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例会速報 2015/06/21 慶應義塾高等学校
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授業研究：探求可能な実験題材の導入 小河原さんの発表
小河原さんは、海外留学の成果を取り入れた授業実践について報告してくれた。
2年の物理基礎では、力の合成と分解の分野に、今年から探究型生徒実験を導入した。ごく簡単に力の合成と分解の作図方法を紹介した後、3人1組の各班に材料を配布する。材料は、スタンド1本、クランプ2つ、新聞紙2枚、セロテープ30cmである。
前記の材料とはさみを使って自由に片側固定の橋を作り、スタンドから突き出した場所に50gのおもりを下げる。おもりが静止したら、橋の根本（固定場所）からおもりまでの水平距離が班の記録となる。2枚の写真は、例会参加者が班に分かれて、実際に製作を体験している様子。生徒たちと同様、あれこれ話し合いながらのものづくりは楽しそうである。
橋の3枚目の写真は、小河原さんが示した参考例である。下のパイプ状新聞紙に圧縮方向の力が加わり、上の細く切ったロープ状新聞紙には引っ張り方向の力が加わる構造になっている。パイプ状は圧縮方向に、ロープ状は引っ張り方向に、それぞれ50g重程度なら耐えられそうに見える。黒板の図の通り、この分力が短くなるように、クランプはスタンドの一番下と上に固定した。写真よりさらに水平距離を長くする場合、パイプの自重を支えるため、黒板の図のようにパイプ中央もロープ状新聞紙で吊るすと良い。
今年度は、小河原さん担当の4クラスに加え、他の5クラスでも実験が行われ、計9クラスでの最長記録は226cmとのこと。驚異的な記録である。結果報告書の感想欄には「考えることが楽しかった」、「力の合成と分解を体験として学べた」、「先生の製作した橋を見てなるほどと思った」など、達成感を感じさせるものが多かった。時間に余裕があった場合にと用意してくれた、貯金箱を活用した3年生物理の探求型実践の紹介（写真）は、次回以降に持ち越しとなった。
中２の電気回路 武捨さんの発表
中学2年の電気回路のプラン（各時のねらいと課題）の紹介。2013年度の実践（2013年5月例会で報告）は、電位を扱うなど、中学の学習範囲を超える内容も含んでいたが、今年度は、オームの
法則に入る前の、電流・電圧の理解に時間をかけた。
種類の違う豆電球を用いた実験を課題に据えて、1個のとき、違う種類に取りかえたとき、2個直列のとき、2個並列のときなど、電流は5 時間、電圧は6時間かけて学習した。
逆浮沈子 車田さんの発表
車田さんの勤務校の科学部で、科学イベントで「浮沈子」を作るために、大量にペットボトルを集めて保管していたところ、キャップを閉めて一年近く保管していたら、へこんで三角柱のように変形し、クセがついてしまった。断面はおにぎり型になってしまったが（写真右）、転んでもただでは起きない車田さんは、「逆浮沈子」として活用することを考えた。
ぎりぎり沈む浮沈子を作って上記のボトルに入れる。変形ペットボトルの断面が三角形の頂点にあたる部分を、断面を円に近づけるようにさりげなく押すと浮沈子は浮かんでくる。普通は押すと沈む浮沈子の逆の動作なので「逆浮沈子」というわけ。
断面が円に近づくとペットボトルの容積がやや大きくなり、ペットボトル内の圧力が下がることにより、浮沈子内の気体が膨らみ浮力が増して浮上する。
Arduinoを用いた加速度センサ 櫻井さんの発表
Arduino（アルドゥイーノ）は、イタリア発祥で現在大流行中のマイコンシステムだ。従来のマイコンに比べてシンプルなため習得が容易で、自由なイメージを形にするプロトタイピングにとても向いているという特徴がある。シリアルポートではなくUSBで給電や書き込みが可能であるのも魅力的。ハード・ソフトの全てがオープンソースであり、設計情報が公開されているのでサードパーティも含めて多くの互換機が安価に出回っている。
