小5理科「振り子の運動」指導アイデア

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執筆/大阪府公立小学校教諭・金川弘希
編集委員/文部科学省教科調査官・鳴川哲也、大阪府公立小学校校長・細川克寿

小5理科「振り子の運動」指導アイデア

単元のねらい

振り子の運動の規則性について、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、振り子が1往復する時間に関係する条件についての予想や仮説を基に、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。

単元の流れ(三次 総時数 6時間)

一次 振り子の振れ方(1時間)

①グループでターザンロープを使用したり、ブランコをこぐ体験をしたりして、30秒間で何往復できるのかを競争する。

体重が重い人のほうが、速く往復できるはずだよ。

高い位置からスタートさせたら、勢いがついて速いはずだ。

②気が付いたこと、調べてみたいこと、疑問に思ったことを整理する。

いろいろな条件が混じっていて、なぜ1往復する時間が変化したのかわからなかったな。

「流れる水の働きと土地の変化」の学習のときと同じように、条件について考えないといけないね。

条件を1つだけ変えて、それ以外の条件をそろえて実験をしないといけないな。

二次 振り子が1往復する時間の変化(4時間) 【活動アイデア例】

①振り子の長さ、振れ幅等の定義を統一し、実験計画を立てる。
②実験を行い、振り子が1往復する時間の変化を調べる。

三次 まとめ・活用(1時間)

体育館2階の手すりからロープを垂らして振り子をつくり、1往復する時間の違いを体験する。

振り子の1往復する時間を体感してみよう。

単元デザインのポイント

●量的・関係的な見方を働かせる

本単元は「エネルギー」を柱とした領域に位置付けられており、子供が自然事象を、主として「量的・関係的」な見方を働かせて追究することが重要です。

・一方の量(振り子の長さ)が変化すると、それに伴ってもう一方の量(1往復する時間)も変化することに気付かせる。

・一方の量(おもりの重さなど) を変化させても、もう一方の量(1往復する時間)は変化しないことに気付かせる。

・結果をグラフに表し、変化する量としない量に気付かせる。

●考え方(条件制御)を働かせる

本単元は、ターザンロープを使用したりブランコに乗る体験をしたりして、生活に基づいた振り子の使用場面を観察します。

実験の際には、振り子の長さやおもりの重さ、振れ幅など1つずつ条件を変えて実験していくようにします。

・変える条件と変えない条件を制御しながら実験を行うことにより、実験の結果を適切に処理し、考察できるようにする。

・条件を制御するという考え方を働かせながら問題解決を行うことで、資質・能力の育成につなげる。

単元の終わりに、期待される振り返り

メトロノーム
写真AC

メトロノームはおもりの高さを変えることによって、テンポを変化させているんだね。

振り子の長さを変えると、1秒で1往復する振り子をつくることができるね。

活動アイデア

子供の日常生活と振り子の振れ方を結び付けて授業を行うことで、生きて働く知識・技能の習得、未知の状況にも対応できる、思考力・判断力・表現力等の育成を目指しましょう。

授業の展開例

自然事象への関わり

なぜ、1往復する時間が違うのかな。

どのような条件が関係してるのでしょうか。

問題
振り子が1往復する時間は、どのような条件で変わるのだろうか。

予想

予想の価値付け
ここでの予想の理由は、既習事項や日常生活で得たことを基に考えるため、感覚的なものでもかまいません。この予想を、実験・考察を通して検証していこうと意欲を高めましょう。

おもりの重さが重いほど、1往復する時間は短くなると思う。なぜなら、重いほうが速く落ちそうだからです。

振り子の長さが短いほど、1往復する時間は短くなると思う。なぜなら、ブランコの鎖を短くしたら、速かったからです。

振り子の振れ幅が大きいほど、1往復する時間は短くなると思う。なぜなら、勢いがついて速そうだからです。

条件制御の考え方を働かせて
実験方法は教師から提示するのではなく、子供たちが考えることができるようにします。また、より正確なデータをとるために、1往復の時間を測定するには、10往復の時間を複数回測定し、平均して1往復の時間を求めるようにするとよいでしょう。

解決方法の立案

条件は1つずつしか変えられないから、変える条件と変えない条件を決めて実験をしよう。

実験

振り子が一往復する時間(実験結果)

実験時の注意
振れ幅については、44°までならば1周期が1.4秒で1往復する時間は変化しませんが、それ以上ならば1周期が1.5秒になり、1往復する時間は変化することに注意します。振れ幅を変えても1往復する時間が変わらない理由を、振り子の速度に着目させて考えさせましょう。

考察〈一例〉

振れ幅を変えても、振り子の長さを変えたときに比べたら、変化しなかったので誤差と考えよう。

考察時の注意
振れ幅を変えた場合、10往復する時間が多少変化しますが、振り子の長さを変えた場合に比べれば、変化に値しないことを理解し、誤差の考え方を学びましょう。

結論
振り子が1往復する時間は、振れ幅を変えても変わらない。

量的・関係的な見方を働かせる指導のポイント

振り子の運動の規則性を追究すると、振り子の長さによって、振り子が1往復する時間が変わることがわかります。しかし、振り子の長さを2倍にしても、1往復する時間が2倍になるわけではありません。大切にしたいことは、どのくらい時間が変化するのかではなく、振り子の長さを大きくすると、1往復する時間も長くなるという定性的な変化を捉えることです。

また、振り子の長さの変化によって、1往復する時間が変化するということが、日常生活ではどのような場面で使用されているのかを調べ、本学習の成果を日常生活との関わりの中で捉え直すことで、理科を学習することの有用性を感じることができるようにしたいものです。


イラスト/高橋正輝、横井智美

『教育技術 小五小六』2020年3月号より

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