小4理科「ものの温度と体積」指導アイデア

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執筆/福岡県公立小学校教諭・松本祥吾
編集委員/文部科学省教科調査官・鳴川哲也、福岡県公立小学校校長・田村嘉浩

小4理科「ものの温度と体積」指導アイデア
写真AC

単元のねらい

体積の変化に着目して、それらと温度の変化とを関係付けて、金属、水及び空気の性質を調べる活動を通して、それらの性質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します。

単元の流れ(総時数 7時間)

一次 空気の温度と体積

  1. 湯で温めたときの様子(1時間)
  2. 温めたり冷やしたりしたときの空気の体積の変化(3時間)

物質の状態と結んで変化を見る
固体である「金属」と液体である「水」、気体である「空気」とでは、温度による体積の変化量が違う。 変化を捉えやすい空気と比較しながら考えると、きまりがはっきりわかる。

二次 水の温度と体積

  1. 温めたり冷やしたりしたときの水の体積の変化(1時間)

三次 金属の温度と体積

  1. 温めたり冷やしたりしたときの金属の体積の変化(1時間)

四次 まとめ

空気・水・金属を比べてまとめ、生活とのつながりを考える(1時間)

■単元デザインのポイント■

「量的・実体的」というメガネで見てみよう!

見方 主として「質的・実体的」

質的:温度変化による体積変化は、金属、水、空気によって違うのか?

実体的:見えにくい変化も、石鹸膜や細い管などを利用して実験方法を工夫して見やすくすれば、変化を捉えやすくなる。(見える化)

考え方
温度の変化と体積の変化を「関係付け」て考える。(温める⇔冷やす)

単元の導入はこうしよう!

ペットボトルをお湯の中に入れて栓を飛ばしてみよう

手で押さずに、栓を飛ばしてみよう!

押してないのに、どうして栓が飛んだのかな?

「とじこめた空気や水」の学習のときは、縮んだ空気が元に戻ろうとして栓を押したよ。

お湯に入れると、手で押したときみたいに、空気が「ぎゅっ」となるのかな?

空気の「温度」と「体積」には、何か関係があるのかも!

学習問題
ものの体積は、温度によって変化するのだろうか。

※既習の内容や生活経験を基に、子供の気付きや疑問から学習問題をつくることが「主体的・対話的で深い学び」につながります。また、子供の予想や仮説を整理し、「温度変化」と「体積変化」との関係に焦点を絞りましょう。

授業の展開例(第三次 第1時)

既習の内容や生活経験を基に予想したり、学習後に生活を見直したりすることが、根拠をもった予想や仮説を発想し表現する力を育てることにつながります。また、空気、水、金属を比較しながら、温度の変化と体積の変化とを関係付けて考えることで、物質の性質を捉えることにつながります。

ものの温度と体積

【自然事象へのかかわり】

これまでの学習を振り返るなかで、金属を提示することで、本時の問題を見いだせるようにします。

【問題】
金属も温度が変わると、体積が変わるのだろうか。

指導のポイント

以下のような発問でゆさぶるとよいでしょう。

金属もお湯で温めると、体積は変化するのかな?

金属は硬いから、変化しないと思う

金属も、空気や水と同じように、きっと変化すると思うよ

こんなに硬い金属が変化するのかな?

お湯じゃ無理だけど、もっと熱すれば・・・

【予想】
○空気も水も、温めたり冷やしたりすると体積が変化したから、金属も同じように変化するのではないか。
○金属はとても硬いから、温度を変えても変化しないのではないか。

掲示物などを使って、空気と水の学習場面を想起し、比較しながら予想する。

【解決方法の立案】

小さな変化でもはっきり分かり、安全に調べられる道具がほしいな。

金属の体積変化は、あっても非常に小さいのではという子供の予想を受けて、「金属球膨張試験器」を提示する。
その際、常温では輪を通り抜けることと、安全な使い方を確認しておく。

金属球膨張試験器
金属球膨張試験器

【観察、実験】
危険 熱した実験器具は、熱いので冷えるまで絶対に触らない。
(実験後、すぐ水につけて冷やし、濡れ雑巾などに置くとよい。)

【結果】
・温めると、球が輪を通り抜けなくなったよ。
・冷やすと、また通り抜けるようになったね。

結果を図や表にまとめます。

金属球膨張試験器を使った実験結果

結果 ⇒ 金属の球が輪を通り抜けたかどうかを確認する。
考察 ⇒ 「温度変化」と金属の「体積変化」を関係付けながら、きまりを見いだす。

【考察】

「質的・実体的」というメガネで見てみよう!

  • 温めると体積が増え、輪を通らなくなり、水に付けると冷やされて体積が減り、また輪を通るようになった。
  • 金属も、温めると体積が大きくなり、冷やすと小さくなる。
  • 空気や水ときまりは同じだが、体積の変化は小さい。

質的な見方を働かせ、「空気」や「水」の体積変化とも比べながら考察する。

【結論】
金属も空気や水と同じように、温めると体積が大きくなり、冷やすと小さくなる。しかし、その変化は空気や水と比べると小さい。

ここが最大のポイント!

金属球を熱すると輪を通らなくなるという結果(事実)から、すぐまとめに進みがちですが、考察のなかで、金属の温度変化と体積を関係付けて捉え、表現することが大切です。また、前時までの空気や水の体積変化の様子を想起しながら、それぞれ、体積変化の量に違いがあることを押さえましょう。


イラスト/たなかあさこ、横井智美

『教育技術 小三小四』2019年11月号より

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