櫻井さんは、ArduinoUno（写真左の緑の基板の下の段）を使って、三軸加速度をLCDに表示するシステムを自作してみた。右の写真の中央が加速度センサのチップだ。
計測結果は1秒ごとに更新され、LCDにリアルタイムで表示されるため、ボードを動かすと即座にそれが反映される。Arduinoは加速度センサの出力する電圧を読み取り、較正し、計算して適切な形で出力しているが、これをたった70行程度のコードで実現している。水平に静置すると、XY方向（水平面）はほぼ０、鉛直方向は約9.8m/s2を示す（写真左）。ちなみに会場の教卓はX方向に若干傾いていたようだ。
右下の写真はAdafruit社のTrinketという超小型のArduino互換ボード（5V電源動作版）。これを小さなブレッドボードに挿して2つのタクトスイッチといくつかの抵抗、30行のコードでSRラッチを試作したもの。Trinketは互換機なので安価であり、1000円程度で手に入る。
網戸の光芒観察装置 海後さんの発表
４月例会で発表した試作品の実演では、枠の強度不足で網がたるんでしまい失敗したが、今回はガラス板をベースにして両面テープで網をしっかりと張った事で、シャープな二本の光芒を観察できるようになった。詳しくは４月例会の説明を参照のこと。
カッティングミラー魔鏡 海後さんの発表
万華鏡工作などに利用されるカッティングミラー板には、ＰＥＴ樹脂にアルミ蒸着メッキのものがあり、裏側の樹脂面をボールペンで強く書くだけで（写真左）、蒸着メッキされている面が魔境になるという実験を知った海後さんは、どういう原理なのか不思議に思い追試してみた。
魔鏡となっている蒸着メッキの鏡面をいろいろな角度から観察した結果、ボールペンに押されて圧縮された樹脂部分の張力に引かれて、蒸着メッキ面が樹脂側にわずかに凹んで凹面鏡のようになっている事が確認できた（写真右）。
例会では、少し離れた距離から点光源（スマホのLEDライトなど）で照明するとクッキリと投影できるとアドバイスがあった。写真右は天井に映った魔境の文字。このような現象は、メッキされていなくても板厚が0.5㎜程度で、ポリエチレン系の弾力のある樹脂板なら再現できることを、例会発表後の実験で確認できたとのこと。
単スリットによる回折の直接観察法いろいろ 海後さんの発表
海後さんはMLで、本庄高校の西尾さんからの情報を得て、UCHIDAのヤングの実験・回折格子用スリットを使用して、単スリットから線光源を直接目視して干渉縞を観察するという方法を知り、それを簡単な素材で自作して追試できる方法をいろいろ考えた。
まず、単スリットから明るい光を覗いて見ると細い暗線が多数見える（写真左）。例会発表時の意見を聞いて調べてみたところ、開口部エッジ近場のフレネル回折による暗線のようだという。エッジ付近のみの現象なのに数十センチ離れてもはっきりと見えるのは、ピンホール効果によるものと考えられる。指で作った細い隙間に見える暗線もフレネル回折によるものらしい。
次に、西尾さんからのアドバイスによって、ふたつの単スリットを前後に離して2段スリットとして明るい光を覗いてみると、光源側のスリットに光源のフラウンホーファー回折による干渉縞が観察できた（写真右）。画像では見えないが、肉眼で見ると手前のスリットにはフレネル回折の細い暗線も同時に見えている。
海後さんはまた、ピンホールにレーザー光を当てて同心円の干渉縞（エアリーパターン）を投影できるという話を友人から聞いて、0.2φのピンホール（写真左）を自作してレーザーポインターの開口部に貼りつけてみた。しかし、真円に穴開け加工するのはとても難しくて、投影してみると余計な干渉パターンが出てしまった（写真右）。しかしもう少し工夫すればきれいな同心円を投影できそうなので、本職の加工技術を活かして高精度のピンホール製作に再挑戦するという。大いに期待したい。
海後さんはその他にも、いくつか興味深い実験のバリエーションを考えていたが、今回は発表しきれなかったので次回以降に、より工夫した装置を試作して発表する予定でいる。楽しみに待とう。
