授業計画 | アクティブラーニング | 力学: ニュートンの第3法則

前提条件: このアクティブ授業計画は、100分の授業、学生が事前に本を使った学習とプロジェクトの開始を行っていること、授業中に提案された3つの活動のうち1つだけが選ばれることを前提としています。各活動は、利用可能な時間のかなりの部分を占めるように設計されています。

目標

時間: (5 - 10 分)

目標の段階は、授業の焦点と生徒の学習目標を定めるために重要です。生徒がセッションの終了時に何ができるかを明確に示すことで、活動や教室での議論を導くためのガイドとして機能します。設定された目標は、生徒がニュートンの第3法則の背後にある理論を理解するだけでなく、実践的な状況でそれを適用できることを保証します。

主な目標:

1. 学生が、さまざまな文脈での重力と法線力の反応を認識し計算できるようにする。

2. ニュートンの第3法則に従って、物体にかけられたすべての力は、同じ大きさと方向で、反対の意味の反応を伴うことを理解させる。

副次的な目標:

1. 問題解決とグループ討論において、生徒の積極的な参加を促し、協力と批判的な議論を促進する。

導入

時間: (15 - 20 分)

導入段階の目的は、ニュートンの第3法則に関する既存の知識を活用できるように、生徒が問題解決のシチュエーションに取り組むことを促すことです。これらのシチュエーションは、生徒の好奇心を引き出し、さまざまなシナリオで力の反応を理解する必要性を喚起するために選ばれています。文脈設定は、内容を現実の世界と結びつけ、テーマの重要性を示し、生徒をより深く探求するように動機付けることを目指しています。

問題ベースの状況

1. 宇宙空間で浮いている宇宙飛行士が、宇宙船を押すことに決めたとします。宇宙飛行士はどのような反応を感じ、どの方向に行くのでしょうか？

2. 自由落下しているエレベーターについて考えてみてください。エレベーターの中にいる人が持っていた重い物を離した場合、その人はどのような反応を示すでしょうか？

文脈化

ニュートンの第3法則の理解は、物理学の勉強だけでなく、私たちの日常生活にも欠かせません。ロケットが宇宙の真空で動く理由や、パラシュートで降下を制御できる理由などの興味深い知識は、この法則の直接的な結果です。さらに、力がどのように反応するかを理解することで、惑星の動きから飛行機の飛行まで、多くの現象を予測し説明することができます。

展開

時間: (75 - 80 分)

発展段階は、生徒が事前に学んだニュートンの第3法則の概念を実践的かつインタラクティブに適用できるように設計されています。リアルな状況や遊び心のあるアクティビティに参加することで、この段階は実験とグループワークを通じて理論的理解を固めることを目指しています。提案されたアクティビティは、理論を強化するだけでなく、問題解決能力や批判的思考能力を発展させることを目指しています。

アクティビティの提案

提案された活動のうち、1つだけを実施することをお勧めします

アクティビティ 1 - ミニロケットチャレンジ

> 時間: (60 - 70 分)

- 目標: ミニロケットの構築と発射においてニュートンの第3法則を適用し、力の反応を実証すること。

- 説明: 生徒を5人までのグループに分け、各グループに空のペットボトル、ストーブのノズル、自転車のポンプなどの簡単な材料が配布されます。生徒たちは、空気の圧力で動く「ミニロケット」を作成します。この挑戦は、ニュートンの第3法則を適用して打ち上げの方向と力をコントロールしながら、ロケットをできる限り遠くに打ち上げることです。

- 指示:

• クラスを最大5人のグループに分割します。

• 各グループに以下の材料を配布します：ペットボトル、ストーブのノズル、自転車のポンプ、水。

• ロケットを組み立てるために、生徒にノズルをペットボトルに接続し、自転車のポンプで圧をかけるよう指導します。

• ペットボトルの中の圧縮空気が解放されると、ロケットが反対側に押し出される力が生成されることを説明します。

• 各グループには、圧力と方向をコントロールしながらロケットの発射を調整するいくつかの試みがあります。

アクティビティ 2 - ボールのダンスの謎

> 時間: (60 - 70 分)

- 目標: ニュートンの第3法則が実際に適用される様子を理解し視覚化し、ビリヤードゲームのような現実の物理システムでの力の反応を観察すること。

- 説明: この遊び感覚の活動では、生徒たちはビリヤードを使用して、閉じたシステム内で力がどのように反応するかを探求します。クラスルームにビリヤード台がある場合、生徒はボールに対して様々な力を加え、他のボールがニュートンの第3法則に従ってどのように反応するかを観察します。目的は、衝突後のボールの動きを予測し制御することです。

