Transcript 使用スライド - 分子科学講座

平成26年度 「『想定読者』を意識した説明法・自己教育法」第10回授業（補習）
13. 演示実験を取り入れたプレゼン
大学院工学研究科 物理工学専攻
葛生 伸
平成26年12月13日 311L講義室
はじめに
サイエンスコミュニケーション
科学について、科学者ではない一般市民と対話すること
青少年向け，一般向け科学啓発活動として盛ん
多くの場合，演示実験や実験工作教室を含む
ex. 青少年のための科学の祭典
私の実践経験
大学で児童向けイベント（1997～1998頃）
スライム+演示実験を中心とした高分子物性の説明
リフレッシュ理科教室（応用物理学会1999）
初日：教員向け → 2日目児童向け
児童向けイベント等での活動（2000～2005）
児童向けの各種イベントで依頼される
保護者向け啓発活動（2005～）
大学公開講座 → PTA研修など（児童と一緒の場合も含む）
教員向け（2009～）
教員免許状更新講習，福井県教員研修
実演例
空気の膨張で風船を膨らませる
コルク栓飛ばし
空き缶つぶし
熱気球
再沸騰
ゴム弾性（ペンシルバルーン使用）
ペットボトルの不思議
4. 「小さな暴れん坊」と内部エネルギー
熱くなると元気になる!
空気の分子
＝小さな あばれんぼう
熱に関する実験
水を入れてコルク栓をした試験管
火であぶると？
身の回りのものは分子からできている
分子
＝ 小さなあばれんぼう
熱くなると元気になる!
なぜコルク栓が飛ぶの？
小さなあばれんぼうのパワー
水蒸気のエネルギー
熱
水の分子
空き缶つぶし
くうき
ぶんし
空気の分子
みず
ぶんし
水の分子
なか
すいじょうき みず
カンの中の水蒸気は水になり
カンの中はからになる
空き缶の周りにはたらく大気圧の大きさ
320 kgの重さ
空きカンの展開図
空きカンの表面積と表面にかかる力の計算
カンの高さ
７
カンの周りの長さ
展開図の重さ
（厚紙の重さ）
周りの部分
上下の円
厚紙の周りの部分の面積
重さから計算
上下の円の面積
半径から計算
空き缶カン全体の表面の面積
空きカンにかかる力
センチメートル（ｃｍ）
２
センチメートル（ｃｍ）
１
8.6
グラム（ｇ）
2.6
グラム（ｇ）
平方センチメートル（ｃ
ｍ２）
平方センチメートル （ ｃ
38.1
ｍ２）
平方センチメートル （ ｃ
38.5
ｍ２）
平方センチメートル （ ｃ
290
ｍ２）
キログラムの力（ｋｇ
290
ｆ）
252
ゴミぶくろをつかった熱気球
ゴミ袋 （45 L， 0.012 mm）
b@b
メンディングテーブ
ドライヤー
ゴミ袋がうすくないと飛ばないよ!
熱気球が浮かぶしくみ
中の分子が勢いよくなる
中の気体が膨張
中外の圧力が等しいので
中の余分な空気が出る
球体の中が軽くなる
浮力で浮く
まわりの小さなあばれんぼう
気球の中の小さなあばれんぽう
水圧を調べる
本を重ねると下の方ほど大きな力がかかる。
同じように水も下の方が大きな力がかかる
浮力のしくみ
浮力の測定
おもりの重さを測る
水をメスシリンダー
に入れて水の体積
と重さをはかる
水の体積と重さを測る
おもりをメスシリンダーの おもりをメスシリンダー
中に糸でつるして入れて の底に落として重りを
はかる
体積と重さをはかる
測定した値の例
Ａ おもりの重さ
10.1 グラム
Ｂ 水の重さ（40 mL）
39.9 グラム
Ｃ おもりと水の重さの和（Ａ＋Ｂ）
50.0 グラム
Ｄ おもりを底に置いた時の重さ
50.0 グラム
Ｅ おもりをつり下げたときの重さ
41.1 グラム
Ｆ ＥとＢの差 （Ｅ－Ｂ）
Ｇ 水の表面の変化（体積変化）
Ｈ Ｇの変化分の水の重さ
1.2 グラム
41.2 ミリリットル
1.3 グラム
＊ Ｈは密度の体積変化をかけることによって計算できます。
水の密度＝（39.9グラム）÷（40ミリリットル）＝1.0 グラム／ミリリットル
浮力の説明
７１．３ g
水の高さが増えた
分重くなる
７５．９ g
７５．９ g
水の高さが増えた
分の重さと浮力が同じ
