Taka先生のカリキュラム案
物理学 単元３
電流と磁界、熱見出しは電流と磁界、熱ですが、このカリキュラムは図１のように構成されています。
図１ 単元３電流と磁界、熱量の章だて
第１章
電流と電圧→ 第２章
電力量と熱量→ 第３章
電流と磁界１ 回 路
２ 電流と電圧
３ オームの法則
４ 抵 抗
合計 ８時間１ 電力量（ジュール）
２ 熱量（カロリー）（６時間）１ 電 流
２ 磁 界
３ 右手の法則
４ 左手の法則
５ モーター作り
６ 電磁誘導（９時間）
これは中学生２年（あるいは１、３年）を対象にした結果です。高大生なら電磁気学、熱学として研究できますが、物理学入門前の中学生には、この順序が最適であろうと判断したからです。ただし、電力量や熱量について学習する必要がない場合は第２章『電力量と熱』を削除して下さい。私はむしろ削除することをお薦めします。
電流と熱の関係： 2002年度まではありましたが、ついに文部科学省によって削除されました。私も大賛成です。理由は、電力量と熱量の関係、ジュールをカロリーの単位関係は中学校理科としての位置づけが難しいだけでなく、内容そのものが深く独立しているからです。高校で学習する場合でも、日常で使う熱量カロリーが国際単位系（ＳＩ）によって電流アンペアに単位変換されることに感動させることができなければ、大学入試のためと批判されても仕方ないでしょう。ただし、日常生活でよく使う熱量カロリーについては、理科ではなく家庭科で学習することが適切だと思います。単純なかけ算と足し算だけで答えを出すことができるし、心身の成長が盛んな中学生にとって具体的に自分が必要なカロリーを計算することは興味あることだからです。
さて、中学生に必要なのは電流に対するいろいろな先入観をなくすこと、電流に親しむことです。そのために毎日実験させるように心掛けました。第１章『電流と電圧』の最後ではオーム法則を追試します。結果は平凡な比例のグラフしか得られませんが、８時間毎回実験をくりかえしてきた生徒達はそのシンプルな公式に感動している自分を見つけることができると思います。
また、ここで育てたいのは直接目で見えないものをイメージによって具体的に捉える力です。第３章『電流と磁界』の導入では誘導コイルやクルックス管によって電流（電子の流れ）を観察さますが、電流計、電圧計、温度計などの計器を繰り返し扱っているうちに、人間の五官では感じ取れない程度の電子や熱をイメージの力で測定できるようになります。磁力だってイメージできるようになるでしょう。火傷によって熱を測定することは卒業しなければなりません。
第３章は視覚化。分かりやすいという視点から高校物理の１年生の導入に最適であろう。また、系統性も他の分野に比べて群を抜いている。
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＋＋＋＋＋授業の展開例
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２３時間完了
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オームの法則を目指します
回路→ 電流 → 電圧→ 抵抗→ オームの法則
第１時 回 路（２年）2003年
自分で組んだ回路の豆電球が光れば、誰だって嬉しいものです。そんなシンプルな感動を味わうのが目的です。電流が苦手とか得意などという先入観を捨て、あっ、光った！ 学習の原動力を得ましょう。そして、２種類の豆電球の明るさの違いを不思議に感じるならば、今日の授業の目的は１００％達成された言えます。
＜ねらい＞ 直列回路と並列回路を正しく組み、豆電球を光らせる。
＜準 備＞ 豆電球（1.5W,2.5W）、豆電球ソケット、乾電池（1.5V）、乾電池ボックス、リード線
＜注意点＞
・ 純粋な喜びを大切にする
・ 豆電球の明るさの原因については、深入りしない