- 指示:

• 教室にビリヤード台を準備し、適切な初期パターンでボールを配置します。

• 各グループはボールを1つ受け取り、異なる力を加えて動かす必要があります。

• 生徒は、1つのボールに加えられた力が、他のボールにどのように反応するかを観察し記録し、ニュートンの第3法則に従って行います。

• グループはボールの動きについて理論的な予測を行い、加えられた力で仮説をテストします。

• 観察結果と予測をクラスでディスカッションし、実際のボールの動きを比較します。

アクティビティ 3 - カタパルトの設計者

> 時間: (60 - 70 分)

- 目標: カタパルトの構築と操作においてニュートンの第3法則を使用し、機械システム内での力の反応の原則を示すこと。

- 説明: 生徒たちはグループで、アイスクリームスティック、ゴムバンド、小さな物体などを使用してシンプルなカタパルトを作成する挑戦を受けます。彼らはニュートンの第3法則の概念を適用し、発射の力と方向を調整しながら、特定のターゲットに向けて発射します。

- 指示:

• クラスを最大5人のグループに分けます。

• 必要な材料を提供します：アイスクリームスティック、ゴムバンド、小さな発射物、接着剤。

• 生徒がカタパルトを建設できるよう、ゴムバンドを使って物体のコントロールされた発射を可能にする姿勢に設定します。

• ゴムバンドにかける異なる力が発射の距離と方向をどのように変更できるかを説明します。

• 各グループには、ターゲットを得るためのテストと調整の時間があります。

フィードバック

時間: (15 - 20 分)

このフィードバック段階の目的は、生徒の実践的かつ理論的な学習を強化し、活動を通じて得た知識を整理し反映させることです。グループディスカッションは、コミュニケーションや論証スキルを発達させ、意見を交換し合う場を提供します。重要な質問に答えることによって、生徒は物理の原則が現実の状況にどのように適用されるかを批判的に考え、混乱や誤解の可能な分野を特定することを促進し、より深い理解を促進することができます。

グループ討論

グループディスカッションを開始するために、教師は各チームが活動中に得た発見や直面した課題を共有するように依頼するべきです。生徒が自分の構築や実験においてニュートンの第3法則をどのように適用したか、観察した反応を議論することが重要です。教師は最初のグループにオープンな質問で始め、その後他の生徒に意見を述べ合わせて互いの経験を比較するよう促すことができます。

重要な質問

1. どのようにしてニュートンの第3法則を使ってあなたの発明（ロケット、カタパルト、ビリヤード）を構築し操作しましたか？

2. 実験で力の反応を制御しようとしたとき、最も大きな課題は何でしたか？

3. 力の反応に驚かされた場合はありましたか？それはどのように解決しましたか？

結論

時間: (10 - 15 分)

結論の段階は、学習を定着させる重要な役割を果たし、生徒が授業中に議論した概念を明確に統合し理解できることを保証します。さらに、理論と実践の関連性を強化し、理論的な知識が現実の文脈にどのように適用できるかを示します。このセクションは、学んだ概念の重要性を強調し、生徒が物理学をこれからの生活や学びにおいてさらなる探求と適用を続けるように促す役割も果たします。

要約

結論では、教師はニュートンの第3法則に関する主要な概念を要約し、ロケットの発射、ビリヤード、カタパルトの構築のようなさまざまなシナリオにおける力の反応を強調する必要があります。これらのすべてのケースにおいて、加えられる力は同じ大きさと方向の反応を引き起こし、その反応は逆方向に向かうことを強調することが重要です。

理論の接続

授業中に、家庭で学んだ理論と実践活動との接続が確立され、生徒はニュートンの物理学の概念が現実の状況や模擬された状況に適用できることを目の当たりにしました。実践的な活動は、ニュートンの法則を直接視覚化し体験するための架け橋として機能し、理論の学習を強化しました。

終了

最後に、教師はニュートンの第3法則が日常生活の現象の理解や、宇宙技術の設計や機械システムの理解において重要であることを強調する必要があります。この理解は、生徒の学問的知識を豊かにするだけでなく、批判的に考え、さまざまな文脈で物理学の概念を適用するための準備をさせるものです。