空気の重さの測定
空気を入れる
重さをはかる
ペットボトルの容積
水を口まで入れる 重さをはかる
空気の密度
Ａ 空気の重さ
4.7 グラム
Ｂ 水の重さ
1065 グラム
Ｃ ペットボトルの中の体積
1065 グラム／ミリリットル
Ｄ 空気の密度（４気圧の時）
0.0044 グラム／ミリリットル
Ｅ 空気の密度（１気圧の時）
0.0011 グラム／ミリリットル
実際の値
0℃，1気圧の時の空気の密度
0.0012 グラム／ミリリットル
20℃，1気圧の時の空気の密度
0.0011 グラム／ミリリットル
お湯を入れた容器の空気を抜くと？
ペットボトルの知識
・ 最初の用途は？
1974年米国で炭酸飲料用，日本1977年醤油容器
・ 「ペット」とは？
ポリエチレンテレフタラート(PET)のこと
・ 何からできてる？
ポリエチレンテレフタレート
・ どうやってつくる？
後で説明
・ 口が白いペットボトルは？
後で説明
PETボトルをオーブントースターに入れると
糸を引く
→ 繊維
ポリエステル
白くなる
← 結晶化
ペットボトルのつくりかた
ふくらませる
熱い
冷ます
PETボトルに熱湯を入れると
細長風船をつかった実験1
クイズ
細長風船(ペンシルバルーン）を両手でもって急
にひっぱると？
持ち上げる
= 仕事
ゴムの中での小さなあばれんぼう
高分子のくさり
あみめのように
手をつないで暴れる子どもたち
プラスチックの鎖をゆらすと
JAEEE第８回全国大会
平成25年8月18日
於；島根大学
教員免許状更新講習「身近な熱とエネルギー」
～現職高等学校教員の目で見た意義と課題～
島田直子*
葛生 伸**
福井県立足羽高等学校*
玉川大学教育学部***
石井恭子***
福井大学大学院工学研究科**
1.はじめに
教員免許状更新講習「身近な熱とエネルギー」
現職高校教員がＴＡ（Teaching Assistant）として参加
講習の意義や課題を探る
改良
○ 講習が教員にとって学校現場にすぐに活かせるもの
○ 講習が教員としての質を高めるもの
本講習と指導要領との関係
中央教育審議会答申（2008）
学習指導要領解説理科編（2008）
エネルギー・生活関連
講習と方向性があっている
学習指導要領解説 理科編
小学校（2008年)，中学校（2008年），高等学校（2009年）
≪改善の基本方針≫
・ 「エネルギー」・・・・などの科学の基本的な見方や概念を柱として・・・・
・ 実社会、実生活との関連を重視する内容を充実する・・・
2.講習の概要
受講者別内訳
計
理
小学校
8
2
中学校
13
11
高等学校
7
3
合計
28
16
国
英
数
社
体
技
他
6
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
6
2.講習の概要
講義；3部構成容
ステンレスのマグカップ
Ⅰ． 熱と様々なエネルギー(9:00～11:00) [実験数；３２]
1. はじめに（講義の概要と試験の説明）
＊ペンシルバルーンを使った実験
2. 熱とは？エネルギーとは？
3. 温度と熱
4. 「小さなあばれんぼう」と内部エネルギー
＊空き缶つぶし
＊消せるボールペン
＊感熱紙
5. 様々なエネルギーと熱
＊ＩＨ調理器で電球をつけよう
2.講習の概要
講義；3部構成容
Ⅱ． 熱機関とエネルギーの利用(11:00～13:30) [実験数；１０]
6. 熱と熱機関
＊スターリングエンジンの実験
7. 低温から高温へ熱を移す
8. 電気とエネルギー
＊モーターの原理（磁石で実験）
＊モーターを電気的につないで回す実験
＊発電実験（水力発電、火力発電）
9. 私たちの生活とエネルギー
湯
ドライアイス
2.講習の概要
講義；3部構成容
Ⅲ． 地球と物質と熱力学(13:30～15:30) [実験数；７]
10. 地球も一つの熱機関
11. 身近な現象と熱力学
＊ドライアイスの液化実験
ビニールホース
＊ペットボトルの加熱実験
＊ガスの液化（液体窒素）
ドライアイス
バイス (万力) バイス (万力)