・ 電気用図記号の確認（電源・スイッチ・電球・導線・交わった導線）
・ 次時は、電流計の使い方に専念する
＜他の年度の実践例＞
直列回路と並列回路２年（2003年）
実験２ 回路を組もう２年（2003年）
第２時 基本操作１電流計２年（2003年）
電流計の目盛りの読み方は十分に練習する必要があります。それほど難しいものではありませんが、甘く見てはいけません。３つのマイナス端子の違いやそれらの選び方を丁寧に説明するだけなく、正しく端子を選ばないと電流計が壊れる理由まで教えて下さい。できれば、理科室で簡単な回路を組ませて学習することをお勧めします。電流計の基本操作をしっかり学習しておけば、電圧計の使い方は簡単に理解できるはずです。
＜ねらい＞ 直流電流計の使い方をマスターする
＜準 備＞ 直流電流計、豆電球、豆電球ソケット、乾電池、乾電池ボックス、リード線
＜注意点＞
・ 電流の単位（アンペア）についても詳しく紹介する
＜他の年度の実践例＞
基本操作 電流計２年（2000年）
第３時 回路に流れる電流２年（2003年）
乾電池の数を変えないようにして、いろいろな回路を組ませます。そして、回路に流れる電流の大きさを測定させます。生徒にはひたすら測定させ、先生はひたすら誉めて下さい。正しい電流計の使い方、目盛りの読み方が分かれば十分です。それができれば、ごく自然に回路に流れる電流の大きさの規則性に気づくはずです。
＜ねらい＞ いろいろな回路を組み、回路のいろいろな部分に流れる電流の大きさをひたすら測定する。ただし、正しく測定しないと無意味です。
＜準 備＞ 前時と同じ
＜注意点＞
・ 乾電池より電源装置の方が電圧が安定するけれど、少々誤差がでても乾電池の方が電流に対して親近感が湧きます。
・ 以下の２点を守ることで、回路に流れる電流の大きさの規則性が発見しやすくなります。
・ 乾電池の数は２個（３ボルト）に限定する
・ しかし、豆電球の数や種類、回路の組み方は自由にする
第４時 基本操作２電圧計２年（2003年）
第２時基本操作１電流計で確実に電流計の使い方をマスターしているなら、電圧計の使い方の説明は簡単に終了するので、第３時と同じように回路を組ませることも可能です。しかし、焦りは禁物なので、ごく単純な乾電池の電圧測定をお勧めします。実践例は、基本操作電圧計２年（2000年）を御覧下さい。実際の回路を組むことは、次時にゆっくり行って下さい。
＜ねらい＞ 電圧計の使い方をマスターする
＜準 備＞ 直流電圧計、乾電池（たくさん）、その他は前時と同じ
＜注意点＞
・ 電圧の単位（ボルト）は、日常生活でよく使います
・ 電流と電圧のどちらを先に教えるか？ これは大きな問題ですが、どちらも説明し難いことです。教室で１時間説明しても、生徒は電流を嫌いになるだけです。Mr.Takaの実践のように慣れること、親しみを感じるようにすることを優先し、電圧と電流の概念を毎回の実験で少しずつ感じ取るように指導して下さい。
＜他の年度の実践例＞
基本操作 電圧計２年（2000年）
第５時 実験４回路にかかる電圧２年（2003年）
第３時と同じように、ひたすら回路にかかる電圧を測定します。今回は、回路にかかる電圧の規則性が発見できると思います。電流の大きさは豆電球の数や回路の組み方で変化しますが、電圧の大きさは変わらないからです。測定誤差もほどんどありません。
＜ねらい＞ 直列回路と並列回路にかかる電圧の大きさを測定し、その規則性を発見する。
＜準 備＞ 前時と同じ（ただし、乾電池の数は各班２個）
＜注意点＞
・ 基本の回路ができたら、どんどんオリジナル回路を組ませ、電圧を測定させてください。
＜他の年度の実践例＞
実験２ 直列回路と並列回路の電圧２年（2000年）
第６時 実験５電流と電圧２年（2003年）
