おもりのついたヒモを振り回すようなことがないかぎり、ケガをすることはないでしょう。

実験結果を出すためには、いくつか気をつけたいことがあります。

実験してみればすぐにわかりますが、ふりこが一往復するのにかかる時間（振り子の周期）は、

おもりの重さやふれはばには影響されず、ヒモの長さによってのみ変化します。

しかし時折、「おもりを変えたら周期が変わったよ～！」ということになりがちです。

道具の記事でも書きましたが、ふりこの長さは、支点からおもりの重心までの長さなのです。

「重心」とは字の通り、重さのまんなかのことです。

ですからおもりを上下につり下げると、おもりを加えただけではなく、ふりこの長さも変えてしまうことになります。

また、例えばおもりにフィルムケースにおはじきをいれて作ったおもりを使ったような場合、

おはじきを増やしていくと重さの中心が上がっていくので、ふりこの長さが短くなっていきます。

おもりを変えたつもりなのに、ヒモの長さが変わっていた、というのはありがちなので、注意しましょう。

実験が好きな子どもほど、集中して取り組む子ほどおちいってしまうことがあります。

それは、「計測の誤差」です。

「おもりの重さを変えれば、周期も変わるに違いない！」と気合いを入れて計測していたりすると、

ほんの少しの違いでさえもこだわりたくなります。

「ほら！0.1秒短くなったよ！」と。

彼らはとても意欲的なことが多いので、軽くあしらうようなことはしたくないのですが、言葉で説得するのも難しいのです。

人の手で計測しているのですから、当然、精密さには限界があります。

例えば同じふりこを10人で計測しても、0.01秒まで一致することはまずありません。

それは仕方のないことで、実験誤差のひとつなのです。

誤差はあるんだ、と思って計測すれば、やりようはいくつかあります。

毎回の計測データを、棒グラフにしてみるのもいいでしょう。

ヒモの長さを変えたときは顕著に棒がデコボコしますが、他の実験ではそれほど差がでないはずです。

全部の班の計測データを、黒板に用意した大きなグラフに集めてみるのもいいでしょう。

自分が得た数値のところに、大きなシールを貼り付けていくと、分布がわかります。

例えば10個の班で同じ実験をしたのならば、クラス全体では10回実験したのと同じことになるのですから、得られた値の分布をみれば傾向がつかめるはずです。

＜もっと考えたいなら・・・＞

・なぜふりこの長さ以外の条件を変えても周期は変わらないのか、を話し合ってみるのもいいかもしれません。

　ふれはばが大きいと移動する長さは長くなるのに時間は同じ・・・ということは・・・

　おもさが重くなってもかかる時間は同じ・・・

　ん？なんか聞いたことあります？重い物でも軽い物でも、落ちる速さは同じ、とか。

・ヒモの長さをどれくらい変えると、周期はどれくらい変わるのでしょうか？

　このきまりを見つけられるとおもしろいです。

　ヒモの長さを決めて、「これなら●秒で10往復するはずだ！」と考えてからやってみて、まさにその通りになったりすると、そりゃ嬉しいものです。

　ふりこは、3つ以上の要因を整理して、見通しを立てて実験するのにはなかなかやりやすいのですが、整理して考えるのはなかなか難しいものです。

　記録を書きやすいようにワークシートを作るなど、きめ細やかに支援していきたいものですね。

ふりこ時計やフーコーふりこなんかが有名ですが、案外、子どもたちにはなじみがないものです。

実験器具としてはシンプルで、こんな感じです。

スタンドに割り箸をとりつけて、そこにおもりをつるしたヒモをしばりつければ、ふりこになります。

簡単でしょ？

このおもりを揺らしたとき、一往復にかかる時間は何によって変化するでしょう。

どうしたら一往復にかかる時間が変わるのか・・・

すぐに考えられるのは、

　・おもりの重さ（数）を変える

　・ヒモの長さを変える

　・振れる大きさ（ふれはば）を変える

というものでしょう。

これら複数の条件について、整理しながら実験を計画し、調べていこう、というのがこの単元のテーマです。

まずは、ふりこを実験するにあたって使う道具や器具を紹介していきます。

ふりこは簡単に作れるだけに、少数で実験させたい、と私は思うのです。

4人でひとつじゃ、試行錯誤するには人数が多すぎる。2人で１つぐらいは操作させてあげたい。

それなのにスタンドは4人に１つしかない・・・なんて場合は、こんな簡易スタンドはいかがでしょうか？

牛乳やジュースの紙パックにおもしを詰め、上部をガムテープで止めたものです。

