レゴ® WeDo 2.0基本セット

頑丈な構造

レゴ® ブロックを使って組み立てた地震シミュレーターを使い、地震に強い建物の特徴を調べます。

120分以上
基礎
小学校
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1. 準備

(30分)

• 「 授業の運営」の章に記載された共通準備項目を確認する。
• プロジェクトのテキストを読み、やらなければならないことをよく理解する。
• プロジェクトの導入方法を、定める。WeDo 2.0 ソフトウェアに収 録されたビデオか、自分で用意した教材を使う。
• 発表と記録に移るパラメーターとなる、プロジェクトの最終成果 を定める。
• 目標を達成する時間が、十分にあることを確認する。

2. 調べる

(30-60分)

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導入ビデオを利用して、以下の内容について、子どもたちに考えさせ、話し合いをさせてみましょう。

導入ビデオ
ビデオを使った話し合いポイントの例:

  1. 地球は、誕生してから常に変化を続けている。地殻を形成するプレートは、蜂蜜の上に浮かべたクッキーのように動いており、互 いに擦れたりぶつかったりしている。
  2. この時に生じる摩擦が、地上に揺れを生じさせている。
  3. 地震が発生すると、揺れの強さやその他の要因に応じて、建物などの構造物の損傷または崩壊が起きる。
  4. 現在は、科学の進歩によって、建物のデザインが改善されてり、数十年前よりも地震に強い建物を建設することが可能になってい る。
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話し合いのための質問
「調べる」では、以下の質問を使って、トピックに対する子どもたちの考えを聞き出し、授業前の知識をまとめて、プロジェクトの学習目標を検討してください。

その時点での、自分の理解を記録するよう指示し、「調べる」の作業中と終了後に同じ質問をしてみましょう。

  1. 地震の原因は何ですか?また、地震によって起こる危険には、ど のようなものがありますか?
    地震は、プレートの動きによって生じる地殻の揺れです。
  2. 科 学者たちは、地震をどのように格付けしていますか?
    科学者たちは、地震の格付けにマグニチュードという等級を使っています。1 から 10 までの数字で表され、数字が大きいほど揺れ が強いことを示します。
  3. 建物の耐震強度に影響する要素には、どのようなものがあります か?
    この質問に対する答えには、子どもたちの、現時点での仮説が反 映されています。つまり、この時点では、不正解である場合があります。
  4. 建物の底面積、高さ、耐震強度の関係において、何か気づくこと はありましたか? 底面積が小さく、高さのある建物は、多くの場合そうでない建物 よりも安定性が低く、横揺れが発生すると、崩壊する可能性が高くなります。
  5. 公平に試験を行うには、どうしたらよいですか?
    1 回につき、1種類のパラメーターのみを変更する。
  6. その他、調査するとよい重要な要因には、何がありますか?
    建物の耐震強度試験においては、構造的なデザインや、建材など の要因も重要です。
  7. 現代の建物を地震に強くするために、どのような工夫がされていますか?
    建築家やエンジニアは、構造、物理法則、シミュレーションなど を使って、モデルの強度を試験しています。
  8. 「 地震に強い」とは「頑丈」だということでしょうか?
    それは、様々な要因によって異なります。柔軟な構造や建材の方 が、硬くて丈夫なものよりも、地震に強いことがあります。

子どもたちに、自分が見つけたアイディアを記録してみんなと共有するためのツールを選んでもらいましょう。文章、動画、画像、スケッチブックといったような、創造力を働かせる媒体を選ぶよう促してください。

3. 組み立てる

(45–60分)

地震シミュレーターと、建物のモデルを組み立て、プログラミングします。
組み立て説明書にしたがって、地震シミュレーターを作ります。この装置を使ってデータを収集し、どの建物が耐震試験に合格できるかを調査します。