これまで電流計と電圧計を個別に扱ってきましたが、本時は同時に組みます。電源はこれまでと同じように乾電池２個（３Ｖ）で固定し、豆電球もこれまでと同じように２個使い、直列つなぎと並列つなぎにします。そして、２種類のつなぎ方による電流と電圧の変化の違いをまとめさせることを目的とします。Mr.Takaの実践実験５ 電流と電圧２年（2003年）では、欲張っていろいろな回路を組んでしまいましたが、前述のように基本回路２つに絞る方が良いと思います。
＜ねらい＞ 回路のまとめです。豆電球２個の直列回路、および、並列回路にかかる電圧と電流を測定し、それらの共通点と相違点をまとめることで、電圧と電流の概念について理解を深める。
＜準 備＞ 前時と同じ
＜注意点＞
・ まとめ作業に時間をかける必要があります
第７時 実験４電圧と電流の関係（オームの法則）２年（2000年）
電流と電圧が比例することを実験で確かめます。とても簡単な実験なので、２種類の抵抗を使って調べて下さい。授業の後半は、授業実践電流と電圧の関係２年（2003年）を参考にしてオームの法則をまとめると良いと思います。
＜ねらい＞ オームの法則を実験で確かめ、電圧・電流・抵抗の関係を正しく理解する。
＜準 備＞ 抵抗器（２種類）、その他は前時と同じ
＜注意点＞
・ 生徒の理解度が低い場合でも、授業の最後にはオームの法則をまとめて下さい。そして、次時も同様の実験を行い、少しずつ理解を深めることが大切です。教師による執拗な説明と焦りは、理科嫌いを増やすだけです。＜他の年度の実践例＞
電流と電圧の関係２年（2003年）
実験６ オームの法則２年（2003年）
第８時 実験５抵抗を求める２年（2000年）
この実践例のように具体的な抵抗を求めるか、あるいは、オームの法則を使った練習問題の時間にするとよいでしょう。いずれにしても電流、電圧、抵抗の関係を正しく把握し、オームの法則を使った計算をマスターすることを目的としています。
＜ねらい＞ 実験を通してオームの法則をマスターする。とくに、電流と電圧の値から抵抗を求める方法は完全に習得させたい。
＜準 備＞ 身近にある抵抗器、その他は前時と同じ
・
＜他の年度の実践例＞
実験5-2 抵抗を求める２２年（2000年）
実験７ 抵 抗２年（2003年）
発展学習 実験８合成抵抗２年（2003年）
本時はとくに必要はありません。このように結論すると、これまでの８時間全てが理科ではなく、技術科の学習範囲ではないかと思うのですが、、、。まだまだ私自身、研究の余地が十分にあります。とにかく、今日で回路からオームの法則に関する学習は終了し、次時から熱量に入ります。そして最後に、磁界（電磁気）について調べ、一連の学習を閉じます。
＜ねらい＞ 発展的な学習として、回路全体の抵抗（合成抵抗）を求めるための計算方法を紹介する。これは入試対策としての要素が多分にある。＜注意点＞
・ これまでの学習で理解度が低いところを補うための時間です。あるいは、テスト対策のための時間です。
＜準 備＞ とくになし
第１節 電力量（ジュール）２時間
第９時 電流による発熱２年（2003年）
第10時 実験１６の続き２年（2003年）
実験によって電力（電流×電圧）と熱量が比例していることを確かめるには２時間必要です。教室なら１時間で練習問題まで終了しますが、Mr.Takaは実験にこだわりました。なお、この実験をするなら、１ｃａｌ＝4.2Ｊまで持ち込まなければ意味がありません。
＜ねらい＞ 電流を上げると電圧も上がり、熱も上がることを確かめる。ここでは、カロリーに触れる必要はありませんが、もっと適切な教材を研究する必要があると思います。
＜準 備＞ 水を使った熱量測定器セット、温度計、電源装置、電圧計、電流計、リード線
＜他の年度の実践例＞
実験６電流による発熱２年（2000年）
実験6-2電流による発熱２年（2000年）
第１１時 水を熱する１年（1999年）
ここで人間が本能レベルで感じる火を使った水の加熱実験をします。ガスバーナーによって水を熱するだけです。この単位は、カロリー。１カロリーとは、水１ｇを１度Ｃ上げるために必要な熱量です。単純です。これを電流による発熱に換算すると、４．２ジュールになりますが、今日から３時間は電流を忘れ、日常生活に密着した熱量カロリーについて学習しましょう。
