教育版 レゴ マインドストーム EV3 基本セット

スロープを滑る

傾斜プラットフォームを組み立て、異なる物体の摩擦係数を特定する実験を行います。

45~90分
基礎
小学校高学年・中高
教師用サポート

学習内容:

  • 異なる物体が接触することで摩擦が起こることを学ぶ
  • 構造特性に基づいて異なる物体を分類する
このレッスンは以下のOSでお使いいただけます:
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中学校
数学

  • B 図形:三平方の定理

理科

  • 第1分野:(5)運動とエネルギー

技術・家庭

  • C エネルギー変換の技術:(2)エネルギー変換の技術による問題の解決
  • D 情報の技術:(3)計測・制御のプログラミングによる問題解決

総合的な学習の時間

  • (1)探究的な学習の過程において,課題の解決に必要な知識及び技能を身に付け,課題に関わる概念を形成し,探究的な学習のよさを理解するようにする

高校
情報

  • 情報Ⅰ:(3)コンピュータとプログラミング
  • 情報Ⅱ:(5)情報と情報技術を活用した問題発見・解決の探究

総合的な探究の時間

  • (1)探究の過程において,課題の発見と解決に必要な知識及び技能を身に付け,課題に関わる概念を形成し,探究の意義や価値を理解するようにする

Lesson Plan

レッスンプラン

1.準備

  • EV3 Classroom アプリの生徒用資料を読み、学習課題をよく理解しておきましょう。
  • 全般的な摩擦の種類と、静止摩擦について調べておきます。
  • 各チームに、レゴ® テクニックのビームや消しゴム、紙切れなど、実験対象になる静止摩擦の異なる物体を数種類用意してください。

2.興味付け (5分)

  • *「ディスカッションを活性化させる」*セクションのアイデアを参考に、生徒の学習への関心を喚起します。
  • 生徒にペアを組ませます。

3.探求 (20分)

  • ペアごとに傾斜プラットフォームを作るよう指示します。
  • テスト走行を行う時間を設け、モデルが正しく組み立てられており、正常に機能することを確認させます。

4.説明 (10分)

  • チームごとに、提示されているすべての物体にそれぞれ3回以上実験を行い、その結果を記録するよう指示してください。
  • 各チームに自分たちでチェック表を作成できていることを確認させます。

5.仕上げ (10分)

  • 実験を行った物体を、構造特性に基づいて分類してもらいましょう。
  • 実験結果を簡単にまとめるよう指示します。
  • 清掃の時間も忘れずに確保してください。

6.評価

  • それぞれの生徒に取り組みを評価して伝えます。
  • 評価の際は、以下に提示するルーブリックを参考にすると良いでしょう。

ディスカッションを活性化させる

摩擦は日常的に見られる現象です。両手を強くこすり合わせると、摩擦によって生じる熱を感じることができます。摩擦力は意図的に利用することもできます。例えば、滑りやすい場所での転倒を防止する靴底のデザインなどです。スケート靴では、摩擦をできるだけ小さく抑えることで氷の上を滑りやすくしています。マッチ箱の側薬は、マッチの先端をこすりつけたときに点火温度に達するようにデザインされています。

以下のような質問をして、摩擦についてのディスカッションを促してください:

  • *「摩擦」*という言葉は何を意味しますか?
  • 摩擦の特性を利用した装置にはどのようなものがありますか?
  • 摩擦が役立つのはどのような状況ですか?摩擦が邪魔になる状況はどうでしょうか?
  • どうすれば摩擦を抑えることができますか?

