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「原子論」を科学する(48) #物質の原子論 #古川千代男 #原子論と授業 #三態変化 #200℃の水蒸気

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▼それは「三態変化」教材BOXのなかに今も残していた。

 グニャグニャに曲げられた銅管にゴム栓が!!
 今ではそれはまるで芸術作品のオブジェのようだった。

 制作者は私である。
 自慢気にいうことではないが、私は昔からとびっきり不器用であった。
 40年近く前に最初に制作したときは、「螺旋形」に銅管を巻くはずだった。
 長年使用しているあいだにここまでなってしまったのか!?
 それでもなかなか処分することのできない。
 私にはとっておきの「お宝教材」だった。

▼この「お宝教材」を使う実験も、この本に出てくるのだった。

◆ 『物質の原子論―生徒と創造する科学の授業』 (プロジェクトサイエンスシリーズ)(古川千代男著 コロナ社 1989.5.10)

 今一度、【目次】を追ってみよう。

[第1章]すべての物質は「分子」と呼ばれる粒でできている
[第2章]すべての分子は「分子運動」をしている
[第3章]物体の「膨張と収縮」は分子運動の変化の現れ  
[第4章]分子運動が変化すれば「気化と液化」が起きる
[第5章]「融解と凝固」も分子運動の変化で起きる
[第6章]「昇華」を見よう

▼「お宝教材」を用いた実験は、第4章に登場した。
「4.6 200℃の水蒸気」(『物質の原子論―生徒と創造する科学の授業』p75)にこの「物語」が語られていた。
 あまりに興味深いので、しばしばこの「物語」を引用させてもらっている。  
「200℃の水蒸気物語」はこんな「問題」から始っていた。

問題 水は100℃で沸騰し、すべて水蒸気になる。さて、水蒸気を100℃以上にすることは可能だろうか。200℃というような水蒸気は存在するのだろうか。予想を出し、その根拠を明らかにしてみよう。 (同書p75より)

 「200℃の水蒸気は存在するのか?」と問われた生徒たちはどう答えたのだろう。
 生徒たちはすでにエタノールと加熱したときの温度変化を調べ、「沸点」の存在、そのとき加えた熱エネルギーが何に使われたかを知っている。
 しかし、ほんとうの意味での「沸点」「分子運動」が見えていたわけではない。
 古川千代男先生は次のように語っていた。
 生徒の意見を聞いてみると、確信を持って200℃の水蒸気の存在を予測できる者はほとんどいない。考えてみたこともないというのが本当のところのようである。100℃以上にならないという確信を持っていることが多い。水は100℃で沸騰するという知識は信仰の域に達しているとしか思えない。2,3の物質の沸点測定や解説くらいで打ち破れない。(同書p76より)

 ではどうするか。それが次なる課題である。
 沸点以後も熱を加え続けるのである。そうすれば、「分子運動」はより活発になり「200℃の水蒸気」も可能なのかも知れない。生徒と一緒に実験方法を考えていった。
 その方法の前に、ここでぜひ引用させてもらいたい一文があった。
コラム風に囲みで書かれていた。
 実はこの一文を紹介したくてながながとこの本の引用をさせてもらっているところもあった。
 素朴で原理むき出しの実験を  現在、高校で行われている実験の中心は定量実験である。数値を得て法則性をみるというだけでなく、一つ一つの手順がそのものがきちんと量を測定しながら行われるものが多い。当然、複雑で時間もかかるようになって、結局何を目的にしていたのかラビリンス(迷宮)の世界に入ってしまう。  定量実験の前に、余計なものをできるだけ省いた、目的がミエミエの実験がもっとあってよいし、そういう実験こそ生徒にやらせたい。その後に、つまり原理がすでにわかった後に、定量実験をやり、法則化してこそ、使える法則になりうると思う。たぶん、原理や法則を先に解説し、その検証として実験をやらせることが多いために、こうなりやすいのだろうが、もっと「発見」のための実験こそ、生徒に考えさせ、計画させ、実施させたい。 そうすると素朴で一目みて納得のいく実験がつくられると思う。(同書p76より)

「素朴で原理むき出しの実験」!!心に留め置きたいコトバだ。
 「物語」をつづけよう。
 具体的にはどのようにして、「200℃の水蒸気」をつくり出したのだろう?
どんな実験装置を考えついたのだろう。
 せっかく100℃の「水蒸気」をつくり出しても、すぐに冷えて湯気(水滴)になってしまう。そうさせないためには「水蒸気」の再加熱することが必要であった。
 どんな方法を考えたのだろう?
(a)水蒸気丸底フラスコを通して加熱  
(b)水蒸気の通るガラス管を加熱
(c)銅板を巻く
(d)銅管を手に入れた
段階を追って進化していった。
そして、銅管を手に入れることによって、実験装置は飛躍的に進化した。
 ここでまたたいへん興味深いことが語られていた。
 ちょうどその頃、船具屋さんの家庭の生徒がいたので、船舶用のエンジンの銅パイプを探して欲しいと頼んでみた。家の近所の船舶エンジン修理工場にあるとのことでさっそくたずねてみた。新品は高いが中古ならやすくしてくれるというので、2mほどわけてもらった。  生徒たちの家業を知っておくのも大切なことだと思う。それぞれの専門で使っている器具や道具など大変便利なものが多い。配線に使う圧着端子など早い時期に教えてもらったのも、熱に強い磁器のソケットを手に入れたのも、生徒の家庭からだった。教科書に載っているような古いものではなく、最新鋭のものがある。商売なのだから当たり前なのだろうが、家庭との連携というのは生活指導だけのことではない。(同書p78より)

「それぞれの専門で使っている器具や道具など大変便利なものが多い。」
「最新鋭のものがある。商売なのだから当たり前なのだろうが」
 これまた
 教材開発にヒントを与えてくれる示唆的なコトバだ。
 銅管を入手して、実験装置はさらに進化した。
 熱効率をあげるため銅管をらせん状に巻きそこを集中的に加熱するようになった。
 これで安易に「200℃の水蒸気」は実現したのだ。
 そして「200℃の水蒸気」でマッチに火をつけるというあの驚異の実験も可能になったのである。
 そして、今、三態変化「定番」実験としてアタリマエのように教科書にも登場してくるようになったのだった。

 すぐれた教材(実験)には必ず興味深い「物語」がある!!

▼これを真似ての拙い授業の「記録」を残していた。

●【三態変化】実践DB 6低温の世界・高温の世界

 あまりにもせっかちな授業になってしまっている。
 もっともっとじっくり考えさせたかったな。\(__ ) ハンセィ

(つづく)

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