平成19年度経済産業省「理科実験教室プロジェクト」
【授業タイトル】大地のつくり（６年生）

大地を構成しているものの性質を理解するとともに、大地を知る方法や、大地を知ることが実社会にどのように役に立っているのかを知る。

１時間目は、はじめに「そもそも、土とはなんだろう？」と考え、大地を構成している土は、場所によって色や形、手触りなどが違うことを知る。そして、これらの土の種類の違いを土のはたらきの一つである「給水機能」に着目して実験を行う。科学者と一緒に、誰もがそうだと納得できる科学の言葉に（定量化）していき、土の種類の違いによって、どのくらいはたらきが異なるのかを比較する。

２時間目は、はじめに、普段は見ることができない地下の様子を知るために必要な、ボーリング調査について学ぶ。そして、地下の土の成分や性質を調べるために、さまざまな機械が使われていることを知り、特に重要な土のかたさを測る実験方法や測定値の読み方を理解する。その後、複数のボーリング試料を、見た目や手触り、かたさの値（Ｎ値）などで比較する。さらに、技術者がボーリング調査の結果を利用して、建物を建てている話を聞く。

宮城県では、科学者と技術者の視点（理学的アプローチ・工学的アプローチ）から、「実験室から実社会へ」のつながりのある授業を提案しています。

＜理学的アプローチ＞

科学者が関わる意味･･･
・大地のはたらきを、より深く理解できる。
・大地を観察して気がついたことをさらに追及することで、土のはたらきを発見できる。
・種類が異なるさまざまな大地の特徴を、定量化によって比較できる。

● 「そもそも、土とは何か？」を問いかけ、土にはさまざまなはたらきを持っていることを発見する。
● 土のはたらきを実験し、土の種類とはたらきの関係を調べる。

＜工学的アプローチ＞

技術者が関わる意味...
・大地を知るための技術や、調査結果を利用した技術に触れられる。
・大地を知ることが、生活に役立っていることを理解できる。

●「どうしたら、よいものができるのか？」という技術者のアプローチ（仕事）を紹介することを通して、大地を知ることの大切さを実感させる。

○講師の方と挨拶をする。

○科学者のお話"そもそも土ってなんだろう？"を聞く。

★ 科学者
「今日は、みんなと土について考えていきたいと思います。川やグランド、森の土をよく見ると、灰色だったり、黒だったり、白っぽかったりして、場所によって色が違います。触ってみても、サラサラしたり、ザラザラしたり、ねばねばしたりしています。...」

→科学者が見た土の世界を紹介する。野外に出かけて五感で感じたこと・実験室の顕微鏡で観察したことから分かったことを伝える。

「...どうしてサラサラしたり、ザラザラしたり、ねばねばしたりする違いがあるだろう？と思い、顕微鏡で見てみたら、手の感触の違いは、粒の大きさの違いだと分かりました。...」

→観察結果から分かったこと・分からなかったことを整理し、実験でやりたいことを伝える。

「...でも、川の土が『サラサラ』と言っても、他の人は『ザラザラ』というかもしれません。世界中の誰もがそうだって納得できる科学の言葉で表現できるようにしましょう。」
「手触りの違いが粒の大きさによることが分かりました。では、この粒の大きさの違いで、土のはたらきがどのように変わるのか実験しましょう。」

○ 見たり、触ったりして分かったことから、土の特徴を知る。

○ 観察結果に加えて、実験によって明らかにしたいことを明確にする。

○予備実験「土の給水機能を調べよう！」

★ 科学者
「土に水がしみこむことを知っていますか？実験でその土はたらきを調べていきましょう。まず、科学で大事なことは量を決めることです。土と水の量をしっかり測ってください。」
→演示実験をしながら説明。

「科学の実験には、予備実験が必要不可欠です。失敗してもいいけど、なぜ上手くいかなかったのかはよく見てください。本実験に備えて、実験方法をマスターしましょう。」

＜実験の手順＞
① 試験管に１２ミリの目盛りまで砂を入れる。
② 脱脂綿でふたをする。
③ アルミの棒に試験管の穴をあけた部分を通す。
④ 容器に水を下から６ｃｍの高さまで入れる。
⑤ アルミの棒を容器に引っ掛ける。

