亀さんが電気を運ぶ？生徒の発想から生まれたユニークな電流・電圧・抵抗のモデル集
サイエンストレーナーの桑子研です。毎日が実験。
電気は目に見えない――だからこそ生まれた、生徒たちのユニークな発想
電流、電圧、抵抗。これらはすべて目に見えません。だからこそ理科の授業では、水路や坂道などの「見えるもの」に置き換えてイメージする「モデル化」がよく行われます。しかし面白いことに、電気の世界には「これさえ覚えれば完璧」という万能モデルが存在しません。
単元ごとに「ここではこのモデルが説明しやすい」と使い分けられているのが実情です。今回は、そんな電流・抵抗・電圧のモデルについて考える授業を行い、生徒たちの自由な発想からたくさんの面白いアイデアが飛び出しましたので、ご紹介したいと思います。
電流・抵抗・電圧のモデルを考える授業を行いました。電気関係のモデルは全体を貫くような、これが良いという決まったものがなく、単元ごとにこのモデルが説明しやすいと紹介されることが多いところです。生徒の想像力をもとに、色々なアイデアが出てきました。ここで出てきた面白いものを紹介しようと思います。
水路とスポンジモデル――抵抗の変化を「詰まり具合」で表現
こちらは水路とスポンジを使ったモデルです。抵抗がスポンジで、スポンジの大きさが変化することで、抵抗が変化していき、水流が変化していくという説明ですね。うまく説明ができている部分もありそうです。
水路を流れる水を電流、水路の断面積の狭さを抵抗と考えるこのモデルは、実は電気抵抗の公式ともよく対応しています。導線の抵抗は、断面積が小さいほど大きくなるという性質があるのですが、スポンジで水路を詰まらせるほど水が流れにくくなるイメージは、まさにこの関係を直感的に表しているのです。生徒が思いついたアイデアが、教科書の数式の意味と自然につながっているというのは、なんとも嬉しい発見ですね。
亀さんモデル――エネルギーを運ぶキャラクターという発想
こちらは亀さんモデルです。亀がエネルギーVを運んでいて、抵抗の部分でそれを離すのだそうです。後で書き直していましたが、甲羅を亀が離しているというものに改良されていました。なんとも可愛いイラストですね。
このモデルの面白いところは、電子や電流そのものではなく、「エネルギーを運ぶ主体」としてキャラクターを登場させている点です。実際の電気回路でも、電子自体が移動する速さはとてもゆっくりですが、電子が持っているエネルギーは回路全体にほぼ瞬時に伝わっていきます。亀がのんびり歩いていそうなのに、エネルギーはしっかり届けているというイメージは、案外この「電子の動く速さ」と「エネルギーが伝わる速さ」の違いを直感的に捉えているのかもしれません。
ビー玉釘モデル――パチンコから見えてくる立体的な発想
こちらはビー玉釘モデルです。パチンコ玉みたいで面白いですね。釘の数が増えると抵抗が増えるというモデルです。立体的な水路モデルにも通じる面白いモデルです。
釘の数が多いほど玉が通りにくくなるというこのイメージは、実は金属の中を電子が移動する様子とも似ています。金属の中では、電子は原子とぶつかりながら進んでいて、このぶつかる頻度が高いほど電流が流れにくくなります。これが抵抗の正体の一つです。ビー玉が釘にぶつかりながらジグザグに落ちていく様子は、電子が原子とぶつかりながら進む姿を、思いがけずリアルに再現していると言えそうです。
足踏みモデル――教科書にも登場する定番の考え方
私はこちらの足踏みモデルが好きです。抵抗が踏んでいる量、水が電流、電圧が水圧です。電気回路の本にも載っているようなモデルですね。
このモデルは、水圧を電圧、水の流れを電流、そして足で踏んで水を止める力を抵抗として表す、いわば「水流モデル」の応用版です。ポンプで水を押し上げる力が電圧に対応し、蛇口をひねる（または足で塞ぐ）ことが抵抗の調整に対応するというイメージは、多くの教科書や参考書でも定番として紹介されています。生徒たちが自分の力でこの定番モデルにたどり着いたというのは、それだけ本質を捉えた発想ができていた証拠と言えるでしょう。
モデルは「万能」ではないからこそ面白い
どの説明にどのモデルが良いのか。モデルで全てが説明できるのか。こうした問いについても、生徒たちと一緒に考えさせてみるのも良いかもしれません。実は科学の世界では、一つの現象に対して複数のモデルが使い分けられるということは珍しくありません。例えば光も「粒」として考えるモデルと「波」として考えるモデルがあり、状況によって使い分けられています。電気のモデルも同じで、「万能な正解」がないからこそ、それぞれのモデルの得意なところと苦手なところを比べて考えることが、科学的な思考力を育てる良いトレーニングになるのです。生徒たちのユニークな発想は、まさにその第一歩だったのではないでしょうか。
お問い合わせ・ご依頼について
科学の不思議やおもしろさをもっと身近に！自宅でできる楽しい科学実験や、そのコツをわかりやすくまとめています。いろいろ検索してみてください！
・科学のネタ帳の内容が本になりました。詳しくはこちら
・運営者の桑子研についてはこちら
・各種ご依頼（執筆・講演・実験教室・TV監修・出演など）はこちら
・記事の更新情報はXで配信中！
科学のネタチャンネルでは実験動画を配信中！
NEW 分解問題集 理科
- ７月２１日発売！『高校入試 分解問題集 理科』（学研）…難しい問題も小さな問題に分解することで、問題を解くことができます。そんな分解の技術が身につくように深く関わりを持って作りました。
７・８月のイチオシ実験！
夏でプシュッと爽やか実験！
テレビ番組監修・イベント等のお知らせ
- ７月３０日（水）科学監修「TIF presents ONE SONG FES」（フジテレビ） 26:15~27:15
- 12月26日（土） ナリカサイエンスアカデミー（教員向け実験講習会）開催
書籍のお知らせ
- 『大人のための高校物理復習帳』（講談社）…一般向けに日常の物理について公式を元に紐解きました。特設サイトでは実験を多数紹介しています。※増刷がかかり６刷となりました（2026/02/01）
- 『きめる!共通テスト 物理基礎 改訂版』（学研）… 高校物理の参考書です。イラストを多くしてイメージが持てるように描きました。授業についていけない、物理が苦手、そんな生徒におすすめです。特設サイトはこちら。
各種SNS（更新情報をお届け！）
【日本語】X(Twitter)／instagram／Facebook 【英語】BlueSky／Threads
Explore
- 楽しい実験…お子さんと一緒に夢中になれるイチオシの科学実験を多数紹介しています。また、高校物理の理解を深めるための動画教材も用意しました。
- 理科の教材… 理科教師をバックアップ！授業の質を高め、準備を効率化するための選りすぐりの教材を紹介しています。
- Youtube…科学実験等の動画を配信しています。
- 科学ラジオ …科学トピックをほぼ毎日配信中！AI技術を駆使して作成した「耳で楽しむ科学」をお届けします。
- 講演 …全国各地で実験講習会・サイエンスショー等を行っています。
- About …「科学のネタ帳」のコンセプトや、運営者である桑子研のプロフィール・想いをまとめています。
- お問い合わせ …実験教室のご依頼、執筆・講演の相談、科学監修等はこちらのフォームからお寄せください。