上部の三角の部分をガムテープで止めると、ちょうどいいことに割り箸が刺せるすきまができます。

すきまが大きくて割り箸が揺れてしまう場合は、さらにガムテープで補強すれば大丈夫です。

おもしは、こぼれにくいものなら何でもいいと思います。

私は、水槽の底砂が余っていたのでそれを使いました。

砂場のすなだと、細かすぎてもれてきてしまうかもしれません。

そして今年のイチオシ！

ふりこのおもりに、釣り具のおもりを用意しました。

これがすぐれものなのです。釣具屋さんで、７こ入りで500円程度で購入できました。

これまでは、実験室にあった実験用おもりを使っていたのですが、

これだと、下のような困ったことがおこります。

左はおもり１つ。

中はおもり２つ。

右もおもり２つ。

このおもり、上下にフックがついているもので、ついつい中のように上下につり下げたくなります。

しかしふりこではヒモの長さを支点からおもりの重心（重さのまん中）で比べる必要があるのです。

「おもりのおもさを変えても一往復にかかる時間は変わらない」という結果を期待しているのに、

この実験では同じおもり2こなのに中と右では違った振れ方をしてしまいます。

これではこどもたちは混乱してしまいます。

でも、子どもたちに上下につなげてはいけない理由を伝えるのはなかなかやっかいです。

そこで！今回用意した釣り具用のおもりの出番です。

このおもりは、片側にしかつり下げる金具がないので、これをみた子どもたちは自然におもりを増やしていけます。

また形がちょうどよく、複数さげたときにも無理なくつり下げられます。

おもりをヒモにつなぐ金具も、釣具店で購入しました。


これもなかなかすぐれものです。

安全ピンのようにはずすことができ、おもりが大きくゆれても飛んでいくことが少ないのです。

これをたこ糸に結ぶのですが、5年生、どうでしょうか？

案外、ヒモを結ぶというのは難しいようで、できない子も少なくありませんでした。

ということで、この金具をヒモに結びつける、というところは私が準備しています。

この実験、やってみるとわかるのですが、左右だけではなく前後にも揺れてしまうので、机や器具にぶつかりやすいんです。

スタンドにも割り箸を設置したのは、このこととヒモを結びやすいという理由からです。

ヒモは長さを変えやすいように、しばりつけてしまうのではなく、割り箸にはさんで巻き付けるのがよいと思います。

この程度でも、ふりこをゆらしたくらいではほどけてしまうことはありませんでした。

ふれはばをはかりたい段階になったら、分度器をとりつけるのもいいんですが、私はこんなものを用意しています。

スタンドにも紙パックにも使えます。

私は30°きざみで線を引いていますが、45°でも20°でもいいかと思います。

私は、ふりこがゆれていない状態を0°とするので、そこからの角度を記入しています。

真横まで持ち上げると、90°です。

振れた幅をふれはばと呼ぶのであれば、30°のところまでふれたなら、左右合わせて60°振れたことになります。

私は、スタートの位置をどこにするかで比べることが多いので、「90°で手を離した場合」と「30°で手を離した場合」のように比べることになります。

この紙、紙の端を90°にしていないのには訳があります。

これは1枚つくったらそれを画用紙に印刷機で印刷して大量生産するんですが、印刷機が紙の端は読み取ってくれないのです。

そこで紙の端から少し内側に一本線を引いて、そこから線を扇状に引きます。

このとき、90°の線であとで切ることを考えて、「90°」の文字は紙の内側に書くようにしましょう。

切ったらなくなります。

この紙を、90°の線で切断して、スタンドや紙パックに貼り付けます。

紙パックの場合、紙パックの中心と割り箸の位置がずれることが多いので、注意が必要です。

割り箸の真下に0°がくるようにしましょう。

それから「一往復するのにかかる時間」を計るので、ストップウォッチをグループが数だけ必要です。

これで、実験器具の準備はOKです。

　実験の前に予想を話し合っていると、大多数の人の意見と少数の人の意見に分かれることがあります。そんなとき、少数派の人にもぜひ自信をもって話をしてもらいたい、と私は思っています。友達の話を聞いてみたら、やっぱりそっちが正しいような気がする、と自分の考えが変わることは大切なことですが、自分が考えたことを「少数で勢いが足りないから」といった理由で取り下げることはさせたくありません。ぜひ臆することなく自分の考えを主張してもらいたいのです。なぜなら、科学は多数決ではないからです。「地動説」を例に、お話します。

