実践のまとめ（第4学年理科）実感を伴った理解が深まる指導の工夫

実践のまとめ（第４学年
理科）
上越市立飯小学校
教諭木原義季
１研究テーマ
実感を伴った理解が深まる指導の工夫
２研究テーマについて
(1) テーマ設定の意図
「電気の利用」の実験において、直列つなぎや並列つなぎについて分かっているが、実際に実験
器具を使ってつなげる段階になると、迷ってしまう児童が少なからずいる。言葉や意味として分か
っているが、活用できるだけの理解にまで至っていないと考えられる。原因として、乾電池などの
器具についての理解不足や、自分自身の知識・経験としての学びができていないことが考えられる。
学習指導要領の目標に「実感を伴った理解」という文言が加わった。
「実感を伴った理解」につい
て、３つの側面から説明されている。
（１）具体的な体験を通して形づくられる理解
（２）主体的な問題解決を通して得られる理解
（３）実際の自然や生活との関係への認識を含む理解
そこで、実感を伴った理解の中でも特に、
（２）主体的な問題解決を通して得られる理解を促すた
め、予想をたて、それを確かめる実験方法を考える場面を設定する。このことで、予想をたてる、
実験方法を考え確かめるという目的意識をもった経験、すなわち「実感を伴った理解」を図ること
になる。
(2) 研究テーマに迫るために
○実験計画を立てる場を重視する
主体的に問題解決に取り組むには、与えられた実験に取り組むのではなく、自分たちで実験方
法を考え、自分たちの疑問を解決する活動であることが望ましい。だが、児童は今まで実験計画
を自分たちで立てて実験する経験が十分ではない。そこで本単元では、実験計画を立てる時間を
確保する。空気の実験の際には、教師が児童と一緒に実験計画を立てながら実験を進めることで、
条件の洗い出しから整理までの大まかな流れを体験させ、水の実験では、ある程度教師が比較す
る条件や使用器具を整理した上で、児童自身に実験計画を立てさせたい。
自分なりの予想をたてることにより、見通しをもって実験に取り組めるようになると考える。
ここでは、予想をたてる際に、まとめと同じように書き出しを指定し、考えた理由も書くように
する。
○比較する条件を整理する体験を重視する
妙高市立新井小学校と上越教育大学の小林辰至（こばやしたつし）教授が共同開発した「４Ｑ
Ｓシート」を活用する。実験器具をどのように活用するか、実験器具がどのように変化・運動す
るかについて、ワークシートを用いて考えることで、比較する条件をイメージしやすくする。ま
た、仮説を立てる時に実験方法について絵を描くことで、視覚的に理解できるようにする。
(3) 研究テーマにかかわる評価
① ワークシートから、「比較する条件を絵や表などで明確にして実験方法を考え、書き表すことが
できる」
、
「理由をつけて結果を予想できる」児童が全体の 70％を超えている。
② ワークシートや授業のまとめから、実験結果をもとに、ものを温めると体積が増えることに気付
き、説明することができる。そして、それを自然や実生活の中で活用されていることを説明でき
る児童が全体の 70％を超えている。
以上２点の視点が満たされていれば、達成されたと考える。
３単元と指導計画
(1) 単元名
「ものの体積と温度」
(2) 単元の目標
○フラスコやプラスチックの入れ物，試験管の中の空気を温める実験を通して，空気は温められる
と体積がどうなるかに問題をもち，空気の温度の変化と体積の変化を関係づけながら調べること
ができるようにする。
○水も金属も，温度によって体積が変化するかに問題をもち，空気と比較しながら調べ，ものの温
度と体積の変化を関係づけ，ものによる変化のしかたの違いをとらえることができるようにする。
(3) 単元の評価規準
Ⅰ 自然事象への関心・意欲・態度 Ⅱ 科学的な思考・表現
Ⅲ 観察実験の技能
Ⅳ 自然事象についての
知識・理解
