STEM教育を目指す理科-その考えと実験事例

• 読者対象:小学校教員
• 出版年月:2023年4月17日
• ページ数:168

山岡武邦 1974年、愛媛県越智郡 (現、今治市)に生まれる。
愛媛大学理学部物理学科卒業。筑波大学大学院修士課程教育研究科教 科教育専攻修了。兵庫教育大学大学院連合学校教育学研究科(博士課程) 自然系教育連合講座修了。博士 (兵庫教育大学大学院、学校教育 学)。 公立高等学校教諭を経て、2019年より現職。東海学園大学教育学部教育学科准教授。
本書のPERT2とPERT3は、つぎの梅本と大隈の共同執筆である。

梅本仁夫 1948年、 和歌山県日高郡に生まれる。
大阪府立和泉工業高校、機械科卒。
オーツタイヤ株式会社のち、住友ゴム工業株式会社の技術部門でもっばら機械装置の設計に専心的に従事。同社を定年退職。
2017年以降、OES研究所岸和田工房を開設、実験機材の研究開発と頒布普及活動などに取り組む。

大隅紀和1940年、京都市下京区に生まれる。
上記梅本の母校の電気科教諭などから、京都市青少年科学センター、国立教育研究所、鳴門教育大学ののち、京都教育大学で定年退職。 京都教育大学名誉教授、タイ国アユタヤ地域総合大学ARU名誉博士ユネスコアジア太平洋地域事務所 (UNESCO SEAMEO) に開設 されたSTEM教育センターのシニアエキスパートなど。OES 研究所代表。
日本科学教育学会から国際貢献賞受賞 (2010
年)、現在、名誉会員。