＜ねらい＞ 実験を通して、日常生活に密着したカロリーの定義を直接的に理解する。
＜準 備＞ ガスバーナー、三脚、金網、ビーカー、温度計、水
・
第１２時 熱の移動１年（1999年）
温度が違う２つの水を混ぜた時の温度を、実験と計算によって求めます。簡単な実験ですが、２つの水の温度をそれぞれ独立して測定させ、それをグラフ化すると大変美しい結果が得られるので生徒の科学的な関心が高まります。水の量や温度を変えたり、３つ以上の水を混ぜても面白いでしょう。また、熱は温度の高い物体から低い物体へと移動することも教えます。
＜準 備＞ 三角フラスコ、ビーカー、70度Ｃの湯、冷たい水道水
＜他の年度の実践例＞
熱と温度の復習１年（1999年）
第１３時 比熱の違い１年（1999年）
理科準備室に比熱測定用体があるなら、それだけの実験にした方がよい。欲張りな私は、水以外の液体の比熱を測定させようとして生徒に油を持参させて失敗した。
＜ねらい＞ いろいろな物質の比熱を実験によって求める。
＜準 備＞ 比熱測定用体、ガスバーナー、三脚、金網、ビーカー
第１４時 発熱(calとＷ)について２年（2003年）
１ｃａｌ＝4.2Ｊ＝4.2Ｗｓ、あるいは、0.24ｃａｌ＝１Ｊ＝１Ｗｓ
国際単位系（ＳＩ）によって統一した単位によって感動を味合わせたいところですが、、、率直な意見は、このページの冒頭で述べた通り熱量と電力量の全面削除です。
＜準 備＞ 教室で行うので特にありません。
＜他の年度の実践例＞
電力と電力量（cal）２年（2000年）
第１節 電流（電子の流れ）２時間
第１５時 クルックス管２年（2003年）
今日はMr.Takaによる演示実験です。高電圧を発生する誘導コイルを使って、電子を飛ばしまくります。電気はマイナスの粒であることが分かれば十分です。注意！かなりの量のエックス線が漏えいしている可能性があります（写真左：空中放電）
＜ねらい＞ 空気中、クルックス管や放電管の中を飛ぶ電気の粒（電子）を観察し、電子に対して親しみと興味を持つ。
＜準 備＞ 暗幕、誘導コイル、直流電源装置、リード線（７０ｃｍぐらいのもの２本）、クルックス管（いくつかの種類）、放電管、アルニコ磁石
第１６時 電子と静電気２年（2000年）
生徒から静電気は何か？と質問されたとき、「２種類の物質を擦りあわせた時に、マイナスの電子が移動したものだよ。」と説明すれば一応満足してくれます。しかし、移動したマイナスの電子はどうやって戻るの？、電子が移動したら物質は壊れてしまわないの？、などとさらに質問されると、中学生では説明できない部分に突入するので上手に切り上げるようにして下さい。それも教師の仕事です。電流と磁界の分野において中学生で追求すべきことが始まったばかりです。
＜ねらい＞ はく検電器や静電気発生装置などを使って静電気の正体が電子であることを理解する。
＜準 備＞ はく検電器、エボナイト棒、ガラス棒、毛皮、静電気発生装置、ビニール紐を引き裂いたもの、下敷き
＜他年度の実践＞
電気の力１年（1999年）
実験１ 静電気２年（2003年）
第１７時 磁石のまわりの磁界２年（2003年）
棒磁石のまわりに鉄粉をまくだけで、これまで見えなかった磁力線が現れます。一瞬のうちに美しい幾何学模様が出現することで生徒は大喜びします。そして、２つの極の間に働く引力と斥力を観察、スケッチしたり、３つ極に働く力や磁力線を予測、スケッチすることは知的好奇心を十分に満足させるでしょう。参考資料：磁力線を立体的に観察する
＜ねらい＞ 磁界の方向はＮ極からＳ極であること、２極間に働く引力と斥力を理解すること
＜準 備＞ 棒磁石、紙、鉄粉＜他年度の実践＞
実験７ 磁 界２年（2000年）
第１８時 コイルのまわり磁界２年（2003年）