1. 地震シミュレーターを組み立てる。
このプロジェクトで使用する振動モデルには、試験用のプレートを押したり、引いたりするピストンが使われています。地震の大きさは、プログラムのモーター出力レベルによって、決まります。

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2. シミュレーターのプログラミング。
このプログラムでは、まずディスプレイに、数字の 0 が表示されます。その後、動作が 5 回反復されます。まず、ディスプレイに、マグニチュードを表す数字の 1 が表示され、モーターがスタートして 2 秒間揺れ、1 秒間停止します。

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重要
このプログラムでは、反復回数を重ねるごとに、マグニチュードが上がるため、試験したいレベルに合わせて、反復回数を変更します。自分たちで、考えたプログラムを使ってもよいでしょう。

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建物のデザインを調査する
地震シミュレーターの使い方に慣れたところで、様々な要因を 1 つずつ分離して調査してみましょう。

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1. 建物の高さを変える。
底面積が小さい、低い建物と高い建物を用意します(建物 A、建物 B)。

高い建物を振動ベースに取り付け、マグニチュードを何以上に設定すると、建物が倒れるかを調べます。同じプログラムを用いて、同じ底面積の低い建物の強度を試験します。

底面積が同じ場合、高さが低い建物の方が地震に強いことがわかるはずです。

重要
モーターの動作にはばらつきがあるため、それぞれのチームで、試験結果のマグニチュードが異なる場合があります。

2. 底面積を変える。
同じプログラムを使って、底面積の小さい高い建物(建物 B)と、底面積の大きい高い建物(建物 C)のどちらがより地震に強いかを調べます。

高い建物でも、底面積が大きいとより地震に強くなることがわかるはずです。

追加の調査
オプションとして、プロジェクト内にある「追加の調査」のセクションを使って、発展課題を出すこともできます。「調査」セクションをさらに発展させた、年上の子どもたちや、学習が進んでいる子どもたち向けの内容となっている点に注意してください。

地震シミュレーターを使った追加の調査
建物の耐震強度に影響する他の要因について、調べる時間を設けましょう。

1. マグニチュードを変える。
マグニチュードを、8 まで引き上げていくと、建物 A、B、C に何が起こるか、子どもたちに予測させてみましょう。

すべての建物について予測と結果を記録します。

2. 建物の構造を変える。
底面積が大きいほど、地震に強いという事実を応用して、マグニチュード 8 の地震に耐えられる、できるだけ高い建物を、組み立てるよう子どもたちに促します。

様々な建物構造を試すよう、指示しましょう。
• 建物の形を、変えてみる。
• 建物の材質を、変えてみる。

おすすめの共同作業
チーム同士で、完成した建物のデザインを比較する時間を、設けましょう。それぞれのチームに、相手チームの作品を解説し、試験するよう促します。
• この建物の、強みは?
• この建物の、弱点は?
• 耐震試験に、耐えられるか?

4. 発表する

(45分以上)

記録を完成させる
子どもたちに、様々な方法を使って、プロジェクトの記録を制作させます。
• 自分たちの結論を、証明する証拠として、実施するすべての試験
を、ビデオに撮るよう促す。
• 導き出した結論を、現実の事例と比較するよう促す。

おすすめ
図表形式または、集計表形式でデータを記録させることもできます。試験結果から、グラフを作成してもよいでしょう。

結果の発表
プロジェクトの最後に、調査の結果を発表させて下さい。

発表内容を向上させるこつ:
• 建物の安定性に影響する要因について、説明するよう促す。
• 上記の要因についての理論と、試験結果を比較するよう促す。
• 背景を交えて、説明するよう促す。
• 自分たちの結論を、まとめるよう促す。
• 試験結果が、現実と一致しているか議論する。

プロジェクトの評価基準

以下の評価基準を、「WeDo 2.0 を使った学習評価」の章にある、観察基準シートと合わせて使うこともできます。

調べる
「調べる」では、すべての子どもたちが、話し合いへの積極的な参加、質問、回答のほか、地震に対する質問について、自分の言葉で答えることができているか確認してください。