★ 科学者
→実験開始の合図（手順⑤）を行う。
▼「上昇してきた。
」 ▼「しみこんでいる。」
▼「きたきたきたー！！」
▼「すごーい。」

○考察

★　科学者
「予備実験の結果を教えてください。水はどこまでいきましたか？」
▼「一番上までいきました。」
★「一番上まで到達する様子は、はやいと思いましたか？遅いと思いましたか？」
▼「はやいと思いました。」
★「みんなはやいと答えてくれたけど、はやい・遅いと言っても、誰もが共有できる言葉にはまだなっていません。本実験で、科学の言葉にしていきましょう。」

○ 土が水を吸い上げるはたらきを確認する。

○ 実験条件をそろえる必要性を理解する。




○ 比較するためには、定量化が必要であることを理解する。

＜使用するもの＞
試験管（使い捨て用、３つ穴をあけておく）、脱脂綿、アルミの棒、容器、定規、ビーカー、水、砂

○本実験「土の給水速度を測定しよう！」

★　科学者
「土の量・水の量・時間をはかって、１０秒間で水がどの目盛りまで吸いあがるかを調べていきます。」
→演示実験をしながらグラフの描き方を説明。

「砂・油かす・礫の３種類の土で実験します。砂と油かすは材質が違うけど、粒の大きさは一緒です。砂と礫は、粒の大きさが違うけど、材質は同じです。予備実験で試した砂よりも、はやいか遅いか予想して実験してください。」

＜実験の手順＞
① ３本の試験管に１２ミリの目盛りまで砂・油かす・礫をそれぞれ入れる。
② 脱脂綿でふたをする。
③ アルミの棒に試験管３本を通す。
④ 容器に水を下から６ｃｍの高さまで入れる。
⑤ アルミの棒を容器に引っ掛ける。
⑥ １０秒ごとに、水が吸いあがっている目盛りを測定する。

★ 科学者
→実験開始の合図（手順⑤）、時間の計測（手順⑥）を行う。
▼「今上がった！」
▼「全然進んでない。」
▼「遅いなぁ、何で？」
(「１２０秒でも、まだちょっとだけ上がっているよ。」

○ 3種類の土の違いを明確にし、土のはたらき（給水速度）の仮説を立てる。

○ 土の種類の違いによるはたらきの違いを、定量化する。

○考察

★　科学者
「何が一番はやかったですか？」
▼「砂が４０秒でした。」
★「みんなの予想とはどうでしたか？」
▼「礫が一気にいくと思ったけど、全然上がりませんでした。」
★「なぜそう予想したのですか」
▼「隙間がいっぱいあるから、すぐに上がると思いました。」
→３種類のグラフの結果を発表する。
★「水面に土をつけた時間をゼロとし、何秒で、何ｃｍ水面があっていったかを見てください。それぞれの土の種類で、水面の上昇速度はどのように違うでしょうか？」
→グラフを詳しく分析する。

★ 科学者
「砂が一番はやく水を吸い上げ、油かすと礫の水の吸い上げは遅かったよね」

「砂と油かすは材質が違うけど、粒の大きさは同じ砂と油かす、粒の大きさが違うけど、材質は同じ砂と礫。土の量や時間という条件をきちんとそろえたから、土の粒径と材質の違いによる給水という土のはたらきの違いを比べることができました。この実験データは、同じ手順を踏めば、世界のどこで実験しても同じ結果が得られます。」

「世界中の誰もがそうだって言える言葉にするのが科学の実験です。今日は水を吸い上げるという土のはたらきが、土の種類の違いで、どのように違うのかがわかりました。
「そもそも、土ってなんだろう？」という自然の現象に対する興味から出発し、ものの種類とはたらきに関係性を見いだしていくこと、それを科学の言葉で語ること。今日はみんなで科学のプロセスを実行しました。」

