公正な実験とは？小学校の理科で行うおもちゃの車と坂道の実験

条件を公平にそろえて実験することは、子どもたちが最初に学ぶ本格的な科学のスキルの一つであり、間違いやすいことの一つでもあります。考え方は簡単です。一つの条件だけを変え、それ以外はすべて同じに保ち、何が起こるかを測定します。坂道を転がるおもちゃの車は、この方法を教える定番です。どの子も結果を予想し、観察し、測定できるからです。

この授業では、教室の床に実物の車と本を使って実験できます。また、場所や準備の時間がない場合や、どのグループも考察に使える明確な結果を得たい場合は、ランプレースの実験室を使えます。

公平な実験とは？

公正なテストには、3種類の変数があります。クラスのみんなが使える言葉で、黒板に書きましょう。

• 変えるもの。 1つだけです。たとえば、斜面の下に置く本の数です。
• 測るもの。 車が斜面を離れたあと、床の上をどれだけ進むか。
• 同じにしておくもの。 同じ車、同じ斜面、同じ表面、そして押さずに手を離すこと。

便利な文の型：「私たちは……を変え、……を測り、……を同じにしました。」

テスト1：斜面を急にすると、車はより遠くまで進むでしょうか？

まずクラスのみんなに予想してもらいましょう。次に、同じ表面の上で、斜面の下に置く本の数を変えて、車Aと車Bを横に並べて走らせます。レースの結果は自動的に結果表に追加されるので、数回レースをすれば、クラスで十分なデータが集まります。

高さを本の数で1冊から5冊まで変えたとき、木の上で実験室が測定した結果は次のとおりです。

この傾向は、小さな子どもでも自分の言葉で説明できるほどはっきりしています。本が多いほど、車は遠くまで進みます。年長の子どもは、本を1冊増やすごとに、木の上ではおよそ同じ距離（約1.26 m）だけ進むことに気づくでしょう。

テスト2：車が最も遠くまで進むのはどの表面？

次は高さを同じにして、どちらの車も本を3冊使い、表面だけを変えます。表面は斜面と床の両方を覆います。クラスで5種類すべてを試すまで、一度に2種類の表面を比べて競争させましょう。

表面が滑らかなほど、車は遠くまで進みます。本を3冊置いたとき、タオル, 紙やすりの上の車はまったく動きません。これは実験の失敗ではありません。話し合う価値のある結果です。

動かない車があるのはなぜ？

ざらざらした面は車輪を後ろに引っ張ります。坂が十分に急でないと、その力が坂を下る力より強くなり、車はその場にとどまります。それぞれの面で車が動き出すのに必要な本の最小冊数をクラスのみんなで調べてみましょう。

• 木材: 1冊
• 紙: 2冊
• カーペット: 3冊
• タオル: 4冊
• 紙やすり: 5冊

これは摩擦についてのやさしい導入で、日常生活にもつながっています。滑り台がなめらかな理由や、物が滑らないように紙やすりを使う理由を考えてみましょう。

テスト3：公平でないテストを見つけよう

車Aをカーペットの上に置き、本を2冊載せます。車Bは木の上に置き、本を4冊載せます。車Bがあっさり勝ちますが、問いかけてみましょう。本の数が原因でしょうか、それとも面の違いが原因でしょうか。2つの条件を同時に変えたため、誰にもわかりません。何が問題だったのか、どうすれば改善できるのかをクラスのみんなに説明してもらいましょう。公平でないテストを見抜ける子どもたちは、この考え方を本当によく理解しています。

結果の記録

3列の簡単な表があれば十分です。「何を変えたか」「距離」「気づいたこと」を記録します。実際の教室で作った坂では、試すたびに結果が変わるため、各テストを3回行い、真ん中の値を採用しましょう。ラボでは固定されたモデルを使っているので、毎回同じ結果になります。実際の複雑な現象を測る前に、傾向を確かめるのに適しています。

ラボについて：坂の長さは1 mで、本を1冊積むごとに高さが5 cm上がります。高さは見やすいように、実際の3倍の大きさで描かれています。床の長さは6 mです。

クラスで投げかける質問

• 何を変え、何を測り、何を同じに保ちましたか？
• 車を押さずに放さなければならないのはなぜですか？
• 遊具の滑り台にはどの表面を選びますか？また、物が滑らないように止める必要がある坂には、どの表面を選びますか？
• カーペットの上に本を5冊置いたら、どうなると思いますか？試してみましょう。