「活動記録」カテゴリーアーカイブ

市川学園市川高等学校での活動

廣田穣、細矢治夫、町田武生、和田勝の各会員が、平成31年3月9日に市川学園市川高等学校で行われた、平成30年度SSH生徒課題研究年度末・発表会に参加し、指導助言を行いました。

昨年7月の中間発表会での活動報告にも書きましたが、市川学園市川高等学校はスーパー・サイエンス・ハイスクール(SSH)に選定されていて、生徒はほぼ1年かけて理科の課題研究を行っています。今回はそのまとめである年度末の研究発表会でした。

発表会は、アリーナを会場として、生徒の司会で始まりました。

校長先生のあいさつの後に、各課題のポスター発表が行われました(ただし数学の5題は口頭発表)。課題研究は合計133あり、内訳は、数学5、情報8、物理42、地学3、化学33、生物42でした。

前半は奇数番号、後半は偶数番号の課題の発表が行われ、参加した会員は、それぞれの専門の分野のポスター前で、発表者の説明を聞き、疑問点を質し、改良点などについて助言をしました。報告者は生物が専門なので生物の課題しか見ていないのですが、それでも数が多いので、すべてを聞くことはできませんでした。全体としてそれぞれが熱心に取り組んでいると感じました。ただ、データの処理のしかた、表現の仕方などに改善の余地があるものも散見さました。このような点の改善にSSISSが資する余地があると思います。

市川学園市川高等学校での活動

町田武生会員が、平成30年12月3~5日、および7日の午後に、市川学園市川高等学校において、理科課題研究の中間発表会に参加して、指導助言を行いました。

市川高等学校では、ほぼ1年にわたるSSH理科課題研究が毎週1回午後に行われています。おおむね実験が終わったところで、その進捗状況を口頭発表してもらい、質疑応答を経て取りまとめに向かってもらうための集まりが、上記日程であり、町田会員はこの口頭発表会に参加してアドバイスを行ったというわけです。

全部で137件の発表があり、そのうち生物分野は47件でした。47件のうち38件を町田会員は担当し、質疑応答やアドバイスなどをしました。

アドバイスは、実験そのものに対するもの、必要な文献の紹介などに加えて、実験に供している動物の生餌の提供、適当なアドバイスを得られるであろう専門家に連絡を取って紹介するなど、多岐にわたりました。おおむね指導助言の役割を果たしたということでした。

物理、化学等の分野についても、次年度は7月の全体発表会の際に個別に良く話を聞いて、必要に応じて12月に改めてコメントやアドバイスをするようにしたら、SSISSとしても有益な活動になるのではないかと考えています。

小金井雑学大学での活動

大井みさほ会員が、平成30年11月18日の午後に、小金井市商工会館の中にある萌え木ホールで行われた小金井雑学大学で、「生活と物理」というタイトルで講義を行いました。参加者は雑学大学の会員である小金井市民を中心に、大人が30名ほどでした。

「生活と物理」と題して、家の内外の日常生活に関係した物理、主として歩くこと、転倒、姿勢、重心など、力学的な話をしました。 転倒による骨折は、年齢が高くなると大きな危険因子となるからです。

力学的に考えると、 私たちが立って いられるのは体の重心から降ろした垂線の位置が、両足の足の裏が地面に接する面を囲む線の内側にあるからです。体を模式的に角柱で表して横から平面で見ると、図aのようになります。今、この角柱が左方向へ移動する場合、図bのように角柱全体が同じように動いていれば、転ばずに移動することができます。

ところが、体の上部と下部の速さが異なり、その差が大きくなって、重心から降ろした垂線が、足の裏の接する面を囲む線から外れてしまうと、足の裏に働く抗力と重心に働く重力によって回転モーメントが生まれて倒れてしまうことになります(図c)。このようなことが起こるのは、何かにつまずいたり、道路の凹みや段差に足を取られた時に起こります。

横向き の速さが小さければ、段差に足を取られても片足を前に振り出して踏みとどまることができますが、早く歩いていると間に合わないことになります。 なにご ともせかせかとするのでなく、 足元に気を付けて、ゆっくり動けば、転倒事故も減る というわけです。 実際の歩行運動は、左右の足を前に踏み出して地面を蹴って進むのでもっと複雑はことになるのですが、ここでは話を簡単にするために角柱での運動にしています。詳しくは、このページが参考になると思います。