　現在の日本では、宇宙飛行士が地球を飛び出して宇宙から地球から眺めたり、人工衛星や探査機が遠く地球を離れて直接太陽系を観察したりすることができました。ですから「地球が太陽の周りをまわっている」ことは誰しも疑いようのない事実としてとらえていることでしょう。これを「地動説」と言います。
　しかしこのことは、「あたりまえ」とはされていなかったのです。当時、ヨーロッパの人々は、地球を中心にして太陽も月もふくめたすべての天体がまわっていると考えていました。これを「天動説」といいます。地球から何気なくみれば太陽も月も動いているわけですからこの考え方が出てくるのは自然なことですし、当時は天動説が正しいとする研究も多くなされていました。その天動説に反対する地動説が多くの人に受け入れられるまでには、数名の科学者の深い葛藤や苦悩があったのです。

　最初に地動説を多くの人に発表したのは、コペルニクスという科学者でした。彼は火星などが不思議な動きをすることや、それまでの天文学でつくられたカレンダーが実際の１年に比べて10日もずれていることを解明するために研究し、『天体の回転について』という本にまとめました。しかし当時は「地動説は聖書の教えに反する」という考えが根強く、そのことで反発を受けることをおそれたコペルニクスはこの本の出版を30年近くためらい続けました。結局、彼の弟子のすすめなどを受けて、死の直前にようやく出版されたのです。1543年、今から約500年ほど前のことです。この本は後にローマ教皇庁によって、読むことを禁止されてしまいます。

　それからしばらく、地動説を主張する科学者は現れませんでした。イタリアのガリレオ・ガリレイが地動説の解説書、『天文対話』を執筆したのは1630年、今からの約400年ほど前のことです。ガリレオは、ふりこ時計を作ったり、「重い物でも軽い物でも同じように落ちる」ことなどを発見したことでも有名な科学者です。ガリレオは自分で望遠鏡を作って観測し、金星が満ち欠けして大きさも変わることや木星に衛星があること、太陽に黒点があることを証拠として地動説を主張しました。しかしそのことでローマ教皇庁に裁判にかけられ、地動説を唱えないことを約束させられ軟禁の刑に処されてしまいました。この裁判の後、ガリレオが「それでも地球は動いている」とつぶやいたという弟子の話は有名です。
　
　地動説は、ローマ教皇の影響を受けなかったドイツの科学者ケプラーや、その後のニュートンの万有引力や慣性の発見などにより、徐々に多くの人々に受け入れられるようになりました。ローマ教皇はその後も地動説を認めてきませんでしたが、1992年、ローマ教皇ヨハネ・パウロ2世がガリレオ裁判が誤りであったことを認め、ガリレオに謝罪しました。ガリレオが亡くなってから350年経過してのことです。

　このように、科学者は多くの人が信じていることでも、研究した結果を根拠に立ち向かうことができるのです。みんなが考えているから正しい、ということはないのです。世界中が常識のように考えていることでも、たった1人の人の考えが真実であることだってあるのです。