空気
ペットボトルに閉じ込めた
実験結果から、空
仲間と協力して実
空気を温めると、体
空気を温めて空気でっぽうの
気を温めたときと冷
験計画を立て、空気
積が増えることを理
玉を飛ばしながら，中の空気
やした時を比較し
の体積の変化につい
解している。
はどうなるのかについて関心
て、説明している。
て調べている。
をもって調べている。
水と金属
水や金属を温めると体積が
実験結果から、水
実験計画を立て
水や金属も温める
変化することに興味をもち、
や金属の体積の変
て、水や金属の体積
と体積が増えること
進んで実験計画を立ててい
化、空気の体積の変
の増え方と、空気の
を理解している。
る。
化を比較し、説明し
体積の増え方の違い
ている。
について調べてい
る。
(4) 単元の指導計画と評価計画（全８時間本時６／８時間）
次
学習内容
学習活動
評価と方法
・ペットボトルに閉じ込めた空
①とじこめた空気を温
関意態ペットボトルに閉じ込め
気を温めて空気でっぽうの玉を
めたらどうなるか。
た空気を温めて空気でっぽうの
(時数)
飛ばしながら，中の空気はどう
玉を飛ばしながら，中の空気は
なるのかについて考える。
どうなるのかについて関心をも
つ。【発言・行動観察】
１
（４）
・温度が変わると容器の中の空
②温度が変わるととじ
技仲間と協力して実験計画を立
気はどうなるかを調べる方法を
こめた空気がどうな
て、空気の体積の変化について
考え、実験計画を立てる。
るのか調べる方法を
調べている。
【行動観察・記録】
考えよう。
・温度が変わると容器の中の空
気はどうなるか、実験計画を基
③実験をして確かめよ
う。
に調べ、結果をまとめる。
思表実験結果から、空気を温め
たときと冷やした時を比較し
て、説明している。
【発言・記録】
・前時にはっきりしなかった点
④実験結果から分かっ
知理空気を温めると、体積が増
を調べ、空気の体積と温度の関
たことをまとめよ
えることを理解している。
係についてまとめる。
う。
【発言・理解】
・水についても、体積と温度の
①温度が変わるととじ
関意態水や金属を温めると体積
関係を調べる実験計画を立
こめた水がどうなる
が変化することに興味をもち、
て、準備をする。
のか調べる方法を考
進んで実験計画を立てる。
えよう。
【発言・行動観察】
・実験計画を基に各グループで
実験を行い、その結果を空気
②実験をして確かめよ
う。
と比べてまとめる。（水）（本時）
技実験計画を立てて、水や金属
の体積の増え方と、空気の体積
の増え方の違いについて調べて
２
いる。
（４）
【行動観察・記録】
・専用の実験器具を用いてグル
③温度が変わると金属
思表実験結果から、水や金属の
ープで実験を行い、その結果
の体積が変わるか実
体積の変化空気の体積の変化を
を空気と比べてまとめる。
験しよう。
比較し、説明している。
（金属）
【発言・記録】
・実験結果から、ものを温める
④水と金属の実験結果
知理水や金属も温めると体積が
と体積が増えることや物によ
から、分かったこと
増えることを理解している。
ってその増え方に違いがある
をまとめよう。
【発言・記録】
ことをまとめる。
４単元と児童
(1) 単元について
本単元の第１次では「空気」に視点を置く。ペットボトルに閉じ込めた空気を温めて空気でっぽ
うの玉を飛ばす実験から、児童に中の空気がどうなることで玉が飛ぶのかを注目して観察させる。
この実験から空気を温めるとどうなるか予想し、それを確かめる実験を考えてグループごとに実験
し、結果を基に考えさせていきたい。
第２次では、「空気」で実験したことを基に、「水」は温めると体積がどうなるか予想し、それを
確かめる実験を考えさせる。その実験を行い、結果を基に体積と温度の関係を考えさせ、まとめさ
せていきたい。
「金属」の実験については、
「空気」や「水」の実験結果や金属の手触りや硬さなど