目　次
PART 1　これからの理科教育とSTEM教育のために―STEM教育に対応する理科教育の実践に向けた「電気の基礎実験」―
はじめに　　002
CHAPTER 1　STEM教育とは何か 004
1-1　K- 12フレームワークにみられる実践手法　　004
1-2　全米科学教師協会が提案する問いの活用手法　　008
CHAPTER 2　STEM教育の実践に向けた「電気の基礎実験」―永久ゴマに焦点化した実践事例― 009
2-1　自然の理解に通じる知的好奇心を促進させるために　　009
2-2　研究方法　　013
2-2-1　実施時期と調査対象　　013
2-2-2　永久ゴマの製作方法　　014
2-2-3　ひとことアンケートの作成　　015
2-2-4　テキストマイニングによるひとことアンケートの分析方法　017
2-3　結果と考察　　017
2-3-1　テキストマイニングによるアンケート分析　　017
2-3-2　共起ネットワークの結果　　021
2-4　まとめ　　022
CHAPTER 3　STEM教育との整合性がある「電気の基礎実験」 024
3-1　なぜSTEM教育と「電気の基礎実験」は整合性があるのか　　024
3-2　新たな疑問をどのように活用していくのか　　027
3-2-1　Think-Pair-Shareワークシート　　028
3-2-2　パワフルプラクティスモデル　　029
CHAPTER 4　重点的な題材選定と教育プラン 031
4-1　永久ゴマの原理について　　031
4-2　OES研究所との出会い　　032
CHAPTER 5　電気への感謝度合いを検証するための柔軟な実践計画と実施 035
5-1　自作の手振り発電パイプを作ろう　　035
5-2　‌巻線作業体験の有無がもたらす電気への感謝度合いを検証するための授業デザイン　　036
5-3　‌巻線作業体験の有無がもたらす電気への感謝度合いを検証するためのワークシート　　037
5-4　巻線作業体験の授業実践の様子　　040
5-5　巻線作業体験がもたらす電気への感謝度合い　　044
CHAPTER 6　フィリピンでのSTEM教材の紹介 047
6-1　フィリピンのSTEM教育事情　　047
6-2　フィリピンでのSTEM教育実践　　048
CHAPTER 7　学習指導案の作成意義について 052
7-1　理科授業をデザインする際の観点　　052
7-2　学習指導案を作成する際のチェック項目　　054
7-3　学習指導案の実際　　057
7-4　学習指導案（略案）の作成　　061
PART 2　STEM教育に対応する―手作り機材で楽しむ実験　面倒な実験を楽しくする―「手振り発電パイプ」と「巻線機ジョイ」
はじめに　　068
CHAPTER 1　ダイナミックな「手振り発電器」を作りたい―鮮やかな電磁誘導の実験にも使いたい！― 072
1-1　発端は、愛用してきたモデル　　072
1-2　インターネット技術は、電磁誘導を土台にしている　　073
1-3　STEM教育は「未来のイノベータを育てる」こと　　074
1-4　‌手づくり「手振り発電パイプ」が活躍する―身近にある各種のLED、その点灯実験に使える―　　076
CHAPTER 2　「手振り発電パイプ」で電磁誘導の原点に到達する―これぞ、電磁誘導の実験の決め手！― 078
2-1　検流計（ガルバノメータ、Galvanometer）　　078
2-2　準備、使う機材は、手振り発電パイプのほか数点　　079
2-3　実験の方法　　079
2-4　‌テスト問題で好まれる「レンツの法則」、アンペールの「右ネジの法則」　　081
2-5　手振り発電パイプは、200年前の法則に行き着く　　082
2-6　レンツの法則の記憶のノウ・ハウ　　083
2-7　パイプに入れる磁石の磁力線　　083
CHAPTER 3　ICカードの原理―そのモデル実験へ―手づくり「巻線機ジョイ」を作る― 086
3-1　市販されているボビンが使えるシャフトを作れ！　　086
3-2　これで自由にコイル巻きできる　　088
3-3　小型のトランスを用意する　　088
3-4　LEDのクリスマス・デコレーションも点灯する　　089
3-5　LEDは交流でも点灯するか？　　090
3-6　手軽に使う小型トランスの6V/8V/10V/12V電源　　091
CHAPTER 4　ICカードのモデル実験から無接点給電への関連 092
CHAPTER 5　手振り発電パイプに到達するまで 094
5-1　大きなモノをつくる―課題は強力磁石の入手　　094
5-2　さらなる難関は、エナメル線のコイル巻き作業　　095
5-3　「巻線機を探せ！」、つぎは「ボビンを探せ！」　　096
5-4　ハンドルが重い、使い物にならない―既製品の鉄製の巻線機　　097
CHAPTER 6　ハミングでコイル巻きする「巻線機ジョイ」―その制作のノウ・ハウ― 099
6-1　「巻線機ジョイ」の特色　　099
6-2　巻線機のハンドル回しもハミングで　　100
6-3　制作と実験へのステップ　　102
CHAPTER 7　磁石の磁界の記録保存のしかた 104
7-1　準備　　104
7-2　上から鉄粉をていねいに散布する　　106
7-3　厚紙に木工ボンドをひろげ、薄くのばす　　107
CHAPTER 8　これさえあれば！　乾電池と豆電球の大型模型 109
8-1　乾電池模型の作り方　　111
8-2　工夫の勧め　　112
8-3　豆電球模型の作り方　　112
8-4　さらなる工夫の勧め　　114
8-5　特に推奨したい演示実験　　114
CHAPTER 9　スマホ充電を考えるコンデンサの充電と放電 116
9-1　コンデンサの静電容量の単位にファラデーの名がある　　116
9-2　準備と実験　　117
PART 3　手作り機材の制作をサポートする―基本パーツの見直しと準備　楽しくなる基礎レベルの電気実験―その機材準備のノウ・ハウ
はじめに　　120
CHAPTER 1　手元に置きたい乾電池ユニット 121
1-1　進んだ取り組み　　122
1-2　工夫の勧め　　122
CHAPTER 2　2個は持ちたいハンドダイナモ―商品名「ゼネコン」 123
CHAPTER 3　LED豆電球の普及で使うソケット4個ユニット 126
3-1　工夫と参考にしてほしいこと　　127
3-2　さらに進んだ取り組み　　128
CHAPTER 4　LEDの省エネを実感する―車の方向指示の小型電球 129
4-1　12V球の実験ユニットの作り方　　130
CHAPTER 5　LED素子を直視する12VのLED電球 131
5-1　LED素子を直接に目にすること　　131
5-2　白熱電球の発光方式を考える　　132
CHAPTER 6　確保していたいエナメル線とコイル用ボビン 134
6-1　たっぷりの材料を用意したい　　134
6-2　ボビンの入手　　134
6-3　‌思いついたとき、それが「グッド・タイミング」―実験準備と予備実験のために　　135
CHAPTER 7　2種類のボビン用―巻線機ジョイのシャフト 136
CHAPTER 8　電動ドリルを使う―電動式「巻線機ジョイ」 138

関連事項・参考図書 140
巻線機ジョイを使ったワークショップ　　140
D．ボダニス著、吉田三知世訳「電気革命」（新潮文庫、2016年）　　141
関連資料・情報 143
OES研究所・岸和田工房、頒布機材リスト
1　手振り発電パイプ（完成品）　　144
2　4豆電球ユニット台（3V、LED4個付き）　　144
3　巻線機（OES-U型）　　145
4　巻線機（OES-U型）用2タイプ軸受け板　　145
5　巻線アタッチメント軸［（OES-U型）用］　　146
6　手振り発電パイプ（キットタイプ）　　146
7　エナメル線ボビン（P-2G）約0.3㎏巻　　147
8　エナメル線ボビン（P-5G）1㎏巻　　147
9　小ボビン（P-2G）　　147
10　大ボビン（P-5G）　　148
11　電磁誘導実験セット　　148
12　クランプ（F型）　　149
13　クランプ（C型）　　149
14　手回し発電機（巻線機含まないパーツ）　　150
15　手回し発電機（巻線機含む）　　150
16　シンプルモーター（完成品、クリアーケース入り）　　150
17　シンプルモーター（キット品、クリアーケース付き）　　151
18　乾電池と豆電球の大型模型（キット頒布）　　151
19　12V LED―12V 白熱電球ユニット　　152
20　変色点滅LEDランタン　　152
21　両端クリップ付きリード線　　152