お弁当箱の中身はなんだろな!?お弁当ブラックボックス

ケン博士
サイエンストレーナーの桑子研です。 

「主体的・協働的で深い学び」が新課程の学習指導要領では重視されています。ただ、授業中に、

どんな動機づけを私達教員が作るのか、それが大切です。そんな中で私達がつかっているのが「お弁当ブラックボックス」です。

お弁当箱の中身はなんだろな?今回はお弁当箱をつかったブラックボックスの実践例について紹介します。

お弁当型ブラックボックス

同僚のI先生から相談を受けたことがきっかけで出来上がったお弁当ブラックボックス。ブラックボックスと言っても黒い箱という意味ではなく、中の構造がわからない箱という意味です。この実験はお弁当の箱の中に回路が組まれており、そとにA〜Fの6つの端子が出ています。お弁当の蓋をあけずに、この中身を推測するという実験です。

I先生がいろいろ試して作っていたのですが、答えが絞れないブラックボックスができてしまって困ったとの相談を当時受けました。たまたま開発されたこのブラックボックス、答えが絞れないからの良さがありました。そこで本校の場合は中学2年生で、この実験を実施しています。

お弁当箱の中には電池、豆電球、導線が配線されています。これらはそれぞれお弁当箱の周りにつけられた、6つの端子につながっています。

中にはこのようなものが配線されています。

端子2つに、上の部品の両端が接続されています。例えばこのように配線されています。一例です。

そして生徒には次のようなものを渡しておきます。

これを使って、それぞれの端子を2つ選んで接続していきます。

この装置をいろいろつけてみると、豆電球が光ったり、光らなかったり、いろいろな変化を見せます。例えばFとBにつけて普通に光った場合は、そこは導線で配線されていたと考えることができます。また光らなかった場合は、つながっていないか、または中に電池があり、その電池の電圧とぶつかっていた(+極と+極になっていた)と考えられます。

いろいろなパターンがありえます。

様々な選択肢があるなかで、このように表をまとめていくと、中の様子を想像することができます。

豆電球の明るさがわかりにくいということで、今は電流計に変えました。生徒が実際に実験をしている様子と、

実験結果です(mA)。

これらの結果をもとに、中身を考えていきます。

すると次のような3つのパターンの回路を考える班が多く出てきます。

 

実際にあけてみると、これが答えです。

左下のパターンが正解といことになります。

今回つくったブラックボックスの面白いところは、条件を満たすように回路図を書いても、実際に開けてみると少し異なった答えになっていることがよくあるということです。実は結果から考えられる回路は上のどの3つでも正解です。蓋を開ける前の真実は3通りのパターンが考えられます。

このことを生徒に伝えると

「なるほど〜」とか「そなん〜」とかいろいろな声が聞こえてきます。

これはたまたま作ったらそうなっていました。それが面白かった。蓋を開けて中が見れるものばかりではないと生徒には伝えています。例えば患者さんの検査をするときに、すぐに体の中を開けて中を確認することはできません。いろいろな機器をつかって中身を推測していくわけですよね。それが正しいかどうかはわからないですし、結果としていろいろなことが考えられ、それらが全て正解かもしれません。あけるまでは。

いま存在している理科の法則など様々な他者からの実験に耐え抜いてきた、非常に信頼度の高いものですが、反例がもし出れば新たな法則で上書きをされていきます。そのようなことを生徒にはこの体験を通して伝えています。

電気回路を学ぶという以上のものがある教材です。

答えが一つではないものに挑戦する機会を実験の中で与えていくことは、今後の理科教育にとっても良いのではないかと思いました。実際にやってみると、結果として違っていた回路を想像した児童が多くいましたが、とても楽しそうに体験をしていました。かんたんに作れるしバリエーションも自由なので、もしよかったら作ってみてください(^^)

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桑子 研(くわこけん)
 1981年群馬県生まれ。サイエンストレーナーとして全国で実験教室やICT活用講演会を開いている。著書は『大人のための高校物理復習帳』(講談社)、『きめる!物理基礎』(学研)など10冊。