の体験から、
「金属」は温めるとどうなるかを予想する。この実験については、専用の実験器具を用
いて行う。
(2) 児童について
明るい雰囲気で意欲的に授業に取り組んでいる。教師の発問に対し、積極的に手を挙げて意見を
発表することができる。だが、理由について問うと、なかなか発言できない傾向がある。分らない
人には進んで教えようとする姿勢が育ってきている。実験やグループ活動は、生活班で行っている。
役割分担などを上手に行い、実験に取り組むことができるようになってきた。しかし、時に実験が
得意な児童が全部してしまう時があり、みんなで実験ができるよう、言葉がけが必要な班もある。
理解に時間のかかる児童が数名いるので、個別に働きかけることが必要である。
理科に関する意識調査の結果は以下の通りである。
質問
好き（人）普通（人）あまり好きで
はない（人）
理科は好きですか。
２１
５
２
実験は好きですか。
１８
１０
０
外で植物を育てるのは好きですか。
１８
９
１
昆虫や生き物を飼うのは好きですか。
１２
１０
６
理科の本や図鑑を読むのは好きですか。
１２
１１
５
８
１５
５
１９
７
２
実験から分かったことを、絵や文にまとめるのは好きですか。
班で一緒に実験や観察をするのは好きですか。
この結果から、ほとんどの児童が理科に興味をもって取り組んでいることが分かった。しかし、実
験結果から分かったことを絵や文でまとめることに苦手意識がある児童が多い。１学期の児童の様子
を見ると、実験から何が分かったのか分からないようである。実験のねらいを確認することや実験結
果から分かったことをまとめることを意識して取り組んできたが、すべての児童の理解につなげるに
は、まだ不十分だったようである。
「班で一緒に実験や観察をするのは好き」な児童が多い実態を活かし、実験方法を考える時は、班
で考える時間をとる。話し合うことでお互いの考えを伝え合い、考えることで実験に主体的に取り組
むとともに、実験のねらいを一人一人が理解できる機会としたい。
本時の学習にあたり、
「体積（体積）と温度」に関する事前調査の結果は次のとおりである。
○今まで、ものを温めてふくらんだことはありますか。
（ものは、身近なものや食べ物などなんでもい
いです）
・ある
２０人
・ない
８人
○「ある」と書いた人は、何を温めたらふくらみましたか。
・おもち・ホットケーキ（カップケーキやシフォンケーキなどケーキづくり）
・パン作り
・チーズ
・グラタン
・ピザのチーズ
・お皿にラップをかけて電子レンジにかけた時のラップ
電気パン（クラブの実験）
・ピンポン玉
生活の中で、温めたものがふくらむことを体験した児童は、７０％以上いた。多くは食品を電子レ
ンジやフライパンなどを用いて温めたことで、ふくらんだという体験が多く見られた。中には、空気
が温められたことでふくらんだ物もある。空気の実験の時に、児童の理解を深めるために、これらの
体験を想起させて実験結果をまとめていきたい。
５
本時の計画
(1) ねらい
○自分たちで考えたさまざまな実験の結果から、水を温めたり冷やしたりすると体積が変化する
ことを理解できる。
○空気の体積の増え方と比較し、違いに気付くことができる。
(2) 本時の構想
児童は前時に、
「空気を温めると体積は増えるのか」の実験をもとに、理科室にある道具を活用し
て、実験計画を立てている。実験方法は、グループによって異なる。本時では、グループごとに実
験を行い、結果をワークシートにまとめる。ワークシートは、４ＱＳシートを用いる。見通しをも
って実験が行えるよう、実験の手順について４ＱＳシートを活用して事前に確認する。各グループ
の実験結果を基に、まとめ（結論）をキーワードを使って自分の言葉で書くようにする。実験方法
は班ごとに異なるが、見る視点を４ＱＳシートを用いることで共有化していく。
(3) 準備するもの