生徒１人ひとりが電磁石をつくります。電流を流してから鉄粉をまくと、前時と同じように美しい磁力線が現れます。ただし、コイルや電流の方向と磁界の向きの関係まで調べる必要があります。また、応用発展実験の幅が広い授業ですが、行う場合は基本を確実に抑えてから、次時に１時間使う方が良いと思います。
＜ねらい＞ コイルのまわりの磁界について実験し理解する
＜準 備＞ 鉄くぎ、エナメル線、乾電池、方位磁針、鉄粉、紙
＜他年度の実践＞
実験８ コイルの磁界２年（2000年）
コイルの磁界２２年（2000年）
第１９時 右手の法則１２年（2003年）
左手の法則（右ねじの法則）の使い方は２つあります。欲張らずにゆっくりと指導して下さい。本時はそのうちの１つ、親指を磁界、その他の指を電流の方向にした法則です。実習を行わない場合は、練習問題を中心にした実践的な知識の定着をはかって下さい。
＜ねらい＞ コイルのまき方やおき方、電流の方向が変わっても、３次元空間における電流と磁界の関係を正しく指摘することができる。
＜準 備＞ エナメル線、セロハンテープ
第２０時 直線を流れる電流２年（2000年）
実験そのものは簡単ですが、もう１つの「右手の法則」をきちんと理解させることが大切です。また、入試にも出題されやすいところなので、方位磁針の扱い方についても説明し慣れさせることも必要です。
＜ねらい＞ 直線を流れる電流のまわりには同心円状の磁界が発生すること、また、電流と磁界の向きに法則があることを理解させる。
＜準 備＞ 市販の磁界観察装置、電源装置、方位磁針、鉄粉
＜他年度の実践＞
実験１２右手の法則２２年（2003年）
第２１時 左手の法則２年（2003年）
市販されている電気ブランコの実験装置、あるいは、アルミ箔を使った実験を行いながら、楽しくフレミングの左手の法則を学習して下さい。
＜ねらい＞ 電流、磁界、力の方向を立体的に把握する。
＜準 備＞ アルミ箔、電源装置、鉄製スタンド（２）、自在挟み（２）、リード線（２）、アルニコＵ字磁石（１）、電気ブランコ
＜他年度の実践＞
実験10磁界から電流が受ける力２年（2000年）
第２２時 モーターを作ろう２年（2003年）
自分のモーターが回ることが先決です。モーターが回れば、磁界や電流の強さや方向に着目できるようなり、自然に左手の法則を確認できます。ちなみに、私は電圧1.5Ｖで10秒間以上回り続けるモーターを５分で作れます。
＜ねらい＞ 左手の法則を利用してモーターをつくり、そのしくみや回転する方向を考える。
＜準 備＞ エナメル線（直径0.5mm）、乾電池、かまぼこの板（段ボールの切れ端）、クリップ、針金（ビニールがいていないもの、塗装されていないもの）、磁石（どんな形でも良い）、セロハンテープ＜他年度の実践＞
モーターを作ろう２年（2000年）
ゆとりの時間：モーターを作ろう２
モーターをじっくり作らせて下さい。なぜか年度末のアンケートの時には忘れてしまっている生徒が多いのですが、作っている時の集中力と完成した時の喜びには目を見張るものがあります。生徒全員に完成する喜びを味合わせて下さい。早くできた生徒にはオリジナルなモーター作りに挑戦させて下さい。
＜他年度の実践＞
モーターを作ろう２２年（2003年）
モーターのしくみ２年（2000年）
第２３時 電磁誘導２年（2003年）
コイルのまわりの磁界が変化し、コイルに電流が流れることを電磁誘導といいます。本時は、電流と磁界と力の関係が可逆的に成り立つことを実験によって検証しますが、深入りは禁物です。
＜準 備＞ コイル、検流計（マイクロ電流計）、棒磁石、リード線、ゼネコン、
＜他年度の実践＞
実験11 誘導電流２年（2000年）
第２４時 直流と交流２年（2000年）
日常の知識として簡単に触れる程度で十分です。技術家庭科にお任せする方が適切だろうと判断します。
＜ねらい＞ コイルのまわりの磁界が変化し、コイルに電流が流れることを電磁誘導という。
＜準 備＞ コイル、検流計（マイクロ電流計）、棒磁石、リード線、ゼネコン