質量を正しく豊かに理解するために 水野さんの発表
質量を生徒が実感を伴って理解できるようにと水野さんが考えた実験。空のペットボトルと水入りペットボトルの比較実験は、岩手の岩間さんから教えて頂いた。バレーボールのボールとボウリングのボールの比較は、実教出版の物理基礎の教科書本文に書いてあったものを実際に実験してみた。ちなみにボウリングのボールはボウリングが趣味の水野さんのマイボールだ。
直径約１ｍの風船は、１０年（？）程以前の科教協全国研究大会で購入したものだ。地球の１０００万分の一のモデルということで、その当時５３００円で売っていた。巨大風船を人にぶつけて質量の違いを体感する実験は滝川さんに教えて頂いた。
いずれの場合も、水平方向に重さ（重力）はなく（ペットボトルの場合はひもの張力と重力がつりあい、バレーボールのボールとボウリングのボールは床からの垂直抗力と重力がつりあう）、水平方向に押したとき感じる違いは重さの違いでなく質量の違いである、ということを生徒が納得することを意図した実験だ。
授業ではやらなかったが、例会では、風船の重さを、膨らませる前と後とで比較することをしてみた。ただし、例会参加者からは、これはしない方がいいのではないかという意見があった。
新型親子ごま 古谷さんの発表
古谷さんは2015年2月の例会で、古野博さんのゴルフピンを使った「重ねごま」のアイディアを利用した二段ゴマを紹介してくれた。今回は芯になっているチューブの頭に凹型にした金属板（厚さ０．２ｍｍ程度）を両面テープで貼り付けて受け側のコマを開発した。
受け側のコマの条件としては、①芯がぶれない、②回転時間が長い ことがあげられる。①については、今のところ、貼り付け作業を丁寧に行うことで対応している。②については慣性モーメントを大きくするため針金を外周に貼り付けることで実現している（同3月例会）。
回転中の親子ごまの動画（movファイル11.5MB）はここ。同方向回転の場合、最終的に上下のコマの回転角速度が等しくなるのが安定状態のようだ。
気象データロガーDT-174B 山本による宮田さんの代理発表
宮田さんから紹介があったのは「USB温度/湿度/気圧データロガー・DT-174B」。製造元は米国CEM社。本体はしゃれたスティック形状で、PCのUSBポートに直接差し込んで、データの吸い出しや設定変更ができる。測定時は本体だけで独立動作可能。本体表面（写真左）には動作状態とアラーム表示のLED、裏面（写真右）にはスタート／ストップボタンと、写真用三脚への取り付けねじだけというシンプルデザイン。気象測定に特化して、小型軽量化と操作性の向上を実現している。測定間隔は１分～18時間まで任意設定、ログデータは10000セットを保存可能。お値段は代理店によってさまざまだが、通販価格で16000円台から。気圧が測れるデータロガーとしてはたぶん最安。
付属ソフト（写真左）は必要最低限の機能だが使いやすい設計。緑が気圧、赤が気温、白が湿度のグラフ。このデータは宮田さんが地下鉄に乗って池袋のサンシャイン６０ビルの展望台に登ったときのデータで、高度変化が気圧の変化として読み取れる。226m登って気圧が1015hPから993hPに落ちているので、おおよそ10m登ると1hP減る、ということになる。台風通過時のデータを異なる観測地点で比較するなど、地学の気象分野での活用も身近で良さそうだ。
同ソフトはデータ保存時に、オリジナルフォーマットのデータファイルの他に、エクセル用のテキストファイルもデフォルトで同時に書き出してくれるので（写真右）、データの加工はエクセル上で容易にできる。非常に使い勝手の良い製品である。なお、カタログではソフトの動作環境をWindows７までとしてあるが、8.1の環境でも問題なく動作している。マック用のソフトは付属しない。
日本代理店のの製品紹介サイト：http://www.mksci.com/products/detail/270.html。カタログデータ（pdfファイル1.1MB）はここ。