・丸底フラスコ・ガラス管・ゴム栓・一円玉・注射器・試験管・アルミ板
・保温用ポット・お湯・氷水・お湯や氷水を入れる容器
・食紅・ワークシート
(4) 展開
時間
学習活動
実験方法や課題を確認す
○教師のはたらきかけ
・予想される児童の反応
＊支援 ☆評価
○課題を板書する。
る。
課題
空気と同じように水を温めたり冷やしたりすると体積は変化するか調べよう
２５
グループで実験に取り組
む。
○自分たちで考えた実験で、自分
の仮説が正しいか確かめましょ
う。
・予想される実験方法
＊お湯の使い方で注意するこ
とを指導する。
＊実験器具の使用上注意する
ことを指導する。
＊グループ全員が実験操作を
確実に行えるように、実験
は１回で終わりではなく、
グループのメンバー全員が
操作し、全員の記録を記入
できるワークシートを用意
する。
☆温めたときの水の体積の変
・見た目は変わってないな
化に興味をもち、進んで調
・温めたら、少し一円玉が上がっ
べようとする。
たような気がする。
・水で冷やすとどうなるかな。
・ガラス棒の中を水が上がってい
くのが分かるぞ。
・注射器が少し動いたみたい。
関意態（行動・発言）
＊実験中器具の取り扱い方が
間違ってないか、安全に活
動できているかを指導す
る。
実験結果をワークシート
ににまとめる。
○実験結果をワークシートに記入
＊「空気と比べると…」とい
した班は、ホワイトボードに結
うキーワードを出して、空
果を記入しましょう。
気と水を比較させる。
気付いたことをワークシ
☆実験を行い、実験結果と仮
ートに記入する。
説を比較して記録すること
ができる。
技・思表（ワークシート）
２０
実験結果を発表する。
○順番に結果を発表しましょう。
＊他のグループの実験結果
・見た目の変化はなかったけど、
が一目でわかるように、黒
温めると一円玉が上がって、水
板にホワイトボードをは
がこぼれました。
り、各グループの実験結果
・ガラス棒の水が上がるのが分か
りました。
・シャボン玉は思っていたより変
化がなかったです。
・空気のように見た目の変化はな
いけど、体積が増えていること
が分かりました。
を記入できるようにする。
＊調べる条件をイメージしや
すいように、ワークシート
に絵を描き入れる。
結果をもとに、みんなの考
えをまとめる。
○みんなの実験から、水の体積は
＊全ての児童が自分なりの言
温めると増えたのかな？みんな
葉でまとめを書けるよう
はどう思う。
に、うまく書けない児童に
・水の体積は増えないと思う。
は、さらにキーワードを与
・僕たちの実験では少し水の体積
え、書きやすくする。
は増えたので、少しだけ増える
と思います。
○自分の考えを書きましたね。そ
＊温度計を使い、手で温めた
れでは、みんな身近にあるもの
り、氷水で冷やしたりする
で、水は温めると体積が増える
ことで、液面が動くことを
かを確認しましょう。
確認する。
※色つきの部分は授業時間がなくなり、次時に行った。
【参考文献】
・
「子どもに『実感的な理解』をもたらす理科学習指導の視点」初等理科教育 2008 年 12 月号日本初
等理科研究会編農文協
・新潟県妙高市立新井小学校版仮説設定シート(4QS)
上越教育大学小林辰至
http://www.juen.ac.jp/scien/kobayashi_base/4QS_araisyo.pdf
５実践を振り返って
(1) 単元を通した児童のようす
児童は前時に、４ＱＳシートを使って実験計画を立てている。使用できる実験器具をこちらから
提示し、それらを児童が手に取りながら実験計画を立てた。この時、教師から「空気の時とは違っ
て、水の変化はとても小さいかもしれない。小さな変化でも分かる実験方法を考えよう。」と話をし
た。班で自分が考えた実験方法を話し合う中で、当初考えていた実験よりもよいと思われる実験方
法を考え出した班があった。