○ 定量化した実験結果から、3種類の土のはたらきの違いを比較する。




○ 実験条件をそろえることの重要性を知り、改めて土について考える。

○講師の方と挨拶をする。

☆ 講師の方を紹介する。
「今日は、科学者の●●さんと技術者の○○さんと一緒に、『大地のつくり～土壌の性質をしろう！～』の授業をします。」
★ 自己紹介する。

○科学者のお話"そもそも土ってなんだろう？"を聞く。

★ 科学者
「今日は、みんなと土について考えていきたいと思います。川やグランド、森の土をよく見ると、灰色だったり、黒だったり、白っぽかったりして、場所によって色が違います。触ってみても、サラサラしたり、ザラザラしたり、ねばねばしたりしています。...」

→科学者が見た土の世界を紹介する。野外に出かけて五感で感じたこと・実験室の顕微鏡で観察したことから分かったことを伝える。

「...どうしてサラサラしたり、ザラザラしたり、ねばねばしたりする違いがあるだろう？と思い、顕微鏡で見てみたら、手の感触の違いは、粒の大きさの違いだと分かりました。...」

→観察結果から分かったこと・分からなかったことを整理し、実験でやりたいことを伝える。

「...でも、川の土が『サラサラ』と言っても、他の人は『ザラザラ』というかもしれません。世界中の誰もがそうだって納得できる科学の言葉で表現できるようにしましょう。」
「手触りの違いが粒の大きさによることが分かりました。では、この粒の大きさの違いで、土のはたらきがどのように変わるのか実験しましょう。」

○ 見たり、触ったりして分かったことから、土の特徴を知る。

○ 観察結果に加えて、実験によって明らかにしたいことを明確にする。

☆　１時間目の授業の内容を振り返り、２時間目のねらいを伝える。

「先ほどは、科学者の目で大地のつくりについて勉強しました。今度は、技術者の目で、大地のつくりを知ることがどんなことに役立っているのかを学びましょう。」

　→企業の紹介、家つくりに関わる仕事の紹介をする。

○技術者のお話

"地層を知るには？～ボーリング調査の紹介～"を聞く。
★ 技術者
「１時間目に実験したように、科学者は誰もが分かるように、日本全国同じ基準で、土についていろいろと調べてくれます。私は、その結果を使って、家を建てています。」
「地面に出ている土は取れますね。でもすごく深いところにある土はどうやって取れるのでしょうか？これからその調べる方法を紹介したいと思います。」
→ボーリング調査の方法を、資料や実際に使っている機具を見せながら紹介する。
・ ボーリング調査とは、管を回転させて孔を作ること。
・ 土のかたさを考えながら掘り進めていくことが重要である。
・ 先端に硬い金属が埋め込まれている機具で削っていき、下に重要なものが埋まっているときは、プラスチックのドリルを使う。

「先ほどの実験では、土が水を吸うはたらきについて調べましたね。ボーリング調査では、土を掘った後に、土の硬さについて調べます。土のかたさは、土の種類の違いや水をどのくらい吸っているかによって決まります。」
→土のかたさの調べ方を紹介する。
・ １ｍごとに調べる。
・ 日本全国で同じ基準のおもり（６３．５ｋｇ）を７５ｃｍ上げて、土が３０ｃｍへこむまでの回数　「Ｎ値」を測定する。
★「Ｎ値０（ゼロ）ってどういうことかわかりますか？」
▼「１回もやらない。」
★「そうです。おもりを置いただけで、土の中にずぶずぶっと入っていきます。」

○ 地層を知るためには、どんなことをする必要があるのかを知る。





○ 1時間目に学んだ、土と水の関係を振り返り、ボーリング調査で重要になる点を理解する。


○ 調査した結果は決まった基準で表す必要があることを知る。

＜使用するもの＞
ボーリング調査の機具
☆重たいので、観察するときにけがをしないように注意する。

○観察"ボーリング試料を見よう！"