Ⅳ． 試験・アンケート（15:40～16:30)
3.試験による評価
試験問題
学校
種
問題１ 授業案作成 答案のまとめ
専門
教科
小
学
校
中
学
校
指導案
対象学年
指導案数
エネルギー
6年
２
家庭科「身の回りの環境」
5年
１
学級会活動「地球温暖化を考えて」
もののかさと温度
理科
１
4年
３
ものが燃える仕組み
１
電気のはたらき
１
電磁誘導
3年
２
仕事とエネルギー
3年
３
身の回りの物質
1年
１
状態変化
1年
２
熱の変化
総合「自分で作った火で綿菓子を作る」
１
1～3年
１
3.試験による評価
試験問題
学校種
中
学
校
高
等
学
校
問題１ 授業案作成 答案のまとめ
専門
教科
指導案
対象学年
指導案数
保体
熱エネルギーと地球温暖化
１
国語
エアコンの仕組み（解説文）
１
物理
熱エネルギーの導入
１
物理
ボーアの原理・断熱変化
理科
エネルギーの変換効率
数学
立体図形
地歴
火の使用と人類の変化と歴史
工業
電気はどのようにつくられているか
英語
Ｍｏｔｔａｉｎａｉ運動
3年
１
１
1年
１
定時制
１
１
1
１
3.試験による評価
試験問題
問題１ 授業案作成
解答例1：高校 地歴担当
概要
導入で火起こし実験
↓
「火」とはどのようなものか、
旧石器時代に戻って考えさせる
↓
時代を追ってエネルギーを考え
、現代のエネルギーを見直す
3.試験による評価
試験問題
問題１ 授業案作成
解答例2：小学校
概要
導入にペンシルバルーンの実験
↓
ゴムがどうなるのか考えさせる
↓
「小さなあばれんぼう」の概念を
説明し、モデル図を使用して考
えさせる
3.試験による評価
試験問題
問題2（1）：説明が不十分な点
（2）：改良するとよい点






数式を少なくしてほしい（3）
数式がもっとほしい（2）
ＬＥＤ（2）
交流と直流の変換（2）
分光カード実験（2）
温泉卵は色つき容器で（2）







ペルチェ素子（1）
熱平衡（1）
状態図（1）
半導体（1）
ヒートポンプの原理（1）
熱と電気の関係（1）
原子力発電（1）
3.試験による評価
試験問題
問題2（3）：期待していた事・それに対する相違点
 身近な実験がたくさんあり，生活と関連していて、
科以外の教科でも面白く学ぶことができた。（７）
理
 実験がたくさんあり，期待以上だった。（６）
 手元カメラが良かった。（１）
 内容が盛りだくさんなため、講義についていくのが大変だ
った。（３）
 「ありがとうございました」等の謝辞（11）
4.アンケート結果による評価
結果
受講を勧めたいか
難易度
参考になったこと
はい
２５
いいえ
１
難しい
１
やや難しい
８
ちょうど良い
１４
やや易しい
４
易しい
０
実験
２７
資料
１６
生活関連の知識
１４
楽しさ・面白さ
１３
説明の仕方
４
教科横断型の知識
２
5.考察
意義
 自分の授業に本講習を活かしていこうという
積極的な姿勢がみられた
 かみ砕いた表現を用いて丁寧に解説
身近な道具を使用した実験
ストーリー性をもった授業展開
理解が深まる
 生活関連重視・実験・ストーリー性のある授業を受講
面白い・楽しい
自身の授業の見直し
教員としての質の向上
5.考察
課題・提案
 内容が多すぎる
受講者の要望
説明不足（ＬＥＤ・半導体・平衡・相図）
専門以外の受講者は分かりにくい
PPTの工夫が必要
 数式は興味がある受講者にだけ配布
 受講者の要望をどれだけ受け入れるか、検討が必要
生活関連学習を意識した
熱・エネルギー分野の
教員免許状更新講習
福井大・院工 葛生 伸
福井県立足羽高等学校 島田 直子
玉川大学教育学部 石井 恭子
H25.11.16 平成25年度日本理科教育学会北陸支部大会 A06
51
教員免許状更新講習
題名： 身近な熱とエネルギー（6時間［含試験時間］）
H21 高校物理教員想定
H22～ 理科教員以外でも理解できるように
定員30名
年度 人数 内訳等
H21
H22
H23
3 高（理 [物理]），高（特 [数]），中（理）
