実験・測定・グラフを活用した「考える授業」の開発

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本校では授業中に実験を行い、結果のグラフを提示しながら生徒に現象を考えさせる授業の開発に取り組んでいる。本研究では、可視領域のスペクトル強度分布のグラフを表示させることができる分光器を用いて、光の分野での新しい教材の開発と授業実践を行った。光源のスペクトルを提示するだけでも発光現象を考えさせる教材になるが、光の吸収と組み合わせることでより深く学習させることのできる教材になることがアンケート結果などから分かった。以下は教材の概要であり、物理Iでは光源の観察と1の実験を行い、物理IIでは1から3の実験と水素原子スペクトルの理論的な説明を行った。金属光沢や光源温度とスペクトルの関係の教材化も試みたが、効果的なものができず、今後の課題となった。1〈ナトリウムによる光の吸収〉;ナトリウムランプの光と食塩の炎色反応の光が同じ波長であることを示しておく。ナトリウムランプと電球型蛍光灯の光を同時に測定すると、545nm, 589nm, 611nmに鋭いピークが観察される。食塩とアルコールを混ぜて燃焼させた炎をセンサーの前に置くと589nmの光の強度のみが減少し、炎を遠ざけると元に戻る。この現象はアルコールだけの炎では起こらない。2〈LEDによる光の吸収〉;赤色LEDに赤色LEDの光を当てると1.5V程度の電圧が生じるが、青色LEDの光を当てても電圧は生じない。青や黄色の強度が少し強い連続スペクトルを持つ白色LEDに、青色LEDの光を当てると1.0V程度の電圧が生じるが、橙色LEDの光を当てても電圧は生じない。擬似白色発光ダイオードの発光について考えさせることができる。3〈水素原子のスペクトル〉;水素のスペクトル管からの光を測定すると、485nmと655nmの光であることが分かり、理論式からの計算値と一致する。