科学は、多数決ではないんです。

これを確かめるために、今度はビーカーに水を入れて実験してみましょう。

試験管ではサーモテープを使いました。今回は「サーモインク（示温インク）」を使って確かめます。

このインクは、室温では青いのですが、温度が高くなるとピンク色に変化します。

＜器具・材料＞

・アルコールランプセット

（アルコールランプ・マッチ・燃えかす入れ・ぬれぞうきん）

・三脚

・三角架（さんかくか）

・ビーカー（300ml）

・サーモインク

・攪拌棒（かきまぜ棒　私はわりばしを使っています）

＜実験方法＞

①ピーカーに水を入れ、サーモインクを加えて混ぜる

　　ラベルにある通りの分量でいいのですが、それほど正確でなくて大丈夫です。

　　今回は水300mlにキャップ半分程度入れました。

　　サーモインクのボトルは１つしかないでしょうから、この作業は先に先生がしておくとよいでしょう。

②三脚に三角架を取り付け、ビーカーを乗せる。

　このとき、ビーカーの端がはみ出るようにして、アルコールランプの炎が端の一点に当たるようにする。

　炎がビーカーの1点に直接当たらないと、変化がうまく見られません。

　このため、金網ではなく、三角架を用います。

　じつは三角架なしで、三脚だけでもいけるんですが、バランスをとるのが難しいのです。

　ビーカーを落とすと、下にアルコールランプもあり、危険ですので、くれぐれも注意させましょう。

③アルコールランプに火を点け、変化を観察する。

　写真ではわかりづらいのですが、ピンクのもやもやが上に上がっていく様子が観察できます。

　横からみると、こんな感じで上からピンクがたまっていきます。

　火がビーカーの端にないと、温まった水がのぼっていく様子が見えません。

　ギリギリのところを熱するようにさせましょう。

＜危険性＞

・ビーカーはガラス製品です。慎重に取り扱わせましょう。

・火を使います。やけどに注意させましょう。

・なんといっても、三脚をはみ出すようにバランスよく置くようにさせましょう。

　難しく思えますが、やってみると案外簡単です。

・それでももしものとき、とっさに逃げられるよう、実験は立って行わせます。

＜ポイント＞

　この実験で、なぜ試験管の上から温まったのかを明確にさせたいところです。

　ピンクの部分があたたまったところですから、それが上に動いていくのをみれば、

「温まった水が上に移動してたまっていく」ことがよくわかるかと思います。

　「対流」という言葉を知っているこにとっては、上にあがった水が降りてこないのが解せないかもしれません。

　しかしこれが実際です。

　対流は、上部でまた冷やされたり、冷たいものが入り込んでこないとおこりません。

では、液体である水を熱すると、熱はどのように伝わっていくのでしょうか？

まずは試験管をつかって実験します。

熱が伝わったかどうかは、「サーモテープ（示温テープ）」を使って確かめます。

サーモテープは、室温では黄色なのですが、熱くなると赤くなります。

このテープを、ガラス棒やわりばしに貼り付けて使います。

私は、理科室に適当な長さのガラス棒がなかったのでわりばしを使っているのですが、

しまうときにしっかり乾かさないとカビてしまうので、注意です。

＜器具・材料＞

・アルコールランプセット （アルコールランプ・マッチ・燃えかす入れ・ぬれぞうきん）

・試験管（できれば太いもの）

・サーモテープを貼った棒

＜実験方法＞

①試験管に、サーモテープと水を入れる。

　このとき、水が多すぎると手で隠れてしまうし、少なすぎると変化が見づらい。

　子どもでは調節が難しそうなら、ちょうどよさそうな高さに油性ペンで印をつけてあげるとよい。

　（油性ペンなら、ガラスに書いてもスポンジでこすればすぐ落ちます）

②試験管の先を、アルコールランプで熱する

③水を捨て、片付ける

＜危険性＞

・試験管はガラス製品。割らないように注意させる。

・火を扱うので、やけどに注意させる。実験は立って行わせましょう。

・試験管を熱するときは、写真のように傾ける。まっすぐ立てていると、熱い。

・あまり長い時間やると水が熱くなりすぎる。サーモテープの色が全部変わったら終わらせましょう。

＜ポイント＞

試験管は、通常のものよりも太いほうがよいです。

左、通常の試験管（φ15mm×15cm）

右、太い試験管（φ25mm×20cm）　ちなみに、「φ」とは直径のことです。

普通の試験管でやると、棒の上部から変化せず、途中も同時に変化してきてしまったりします。

「水は上から温まる」という結果を明確にするために、太い試験管を使いましょう。

試験管をスタンドで固定する方法もありますが、試験管を締め付けすぎると割れますし、ゆるいと落としてしまいます。その調整が難しいので、私は手に持たせています。

湯でやけどすることが心配されるかもしれませんが、サーモテープは60～70℃で変色しますので、長い時間加熱しすぎなければ大丈夫です。

予想では、金属と同じように熱したところから順番に、つまり下から順に変化すると考える子がいます。

でも結果は、最初に一番下が変化した後、上から変化していきます。

「予想と結果が違う！」という驚きを味わわせたいところです。

どうしてこうなるのか？という話し合いが、ここでは一番もりあがります。

「お風呂を沸かす」経験のある子は、この結果は生活と結びつくかもしれません。

でも最近のお風呂は、ボタンをピッと押すとその温度の湯が出てくるんで、熱い水が上にたまる経験、以外とないんですよね。

この実験だけで「温かくなった水は上に上がっていく」ことをイメージできる子がいたらすばらしいのですが、次のビーカーの水を温める実験で明確になるので、「水の下を熱したら上から順に温まった」という事実だけをおさえておけば、「？」が残っていてかまいません。むしろ無理に納得させずに、不思議を残しておきたいと私は思います。