また質量の単位など、いくつかの単位の定義が変更になることも紹介しました。2018年11月に開催された国際度量衡委員会で新しい定義が採用されたのです。一番大きな変更はキログラムです。これまで100年以上にわたってパリ郊外にある国際度量衡局に厳重に保管されてきた キログラム原器をもとして定義されていたのが、普遍定数であるプランク定数をもとに定義されたことです。

産総研に保管されているキログラム原器
https://www.aist.go.jp/sst/ja/aist_history/history1/index.html

新しい国際単位系(SI)の全体図です(産総研のページより)。

キログラムの新し定義は「プランク定数の値を正確に6.62607015×10のマイナス34乗ジュール・秒(Js)と定めることによって設定される」となっています。ピンときませんね。詳しくは、このサイトを参照してください。またブルーバックスの
臼田孝 著の「新しい1キログラムの測り方」も参考になります。

上の図にあるように、同時にアンペア、ケルビン、モルの定義も見直されました。これでSIのすべての単位が定数によって定義されたことになります。昔習ったメートル原器やキログラム原器は過去の話になったのですね。時代の流れを感じます。

八王子市教育センターでの活動

大井みさほ、奥田治之、野津憲治、廣田穣、町田武生会員が、12月1日の午後に、八王子教育センターで行われた第10会八王子市中学校科学コンクール審査会に出席し、各校から選ばれたポスター発表を審査し、その後に行われた表彰式に参加しました。

このコンクールは今回が10回目です。生徒から募集したポスターで前宣伝されています。
今回の会場はこれまで行われていた八王子駅前のビル内の施設ではなく、少し離れた八王子教育センターで行われました。

参加したのは生徒、教員、PTA役員、父兄を合わせて180名ほどでした。もちろんそれ以外に審査に携わるSISS会員、それとオリンパス光学の方々、八王子市教育委員会の方々などがいます。

校内審査と一次審査を経て選ばれた7点の作品についてポスタープレゼンテーションがあり、審査員は各発表を聞いて回りました。

参加した会員はその中から、SSISS賞にふさわしいと思われる2点の作品を選びました。これ以外に、オリンパス賞3点、校長会長賞1点、PTA連合会会長賞1点の作品がそれぞれ選ばれるので、全体の調整を図った結果、SSISS賞は石川中学2年の佐藤結実さんの「フッ素には、歯を守る効果があるのか」と、第二中学3年の石原雄斗君の「回転方向と容器の大きさで洗浄力は変わるのか?」に決まりました。去年は審査の時間が短かったのですが、今年度は、1作品あたり生徒の発表と質疑応答が8分で、審査員が全作品を審査できるように工夫がされていました。

表彰式では、大井理事長がSSISS賞の表彰状と副賞として細矢先生の著作「三角形七不思議」(ブルーバックス)を贈呈しました。

八王子市立城山中学校での活動

有山正孝、大井みさほ、奥田治之、野津憲治、廣田穣、細矢治夫、和田勝会員が吉安信雄さんと共に9月15日の午後、八王子市立城山中学校で、SSISSによる科学実験教室という名のもとに理科の実験授業を実施しました。それぞれの会員が、体育館と理科室に設けられたブース(というか実験台)の周りに受講者を集め、受講者が皆、それぞれ手を動かして各分野の実験を行い、各会員が指導、助言、誘導を行いました。受講者は各テーブルに10名前後、全体で60名ほどでした。中学生以外に小学生も交じり、また教員、PTAの方も随時参加していました。