ARS個別学習票 西村さんの発表
西村さんから、5月例会で発表した運動学分野に引き続き、動力学分野もARS個別学習票を作成したという報告があった。
今回は誤答選択肢を作成を、学芸大の新田英雄先生が作成した素朴概念の分類表と結びつけながら行った。ARS個別学習票のポイントは、各設問の内容と選択肢一つひとつに教師から学習コメントをつけて、生徒に活動のフィードバックを与えることである。西村さんは今回この方法で選択肢作りをしてみて、誤答選択肢に根拠を持たせる(生徒が間違いの理由に共感できる)ことにつながりそうだと感じた。
例会では該当の授業実践の直前ということで、設問内容や選択肢について参加者からもアドバイスがあった。単元構成や生徒の実態とも深く関わってくる内容なので、授業研究の時間に、実践結果や生徒の振り返りをまじえながら詳しく報告したいとのことなので乞うご期待。
未来の火山予知？ 平井さんの発表
平井さんは6月8日〜10日に開催されたMUOGRAPHERS（Muon, Optics, Geoneutrino, Radar, and Photonics for Earth Studiesの略）に参加した。様々な発表があったが、その中で一番興味を持った火山の可視化「ミュオグラフィー」について例会で報告してくれた。かわいいイラスト入りの、平井さん手書きの資料（左）が秀逸だった。
ミュオグラフィーはmuon（ミュー粒子）を使ったレントゲン写真のようなもの。ミュー粒子が物質を通り抜ける時に物質の厚さと密度によって減少する性質を利用して火山の内部を可視化することができる。この技術は福島第一原発2号機の炉心の透視に使われ注目された。アメリカではコンテナスキャンに用いて核兵器の密輸防止にも役立っている。現在のミュオグラフィーの時間分解能は3日だが技術が進歩すればリアルタイムで火山の可視化ができる時代が来るかもしれない。
平井さんがもうひとつ紹介してくれたのはカムランド。液体シンチレーターを用いてニュートリノを検出する装置で、新しいニュートリノを捕まえることができるようになると期待されている。ニュートリノは透過性が強すぎて火山の可視化には使えないが、地球全体の可視化に挑戦する研究も進められている。
熱をどう教える？ 黒瀬さんの発表
第一学習社の大判「物理基礎」で教えている黒瀬さんは、熱の単元でわいたいくつかの疑問を例会に持ち込んだ。
たとえば「熱の移動」という表現。「熱」自体がストックではなくフローだと考えると「移動の移動」になって言葉の重複ではないか。同じ意味で「熱が発生する」という表現にもちょっと引っかかる。「熱がエネルギーのひとつの形態であることを示している」という表現も、本来の「熱」の定義からすると変なのではないか・・・といった具合。「熱」という用語には熱素説時代の古いイメージがつきまとっていて、未整理なのだ。
それ以上に悩ましいことは、「物理基礎」で「熱力学」をどこまで教えるのかということ。単元のねらいをはっきりさせないといけない、という問題提起だった。
円周率π５万桁のポスター 水野さんの発表
水野さんは朝日小学生新聞に載っていたポスターを購入した。この３月に東大を退官された金田康正先生が、スーパーコンピュータ－で円周率の計算をされていたので、退官記念に作成したとのこと。金田先生のサイン入りだ。気になるお値段は下記の通り。
Ａ１サイズ（縦５９４ミリ×横８４１ミリ）が、５，９８０円＋税
Ａ２サイズ（縦４２０ミリ×横５９４ミリ）が、３，１４１円＋税
Ａ３サイズ（縦２９７ミリ×横４２０ミリ）が、１，２００円＋税
水野さんが購入したのはＡ２サイズのもの。今は、学校の理科室前の壁に掲示してある。時々生徒が興味深そうにのぞき込んで「先生全部言える」と聞いてくるそうだ。
スコットランド巡検報告 伊藤さんの発表
伊藤さんは東京都市大の萩谷宏さんが企画した知識工学部自然科学科のスコットランド実習に同行して、5月4日～15日の日程で、近代地質学発祥の地を巡った。例会でその紀行報告があった。