★ 技術者
「それでは、ボーリング調査で取れた地層を観察してみましょう。ラベルに深さ・地質・Ｎ値・採取日時が表示してあります。」
「あけてみて、触ったり、においを嗅いでみたりしてください。」
「指で押してみてください。ぎゅーっとつぶれる土と、つぶれない土がありますよ。」
「地面が深いところの土は、ちょっと臭いかもしれませんね。」

▼「炭のにおいだ。」
▼「固まっている。」
▼「すごい！０回で３０ｃｍだ。」
▼「硬い。石だよ、石。」
▼「１回？２回？３回で３０ｃｍか！」
▼「貝殻入りだ。」
▼「木の匂いって感じがする。」
▼「かなりくさい。」

★ 技術者
「今観察したボーリング試料の調査位置は、『大和町内の内陸』と、『多賀城の海側』です。貝殻が含まれている試料がありましたね。これは多賀城の地層です。大昔は海だったということが調査によって分かります。このように、ボーリング調査によって、土の性質だけでなく、大地の歴史を知ることができます。」

○ ボーリング試料の見方を知る。

○ 試料を見ながら、どのような地層であるのか、判断できるようにする。

＜使用するもの＞
ボーリング試料

○技術者のお話"家つくりと大地の関係"を聞く。

★　技術者
「土のかたさ『Ｎ値』は、土を掘りながら調査するとお話しましたが、土を取り出した後も、土の強さを知るために、実験室でありとあらゆる試験を行います。そして、建物を建てるときに活用します。」
「コンピュータ上で建物の構造計算をします。まず、マンションの重さと土のかたさを計算します。次に、建物をグラグラさせて、地面に対してどのような力がかかるかを調べます。」

→構造計算の説明後、実際に完成した建物の写真・図を見せながら、建設の過程を紹介する。
・ 秋田県の14階建てのホテル
・ 基礎の部分の杭...直径2ｍ、長さ34ｍ（←かたい地盤が出てくる深さ）
「建物は完成するまでに、どんどん重くなっていくので、地盤がやわらかいと建物を支えられません。杭を打って倒れないようにするために、地盤の調査はとても大事になってきます。」
「足腰がしっかりしていないと、みなさんは体を支えられないのと同じで、建物も支える部分をしっかり作らなければいけません。」

「ところで、ピサの斜塔はどうして斜めなのか知っていますか？」
▼「地盤がやわらかいからです。」
★「そうですね。調査したこちら側は硬かったけれど、しなかった方はやわらかかったのです。左右で地盤の硬さが同じじゃなかったので、作っている途中で傾いてしまいました。」
「今は斜めでも、コンクリートで固めてとまっています。でも傾いている建物の中にいると気持ち悪くなりそうですね。こんな例からも、大地を知る大切さが分かりますね。」

○ボーリング調査の結果が、どのように生活に役に立っているのかを理解する。

○大地のつくりと変化について学ぶことの大切さを考える。

☆「さきほど、貝殻が地層に含まれている試料がありましたが、ボーリング調査では、貴重な化石が取れたりするのですか？」
★技術者
「宮城県は史跡、歴史上の遺跡が出てくるので、建物を建てる前には、一度調査をします。重要なものが出てくると、建物が建てられなくなります。」

☆「地震対策はどのようにしているのですか？」
★「地震は建物だけでなく、地面の中も揺れるので、地盤の調査が重要になります。地震がきても大丈夫なように、調査結果を利用して、しっかりと設計をしています。」

☆「学校のまわりの大地はかたいですか？」
★「さまざまですね。この辺りの丘陵はかたいけれど、川の扇状地はやわらかいです。でも、やわらかい方が、農作地には適した土です。」
☆「地形によって、土の利用の仕方が違うのですね。」

○講師の方と挨拶をする。

☆「今日は、科学者の目で、土の種類やはたらきについて実験し、技術者の目で、土の性質を知ってどうやって建物を建てればよいのかを考え、大地のつくりについて勉強しました。」
▼「科学者の●●さん、技術者の○○さん、どうもありがとうございました。」

○身近な地域の大地の様子を知り、大地のつくりと変化を学ぶことに興味を持つ。