BricQモーション プライム

陸上ヨット

陸上ヨットを向かい風の中を進ませることができるでしょうか?目に見えない力によって物体の運動が変化する現象と、これらの力が離れた位置から働きかける仕組みを調べます。

30~45分
基礎
小学校高学年・中高校
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準備

  • 付属の生徒用資料をよく読んでおきます。授業ではプロジェクターを使って生徒用資料を表示すとよいでしょう。
  • ニュートンの3つの運動の法則を前のレッスンですべて学習しておいてください。
  • それぞれの生徒の能力や学習進度を考慮してください。全員がレッスンを楽しめるよう、必要に応じて個別化します。下の個別化セクションを参考にしてください。
  • 床の上に扇風機を置き、ヨットが動けるよう、前方に3m以上スペースをあけておきます。テープを使って扇風機の前に (扇風機と垂直に) スタートラインを引きます。

関心を引きつける

(クラス全員、5分)

  • ここで生徒用ビデオを見るか、付属の生徒用資料から再生してください。
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  • 陸上ヨットを動かす力について簡単にディスカッションをしてください。
  • 次のような質問をしてください:
    • ヨットと凧のビデオでは、どのような力が働いていましたか?*(押す力と引く力)*
    • ヨットを動かしたのは何の力でしょうか?*(風の押す力です。)*
  • ヨットが動かないのはどのような状況ですか?*(風がヨットに向かって真っすぐに吹いている状況では、ヨットは風に向かって真っすぐに進むことはできません。)*
  • これから陸上ヨットを組み立て、風の力がヨットの運動を変化させる仕組みを調べることを説明します。

探究する

(少人数グループ、30分)

  • ペアで陸上ヨットのモデルを組み立ててもらいます。ブロックを探す役と組み立てる役を、ステップごとに交代しながらモデルを完成させるよう指示してください。
  • 組み立てに役立つ情報は下のヒントを参照してください。
  • 生徒用資料の3つの実験を見るよう指示し、生徒用ワークシートを配布します。

実験 1:追い風

  • 陸上ヨットを扇風機に背中が向くようにしてスタートラインに並べるよう指示します。
  • 扇風機の電源を入れ、ヨットが風下の方向 (扇風機と真逆の方向) に進みはじめたら、その動きを観察するよう説明します。陸上ヨットの動きを最も効率的にするには、小さな歯車を回して帆の向きを調整します。赤いブッシュを動かすと帆の形を変えることもできます。
  • ヨットをできる限り遠くまで進ませることができる帆の角度と形を見つけることができるか挑戦してもらいます。
  • 最適な角度と形を生徒用ワークシートに記録させます。

実験 2:横風

  • 陸上ヨットを扇風機に対して垂直 (90°の角度) にしてスタートラインに並べるよう指示します。
  • 扇風機の電源を入れ、陸上ヨットが扇風機の横に動くかどうか観察させます。*(陸上ヨットの動きを最も効率的にするには、帆の角度を調整し直す必要があるでしょう。)*
  • 帆の最適な角度を見つけられるか挑戦し、結果をワークシートに記録するよう指示します。

実験 3:向かい風

  • 陸上ヨットをスタートラインから徐々に扇風機に向けていき、帆をどの角度にすると風が吹いてくる「風上」方向に向かって進むことができるかを見つけてもらいます。セットの中に入っている分度器を使い、陸上ヨットが風上に向かって進むことができる時のスタートラインからの角度を測定します。適切に調整すればヨットを風上方向に進ませることができますが、扇風機に向かって真っすぐ進ませることはできません。

説明する

(クラス全員、5分)

  • 生徒を集めて実験結果を発表させ、ディスカッションを行います。
  • 次のような質問をしてください:
    • それぞれの実験の最適角度は何度でしたか?
    • どのような限界がありましたか?*(特定の方向に強い風が吹くとヨットが倒れてしまうことがあります。ヨットでは帆の面積を小さくする「リーフ」という機能を使い、強風による転覆を防止するのはこうした理由からです。)*
    • 陸上ヨットが風上に (扇風機に向かって) 45°以上の角度で進むことができないのはなぜですか? (ヨットに働く複数の力ベクトルによって風下方向に押されるからです。)