指導要領が改訂されて理科の内容や時数が増え、教科書も厚くなりました。

初めて理科の指導に臨んでいる先生はもちろん、いままでやってきた先生のなかにも戸惑っているかたはいるのではないでしょうか？

このブログは、そんな先生のために書いています。

教科書や指導書に載っている実験も、実際やろうとしても道具の準備がわからなかったり、どうしてもうまくできないことがあったりするものです。

教科書に載っている実験でも、その通りにやってもできないものや結果に曖昧さがでるものがあります。

そんなときの支えになれたら嬉しいです。

私は理科専科になってまだ4年目ですが、一通りの実験は経験しています。

それをもとに書いていますので、間違っている記述、よくわからない文章などもあるかもしれません。

どうか遠慮無く、お知らせください。

また、このブログでは実験のやりかたに特化しようと思っています。

理科の指導法や授業の進め方については、様々な方法、方策、学派、考え方があることと思います。

それらはそれなりに本も出ていますし、各団体の流派があるようですので、そちらにお任せします。

理科が好きになるかどうかは、先生が実験させてくれるかどうかにかかっている、といっても過言ではありません。

「理科離れ」「理科嫌い」という言葉を撲滅したい。

日本の小学生みんなが、理科大好きっ子になる、それが私の願いです。

先生、一緒にがんばりましょう！！

こどもたちも、ものをあたためる経験はいくつかもっているので、それらを思い出すことで、実験と生活をつなげたいところです。

よく聞かれるのは、料理の場面やおふろをわかしたとき、キャンプの経験などでしょうか。

それらの様々な「もの」を、「個体」・「液体」・「気体」にわけて実験します。

まずここでは「固体」についてあつかいます。

「あたたまりかた」を調べたいので、加熱して燃えてしまっては困ります。

そこで材料としては金属をあつかいます。

＜実験テーマ＞

金属をあたためたら、熱はどのように伝わるのだろう

＜器具・材料＞

どんな形状の金属を使うかは、好みが分かれるところです。

金属の棒を使う人も、平面の板を使う人もいます。

理論的には、棒でやった後に平面で、としたほうが段階を踏めてよいと考えられるのですが、

実際にやってみると、金属棒だと結果に曖昧さが強く、かえって混乱を招くので、私は平面の板だけを扱っています。

・アルコールランプセット

　（アルコールランプ・マッチ・燃えかす入れ・ぬれぞうきん）

・金属板（正方形・変形）　安価で扱いやすいので、アルミ板を使用しています。

　　私は10cm×10cmの正方形を使っていますが、もう少し大きくてもいいかもしれません。

　　変形は、同じ板をニッパーで切り抜いたものです。切るとき、手を傷つけないように注意してください。

・ろうそく（使いかけでOK。6年「ものの燃え方」の残りとか。）

・スタンド

＜実験方法＞

①金属板にロウを塗る

金属板の端は、こすると指を切るので注意させましょう。

②スタンドに板をとりつける

③板の角をアルコールランプで熱する

ロウは、けっこう速くとけていきます。

見逃さないように！

④熱した板を冷ます

　実験直後は金属板がかなり熱くなっているので、触らないように注意させましょう。

　教師が回って回収するか、すぐに2度目をやらせるならば冷やします。

　スタンドの腕ごとはずして、水を流してしまうのも手です。

【さらに追究するなら・・・】

こんな形の金属板でやってみたら、どうなると思いますか？

「熱したところに近いところからあたたまる」ならば、切れ目も飛び越えて溶けていくはずですよね。

＜危険性＞

・火の扱い

・ロウを塗るときに、金属板の端で手を切る

・実験直後の金属板にさわってしまう

＜ポイント＞

この活動では、予想の段階が一番盛り上がります。

結果と同じように、熱する点から順番に広がっていくと考える子でも、矢印を使ったり、虹のように書いたりします。

同じことを考えていても、表し方が違う、ということに気がつけます。

また熱がだんだん広がっていくのではなく、1点を熱しても板全体が同時に熱くなっていく、と考える子もいます。

板の外側が先に温まり、だんだん内側に進出してくる、と考える子もいます。

同じテーマについて考えているのに、自分では考えつかないいろんなアイデアにであえる、というのがクラスみんなで考えることのおもしろさのひとつです。

みんなで考えることの楽しさを、たっぷり味わわせてあげたいところです。

結果については、曖昧さやぶれは少ない実験です。

スタンドのクリップ付近になると、それまでとロウの溶け方が少し変わります。

その理由を気にして話し合いのテーマにしてもよいかもしれません。