出版書誌データベース

STEM教育の潮流に、画期的な「電磁気」実験の革新で対応する！！！

■本書の概要
「STEM教育」の時代変化の大きな潮流こそ、これまでの理科を見直し革新するための好機。その見直しの核心は、難儀な題材の「電磁気」。これをシンプルな手づくりの実験器具の制作作業で、楽しく安全に誰にでも鮮やかな観察実験する。それらはSTEM教育のメインになるにちがいない。本書の最大のねらいは、これに画期的な取り組みを促進することである。

■この本から得られること
　本書では、巻線機のハンドル回しをハミングで楽しみながら実践し、その先にある知的好奇心を促進させるための数々のヒントを紹介している。理論と実践を繋ぐ支柱になっているのは、国内外で多くの実践を重ねてきたOsumi Educational Support Institute（OES 研究所）の巻線機である。この教材にインスピレーションが沸き上がった読者には、教材入手方法等も紹介しているので、まさに「STEM教育を目指す理科」を体感することができるはずである。

■この本にどんなことが書かれているか
　理科の実験は、自分で料理作りを楽しむことに似ている。
本書はSTEM 教育を目指す理科の考え方に基づく実験事例をまとめたものである。楽しく、かつ、その先の知的好奇心を促進させる「電磁気」実験をサポートするために、乾電池とハンドダイナモの電源を見直すことからはじめている。本書を読んだ後には、「理科の実験は、自分で料理作りを楽しむことに似ている」ということが実感できるはずである。

■本書から分かること
STEM 教育とは断片的な概念を紡ぎながら新しい概念を生成し、疑問が解決されるとともに、新たな疑問が生起されるものであり、自学を含めた継続的学習により高い総合的概念を獲得できる教育といえる。本書に記載した数々のヒントは、STEM 教育に関心のある一般読者にとっても大変有益な情報になるはずである。