さらに実践する

  • 時間に余裕があれば、実験で働いている力 (力ベクトル) について詳しく解説してください。
  • 生徒がモデルを解体してブロックをトレーに仕分けし、作業スペースを片付ける時間を設けてください。

評価する

(レッスン全体を通して)

  • それぞれの生徒に取り組みを評価して伝えます。
  • 自己評価を行います。
  • 評価の際は、下のルーブリックを参考にすると良いでしょう。  

この学習におけるルーブリックの例

  • それぞれの生徒が、物体の運動が様々な力によって変化する仕組みをどの程度上手く説明できるかを評価します。
  • 状況に合った評価基準を作成しましょう。例:
    1. 追加の支援を必要とする
    2. 支援を受けずに作業できる
    3. 他の生徒に教えることができる

自己評価

  • それぞれの生徒に、自分の成果に最もよくあてはまるブロックを選ばせます。
    • 緑:助けを借りて、目に見えない力によって物体の運動がどのように変化するかを説明することができる。
    • 青:目に見えない力によって物体の運動がどのように変化するかを説明することができる。
    • 紫:目に見えない力によって物体の運動がどのように変化するかを詳しく説明することができる。

仲間のフィードバック

  • 以下の指示に従って生徒同士で評価し合うよう促してください:
    • 上のブロックの評価基準を使ってお互いの成果を評価する
    • お互いのアイデアを取り上げて建設的なフィードバックを提供する
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ヒント

組み立てのヒント

  • モデルが完成したグループからテストするよう促してください。全員がモデルを試すことができるよう、帆の調整を行う際には必ず交代で順番に作業させるようにしてください。
  • すべての実験で扇風機の風量を同じレベルにします。どの風量でも構いません。
  • 扇風機が大きすぎるか風が強すぎる場合は、スタートラインからさらに離してみてください。または、スタートラインと扇風機の間に家具などを置くと風を弱めることができます。
  • 扇風機が小さすぎる場合はスタートラインに近づけるか、扇風機を手で持ってモデルの動きに合わせてみてください。

個別化

学習に困る生徒が多い場合は、次のように学習方法を工夫してみましょう:

  • すべての実験で帆を90°にする

この学習で物足りない場合は、次のように学習方法を工夫してみましょう:

  • 三角形の帆の形を調整するよう促す
  • 陸上ヨットを風上に向かって進ませる方法を見つけることができるか挑戦させる
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発展課題

(注:時間が別途必要です。)
数学スキルの向上を図るには、陸上ヨットをスタートラインから60°の角度に進ませ、停止するまでに後輪が何度回転したかを数えて移動距離を計算するよう指示します。次に、進行方向の角度と移動距離を用いて、ヨットが描いた三角形の面積を計算してもらいましょう。

後輪の直径 = 43.2mm
車輪の円周 = (π x 直径 = 円周)

中学校学習指導要領数学 第2-第1学年-2-B-(1)

教師用サポート

学習内容:

  • 離れた位置から働く風の力が物体の運動を変化させる仕組みを理解する
  • エネルギーと力の関係について調べる
  • レゴ® エデュケーション BricQ モーションプライム セット (生徒2人あたり1セット)
  • マスキングテープ
  • 中サイズの卓上扇風機 (生徒10人当たり1台が理想的)

中学校学習指導要領
国語 原因と結果、意見と根拠、少人数で話し合う活動、分かりやすく伝える
数学 比例/反比例、π、一元一次方程式
理科 [第1分野] 運動とエネルギー、斜面に沿った運動、
[第2分野] 大気圧、天体の動きと地球の自転・公転
技術・家庭 [技術分野] 材料、加工、エネルギー変換及び情報の技術
総合的な学習の時間 探究的な見方・考え方、横断的・総合的な学習を行う

生徒用資料

生徒用ワークシート

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