スクワットジャンプ

• このレッスンでは位置エネルギーについて調べます。位置エネルギーを求める数式はE_p=mghです。「g」の値はすでにわかっており、「m」は見つかるか、おおよその値を求めることができます。このレッスンで不明な値はジャンプの高さです。この値を生徒に測定させます。まずは下向きの距離センサーを使い、ジャンプした時の地面からの最大距離を測定します (この実験は平らな面で行うようにしてください)。レッスンの後半では、ハブの加速度センサーを使って高さを測定する方法を試します。

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:

• 位置エネルギーとは何ですか？
• あなたはどのくらい高くジャンプできますか？
• ジャンプをする際の (位置) エネルギーはどのくらいでしょうか？

考えた答えを仮説としてノートに書かせます。

• ジャンプについての様々なデータを記録できるケトルベルを組み立てます。オリジナルモデルを制作しても、アプリの「ケトルベル」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。
• **ケトルベルを平らな床面 (ラグやカーペットのない場所を選んでください) にまっすぐ向け、**毎回同じ姿勢でジャンプするよう指示します。

• 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:
  • 質量を増やして (バックパックを背負うなど) ジャンプし、バックパックがない場合と比較して位置エネルギーの違いを説明させます。
• 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プログラムを組むことができる。
• 折れ線グラフの値の意味を解釈することができる。
• 質量と高さを明確に関連づけながら位置エネルギーを自分の言葉で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。

• ハブだけ (距離センサーを使ってもよい) を使って同じ実験をさせる
• 制作したモデルの構造に合わせてSPIKE アプリのサンプルプログラムを調整させる
  • ハブが床面に対して垂直になっていない場合は測定データを加速度として使用できないため注意する。

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。

• ジャンプの高さを求めるほかの方法を考えさせる
  • ハブの加速度センサーを使う
  • ジャンプを撮影したビデオを使う
  • 時間だけを使う

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。

• 距離センサーを使ってケトルベルの底面から床面までの距離を直接記録する代わりに、加速度を使ってジャンプの高さを求めさせる。
• それぞれの方法 (距離を測定する方法と加速度から距離を算出する方法) を使用して位置エネルギーを求め、より難しいと思った方法とより効率的だと思った方法、その理由を述べさせる。

注：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。

• 人がジャンプするときに起こる現象を説明したレポートを書かせる。この際、筋肉の強さや生体力学について調べ、人のジャンプ能力をほかの動物のジャンプ能力と比較するよう指示する。
• ジャンプができるロボットのプロトタイプについて調べ、筋肉インパルスがどのように再現されているかを説明したレポートを書かせる。

注：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。

• 療法士
• エンジニアリング、テクノロジー