  1. 質問に対する適切な回答、話し合いへの適切な参加ができない。
  2. 助けを借りて、質問への回答、話し合いへの適切な参加、建物の耐震強度に影響する可能性のある要素について、説明をすることができる。
  3. 質問への適切な回答、クラスでの話し合いへの参加、建物の耐震強度に影響する可能性のある要素について、説明をすることができる。
  4. 話し合いにおいて、意見をさらに展開させ、建物の耐震強度に影響する可能性のある要素について、詳しく説明することができる。

組み立てる
「組み立てる」では、すべての子どもたちが、ノートツールを使って、予測と結果を記録し、1 度に 1 種 類の変数のみを変更して、調査ができているか確認してください。

  1. 調査全体にわたって、必要な記録を完成させておらず、調査においては、 1 度に 1 種類の変数のみを変更するという規則をほとんど守れていない。
  2. ノートツールを使ってはいるが、重要な情報が一部欠けており、調査においては、 1 度に 1 種類 の変数のみを変更するという規則を守れていないことがある。
  3. 適切にノートツールを使って、予測や結果を記録しており、調査においては、1 度に 1 種類の変数 のみを変更するという規則をほぼ完全に守れている。
  4. ノートツールを使って、巧みに予測や結果を記録しており、調査においては、1 度に 1 種類の変数 のみを変更するという規則を完全に守れている。

発表する
「発表する」では、すべての子どもたちが、記録と口頭発表の両方を効果的に使って、地震シミュレーターで起こっている現象と試験の結果から、導くことができる結論について説明ができているか確認してください。

  1. 記録の作成においても、口頭発表でも、説明することができない。
  2. 効果的な形ではないが、記録と口頭発表を使って、シミュレーターの現象と結論を説明することができる。説明には不完全または、不正確なものもある。
  3. 記録と口頭発表を効果的に使って、シミュレーターの現象と結論を説明することができる。
  4. 記録と口頭発表を効果的に使って、シミュレーターの現象と結論を正確かつ巧みに説明することができる。

5. このプロジェクトの特徴

プロジェクトを成功させるために、モデルの組み立てと、プログラミングについて、以下のような指導を行うことを、検討してください。
• 調査の実施方法を説明する。
• 証拠を使って、理論を組み立てる。
• 変数を分離して、仮説を試す方法に親しむ時間を設ける。

また、発見した事柄の発表や、記録の方法について、具体的な基準を設けてください。

おすすめ
学習が進んでいる子どもたちには、モデルの組み立てと、プログラミングの時間を多めにとり、自分の疑問を生かして、オリジナルの調査を計画させてみましょう。地震シミュレーターのレベルなどの
パラメーターや建物の材質、建物を建てる床面の種類など、パラメーターを変更して試験することもできます。

追加の調査
レベル 8 の地震に耐えられる、できるだけ高い建物をデザインします。これまでの調査で、学んだ知識を応用した課題です。

子どもたちがしがちな誤解
子どもたちは、地震が発生する場所には、何の規則性もないと考えている場合があります。地球上で発生する地震のほとんどは、構造プレートの境界に集中しています。また、地震や地すべり、地盤
破壊によって浅い割れ目が生じることはあっても、断層線に沿って地面が「開く」ことはありません。

教師用サポート

• 地震の原因と性質について考える。
• 建物のデザインを試験する装置を組み立てて、プログラミングする。
• 耐震強度が高い構造デザインについて、得られた情報を記録し、結果を発表する。

レゴ エデュケーション WeDo 2.0 基本セット
WeDo 2.0 ソフトウェアまたはプログラミングアプリ

地学分野
・ 土地のつくりと変化(第 6 学年)
・ 火山と地震

工学、技術
・ プログラミング
・ 耐震構造
・ リンク装置

生徒用資料

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