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愛知教育大学で実施された教員と学生の共同による研究成果を紹介します。
生徒が主体的?創造的に電気抵抗の概念を獲得することを目指した新規教材の開発
小学校から高等学校までの理科の学習において「電気」に関する内容が扱われています。電気は生活に身近で必要不可欠な存在であり、近年は科学技術の発展が目覚ましく、科学リテラシーの育成や、次代を担う人材育成など、理科教育において重視されている内容の一つでもあります。しかしながら、「電気」は直接見ることができず、児童?生徒が適切なイメージを描くことが困難である分野となっています。特に、電気抵抗の概念を形成することができず、授業において、単に合成抵抗などは理解ではなく、「公式の暗記」にとどまっている可能性が極めて高い傾向がみられます。
CNPを用いた長さを自由に変えられる抵抗器
このような問題を克服するため、私たちは電気伝導性を有する特殊な紙である「カーボン?ナノチューブ?ペーパー（CNP）」を用いて、電気抵抗の視覚的理解が可能な新規教材を開発しました。CNPを抵抗器として教材化することで、電気抵抗は「電流の流れにくさ」を表す物理量であり、抵抗の大きさは抵抗体の長さに比例し、幅に反比例することを実験的に理解することが可能となります。本教材により、電気抵抗の値の形状依存性を視覚的に理解するだけでなく、従前の教材では困難であった再現性を担保した定量的な実験を生徒が主体的に実施することで、電気抵抗の基礎的な概念を獲得することができることも学校現場での実践を通して確認することもできました。
電流チェッカーによる電気抵抗の長さ依存性の定性的理解
さらに、CNPは取り扱いが容易で、形状を自由に決定することができることから、生徒自身が課題?形状を設定して主体的?創造的に探究活動をすることができ、数学と理科を融合した高等学校の新科目「理数探究」における探究的な学習の教材としての活用も期待されます。なお、本教材は理科の教材製造販売会社であるウチダから「カーボンペーパー抵抗実験器」、「カーボン?ナノチューブ?ペーパー」として発売されることが決まっています。
ウチダ 教材カタログより
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