組み立てのヒント

組み立て説明書

ジャイロセンサーを使う
ジャイロセンサーは、EV3 ブロックに接続している間やEV3 ブロックの起動中は、完全に静止した状態を保つ必要があります。スロープが静止している間にジャイロセンサーの角度読み取り値が変化した場合は、センサーを接続し直してください。

モデルを使う
モデルを水平で安定した場所に置きます。水平でない場合は、正しい角度と摩擦係数を求めることができません。プログラムを実行し、タッチセンサーがディスプレイに表示されるまで待ちます。するとスロープがスタート位置にリセットされ、プログラムによって角度と摩擦係数を正しく特定することができます。実験対象の物体をスロープの上端の中央に置きます。ポート1のタッチセンサーを押してテスト走行を開始します。スロープが徐々に上昇し始めます。物体が滑り始めたらすぐにタッチセンサーを押します。テスト走行が停止します。その時の角度と摩擦係数がディスプレイに表示されます。

実験を行う
生徒が実験を行う際、以下の点に注意するよう促してください:

  • スロープの角度と摩擦係数がディスプレイに表示されます。
  • 実験の回数、角度、摩擦係数をチェック表に記録します。そのほかに気づいた点も記入できるよう、十分なスペースを空けておきます
  • すべての物体に対して実験を3回以上行い、平均値を用いることで実験結果の信頼性を高めます。

プログラミングのヒント

プログラム

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:

  • 実験に使用した物体を生徒と一緒に構造特性に基づいて分類する。

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:

  • 分力の作図や垂直抗力、傾斜がある面における運動現象を分析する際に用いる三角関数などの概念を紹介する。
  • 実験の精度を向上させる方法を見つけられるかどうか挑戦させる。

学習評価

この学習におけるルーブリックの例
次のルーブリックを参考に、評価規準や判定基準を作成しましょう。

1.課題を部分的にこなした。
2.課題を十分にこなした。
3.期待を上回る達成度であった。

以下の成功基準を使用して、生徒の進度を評価します。

  • それぞれの物体の構造特性を用いて実験結果を分類することができた。
  • 構造特性 (形状、組成、表面特性など) が実験モデルの機能にどのように影響したか、または影響しなかったかを特定することができた。
  • 実験に使われた機器や手順を評価し、強みと弱みを特定することができた。

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レベルを選ばせます。

  • ブロンズ:実験はできたが、それぞれの物体の構造特性を用いて実験結果を分類することができなかった。
  • シルバー:助けを借りて、それぞれの物体の構造特性を用いて実験結果を分類することができた。
  • ゴールド:それぞれの物体の3つ以上の構造特性を用いて実験結果を分類することができた。
  • プラチナ:それぞれの物体の3つ以上の構造特性を用いて実験結果を分類することができた。また、実験を行った物体について、実験結果を説明する仮説を考えることができた。

国語の発展課題

言語能力の発達を促すために、生徒に以下のタスクに取り組んでもらいます:

  • 実験の結果と、それを実社会でどのように利用できるかを簡単にまとめたレポートを作成する。
  • 実験の結果と、そこから学んだことを説明するプレゼンテーションを作成する。

注:これにより、さらに長い授業をすることができます。

職業適性

この授業を楽しむことができた生徒は、以下の進路について興味がある可能性があります。

  • システム建築エンジニア
  • 科学、技術、工学及び数学(理科学研究者)
教師用サポート

学習内容:

  • 異なる物体が接触することで摩擦が起こることを学ぶ
  • 構造特性に基づいて異なる物体を分類する
このレッスンは以下のOSでお使いいただけます:
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中学校
数学

  • B 図形:三平方の定理

理科

  • 第1分野:(5)運動とエネルギー

技術・家庭

  • C エネルギー変換の技術:(2)エネルギー変換の技術による問題の解決
  • D 情報の技術:(3)計測・制御のプログラミングによる問題解決

総合的な学習の時間

  • (1)探究的な学習の過程において,課題の解決に必要な知識及び技能を身に付け,課題に関わる概念を形成し,探究的な学習のよさを理解するようにする

高校
情報

  • 情報Ⅰ:(3)コンピュータとプログラミング
  • 情報Ⅱ:(5)情報と情報技術を活用した問題発見・解決の探究

総合的な探究の時間

  • (1)探究の過程において,課題の発見と解決に必要な知識及び技能を身に付け,課題に関わる概念を形成し,探究の意義や価値を理解するようにする