。
また、教師が生活とのつながりについて考えるきっかけを作ることで、子どもたちは、理科の学びの有用性をより強く意識するのではないでしょうか。
「カーボンニュートラルの実現」という社会課題があります。モーターを回したりソーラーパネルを使ったりして、自分たちで電気を作ることで得られたデータを根拠にしながら考えることで、発電の仕組みや電気の利用が、生活と直結しているのだと実感することができます。

2．｢電気を作り出せること」と「電気を作り出す難しさ」の体験

単元の導入では、「電気は作り出せること」と同時に「電気を作り出すことの難しさ」が実感できるようにします。
Chromebookに電池交換のできる充電器を接続し、アルカリ電池を入れます。そうすればChromebookの充電はできますが、電池の代わりに手回し発電機を接続し、どんなに発電機を回しても充電できない、という事実を体験してみます。
この体験を通して、「電気は自分たちでも作れる」ということと同時に、「いつも当たり前のように使っているだけの電気を作るのは大変なんだ」と、電気を作り出すことの難しさも知ることができます。

3．発電所の仕組みを今までの学びや生活と関連付けて

発電や蓄電の仕組みを学習した後に、「カーボンニュートラルは実現可能か」を子どもたちに問い、「電気の利用」で学んだことを生かして証拠を集めるように促します。
この証拠集めの過程で、発電所の仕組みを調べると、今まで理科で学んできたことが多く関連していることに気付きます。
また、カーボンニュートラルの実現には「電気の利用」の内容だけではなく、「燃焼の仕組み」や「生物と環境」の内容も大きくかかわってくることにも気づきます。
終末には、これらの理科で学んできたことを関連付けて総合的に考えを深めていくことも大切にしたいです。

実験を通して証拠を集めようとしていくと、子どもたちは

今までの学びをもとに、こうしたいくつかの検証計画を立てていきました。
もちろん、これらの検証結果から得られるデータだけで判断することはできませんが、こうした活動を通して考えていくことにより、自分なりの根拠を見出そうとしたり、既習の知識が結びついたりして、新たな問いが生まれていくことにつながります。

例えば、風力発電のモデルでは３年生で学んだことが発揮され、風には力があることを再確認します。水力発電のモデルでは、水は高いところから低いところへ流れていくという４年生での学びが想起されます。さらに、火力発電のモデルで実験をしていると、４年生で学習した水が沸騰して水蒸気となることが生かされていると知り、そのエネルギーがモーターを回していることに気が付きます。太陽光発電のモデルでは、１日の日照時間を想定して条件を制御し、実験計画を考えていました。４年生での「天気の様子」での学びが活かされているといえます。
このように、発電所のモデル実験をするだけでも、今まで学んできた様々な領域の資質・能力や見方・考え方が発揮されることになります。

4．モデル実験を通して、自分の考えを作り出す

実際に火力発電のモデル実験をしてみると、なかなか発電がされないことに子どもたちは気付き始めます。

これらの考えのように、実際の発電のしくみや、環境問題の側面へ目を向ける子どもたちも出てきます。

新旧の太陽光パネルの発電効率を比較する実験では、太陽光パネルの大きさに違いがあるため、どうすれば条件をコントロールできるかを考えます。異なる太陽光パネルを用いて、大きさの違いがあるからからこそ、条件制御の考え方が働く姿が見られました。新しい太陽光パネルの発電効率が高いことを知り、科学の発展に興味を示している子どももいました。

この写真は、モーターに繋いだプロペラを扇風機で回し、発生させた電気で、同じようにプロペラをつけたモーターを回しているところです。発電と消費の関係を検証しています。発電用のプロペラが早く回っても、消費用のプロペラはゆっくりしか回らないことに気付いていました。

この写真は、コンデンサーにつなぐ豆電球の数を変えながら、発電量と消費量の関係を調べているところです。コンデンサーにつなげる電球の数を増やしていくと、手回しでは電気を作る量が間に合わなくなることが分かってきます。

これらの検証結果から得られるデータだけでは、判断できないこともあります。
しかし、複数の実験から検証したことを根拠として考えを作ることや、そこから生まれてきた新たな疑問を調べていくことで、理科の学びが自分たちの生活に大きくかかわっていると感じられます。「カーボンニュートラルの実現」という社会課題に対して、どのような考えをもっているのか、また自分たちにできることはないのかなどを考えていくことは、まさに理科の学びが生活へとつながっていると実感できる場面なのではないでしょうか。

イラスト／難波孝

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＜執筆者プロフィール＞
宮野利隆●みやのとしたか　横浜国立大学教育学部附属横浜小学校教諭。神奈川CST。川崎市立小学校教諭を経て現職。川崎市では、小学校理科教育研究会常任委員や総合教育センター理科教育会議研究員を務める。現在は理科授業の問題解決の過程を通した自己調整学習について、授業実践を積んでいる。次年度からは、教職大学院で現職教員として理科教育を中心に学んでいく。

＜著者プロフィール＞
寺本貴啓●てらもと・たかひろ　國學院大學人間開発学部 教授 博士（教育学）。小学校、中学校教諭を経て、広島大学大学院で学び現職。小学校理科の全国学力・学習状況調査問題作成・分析委員、学習指導要領実施状況調査問題作成委員、教科書の編集委員、NHK理科番組委員などを経験し、小学校理科の教師の指導法と子どもの学習理解、学習評価、ICT端末を活用した指導など、授業者に寄与できるような研究を中心に進めている。