１　研究に取り組んだ実験（１　身の回りの現象）

光の屈折の作図の理解を深める指導の工夫　　　

２　観察実験のねらい

光については，生徒に凸レンズを与えると，生徒は凸レンズを使って太陽の光を集め，紙を焦がすなどの遊びをはじめ，凸レンズによってできる像や光学台の操作に大変興味を示す。しかし，物体の位置と像の位置および像の大きさの関係を見出し，光についての平行線を引くなどの作図になると，難色を示す。これは空間を進んでいる光の様子がイメージできず，結像の仕方が理解できないことに原因があるようだ。そこで「凸レンズによってできるろうそくの実像や虚像を調べる実験」と「凸レンズを通る光の作図」の間に「凸レンズを通る光の道筋を確かめる実験」を行い，光の進み方をイメージ，確認させることができる補足実験や説明教具について考えた。

生徒が光学台の実験と同じ位置のとき，凸レンズによってできる像の大きさや位置や向き，大きさはどうなるのか作図によって求め，実験結果と照らし合わせて考察できるようにしたい。

３　観察，実験の実際と問題点

凸レンズによってできる実像や虚像を調べる実験

　　　　　　

　この実験ではスクリーンに倒立な像（実像）ができることがわかるが，凸レンズを通過している光の道筋を実際に見ることができないので，生徒はこの実験で得られた結果をうまく作図することができず，とまどいを感じてしまう。生徒の思考を深めるためにつまずきを調べたところ，次のような問題点が分かった。

・凸レンズに当たった光が屈折していることが分からない。

・平行に進んだ光は凸レンズを通った後，焦点を通ることが分からない。

・ 実像は実物の上下左右が逆になっていることは分かるが，その光の経路が分からない。

４　観察，実験の改善のポイント，開発した教材教具

（１） 観察，実験のポイント

ア　軸に対して平行に進み凸レンズに当たって屈折する光の道筋を実感できるようにする。

イ　平行に進んだ光は凸レンズを通った後，焦点を通ることを実感できるようにする。

ウ　倒立の像ができるときの光の道筋がわかるような効果的な事象提示にする。

（２）教材教具

�@　材料

光源：１００Ｗ白熱電球を光が漏れない様にアルミはくでおおったもの，空き箱，スリット（３色セロハンを貼ったもの），スモークレンズ・・・凸レンズ（ｆ＝１００ｍｍ）

�A 作り方

空き箱を切り，スリットを取り付ける。スリットの本数を変えたり色を変えることで様々な場合の光の道筋を表すことができる。また，スリットから入ってくる光線を利用して，他に台形ガラスやプリズム，円柱レンズなどの光の屈折を調べることができる。

５　実証授業の流れと結果および考察

実験３　凸レンズによってできる像を調べよう（作図）

過程	授業の流れ	生徒の意識	留意点
導入	１　前時に行った実験（ろうそくを使った凸レンズによってできる実像と虚像を見る実験）の結果を全員で確認する。	・像が上下左右逆さまになっている（実像） ・像の大きさが大きくなっている（虚像）	○基本的知識の定着の確認 ・光は直進する。 ・光はレンズに当たると屈折する。 ・実像と虚像について
展開	２　本時の学習課題を確認する。 凸レンズを光が通過してできる像の光の道筋を作図してみよう。 ３　凸レンズを使って横から光源をあて，光の進み方を確認する。 ４　３つの光について光が凸レンズを通過し，進む条件を考えさせる。 ５　実験３のろうそくの頂点から，３種類の光が出ているという仮定のもと光の作図を行う。 �@ 物体が焦点距離の２倍よりも遠くにあるとき �A 焦点距離の２倍の位置に物体があるとき �B 物体が焦点距離の２倍よりも近くにあるとき �C 物体が焦点よりも近くにあるとき ６　できた像について考える。	・ろうそくから出ている光がどのように進んでいるかわからない。 ・光が凸レンズに当たって屈折している様子が分かる。 ・スクリーンにできる像が上下逆さまなのは，上から出た光は屈折して下へ，下から出た光は屈折して上へ進んでいるからなんだ。	○スリットを取り付ける前の光を見せ，その中の一部の光だけをスリットが通していることを伝える。 ○レンズの位置を動かして屈折している様子がわかるようにする。 ○焦点の確認をする。 ○ ワークシート ○ レーザーポインターを使ってレンズに光を当て道筋の確認をする。 ○ 作図を行う際に２本の光の線が便利であることを伝える。 ○ 机間巡視をして作図ができているか確認をする。
終末	７　作図したことが実際とあっているのか，ろうそくの実験や図をかいたもので確かめ，まとめる。	・物体の位置と像の位置および像の大きさの関係がわかった。

★ 授業後の生徒の感想

○ 光の作図が全部かけたのでとても良かったです。

○ 違う色でやったので光の屈折が分かった。

○ 作図の意味が分かった。

○ 実験が楽しかった。またやりたい。

６　実証授業の成果と課題

　成果は生徒が自分の目で光が屈折することを体験し，光の屈折によってできる像の見え方やその不思議さに対する関心や意欲を高められたことである。凸レンズを通る光の道筋を確認することによって，作図をスムーズに行うことができた。

また，光学台の実験と同じ位置のとき，凸レンズによってできる像の大きさや位置や向き，大きさはどうなるのか作図によって求め，実験結果と照らし合わせて考察することによってさらに生徒の思考を深めることができた。

今後レンズの下部を紙で隠したらどうなるのかなど，光によってつくられる像は，１点からの光だけでは成立しないことを理解できるような実験を行い，光について理解が深められるように指導していきたい。

（指宿市立開聞中学校　福島　吾意子）