まずは開講式で始まります。校長先生のあいさつのあと、

各会員の紹介があり、

その後、受講者は希望したテーマごとに7つのテーマに分かれ、1時間半の実験を行ないました。

各テーマの概要と、実験風景の写真を以下に載せておきます。

1)大井みさほ会員
光の進み方--レーザー光を使って光の直進、反射や屈折を調べる

2)有山正孝会員
さおばかりをつくろう--テコの規則性を利用した「さおばかり」を製作する

3)野津憲治会員
自然災害に備える--防災ゲームを通じて地震や噴火、豪雨災害の理解を深める

4)和田勝会員
生き物は細胞でできている--単細胞生物ゾウリムシ、多細胞生物である植物、動物の基本構造は細胞であることを顕微鏡で観察し、細胞分裂を観察する

5)細矢治夫会員
折り紙で分子模型をつくってみよう--折り紙でいくつかの多面体をつくり、分子や結晶の立体的な形を理解する

次の2テーマは、暗くする必要があるためと、水回りが必要なことから、理科実験室で行われました。

6)奥田治之会員
望遠鏡の原理--レンズのはたらき、望遠鏡の原理を学ぶ

7)廣田穣会員
酸性・アルカリ性を調べよう--リトマス試験紙を作り、酸性・アルカリ性を調べる

最後に閉校式があって、生徒代表からお礼の言葉をいただきました。これで無事に終了です。お疲れさまでした。

八王子市立高尾山学園での活動(3)

細矢治夫会員が9月4日の午後、八王子市立高尾山学園で、「折紙多面体」というタイトルで理科実験授業を行いました。参加した生徒は3名、教員は、小学および中学理科教員が4名でした。このタイトルでの授業は、昨年に続き2度目になります。

人数が少ないので、全員を一つのテーブルの周りに座ってもらうことができました。まず、多面体というものがどういうものか、それが将来の高校の化学とどういう関わりがあるかを、簡単に説明しました。下の図はここからお借りしています。
八面体を取る分子の一例です。六フッ化硫黄(Wikipediaより)。

次に、正方形の折り紙2枚から「正八面体のスケルトン」を折り上げることを教えました。上手い、下手の差はありますが、30分ほどで全員成功しました。

Minolta DSC

YouTubeに載っていた、折り紙クラブの正八面体スケルトンの折方です。

二つ目のターゲットとして、2枚の長方形の折り紙を使ったユニット折り紙で「正四面体」を折りあげることにも成功しました。さらに4枚のユニットから「正八面体」を折ることもできました。

折り方の早い子には、遅い子への手助けをしてもらい、子供らの間のコミュニケーション作りにも役立ったと思います。

最後に、少し難しい作品作りを見せたり、折り紙の有用性も説明しました。

台風21号が関西地方を襲った余波が関東にも及びましたが、無事に終了できて、教える方も教わる方も、一同ほっとしました。

江戸川区子ども未来館での活動(4)

廣田穣会員が、8月22日の午後2時から4時までの時間で、江戸川区子ども未来館の夏休み応援プロジェクトの一つとして、「光を出す化学反応 炎色反応からホタルの光まで」というテーマで、小学校3-6年の児童16名に実験授業を行いました。

①色と光の3原色(講義と演示実験)
色が見えるのは、そのもの自体が色のついた光を発している場合と、外部(太陽光など)からの光を反射したために見える場合があります。ここでは光を発する場合を考えていくことにします。

②光を発する反応(講義中心)
化学反応によって光が発せられる場合があります(化学発光)。反応式で表すと次のようになり、反応を進めるために触媒が必要になります。

A + B -> C + D

この反応の結果、生じたCはエネルギーが高い状態(励起状態)のため、基底状態に戻り、そのときにエネルギーの差に相当する波長の光を発します。これが直接発光の例です。⑤を参照のこと。

一方、上の化学反応で生じた励起状態のCが、持っているエネルギーを別の物質(蛍光を発する染料)に渡してこの物質を励起状態にし、それがもとの基底状態に戻るときに蛍光を発する反応があります。こちらは間接発光と言います。この場合、蛍光を発する染料を変えることにより、さまざまな色の蛍光を発生させることができます。お祭りで売っているケミカルライトがこれですね。

③蛍光についての実験・ブラックライトの応用(実験)
上の②の最後で述べたケミカルライトの反応は、Aがシュウ酸ジフェニル、Bが過酸化水素、触媒がサリチル酸ナトリウムで、Cが1,2ジオキシセタンジオン、Dがフェノールです。1,2ジオキシセタンジオンは不安定で、自然に2分子の二酸化炭素となり、この時に発生するエネルギーが蛍光染料に渡され、蛍光染料は励起状態になり、基底状態に戻るときに蛍光を発します。