最初は、ガラスの注射器を使
った実験方法を考えていた。だ
が、より変化が分かりやすくで
きないかと実験器具を組み合
わせていく中で、「小さな穴に
すれば、少しの変化でも分かり
やすいかもしれない。」という
考えが話し合いから出てきた。
その考えを基に、ガラス管を使
った実験方法に変更した。また、
空気を温めたことで１円玉が
カチカチと音を立てて浮いた
図１４ＱＳシートから分かる児童が主体的に実験方法を考えた事例
経験から、一円玉で穴にふたを
する考えも出てきた。
児童が主体的に実験方法を考える姿が見られた場面だった。
本時では、まず児童の予想を確認した。温度による水の体積変化があると予想した児童は１７人、
変化がないと予想した児童は１１人であった。実験に取り組む前に、前時にも話した「空気の時と
は違って、水の変化はとても小さいかもしれない。
」ことを伝え、実験中は変化がないか目を離さな
いよう指導した。
次に、
児童は実験計画を基に各班で実験を行った。
班ごとに、変化の様子が様々であった。上記で述べ
た班は、試験管を温めると一円玉が少し浮き上がり、
水が漏れ出てくる様子を観察することができた。一
人ずつ交代で実験を行うごとに一円玉を取り、水を
きれいにふき取ってから実験をしていた。どうして
そうするのか教師が質問すると、
「最初から濡れてい
ると、水の体積が増えたかどうか分からない。
」と児
図２一円玉の変化に注目して観察する様子
童が答えた。実験を正確に行おうと自ら考えて取り組む姿が見られた。
また、実験を繰り返すうちに、一円玉が浮き上がる高さが低くなり、水も漏れなくなった。この
変化に児童は疑問をもち、話し合いを始めた。その中で「水が漏れ出てきたことは、体積が増えた
ことだ。増えた分水が漏れて試験管から出たから、水が減っている。
」ことに気付き、水を入れ直し
て実験を再開した。すると、最初の実験結果と同じような変化が見られ、児童から納得した声が聞
こえた。実験中に浮かんだ問題に対して話し合い、解決に向かう姿が見られた。
注射器を使った班では、変化が見られた班と見
られない班があった。変化が見られない班の中で
は、他の班が丸底フラスコを冷やすことで変化が
見られたことを聞き、「冷やしてみよう。」という
意見と、まだ変化がないだけで温め続けると変化
があるかもしれない「もう少し温めてみよう。」の
２つの意見が出ていた。互いに考えをもち、自分図３注射器のピストンに変化がないか
たちの実験に主体的に取り組む姿が見られた。
観察する様子
丸底フラスコの口にア
ルミの板を置き、アルミ
板が動いたり、口から水
が漏れたりしないか観察
していた班は、変化が見
られないことから水の体
積変化はないという意見
が実験中出ていた。しか
し、一人の児童から「ち
ょっと水が漏れているみ
たいだよ。
」という、発見
から水を入れ替えてもう
一度実験に取り組んだ。変
図４アルミ板と丸底フラスコを使った実験方法
化が見られないように見えたが、教師が「アルミ板を押し
てみるから、よく見ていて。
」と声をかけ、アルミ板を押し
た。すると、丸底フラスコの口から、水が少しだけ漏れた。
「水が漏れた。
」
「こっちからは見えなかった。」などの反応
があり、もう一度確かめようとやり直す姿が見られた。
実験が終わった班から、ワークシートに実験結果（どの
ような変化があったか）を言葉や絵でまとめた。ワークシ
ートにまとめるまでで授業時間がきてしまい、班ごとの発
図５実験結果
表はできなかった。
次時に班ごとに実験結果を発表し、
「空気よりも変化は少ないが、水も温度により体積変化がある」
ことをまとめた。互いの実験結果をホワイトボードに書いて発表したことで、他の班が行った実験
結果をより分かりやすく理解していた。「一円玉が浮き上がり、水が漏れてきた。」と体積変化が大
きく見られた班の実験結果から、わずかな体積変化であった班も自分たちの実験結果に自信をもっ
