小４理科「金属、水、空気と温度」指導アイデア
文部科学省教科調査官の監修のもと、小４理科「金属、水、空気と温度」の板書例、教師の発問、想定される子どもの発言、１人１台端末活用のポイント等を示した授業実践例を紹介します。
執筆／福岡県北九州市立黒崎中央小学校主幹教諭・冨田基史
福岡県北九州市立志井小学校教諭・松下典成
監修／文部科学省教科調査官・有本淳
福岡県北九州市立曽根東小学校校長・中村弘幸
福岡県北九州市立花房小学校教頭・松永庸助
目次
単元目標
熱の伝わり方に着目して、それらと温度変化を関係付けて、金属、水および空気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解決しようとする態度を育成することがねらいである。
「粒子」の領域である単元は、主として質的・実体的な視点で、金属や水、空気をとらえることがもとめられています。また、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し、熱せられた金属や水、空気の温まり方について質的・実体的な視点で捉えながら、温まり方の違いについて理解を深められるようにしましょう。
評価規準
知識・技能
①金属は熱せられた部分から順に温まることを理解している。
②水や空気は、熱せられた部分が移動して全体が温まることを理解している。
③金属、水および空気の性質について、器具や機器を正しく扱いながら調べ、 それらの過程や得られた結果をわかりやすく記録している。
思考・判断・表現
①金属、水および空気の性質について、差異点や共通点を基に、問題を見いだし、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し、表現するなどして、問題解決している。
②金属、水および空気の性質について、観察、実験などを行い、得られた結果を基に考察し、表現するなどして問題解決している。
主体的に学習に取り組む態度
①金属の性質についての事物・現象について進んで関わり、他者と関わりながら問題解決しようとしている。
②金属、水および空気の温まり方について学んだことを学習や生活に生かそうとしている。
評価計画
総時数 ８時間
第１次 金属の温まり方を調べる。
１ フライパンや鍋などを熱して、サーモグラフィの映像などを観察し、温度の違いや温まり方について気付いたことを話し合う。
思考・判断・表現①
金属、水および空気の性質について、差異点や共通点を基に、問題を見いだし、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し、表現するなどして、問題解決している。〈発言分析・記述分析〉
主体的に学習に取り組む態度①
金属の性質についての事物・現象について進んで関わり、他者と関わりながら問題解決しようとしている。〈行動観察・発言分析・記録分析〉
２～３ 金属の熱したところと温まり方の関係を調べる。
知識・技能①
金属は熱せられた部分から順に温まることを理解している。〈発言分析・記述分析〉
知識・技能②
水や空気は、熱せられた部分が移動して全体が温まることを理解している。〈行動観察・記録分析〉
思考・判断・表現②
金属、水および空気の性質について、観察、実験などを行い、得られた結果を基に考察し、表現するなどして問題解決している。〈発言分析・記述分析〉
第２次 水と空気の温まり方を調べる。
４～５ 水の温まり方について、金属の温まり方と比べながら予想し、調べる。（授業の詳細①）（授業の詳細②）
知識・技能①
金属は熱せられた部分から順に温まることを理解している。〈発言分析・記述分析〉
思考・判断・表現②
金属、水および空気の性質について、観察、実験などを行い、得られた結果を基に考察し、表現するなどして問題解決している。〈発言分析・記述分析〉
６～７ 空気の温まり方について、金属や水の温まり方と比べながら予想し、調べる。
知識・技能①
金属は熱せられた部分から順に温まることを理解している。〈発言分析・記述分析〉
思考・判断・表現②
金属、水および空気の性質について、観察、実験などを行い、得られた結果を基に考察し、表現するなどして問題解決している。〈発言分析・記述分析〉
８ 「たしかめよう」、「学んだことを生かそう」を行う。
主体的に学習に取り組む態度②
金属、水および空気の温まり方について学んだことを学習や生活に生かそうとしている。〈行動観察・発言分析・記述分析〉
授業の詳細①
第２次 水と空気の温まり方を調べる。
４～５ 水の温まり方について、金属の温まり方と比べながら予想し、調べる。
水の温まり方について、金属の温まり方で学んだことや生活経験を基に、根拠のある予想や仮説を発想し、表現することができる。
①問題を見いだす
金属の温まり方について学んだことを確認し、試験管の中の水の温まり方について考えることができるようにする。
金属の棒を火で熱したとき、どのように温まりましたか。
金属にぬっていたろうは、火で温めたところから順に溶けていったよ。
では、この試験管の中に入っている水はどのように温まると思いますか？
金属と同じように、火で温めたところから全体が温まると思うよ。
金属はかたいけど、水はそうでないので、ちがう温まり方になると思うよ。調べてみたいな。