ブラックライトは、ほとんど目に見えない紫外線を発生する光源を言います(写真はWikipediaより)。携帯に便利なLEDによるブラックライトも多数、販売されています
普通は目に見えない蛍光塗料を、ブラックライトを当てて光らせることができます。よくショーウィンドーのディスプレイの視覚効果で使われていますよね。そのほかにも、紙幣の真贋のチェックなど、いろいろと応用されています。

そうそう、夜釣りをするときには、電気ウキやケミカルライトを利用したウキを使いますが、蛍光塗料を塗ったウキを使って、ブラックライトでウキの動きを追うこともできるようです。

④炎色反応をきれいに見る(実験)
炎色反応とは、アルカリ金属(下の写真の左から1、2、3番目まで)やアルカリ土類金属(下の写真の左から4、5、6番目)、金属の銅を、炎の中にいれると、それぞれの元素に特有な色を発する現象をいいます。

この反応は、それぞれの元素の原子がもつ電子が外側の軌道に熱によって移動した励起状態になり、再び元の軌道に戻るときに、元素特有の色を発することによります。

したがって、きれいに炎色反応を起こすためには、それぞれの金属原子がバラバラになった塩化物水溶液を使うか、金属銅の場合は微小な粉末にする必要があります。ここではガスバーナーではなく、カセットコンロを使っています。

色の異なる金属を混ぜてやれば、①で述べた光の3原色に従った混色を作ることができます。花火の色はこの方法で作っているんです。

⑤ルミノールによる発色(実験)
ルミノールという化合物の塩基性水溶液に、過酸化水素と血液(ヘモグロビン)を加えると、強い青紫色の発光を示します。これがルミノール反応で、警察の科学捜査で血痕の検出に使われます(写真はWikipediaより)。これも化学発光の一つで、この場合、上の②で述べたAに該当するのがルミノールで、過酸化水素がB、ヘモグロビンが触媒に相当する直接発光行です。

郵便局や銀行に行くと、カウンターの後ろにそっと置いてある防犯カラーボールは、ルミノール反応を利用しています。入口の柱に貼ってある、身長目安の目盛りも気になりますよね。

ホタルの発光は、広い意味で化学発光の一つですが、生物が作る酵素タンパク質が触媒となっているので、特に生物発光と呼んでいます。

いずれの場合も、光を発するのは励起状態から基底状態への電子の遷移によって起こる現象で、原子の構造を学習していない小学生には、根本的な原理を理解するのは難しいでしょうが、いろいろな実験を通して、きれいに光る今回の実験を覚えていて、いつか、「あ、なるほど、あの時のはこれだったのね」、となるといいのですが。

注記)上の記述は、各項目のタイトルから膨らませて書いたもので、必ずしも実際の授業の内容を反映しているものではありません。当日の写真は、子ども未来館の前川さんが撮影したものです。

江戸川区子ども未来館での活動(3)

野津憲治会員が、8月21日の午後2時から4時までの時間で、江戸川区子ども未来館の夏休み応援プロジェクトの一つとして、「火山はなぜ爆発するんか」というテーマで、小学校3-6年の児童18名に実験授業を行いました。

実施日の前の7月5日に、子ども未来館へ出向いてしっかりと打ち合わせを行いました。子ども未来館側の要望を聞き、使用できる機材や文房具、パソコン環境の確認を行いました。

満を持しての実施当日です。かなり早めに子ども未来館に到着し、実験の準備を行いました。実施した内容は次の通りです。

1)まず火山および火山噴火についての初歩的な説明を行いました。
(写真は子ども未来館の前川さん撮影)

こちらは、桜島の噴火の様子です。ここからお借りしています。

2)次いで、桜島火山で採取した火山灰を簡単な双眼拡大鏡で観察して、一人ずつスケッチを描いてもらい、火山灰の特徴をつかんでもらいました。
小学生にとって火山灰を扱うのは初めてで、多くの児童が大変に興味を示してくれました。