目　次
PART 1　これからの理科教育とSTEM教育のために―STEM教育に対応する理科教育の実践に向けた「電気の基礎実験」―
はじめに　　002
CHAPTER 1　STEM教育とは何か 004
1-1　K- 12フレームワークにみられる実践手法　　004
1-2　全米科学教師協会が提案する問いの活用手法　　008
CHAPTER 2　STEM教育の実践に向けた「電気の基礎実験」―永久ゴマに焦点化した実践事例― 009
2-1　自然の理解に通じる知的好奇心を促進させるために　　009
2-2　研究方法　　013
2-2-1　実施時期と調査対象　　013
2-2-2　永久ゴマの製作方法　　014
2-2-3　ひとことアンケートの作成　　015
2-2-4　テキストマイニングによるひとことアンケートの分析方法　017
2-3　結果と考察　　017
2-3-1　テキストマイニングによるアンケート分析　　017
2-3-2　共起ネットワークの結果　　021
2-4　まとめ　　022
CHAPTER 3　STEM教育との整合性がある「電気の基礎実験」 024
3-1　なぜSTEM教育と「電気の基礎実験」は整合性があるのか　　024
3-2　新たな疑問をどのように活用していくのか　　027
3-2-1　Think-Pair-Shareワークシート　　028
3-2-2　パワフルプラクティスモデル　　029
CHAPTER 4　重点的な題材選定と教育プラン 031
4-1　永久ゴマの原理について　　031
4-2　OES研究所との出会い　　032
CHAPTER 5　電気への感謝度合いを検証するための柔軟な実践計画と実施 035
5-1　自作の手振り発電パイプを作ろう　　035
5-2　‌巻線作業体験の有無がもたらす電気への感謝度合いを検証するための授業デザイン　　036
5-3　‌巻線作業体験の有無がもたらす電気への感謝度合いを検証するためのワークシート　　037
5-4　巻線作業体験の授業実践の様子　　040
5-5　巻線作業体験がもたらす電気への感謝度合い　　044
CHAPTER 6　フィリピンでのSTEM教材の紹介 047
6-1　フィリピンのSTEM教育事情　　047
6-2　フィリピンでのSTEM教育実践　　048
CHAPTER 7　学習指導案の作成意義について 052
7-1　理科授業をデザインする際の観点　　052
7-2　学習指導案を作成する際のチェック項目　　054
7-3　学習指導案の実際　　057
7-4　学習指導案（略案）の作成　　061
PART 2　STEM教育に対応する―手作り機材で楽しむ実験　面倒な実験を楽しくする―「手振り発電パイプ」と「巻線機ジョイ」
はじめに　　068
CHAPTER 1　ダイナミックな「手振り発電器」を作りたい―鮮やかな電磁誘導の実験にも使いたい！― 072
1-1　発端は、愛用してきたモデル　　072
1-2　インターネット技術は、電磁誘導を土台にしている　　073
1-3　STEM教育は「未来のイノベータを育てる」こと　　074
1-4　‌手づくり「手振り発電パイプ」が活躍する―身近にある各種のLED、その点灯実験に使える―　　076
CHAPTER 2　「手振り発電パイプ」で電磁誘導の原点に到達する―これぞ、電磁誘導の実験の決め手！― 078
2-1　検流計（ガルバノメータ、Galvanometer）　　078
2-2　準備、使う機材は、手振り発電パイプのほか数点　　079
2-3　実験の方法　　079
2-4　‌テスト問題で好まれる「レンツの法則」、アンペールの「右ネジの法則」　　081
2-5　手振り発電パイプは、200年前の法則に行き着く　　082
2-6　レンツの法則の記憶のノウ・ハウ　　083
2-7　パイプに入れる磁石の磁力線　　083
CHAPTER 3　ICカードの原理―そのモデル実験へ―手づくり「巻線機ジョイ」を作る― 086
3-1　市販されているボビンが使えるシャフトを作れ！　　086
3-2　これで自由にコイル巻きできる　　088
3-3　小型のトランスを用意する　　088
3-4　LEDのクリスマス・デコレーションも点灯する　　089
3-5　LEDは交流でも点灯するか？　　090
3-6　手軽に使う小型トランスの6V/8V/10V/12V電源　　091
CHAPTER 4　ICカードのモデル実験から無接点給電への関連 092
CHAPTER 5　手振り発電パイプに到達するまで 094
5-1　大きなモノをつくる―課題は強力磁石の入手　　094
5-2　さらなる難関は、エナメル線のコイル巻き作業　　095
5-3　「巻線機を探せ！」、つぎは「ボビンを探せ！」　　096
5-4　ハンドルが重い、使い物にならない―既製品の鉄製の巻線機　　097
CHAPTER 6　ハミングでコイル巻きする「巻線機ジョイ」―その制作のノウ・ハウ― 099
6-1　「巻線機ジョイ」の特色　　099
6-2　巻線機のハンドル回しもハミングで　　100
6-3　制作と実験へのステップ　　102
CHAPTER 7　磁石の磁界の記録保存のしかた 104
7-1　準備　　104
7-2　上から鉄粉をていねいに散布する　　106
7-3　厚紙に木工ボンドをひろげ、薄くのばす　　107
CHAPTER 8　これさえあれば！　乾電池と豆電球の大型模型 109
8-1　乾電池模型の作り方　　111
8-2　工夫の勧め　　112
8-3　豆電球模型の作り方　　112
8-4　さらなる工夫の勧め　　114
8-5　特に推奨したい演示実験　　114
CHAPTER 9　スマホ充電を考えるコンデンサの充電と放電 116
9-1　コンデンサの静電容量の単位にファラデーの名がある　　116
9-2　準備と実験　　117
PART 3　手作り機材の制作をサポートする―基本パーツの見直しと準備　楽しくなる基礎レベルの電気実験―その機材準備のノウ・ハウ
はじめに　　120
CHAPTER 1　手元に置きたい乾電池ユニット 121
1-1　進んだ取り組み　　122
1-2　工夫の勧め　　122
CHAPTER 2　2個は持ちたいハンドダイナモ―商品名「ゼネコン」 123
CHAPTER 3　LED豆電球の普及で使うソケット4個ユニット 126
3-1　工夫と参考にしてほしいこと　　127
3-2　さらに進んだ取り組み　　128
CHAPTER 4　LEDの省エネを実感する―車の方向指示の小型電球 129
4-1　12V球の実験ユニットの作り方　　130
CHAPTER 5　LED素子を直視する12VのLED電球 131
5-1　LED素子を直接に目にすること　　131
5-2　白熱電球の発光方式を考える　　132
CHAPTER 6　確保していたいエナメル線とコイル用ボビン 134
6-1　たっぷりの材料を用意したい　　134
6-2　ボビンの入手　　134
6-3　‌思いついたとき、それが「グッド・タイミング」―実験準備と予備実験のために　　135
CHAPTER 7　2種類のボビン用―巻線機ジョイのシャフト 136
CHAPTER 8　電動ドリルを使う―電動式「巻線機ジョイ」 138

関連事項・参考図書 140
巻線機ジョイを使ったワークショップ　　140
D．ボダニス著、吉田三知世訳「電気革命」（新潮文庫、2016年）　　141
関連資料・情報 143
OES研究所・岸和田工房、頒布機材リスト
1　手振り発電パイプ（完成品）　　144
2　4豆電球ユニット台（3V、LED4個付き）　　144
3　巻線機（OES-U型）　　145
4　巻線機（OES-U型）用2タイプ軸受け板　　145
5　巻線アタッチメント軸［（OES-U型）用］　　146
6　手振り発電パイプ（キットタイプ）　　146
7　エナメル線ボビン（P-2G）約0.3㎏巻　　147
8　エナメル線ボビン（P-5G）1㎏巻　　147
9　小ボビン（P-2G）　　147
10　大ボビン（P-5G）　　148
11　電磁誘導実験セット　　148
12　クランプ（F型）　　149
13　クランプ（C型）　　149
14　手回し発電機（巻線機含まないパーツ）　　150
15　手回し発電機（巻線機含む）　　150
16　シンプルモーター（完成品、クリアーケース入り）　　150
17　シンプルモーター（キット品、クリアーケース付き）　　151
18　乾電池と豆電球の大型模型（キット頒布）　　151
19　12V LED―12V 白熱電球ユニット　　152
20　変色点滅LEDランタン　　152
21　両端クリップ付きリード線　　152