たようだ。また、体積変化の見取りが難しかった「丸底フラスコの口にアルミの板を置く」班は、
各班の発表が終わった後に「僕たちの班は、フラスコの口が大きかったからな。」
「一円玉よりもア
ルミの板が重たくて、板が浮き上がらなかったのかもしれない。
」と自分たちの実験方法の問題点を
話し合っていた。
(2) 研究テーマについての考察
本時では、ワークシートに「比較する条件を絵や表などで明確にして実験方法を考え、書き表す
ことができた」児童は 28 人中 28 人（100％）だった。これは、個で実験方法を考えた後に班で話し
合い、より良い実験方法を互いに検討した結果、全員が自信をもって実験方法を書くことができた
と考えられる。ワークシートに「理由をつけて、結果を予想できた」児童は 28 人中 20 人（71％）
だった。空気を温めた実験から、
「水も体積が増えるだろう。
」という予想ができていた児童もいた
が、変化がないと予想した児童の中に、
「なんとなく」など不明確な理由があった。
ワークシートや授業のまとめから、実験結果をもとに、ものを温めると体積が増えることに気付
き、説明することができた児童は、28 人中 28 人（100％）だった。自分たちで実験方法を考えたこ
とが、主体的に実験へ取り組む姿勢につながっていた。また、どのような変化が起きるかを班で話
し合っていたことが、
「見る視点」を明確にしていた。このことが水の体積変化についての「実感を
伴った理解」をより深めることにつながったと考えられる。
自然や実生活の中で活用されていることを説明できる児童は、28 人中 25 人（89％）だった。金属
の体積変化の授業後に、開かなくなったジャムのビンを開けるにはどうすればいいか、話し合った。
まずは実際にビンを見て、個人で方法を考えたところ、ビンのふたが金属であることに目を向けて、
「ふたを温める」方法を考えついた児童が 25 人いた。他に、ビンを温める（中の空気を温める）方
法を考えた児童もいた。班で互いの考えを話し合う中で、
「空気を温めると体積は増えるけど、爆発
して中のジャムが大変なことになるよ。
」と、空気を温める方法は適切でないことに気付いた。
また、温度計の赤い部分は、液体（児童には赤い水と説明）であることから、温度変化で上下す
るのは体積変化であること、プレハブ校舎の鉄骨のつなぎ目にハチが入った様子を見て、夏よりも
つなぎ目の隙間が大きくなったことを説明した。児童はこれまでの学習と結び付けて、その事をよ
く理解できたことが感じられた。
(3) 今後の課題
児童が考えた実験方法で実験を行ったが、体積変化が分かりにくい実験方法もあった。事前に予
備実験をし、わずかな変化ではあるが体積変化が見られることを確認してはいたが、児童の視点か
らは、変化を見取るには難しいことが分かった。主体的に実験に取り組んだ点においては、児童の
より良い理解につながっていたが、分かりにくい実験方法を行った児童については、理解の深まり
を妨げていた部分があったという点で課題が残る。次時の実験結果の発表後に、児童は自分たちの
実験がうまくいかなかった点について話し合っていたことから、各班の発表を聞くことで水の体積
変化を理解することはできた。この点については、児童の学習内容の理解を補う手立てとして良か
ったと考える。
児童が実験方法を考えた後に、児童の視点にたって結果を見取ることができる実験になっている
か、教師が予備実験を通してよく検討する必要がある。また、使用できる実験器具にある程度自由
度をもたせつつも、児童の多様な考えに応えるための事前準備が必要である。今後も、児童の実態
に応じて、使用できる実験器具を精選して、児童が主体的に実験方法を考える授業を進めていく。

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