生徒体験型オーロラ実験に関する教材開発

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本研究は、多くの人が直接見たことがないオーロラを題材として、論理的思考力、独創性を育むことを目指すことである。オーロラは北極と南極に現れるため、「磁力線」が深く関わっていることを理解してもらう。次に、「磁力線」が影響を及ぼすのは「電子やイオン」である。このことから、オーロラは宇宙で生じるプラズマ現象であることを認識してもらう。このように、オーロラは、「電気と磁気」、「磁力線の可視化」など様々な科学現象の宝庫と言える。本研究では、「オーロラ」を通して、生徒が自ら「なぜ、こうなるのだろうか」という疑問を持ち、その理由を考え、論理的思考力や創造性などを身に付ける指導方法や教材などの開発を行う。平成15年度では、以下の2種類のオーロラ装置の構築を行い、小中学生による体験評価(リフレッシュ理科教室と地域貢献事業「ユニキッズクラブ」)を実施した。(1)地球周辺のオーロラ装置:円筒ガラス容器に2枚の平行平板電極と両電極間に地球を模擬した永久磁石入りの球を挿入した構造からなる。模擬地球に見立てた永久磁石の周りに、光る気体(プラズマ)が巻きつく様子が確認でき、磁力線の可視化を実現できた。模擬地球をゆっくり動かすことで、磁石の移動に追従してプラズマが変化することが目視でき、実際のオーロラの動きを再現できた。その様子をビデオ教材として実用可能であることもわかった。(2)北極近傍のオーロラ装置:釣り鐘型のガラス容器の上部から剣山を挿入し、下部に鍋底型アルミニウム電極を凸部が上になるように設置し、その下に永久磁石を配置した構造からなる。圧力が低いときは、北極近傍で観測される広がったオーロラが目視できるが、圧力を高くしていくと、剣山から発生する筋状の発光に代わり、雷の様子を再現しているようであった。本装置により、オーロラのみならず、自然界のプラズマ現象を探求する教材として使用可能であることがわかった。平成16年度では理科教室でのアンケート結果を基に(a)地球周辺オーロラ:模擬地球の支持棒の改善。ガラス容器を大きくする。(b)北極近傍オーロラ:観測窓を大きくする。導入ガスを変える。などの改善を行った。平成16年8月5日と平成17年1月22日、23日に開催された理科教育祭典に出展し、青少年を対象に、実施評価を実施した。良好な結果を得た。