小学６年理科「私たちの生活と電気」(大日本図書)【後半】～エネルギー変換の視点をもつと日常生活の見方が変わる～

この記事は、小学６年理科「私たちの生活と電気」(大日本図書)【前半】～エネルギー変換の視点をもつと日常生活の見方が変わる～の続きである。

はじめに

1人1台端末やゲーム機など、バッテリーに電気をためて使う電気製品が増えた。ディスプレイのあるものだけではなく、充電式のイヤホンや携帯用電気カイロなど、電気をためて音や熱に変換するものもある。今の児童たちは、日常生活の中で自然にエネルギー変換に触れている。これまでのエネルギー領域の単元と日常生活をつなげ、理科や科学技術の有用性を感じてほしい。

本単元で身に付けたい資質・能力

発電や蓄電、電気の変換について、電気の量や働きに着目して、それらを多面的に調べる活動を通して、次の事項を身に付けることができるよう指導する。

• 次のことを理解するとともに、観察、実験などに関する技能を身に付けること。
  • 電気は、つくりだしたり蓄えたりすることができること。(電気をつくりだす道具として、手回し発電機、光電池などを扱うものとする。)電気は、光、音、熱、運動などに変換することができること。
  • 身の回りには、電気の性質や働きを利用した道具があること。
• 電気の性質や働きについて追究する中で、電気の量と働きとの関係、発電や蓄電、電気の変換について、より妥当な考えをつくりだし、表現すること

単元の評価基準

知識・技能

• 電気は、つくりだしたり蓄えたりすることができることを理解している。
• 電気は、光、音、熱、運動などに変換することができることを理解している。
• 身の回りには、電気の性質や働きを利用した道具があることを理解している。
• 観察、実験などに関する技能を身に付けている。

思考・判断・表現

• 電気の性質や働きについて追究する中で、電気の量と働きとの関係、発電や蓄電、電気の変換について、より妥当な考えをつくりだし、表現している。

主体的に学習に取り組む態度

• 電気の性質や働きについての事物・現象に進んで関わり、粘り強く、他者と関わりながら問題解決しようとしている。また学んだことを学習や生活に生かそうとしている。

本単元の難しさ

エネルギー変換の概念を習得すること

エネルギー概念は、幼児期からその概念の獲得がはじまっている。3年生の「風とゴムの力のはたらき」では、ゴムの弾性エネルギーや風のエネルギーが車の運動エネルギーに変換されている。しかしエネルギー変換の概念を教える学習過程になっていないので、ここで初めて児童はエネルギー変換の概念に触れることになる。

電気をため、光や熱、音や運動に変換する活動をしっかり行いたい。変換の過程を図示しながら理解することで、エネルギーが移動していることを実感的に理解させたい。

プログラミングを扱うこと

小学校理科のプログラミングは、中学校の技術につながる内容である。ここでは教科書（大日本図書）を参考に、SONYのMESHを使った授業の展開を載せている。電気の節約や便利な生活のためのプログラミングを考えさせることで、実用的な視点で考え、手先を動かしてものづくりに取り組む。考えた仕組みを実際につくり、成功させることは意外と難しい。壮大な計画を立てて失敗するのではなく、実際にある物を活用して成功したという経験をサポートしていきたい。

単元の展開【全4～10時】

第4時 風力発電機を作ってみよう。

• プロペラを付けた発電用モーターと発光ダイオードをつなぎ、風でプロペラを回して発光ダイオードを光らせる。
• うちわや扇風機の風で発光ダイオードを光らせて気付いたことを話し合う。
• 風をエネルギーとして使うメリットやデメリットについて考え、意見を交流する。
• 風力発電の仕組みや現状について、動画や電力会社のホームページなどを見て学ぶ。

※風力発電の風車を見たことがない場合、NHK for Schoolの動画を見せて風車の大きさや生み出す電力について説明する。

※3年「風とゴムの力のはたらき」を想起させ、風の力のはたらきを利用していることに気付かせる。

※電力会社のホームページは発電について分かりやすくまとめられているものが多い。地域でよく利用されている電力会社のホームページに分かりやすいものがあれば、リンクを児童に送って調べさせることで、風力発電のしくみや自分たちが使っている電気について知ることができる。

【東京電力】

https://www.tepco.co.jp/rp/business/wind_power

【NHK for School　風力発電関連動画】

・中学理科「風力発電のしくみ」

https://www.nhk.or.jp/school/keyword/?kw=%E9%A2%A8%E5%8A%9B%E7%99%BA%E9%9B%BB&cat=all&from=1

・小6理科「発展する風力発電」

https://www.nhk.or.jp/school/keyword/?kw=%E9%A2%A8%E5%8A%9B%E7%99%BA%E9%9B%BB&cat=all&from=1

・小4社会　「風力発電」

https://www.nhk.or.jp/school/keyword/?kw=%E9%A2%A8%E5%8A%9B%E7%99%BA%E9%9B%BB&cat=all&from=1

