理科教育法ー物理学ー 羽部朝男 物理学専攻.

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1 理科教育法ー物理学ー 羽部朝男 物理学専攻

2 理科教育の重要性 理科離れとオカルト 理科教育を知識の記憶作業に矮小化すべきではない 根強い神秘主義へのあこがれ
根強い神秘主義へのあこがれ　 超常現象、科学が成り立たない領域、 現代の科学で理解できないことはある 宇宙人、UFO 超常現象を信じてしまう人間の脳　 原因と結果を信じることで生き延びてきた人類 体験の絶対化、実感できないことの否定　 手品と超魔術、 アインシュタインは間違っている 理科教育を知識の記憶作業に矮小化すべきではない　

3 神秘主義へのあこがれを 生む時代背景 ・現代社会の不合理の常態化 政治に対する不信、飢餓と飽食、 平和運動とアメリカのイラク攻撃
・現代社会の不合理の常態化　 　 政治に対する不信、飢餓と飽食、 　 平和運動とアメリカのイラク攻撃 合理主義の限界へのあきらめ 原理の見えない装置にあふれた日常生活 合理的精神を傷つける文化　 心霊写真、オカルトブームのテレビ番組と それを批判する番組の少なさ

4 理科教育法と物理学 理科教育 物理学の特徴 物理教育の意義 自然の諸現象を貫く体系的な合理性の理解を与えるのが目的
物理は自然現象の理由、原因を明らかにすること そこに表れる法則性を解き明かすことを目標 　物理教育の意義　　　　 自然の諸現象を貫く体系的な合理性の理解を与える理科教育の意義に取って重要な内容　

5 物理学の特徴の例 力学 V =at, h= 0.5 a t2 物体の落下運動を例に説明 運動学的理解（ガリレオ）
落下運動に置ける位置と時間との関係 V =at, h= 0.5 a t2 ある量（時間）と別の量（落下したものの速度や距離）との関係を与える これは正しいが、落下運動にしか適用できない なぜそうなるのかに答えられていない

6 物体の落下運動の 力学的な理解 ニュートン力学 落下運動は等加速度運動 重力によって加速度が生じ、それが速度を変化させた
　　落下運動は等加速度運動 重力によって加速度が生じ、それが速度を変化させた 重力による加速度が一定になる理由は 加速度は力に比例し、質量に反比例する F=ma ニュートン力学 重力は質量に比例する　　　Fg=mg よって加速度が一定になる F=maの関係は慣性系における運動について、落下運動以外でも成り立つ、より広い法則

7 力学的理解の特徴 量と量との関係だけでなく、原因と結果が明らかにされている
その結果、状況が異なっても、それに応じた正しい結果を予想できる（応用力） これに対して運動学的理解は 対象とするものにしか使えない、 条件が異なると違う運動学が必要

8 おもしろい理科教育と 認知科学 最近のゆとり教育への批判
知識は多いと難しいか、 認知科学の成果：知識は、互いに関連づけることができるものであれば、情報が多い方が理解しやすい 関連づけられなければ理解できないし覚えにくい 人間の脳は互いに事柄を関連づけるように作られている 自然の法則性を教える理科は、知識の相互関連を理解させるので、本来、理解しやすい

9 「おもしろい物理教育」の試み 仮説実験授業 （板倉聖宣）
仮説実験授業　（板倉聖宣） 基本的な事柄を取り上げ、それがどうなるかを予想させて（仮説）、実験を行い、仮説と結果を比較検討し対象に対して成り立つ法則性を理解させる 必ずしも学生が実験する必要はない、 適切な予想と検証の繰り返しは、学生に実験に参加させた実感を与える ある意味では科学者の研究の進展を追体験させる　 授業書による授業　北大教育学部、高村名誉教授らによる実践

10 私の物理との出会い ビー玉遊びー運動量保存の法則 天秤棒、天秤ばかりーてこの原理 歯車のおもちゃー仕事の概念
高校で物理を勉強して、ニュートン力学の予言力におどろいた 光の性質（中学の数学教師） 光の速度で動いても、追いつけない光 アインシュタインの相対論 科学はおもしろく不思議だ

11 光の不思議な性質 光の速度の５０％で動いる自動車から、光の速度の６０％で飛び出しても、追いつけない光
光の速度の５０％の速度で動いている自動車から光を出すと、道路にいる人から見ても光の速度は同じ アインシュタインの相対論の基礎になった光速不変の原理の話

12 相対論入門 特殊相対論 一般相対論 光速一定、時間の同時性 動いている系の時計の遅れ 相対運動 重力質量と慣性質量の一致
重力による光の曲がり 重力による光の振動数の減少 重力による時間の遅れ

13 アインシュタインの エレベータの思考実験 光はまっすぐ進む いつもそうか エレベータに閉じ込められた 宇宙人による誘拐事件
光はまっすぐ進む　いつもそうか エレベータに閉じ込められた 宇宙人による誘拐事件 エレベータは大丈夫か、地球の上か ものを落として確かめる エレべータが上に加速されていれてもおなじ エレベータの中では重力と加速度は区別できない

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15 重力レンズ 一般相対論の検証 　遠くの宇宙の銀河による重力レンズ効果によって、銀河団のさらに向こうの銀河（青白く見えているもの）が歪んで観測されている。 (NASA, ハッブル望遠鏡による)

16 まとめ 理科教育の意義 物理学の特徴 関連する話題の重要性 科学的好奇心を引き出す不思議な科学の話を 相対論入門
運動学と力学を例にあげて説明 関連する話題の重要性 科学的好奇心を引き出す不思議な科学の話を 相対論入門 一般相対論とエレベータの思考実験 加速するエレベータと重力の同等性 重力で光は曲がる