狙いを定めて

• このレッスンでは、運動エネルギーが速さや質量にどのように関係しているかを調べます。実験の中心となるのは、車輪の回転数を入力値として用いた、時間にともなう移動距離の測定です。時間にともなう車輪の回転数を示すグラフを使い、時間にともなう移動距離の変化を示すグラフと、時間にともなう速さの変化を示すグラフを描かせます。最後には、最も早い速度を用い、数式で運動エネルギーを計算します。E_k = ½mv² m = 305 g
• 様々な資料を使って運動エネルギーのトピックに生徒の関心を引きつけてください。

ディスカッションを活性化させる
レッスンに関連する質問を問いかけ、ディスカッションを促しましょう。質問の例:

• 時間にともなう移動距離の変化を示すグラフはどのような形になりますか？
• 時間にともなう速さの変化を示すグラフはどのような形になりますか？
• 時間にともなう運動エネルギーの変化を示すグラフはどのような形になりますか？

考えた答えを仮説としてノートに書かせます。

• 車輪の回転数をカウントすることができる、車輪が自由に回る乗り物のモデルを組み立てさせます。オリジナルモデルを制作しても、アプリの「ストリートカーリングストーン」の組み立て説明書を見ながら制作しても構いません。
• サンプルプログラムを使ってモデルの動作を試してもらいましょう。
• 時間にともなう移動距離の変化を示すグラフを描き、そこから読み取れることを説明させます。
  • グラフが尖った山形になる部分は何を表しますか？
  • 時間が経つにつれ山形が起こる間隔が伸びるのはなぜでしょうか？

• 以下の作業に進んで実験を続けてもらいましょう。
  • 秒数当たりの回転数を移動距離に換算する
  • 時間にともなう移動距離を速度に換算する
• プログラムを調整してモデルの性能を向上させる時間をとってください。
• 実験ではできるだけ多くのデータを記録するよう促します。
• ほかのソフトウェアで使えるよう、集めたデータをCSVファイルとしてエクスポートしてもらいます。

• 授業の後にも生徒がSPIKEプライムセットを使用できる場合は、SPIKEアプリのタスクを行い、ハンズオン学習をさらに実践しましょう。例えば:
  • 結果を記録しながらゲームをしてもらいます。カーリングストーンを的に向けて押し、モデルの前面を的の中央にどれだけ近づけることができるかを競い合うことを説明してください。各生徒または各チームがカーリングストーンを3回押し、それぞれの回で的の中央からモデルの前面までの距離を測ります。3回の合計距離が一番小さい生徒またはチームが勝ちです！
• 授業後にセットを使用することができない場合は、生徒用発明ノートを完成させるか、下の発展課題のうち1つに取り組ませます。大半の発展課題は、ハンズオン体験で収集したデータを使って解くことができます。
• 生徒が実験結果について発表し、情報を共有する時間を設けてください。手段は問いません。最も効率的だと思うものを選んでください (対面、オンラインなど)。

• 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効率的に作業できます。

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。

• 課題を部分的にこなした。
• 課題を十分にこなした。
• 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。

• データを折れ線グラフに記録する装置をプログラムすることができる。
• 折れ線グラフの値の意味を解釈することができる。
• 運動エネルギーと速度の関係を説明することができる。

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。

• 青:アプリのサンプルプログラムを使ってデータをグラフにすることができた。
• 黄:オリジナルの折れ線グラフを作成し、結果を説明することができた。
• バイオレット:自分の力で新しい実験を考えることができた。

仲間のフィードバック

次の方法で、生徒同士でフィードバックをやりとりするよう促します。

• 上記の色付きブロックの評価方法を使用し、ほかの生徒のパフォーマンスを評価する
• 次のレッスンでより良い取り組みができるよう、お互いに建設的なフィードバックをする「仲間の評価」は、ハイブリッド型学習でビデオ会議やブログの投稿を使って行うのに最適です。

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。

• レッスンの焦点を、時間にともなう移動距離の変化に限定する

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。

• 車輪が自由に動くオリジナルの乗り物やカーリングストーンをデザインして組み立て、同じように実験を行い、ほかのモデルの性能 (別の生徒のデータ) と比較させる
• 手よりも安定した力で押すことができる装置をデザインして組み立て、デザインプロセスを記録させる

組み立てのヒント

プログラミングのヒント

このレッスンは、ハブがUSBまたはBluetoothで接続されている間に再生できるように設計されています。接続中は、ハブが収集したデータはデバイスに直接ストリーミングされ、折れ線グラフがリアルタイムで作成されます。

メインプログラム

プログラム例

サイエンスデータのヒント
この実験で収集されるデータの一例です。

数学の発展課題

数学スキルの発展的課題として以下の課題を行います。

• カーリングストーンに別のパーツ (モーターなど) や重いもの (ペットボトルなど) を足し、質量を変えると何が起こるか観察させる。モデルを改造して同じように実験を行い、質量が異なるモデルの時間にともなう速さの変化を示すグラフを比較させる。

注釈：時間が別途必要です。

国語の発展課題

国語スキルの発展的課題として以下の課題を行います。

• 作成したモデルの主な特徴を宣伝するマーケティングキャンペーンを制作させる。この際、モデルの技術的な特徴を含め、速さやエネルギーに関連した科学的事実を使ってモデルのメリットを強調するよう指示する。

注釈：時間が別途必要です。

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。

• 教育&研修
• 健康科学