※児童や学習に合わせて動画を見せることで、発電への理解を深めることができる。

第5・6時 豆電球と発光ダイオードが使う電気の量はどれだけ違うのだろうか。

• 手回し発電機で豆電球と発光ダイオードを光らせた経験から、それぞれが使う電気の量の違いについて疑問をもち、問題を設定する。
• そろえる条件と変える条件を確認しながら、実験方法を考える。
• 実験を行い、結果を記録する。
• 結果を共有し、考察する。
• 発光ダイオード（LED）の普及についてメリットとデメリットを考える。

第7時 プログラミングで電気を有効に利用しよう-スマートドールハウスを作ろう-

教科書にZEH（ゼッチ）が紹介されているが、テレビなどでは「スマートハウス」という言葉のほうが聞きなじみがある。本記事ではZEHを意識した家のミニチュアを作るという意図で、「スマートドールハウスを作ろう」という活動を紹介している。

※大日本図書の教科書にはSONYのMESHを使ったプログラミングの例が記載されている。本記事もMESHを使った活動例を示す。

【SONY MESH】

https://meshprj.com/jp

• 「明るさセンサー」と「人感センサー」について知り、身の回りのどこで使われているのかを話し合い、そのメリットを考える。

【予想される児童の気付き】 〈明るさセンサーが使われている場所〉 ・暗くなったら自動で明かりがつく照明 ・車のライトの自動点灯機能 ・タブレット端末のディスプレイの自動明るさ調整機能   〈人感センサーが使われている場所〉 ・自動ドア ・人の動きを感知して明かりがつく照明 ・人が来たら動くエスカレーター ・トイレのふたの自動開閉機能   〈センサーのメリット〉 ・電気の無駄がない。 ・スイッチを押さなくていいから楽。 ・ドアや照明のスイッチ、トイレのふたに触らないので衛生的。

• 児童から出た意見をもとに、センサーを使ったプログラミングの例を示す。

※発光ダイオード、スイッチ（GPIO）、乾電池を使った回路をつくる。明るさセンサーを手で暗くしたり明るくしたりすると発光ダイオードに明かりがついたり消えたりする様子を観察させ、やってみたいという気持ちを高める。

• 班ごとに明るさセンサーや人感センサーで制御できる回路を製作する。
• スマートドールハウスを製作する計画を立てる。

自分たちでプログラミングして、電気を効率的に利用するスマートドールハウスを作ろうと投げかけ、班ごとにかんたんな設計図を考える。キャラクターのおもちゃや部屋に加工する菓子箱など、家から持ってこれそうな材料を考え、次の授業までに持ってくる人を分担しておく。

※みんなで楽しむことができるように、学校や自治体の人気キャラクター、みんなに人気のアニメキャラクターのミニチュア人形を教師の方でも提示する。

※制御するものは、発光ダイオードやブザー、モーターなど、授業で使ったものだとよい。スイッチ（GIIO）の数が足りない場合、センサーが反応したら端末から音が出るなど、端末を使ってもよいことにする。

第8・9時 スマートドールハウスを作ろう

• 班ごとにスマートドールハウスを製作する。

※部屋作りにこだわるあまり、プログラミングの仕掛けがおろそかになってしまうことがないよう、どこが「スマート」な工夫なのか班ごとに問いかけて助言を行う。

• 明るさセンサーや人感センサーを組み込み、意図した動作ができるようにする。

※ものづくりをした経験の少なさから、計画したことが実現できないことがある。作業中は班ごとに進捗状況を確認し、アドバイスをする。

• 班ごとにドールハウスを名付け、2分程度の紹介動画（ルームツアー動画）を撮影する。
• ルームツアー動画鑑賞会をする。
• プログラミングを生かしたアイデア例をみて、仕組みの理解はもちろん、それを生かそうとする発想が大切であることを知る。

※MESHのホームページには、日常でMESHを使うアイデア例がたくさん掲載されている。

https://recipe.meshprj.com/jp

第10時 私たちの生活と電気についてまとめよう

• 教科書の問題に取り組んだり、学んだことを自由にノートにまとめたりする時間をとる。

【参考】

• 国立教育政策研究所, ”「指導と評価の一体化」のための学習評価に関する指導資料【小学校　理科】”, 東洋館出版社, 令和2年

https://www.nier.go.jp/kaihatsu/pdf/hyouka/r020326_pri_rika.pdf

• 新版楽しい理科6年　大日本図書, 令和6年

執筆者プロフィール

Cana

元小学校教諭。学年主任・研修主任などを経験後、退職。現在も非常勤講師として小学校で授業をしながら教育系Webライターとして活動中。学生時代は理科教育を専門に勉強し、大学院で小学校教諭専修免許を取得。理科では、本物にかかわることや、心を動かす授業にこだわっている。