9 小:中: 高 = 8:13:7，（中高の理，国，社，工）
28 小:中: 高 = 11:9:7，（中高の理，技，数，工，特）
H24
H25
28 小:中: 高 = 8:13:7，（中高の理，英，国，数，社，体，技）
20 理科教員中心，小:中: 高 = 7:6:6（その他1）
講習の概要
講義；3部構成容
Ⅰ． 熱と様々なエネルギー(9:00～11:00) [実験数；３２]
1. はじめに（講義の概要と試験の説明）
＊ペンシルバルーンを使った実験
2. 熱とは？エネルギーとは？
3. 温度と熱
4. 「小さなあばれんぼう」と内部エネルギー
＊空き缶つぶし
＊消せるボールペン
＊感熱紙
5. 様々なエネルギーと熱
＊ＩＨ調理器で電球をつけよう
講習の概要
講義；3部構成容
Ⅱ． 熱機関とエネルギーの利用(11:00～13:30) [実験数；１０]
6. 熱と熱機関
＊スターリングエンジンの実験
7. 低温から高温へ熱を移す
8. 電気とエネルギー
＊モーターの原理（磁石で実験）
＊モーターを電気的につないで回す実験
＊発電実験（水力発電、火力発電）
9. 私たちの生活とエネルギー
講習の概要
講義；3部構成容
Ⅲ． 地球と物質と熱力学(13:30～15:30) [実験数；７]
10. 地球も一つの熱機関
11. 身近な現象と熱力学
＊ドライアイスの液化実験
＊ペットボトルの加熱実験
ビニールホース
＊ガスの液化（液体窒素）
ドライアイス
バイス (万力) バイス (万力)
Ⅳ． 試験・アンケート（15:40～16:30)
豊富な図やイラストの使用
水
加
熱
冷
却
返繰
しり
試験問題
問題1
受講した内容に基づく授業案の提案
問題2
良かった点／改善点／自分ならばどうするかの提案
試験問題は最初に提示
・自分ならばどうするか考えながら受講していただく
・担当者が受講者から学ばせていただく
・講習の改善
→ 毎年の改善の経緯を示す
改善の経緯（その1）
1回目（H21）
「熱とエネルギー」 講義室
高校物理教員を想定して実施
← H12実施の福井県高校物理教員研修をベース
3名参加： 高校物理，高校数学，中学理科
中学校教員： 数式難しい
数学教員： 式の文字が頭に入らない
2回目（H22）
「熱とエネルギー」 理科教育実験室
多様な教員13名参加
← 全面改訂（現在の原型）/実験集用意
スライド配布資料に説明無し → 後の復習困難
改善の経緯（その2）
3回目（H23）
「熱とエネルギー」理科教育実験室
多様な教員28名参加
← 配布資料に詳細な説明文を追加
・説明文はわかりやすくてよい
・受講者によってわかりにくいところを追加説明
4回目（H24）
「身近な熱とエネルギー」理科教育実験室
多様な教員28名参加
← より親しみやすくするために改題
・資料，実験はマイナーチェンジ
・現職高校教員の補助を受ける
改善の経緯（その3）
5回目（H25）
「身近な熱とエネルギー」
理科を中心に20名（校種は小中高バランスよく）
← 「テキスト」「実験集」に加え「コラム集」追加
コラム集
・少し高度な内容。豆知識を加えた
・他教科とのつながりを理解するのに有効
・余談のネタなどに使用できる
次年度に向けての計画
1) 再度改題
「生活の中の熱とエネルギー」
２) 実験集・コラム集の充実
資料単独でも活用できるように整備
生活関連学習／教科横断型学習への橋渡し
3) 案内文でのアピール
HPからH25年度資料が得られることを案内に明記
⇒ 受講判断に役立たせる／資料の普及
4) 学生補助者の活用
進行表（指導案）の整備により，効果的に学生を活用
5) 講義室での開講
丸イスでの5時間の受講はきつい
講習の成果
講習を通じて得られたこと
・授業の自己評価方法と継続的な改善ノウハウ
本務の大学授業での評価方法への応用（変容の自由記述等）
・授業の運営方法，準備方法などのノウハウ
・理科教育法授業の参考（指導案など）
・簡単にできる実験の開発（毎年少しずつ増やす）
受講者，関係者など多くの方々からさまざまことを学ばせて頂いた
感謝するとともに，引き続き改善を続けていきたい