水は、どのように温まるのだろうか。
②予想する
金属と同じように、火で温められたところから順に温まると思う。
金属のような固いものと水とでは、温まり方はちがっていると思うな。
③解決方法を考える
水の温まり方は、どうやって調べるとよいですか。
試験管を温めてから、触って温かさを確かめるとわかるかな。
実際に試験管の中の水を温めて、ガラスを触って確かめてみましょう。
④観察・実験をする
（安全指導）
①試験管に水とふっとう石を入れて、試験管の下のほうと真ん中を温める。
（ア）試験管の下から温める
（イ）試験管の真ん中から温める
②火を止めてから、（ア）と（イ）それぞれの試験管の下、真ん中、上の部分をさわって、温かさを確認する。
温める場所は試験管の下だけでなく、真ん中付近も温めるようにすると、火からの距離が同じでも上の部分だけが温まることに気付きます。金属の棒を温めたときと比較できるようにしましょう。
試験管の下や真ん中を温めたのに、下や真ん中よりも上の方が温かくなっていたよ。
上の方は温めていないのに、どうして温かく感じるのかな？
「示温インク」というものを水に入れて観察すると、温度の変わる様子がよくわかりますよ。
示温インクを試験管に入れて、30秒くらい温めて色の変化を調べる。
示温インクの色の変化を動画で撮影しておくと、考察の根拠とすることができます。どの方向から撮影すれば水の動きと温度変化がわかるのか、予備実験で確かめておきましょう。
⑤結果の処理
下記、２つの確認をしましょう。
●実際に手で触ったときの温かさ
●示温インクで観察した温度の様子
試験管を温めた後に実際に手で触ったけど、下から上に行くほど水が温かくなっていたよ。
示温インクを水に混ぜてものを中に入れて、温めて観察したら、上の部分からピンクに変色したよ。水が動いているみたいだったね。
⑥結果をもとに考察する
金属とちがって、火で温めたところとちがうところが先に温まっていたよ。
火と反対側から温まるのかな。それとも、上の方から温まるのかな。
試験管の真ん中くらいを温めたときも、上と下は火から同じくらいのはなれ方なのに、上だけが温かかったよ。
示温インクの火に近いところがピンクになって、上に動いていたから、水が上に動いているのかもしれないね。
本時では、「水は上から温まっているようだ」という考察をして、温度変化のみに言及して結論を出し、水の動きについては次時に調べることとします。解決できなかったことは、実験方法を考え、見通しをもって、次時に調べるようにしていきます。
授業の詳細②
①問題を確認する。
前の時間に、水の温まり方を調べ、考察までをしました。今日は、まとめてみましょう。
水は上の方から温まるのか、火に近いところの水が上に動いているのかについて、はっきりしないといけなかったね。
水は温められると、温められた部分が上に動いて全体が温められるのだろうか。
②予想を確認する。
水は金属とちがって、温められたところからではなく、上の方から温まっていたので、水は動いているのだと思う。
示温インクの上の方から色が変わっていた。あと、ピンクになったものが上に動いていたから、温まった水が上の方に動いたと思う。
③解決方法を考える。
水の温まり方を調べる方法を考えましょう。
水の動きが分かるようなものを入れると、温まった水が上に動くかどうかわかるよ。
示温インクを入れたとき、ピンクの部分が動いているように見えたから、もう一度観察してみたいです。
金色の絵の具を使うと、水が動いたときに観察しやすくなりますよ。
④観察・実験をする。
（安全指導）
①金色の絵の具を入れた水と示温インクを混ぜた水をそれぞれ温める。
示温インクの色の変化を動画で撮影しておくと考察の根拠とすることができます。どの方向から撮影すれば水の動きと温度変化がわかるのか、予備実験で確かめておきましょう。
⑤結果をもとに考察する
実験結果から、水の温まり方についてどんなことがいえそうですか？
最初はビーカーの下のほうにあった金色の絵の具が上のほうに動いていたから、温まった水が上の方に動いているね。
示温インクを入れた水では、火に近いところからピンク色のものが上に向かって動いていました。温められた水が上に動いているんだね。
だから、温められた水は上のほうが温かかったんだね。金属の温まり方と水の温まり方はちがうね。
⑦結論を出す
水は金属とちがい、温められると、温められた部分が上に動いて全体が温められる。
⑦振り返る
予想通り、温まった水が上に動いていた。
金属と水の温まり方がわかったけど、空気はどのように温まっているのかな？
次の時間は、空気の温まり方について調べていきましょう。
安全指導
30mm口径程度の試験管であれば、ガスコンロの火で20～30秒くらい温めてから触ると、火傷の心配はないと思われます。また、すぐに触らせるのではなく、火を止めて10秒ほど待ってから触ることで、火に直接当たったガラス部分も熱くない状態で触ることができます。実際にどれくらいの時間が適当か、予備実験で確認しましょう。また、突沸を防ぐためにも試験管に沸騰石を入れることや、保護メガネをかけることも必要です。
今回は「示温インク」を使って、水の温まり方を調べる実験をしています。今回は使いませんが、「示温テープ」に水銀が含まれるものがあるため、注意しましょう。
イラスト／難波孝
