レゴ® エデュケーション SPIKE™ プライムセット

上り坂

エネルギー消費量をグラフにして、位置エネルギーを求めましょう。

30~45分
発展
小学校高学年・中高
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ハイブリッド型学習の準備

(授業前)

  • 必要に応じて、レゴ® エデュケーションSPIKE プライムアプリの「スタートガイド」を使用しましょう。そうすることで、指導者も生徒もSPIKE プライムに慣れることができます。

  • 必ずこのページのレッスンビデオを見ておいてください。

  • このページにあるリンク、またはSPIKEアプリから、このレッスンの生徒用資料に目を通しておきます。

  • 以下の準備も必要かどうか検討してください。

    • 適切なツールと場所の選択例えば、ビデオを見る、テキストを読む、ハンズオン体験の準備をする、といった活動は家でも行うことができます。実験をしたり、実際のデータを測ったりといった活動は教室が最適です。
    • 様々なツールを使用して、幅広い難易度調整を可能にするこれによって生徒全員の関心を引きつけ、学習の成果を伸ばすことができます。
    • オンラインで共同作業させるための方法を複数用意例:
      • ビデオ会議
      • ブログ、チャット、掲示板
      • デジタル版生徒用ワークシート
    • レッスンの一部が家で行われることを考慮して、レッスンの流れを調整する下の表はレッスンの流れの一例です。
  • 生徒のニーズに合わせてレッスンを調整する方法はほかにもあります。
    • レッスン内容を説明したビデオを見せる。SPIKEアプリからでも、生徒用ワークシートのURLからでも構いません。
    • トピックについて用意したその他の資料を使う。
    • 生徒が学習の準備と実験結果の考察を記録できるよう発明ノートを工夫する。 (補足資料を参照)
    • レッスン概要 (レッスン内容を1ページにまとめたシート) を使い、オープンエンドのチャレンジとして取り組ませる。 (補足資料を参照)

関心を引きつける

(授業前 (20分))

  • このレッスンのトピックはエネルギーの変換です。自転車で坂を上りながら (位置エネルギーを増やしながら) 一定の速さ (一定の運動エネルギー) を維持するには、自転車にエネルギーを与える必要があります。このレッスンでは電気で動くスマート自転車のモデルを使います。このモデルのエネルギーは、モーターの電力消費量を増やすことで得ています。実際に自転車に乗る場合は、自転車をこぐ力を増やしてエネルギーを得ることになります。
  • 様々な資料を使ってエネルギー変換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:

  • 坂を上ると速さはどうなりますか?
  • 坂を上るにつれて何のエネルギーが増えますか?
  • 自転車に乗っている時、エネルギーレベルを一定に保つには何をする必要がありますか?
  • それはなぜですか?

考えた答えを仮説としてノートに書かせます。

探究する

(授業中、30分)

  • モーターの電力消費量と坂の傾斜角度を記録できるスマート自転車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「スマート自転車」の組み立て説明書を見ながら制作しても構いません。
  • SPIKEアプリのサンプルプログラムを使って、平らな場所でモデルの動作を試させます。
  • グラフを見て、読み取れることをノートに書くように指示します。
    • モーターを作動させた直後にモーターの電力消費量が急上昇する理由を説明できますか?
    • 2つのグラフがこのような形になるのはなぜでしょうか?

説明する

(授業中、45分)

  • SPIKE プライムの箱と板でスロープを作り、先ほどと同じ実験をするよう指示します。
  • スマート自転車の速さを一定に保つためにモーターが継続的にエネルギーを送り続けていることを説明させます。
  • モーターの電力消費量とスロープの角度の関係を説明させます。
  • 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するよう指示しましょう。

さらに実践する

(授業後、25分)

  • 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:
    • スマート自転車を走らせるオリジナルのコースを作ってもらいましょう。平らな道と登坂、下り坂のすべてを含むコースを作るよう指示してください。
    • このコースを走る場合のモーターの電気消費量を示すグラフの形を予想して描かせます。正しく予想することができたか、実際にスマートバイクを走らせて確認しましょう。
  • 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。
  • 生徒が自分の考えや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)。

評価する

  • 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。

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。

  • 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プログラムを作ることができる。
  • 折れ線グラフの値の意味を解釈することができる。
  • 適切な言葉を使ってエネルギーの変換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。
  • 紫:自分の力で新しい実験を考えることができた。

仲間の評価

次の方法で、他の生徒にフィードバックを伝えるよう促します。

  • 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。
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差別化

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。

  • 正比例とは何かを詳しく説明する時間をとる
  • 日常生活で見られる正比例の例をあげさせる

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。

  • オリジナルのスマート自転車を制作させる
  • オリジナルの実験を計画し、データ収集する値とその方法を考えさせる
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ヒント

組み立てのヒント

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プログラミングのヒント
ダウンロードモードの使用
このレッスンはダウンロードモードで再生するようデザインされていますが、ストリーミングモードも使用することができます。ダウンロードモードでは、ハブによるデータ収集の1秒あたりの測定数を高くすることができます。これによって折れ線グラフの解像度が上がり、より滑かなグラフが完成します。また、ダウンロードモードではプログラムが停止したあとにデータセットをインポートする必要があります。