写真左は、ジェームズハットンが不整合の概念を思いついたという地質学の「聖地」Siccar Point（シッカーポイント）へ降りる崖っぷち。戻るのにはロープ等に頼らないと無理な急勾配だという。写真右は、同地の案内板。ハットンは挿絵にあるように船で訪れていたらしい。
左は伊藤さんが途中別行動でハイランド地方へ行ったとき、Auch（オーヒ）～Glencoe（グレンコー）で見たU字谷の風景。かつてここは氷河で埋め尽くされていた。
その他にも、ケルビン卿像、キングホーン海岸でウミユリなどの化石拾い、アーサーズシート散策、グラスゴーサイエンスセンター見学（同館のサイエンスショー）などのスライド紹介があった。
東京都市大のオフィシャルな研修報告はここ。
カメラ・グッズいろいろ 佐々木さんの発表
佐々木さんは、自然現象など理科分野の観察に使えそうな、ちょっと変わったカメラとグッズを紹介してくれた。
まず、下の写真の長い棒のようなモノは、撮影用ロングロッド「ルミカ Birds iRod（バーズ・アイロッド）」で、最長7.5ｍのタイプがある。長い一脚、長い自撮り棒のイメージで、コンデジやウェアラブルカメラを取り付けでき、いままで撮れなかったアングルから撮影できる。名前の通り俯瞰映像を想定していて、Wi-Fi機能搭載カメラをスマートフォンで画像確認～リモート操作する。
例会では、「CASIO EX-FR10」を装着してみた。同機は新発想のウェアラブルカメラで、カメラ部分とモニター部分が分離、スマートフォンなしで操作できる。CASIOらしいアイデアが詰まっていて、今までで一番簡単で使いやすいウェアラブルカメラかもしれない。
さらに、開発元のルミカさんは釣り具メーカーだけに、水中撮影用も発売を予定している。水中ではWi-Fiが届かないため、カメラのスマートフォンと防水ケースまでを有線でつなぎ、防水ケースのアクリルを介してWi-Fiを飛ばす点が新発想だ。佐々木さんは今回、ルミカさんから水中撮影用の試作品をお借りして、サメ漁の様子を漁船上から水中撮影してみた。テスト撮影動画はFacebookで公開中。
佐々木さんは他にも使えるウェアラブルカメラを2つ紹介してくれた。左の写真「Panasonic HX-A1H」は、45ｇの小型・軽量ボディに防水等のタフ設計、赤外線ライトを使えばナイトモード撮影も可能。取付場所の制限が少ないので、装置内などの狭い場所でも使えそうだ。
「Kodak PIXPRO SP360」（右）は、360度の全方位視野で画角214度の広角映像を捉えることができる。ドライブレコーダーやストリートビュー的に使う方が多いということだが、気象観測などにも向いていそうだ。
最後に、ウェアラブルカメラをベースに進化したセキュリティカメラも紹介しよう。
左の「ELMO QBiC CLOUD CC-1」は、電源とWi-Fi環境があれば手軽に設置できるホームセキュリティカメラで、ライブ視聴のほか、録画データ7日分をクラウドサービスで保存できる。赤外線ナイトビジョンや動体検知機能もあり、暗所実験の長時間撮影や、夜行性動物の観察などにも使えるのではないだろうか。
アイデア満載のこれらのカメラを活用して、新たな自然観察の手段とするのはいかが？
ミジンコカメラ 竹内さんの発表
スマホに取り付けて使うマクロ撮影用レンズ。特注品とのこと。お札のマイクロ文字も楽々撮影。右の写真は同じ機器で撮影した生きたミジンコの画像。スマホ顕微鏡恐るべし。
二次会 日吉駅前浜銀通り「小青蓮」にて
17名が参加してカンパーイ！会場のアクセスが良いためか。慶應高校例会はいつも参加者が多い。発表時間も足りないぐらいだ。終わりの方は駆け足になってしまい、時間切れで発表できない人もいる。充分時間がとれなかった人、次回回しになった人、ごめんなさい！二次会もこの賑わい。通い慣れたこの店で科学談義が続く。
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