火山灰にはマグマ起源のガラス片が入っていることを観察できた児童も少なからずいました。
これらの写真はここからお借りしています。ちなみに、火山灰は、「灰」と言っても普通に見る灰とは異なり、上の写真のように、ガラスを含む鉱石の細かい粒なので、処理を誤ると大変なことになります。たとえば車のフロントガラスに積もったものをワイパーを動かして除こうとすると、フロントガラスが傷だらけになってしまいます。降灰がしょっちゅう起こる鹿児島市では、降灰ステーションと呼ぶ専用の集積所に克灰袋に入れて出し、回収して埋め立て処理をしています。

実験に使った火山灰を持ち帰りたいという児童が半分ほどいて、ポリ袋に入れて渡しました。自分で観察していろいろと考えてくれるといいですね。

3)休憩を挟んで、火山噴火が起きるのはマグマの上昇であることを理解するために、火山の内部構造模型をペーパークラフトで作りました。
上の完成図は当日のものとは異なりますが、こんな感じに仕上がります。ここからお借りしています。

子ども未来館の4名の方が、小学生一人一人の模型作りを助けたこともあり、全員が時間内に完成し、その模型を使って噴火の説明を行うことができました。

江戸川区子ども未来館での活動(2)

和田勝会員が、8月2日の午後2時から4時までの時間で、江戸川区子ども未来館の夏休み応援プロジェクトの一つとして、「生き物は細胞でできている」というテーマで、小学校5,6年の児童18名に実験授業を行いました。

以前の活動報告に書いたように、新聞や日常会話、あるいは小学生向けの図鑑などの中には、「細胞」や「遺伝子」の用語が出てきますが、小学校理科の学習指導要領では、これらの用語は取り上げられていません。

5年生でメダカの発生や母体の中での胎児の成長に言及しているのに、なぜか基本的な単位である細胞が数を増やすことによって発生が進み、体が大きくなることに触れていません。

指導要領を逸脱するけれど、基本単位の「細胞」が「細胞分裂」によって数を増やして成長していくのだということを納得できるように、実験授業を構成してみました。

前置きはともかく、最初は顕微鏡の扱いに慣れてもらうために、顕微鏡の操作の手順について説明しました。
単細胞生物と多細胞生物の違いを説明し、単細胞生物の代表としてゾウリムシを観察してもらいました。ゾウリムシは比較的大きくて動き回るので、おもしろいと思ってもらえると考えたからです(次の写真はこのサイトのものをお借りしています)。
案の定、みんなは動き回るゾウリムシを追いかけます。粘っこいメチルセルローズ溶液で動きを遅くして観察することも試しましたが、こちらの説明が十分でなく、必ずしもうまく行きませんでした(皆がべとべとの液にてこずったので)。ハンドアウトに適宜余白を置いたので、そこに観察したものを必ずスケッチするように促しました。

適当なところでゾウリムシを切り上げて、多細胞生物植物編に突入です。定番のタマネギ鱗茎葉の表皮細胞を切り出して、最初は無染色、次に酢酸カーミンで染色して観察してもらいました。次の写真はカッターナイフで井型に切り込みを入れて、表皮を剥ぐところをデモしている様子です。

こうして得られた標本を観察すると、長細い形の細胞が、びっしり並んでいるのが分かります、ちょっと感激です(多分)(次の写真の上の方)。
続いてトマトの果皮の表皮細胞を、同じように切り出して、今度は無染色で観察してもらいました(上の写真の下の方)。明らかに形が違いますし、細胞と細胞と間の距離が異なります。これに関しては答えは言わずに、この違いはなぜ?、その結果、どうなるの?と考えてみてね、と言いました。

動物細胞の例として、自分の口腔内上皮細胞の剥離したものを綿棒でこすり取って、それをプレパラートに移し酢酸カーミンで染色して観察しました。ほぼ全員が観察することができました。今回の撮影像がなかったので、次の写真は、ここからお借りしています。
駆け足ですが、これで多細胞生物である植物も動物も、基本単位である細胞から構成されていることがわかりました。