停止ブロックを使用したデータセットの自動転送
このブロックを使用するとプログラムが停止し、ハブとデバイスをbluetoothで接続すると収集されたデータセットがハブから自動的にアップロードされます。

SPIKE PRIME Science Stop Block - en

メインプログラム

SPIKE Prime Science This is Uphill - Step03 - ja-jp

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。

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発展課題

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。

  • このレッスンでグラフにした2つの値が時間の経過に従って記録されていることを気づかせる (時間にともなう角度の変化と時間にともなうモーターの電力消費量)。
  • スロープの角度の変化にともなうモーターの電力消費量の変化をグラフにできるよう、手作業とオンラインツールの両方の手段でデータを変換するよう指示する。

注:時間**が別途必要です。

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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。

  • 科学者の視点から、この実験の仮説と結論を記録した研究レポートを書くよう指示する。
  • この実験の科学的発見について報道する新聞記事を書くよう指示する。ジャーナリストの視点から、実験で使用された調査方法も記録させる。
  • 実際の新聞記事と研究レポートを配布し、2つを比較して気づいたことを文章にまとめさせる。

注:時間が別途必要です。

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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。

  • 健康科学
  • 教育&研修
  • 理化学研究者
  • 交通機関、流通、物流

教師用サポート

学習内容:

  • 電力が位置エネルギーに変換される仕組みを学ぶ実験をする
  • レゴ® エデュケーション SPIKE プライムセット
  • レゴ エデュケーション SPIKE アプリをインストールしたデバイス
  • 坂道を作るための板など

小学校学習指導要領

*国語 第2-2-A-(1)-イ *
話の内容が明確になるように、事実と感想、意見とを区別するなど、話の構成を考えること。

*国語 第2-2-B-(1)-エ *
引用したり、図表やグラフなどを用いたりして、自分の考えが伝わるように書き表し方を工夫すること。

*国語 第3-3-(2)-エ *
科学的、論理的に物事を捉え考察し、視野を広げるのに役立つこと。

*算数 第2-第6学年-2-C-(1)-ア-(ア) *
比例の関係の意味や性質を身に付けること。

算数 第2-第6学年-2-D-(1)~(2) データの活用
*算数 第2-第6学年-2-[数学的活動]-(1)-ア *
日常の事象を数理的に捉え問題を見い題して解決し、解決過程を振り返り、結果や方法を改善したり、日常生活等に生かしたりする活動

*算数 第3-2-(2) *
数量や図形についての感覚を豊かにしたり、表やグラフを用いて表現する力を高めたりするなどのため、必要な場面においてコンピュータなどを適切に活用すること。

*理科 第2-第6学年-2-A-(4)-イ *
電気の性質や働きについて追求する中で、電気の量と働きとの関係、発電や蓄電、電気の変換について、より妥当な考えをつくりだし、表現すること。

*理科 第3-2-(1) *
問題を見出し、予想や仮説、観察、実験などの方法について考えたり説明したりする学習活動、観察、実験の結果を整理し考察する学習活動、科学的な言葉や概念を使用して考えたり説明したりする学習活動などを重視することによって、言語活動が充実するようにすること。

中学校学習指導要領

数学 第2-[第1学年]-1-(2)
数の範囲を拡張し、数の性質や計算について考察したり、文字を用いて数量の関係や法則などを考察したりする力、(中略)数量の変化や対応に着目して関数関係を見出し、その特徴を表、式、グラフなどで考察する力、データの分布に着目し、その傾向を読み取り批判的に考察して判断したり、不確定な事象の起こりやすさについて考察したりする力を養う。

数学 第2-[第1学年]-2-[数学的活動]-(1)-ア
日常の事象を数理的に捉え、数学的に表現・処理し、問題を解決したり、解決の過程や結果を振り返って考察したりする活動

数学 第2-[第2学年]-2-C-(1)-ア-(イ)
一次関数を用いて具体的な事象を捉え考察し表現すること。

技術・家庭 第2-[技術分野]-2-D-(3)-ア
計測・制御システムの仕組みを理解し、安全・適切なプログラムの制作、動作の確認及デバッグ等ができること。

技術・家庭 第2-[技術分野]-2-D (4)-ア
生活や社会、環境との関わりを踏まえて、技術の概念を理解すること。

高等学校学習指導要領

情報Ⅰ 2-(3)-ア~イ コンピュータとプログラミング
コンピュータで情報が処理される仕組みに着目し、プログラミングやシミュレーションによって問題を発見・解決する活動を通して、次の事項を身に付けることができるよう指導する。

情報Ⅱ 2-(3)-ア~イ 情報とデータサイエンス
多様かつ大量のデータを活用することの有用性に着目し、データサイエンスの手法によりデータを分析し、その結果を読み取り解釈する活動を通して、次の事項を身に付けることができるよう指導する。

情報Ⅱ 2-(5) 情報と情報技術を活用した問題発見・解決の探求
「情報Ⅰ」及び「情報Ⅱ」で身に付けた資質・能力を総合的に活用し、情報と情報技術を活用して問題を発見・解決する活動を通して、新たな価値の創造を目指し、情報と情報技術を適切かつ効果的に活用する資質・能力を高めることができるよう指導する。

生徒用資料

生徒用ワークシート

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