最後に、細胞はどのようにして数を増やすのかを垣間見てもらうための実験です。最初にウニの発生の動画の中から、受精卵が原腸胚になるまでの過程、すなわち盛んに卵割(細胞分裂)を行って数を増やす過程を見てもらいました。
ネギの種子を発根させ、その根の先端部分を午前9時ころにファーマー液(氷酢酸:無水アルコール=1:3)で固定し、70%アルコール液に移して保存したものを、あらかじめ準備しました。聖徳学園の時にはタマネギを使ったのですが、イマイチうまくいかなかったので、今回はネギの種子を使うことにしたのです。発根した根は細くて扱いにくいかなと危惧しましたが、持参したものを1/10モル塩酸を60度に温めてその中で処理をして細胞間の結合を切って(解離)やると、かなり太くなることがわかりました。全体的に透明で先端部分が白く見えます。

これをよく洗ってスライドグラスに移し、別のスライドグラスを十字において押しつぶし、酢酸カーミンで染色しました。今回は無事にネギの根端細胞の分裂像を観察することができました。
ここで「細胞分裂」と「染色体」という用語を紹介し、染色体に「遺伝子」が載っているのだと説明しましたが、あまり深くは説明しませんでした。また、細胞分裂の周期(前期、中期、後期、終期)という語も説明しませんでした。上の写真では左上から右下に向かってそれらしい像が見られます。全員が必ずしも根端組織を見つけられなかったようですが、タマネギの細長い細胞と比べて根端組織の細胞の形の違い、核の凝集度の違いに気が付いてくれればいいなと思いました。

最後の方はちょっと駆け足になりましたが、一通り実験できて、まあまあ良かったのではないかと思いました。終了後に「アカデミー発見カード」というアンケートを取っていますが、その結果は次のようなものでした(回収数14)。

わかった度 Good 11、 Fair 3、 Poor 0
わくわく度 Good 11、 Fair 3、 Poor 0

「今日わかったこと、ふしぎに思ったこと、もっと調べたいことなど、なんでも書こう」の項目には次のようなコメントがありました(抜粋、順不同、原文ママ)。

「おもしろかった」「生き物すべてにいろいろな細胞があっておもしろいなと思いました」「細胞ってはじめきいてもわからなかったけど本当はみじかなものだと分かってほっとしました」「生き物や植物には細胞があることがわかりました。特に自分の細胞を見た時にはたくさんの細胞で体が作られていてすごいと思いました」「動物と植物とでは細胞の形がちがう」「タマネギとトマトの細胞の厚さがちがうことがわかりました」「ゾウリムシの泳ぎ方がふしぎだと思いました」「いろな形のさいぼうがいるんだと思いました」「細胞分裂という言葉初めて聞きました。トマトを見てわかりました。とてもよくわかりました」「細胞分裂という名を知った。核というものを初めて聞いた。人間は60兆個の細胞がある。トマトの細胞がすごかった」

これ以外に、「あともっとみてみたいなと思いました」「はちゅうるいさいぼうはどうなっているか」「うさぎや魚の細胞を見てみたい」「せんしょく体をもっとしらべたい」

というのもありました。

なお、上に載せた子ども未来館内での写真は、未来館の前川啓二さんに提供してもらいました。

 

江戸川区子ども未来館での活動(1)

大井みさほ会員が、7月29日の午後に、江戸川区子ども未来館の夏休み応援プロジェクトの一つとして、「光の進み方を調べてみよう」というテーマで、小学校児童9名に実験授業を行いました。

大井会員は、これまで江戸川子ども未来館で、同じテーマで実験授業を行っています。まったく同じというわけではありませんが、写真入りの授業の様子は、2015年7月に行った、上のリンク先をご覧ください。

活動を終えた大井会員の感想は、「上記テーマで各種光源の説明、水槽でのレーザー光による光の直進、屈折、反射、角棒と光ファイバーでの全反射等の説明をもとに、児童による実験観察を行ないました。今回は光ファイバーの実験の時間は短めにして、回折格子分光器の製作を入れました。レーザーを各テーブルに緑を1本ずつ、赤を人数分用意できたので、水槽実験、光ファイバー実験ともに、やりやすかったです。」