小学校高学年の自由研究—比べて測るテーマ20｜武蔵野個別指導塾

日なたと日かげの気温を同じ時刻に測るように、変える条件を1つに絞った5年生と6年生向けのテーマ20本と、記録の表を折れ線グラフと考察へつなぐ手順を一本に書いてあります。

高学年の自由研究は、「比べて、測って、表にする」の3つがそろえば形になります。テーマは下の20本から1つ選んでください。どれも家にある物と、温度計かものさしか時計があればできます。

よくあるのは、5年生の夏、ベランダの温度計を朝と昼に1回ずつ見て、「昼のほうが暑かった」の一言で終わってしまう場面です。温度計はある。やる気もある。足りないのは、何と何を比べるのかが決まっていないことです。同じベランダでも、日なたに置いた温度計と、日かげに置いた温度計を、同じ時刻に並べて読むだけで、記録は「比べた結果」に変わります。朝の9時、昼の12時、午後の15時と3回読めば、表が1枚できます。表が1枚あれば、グラフも考察も書けます。この記事は、その「比べて測る」を20本のテーマに広げたものです。

テーマの選び方

高学年の自由研究で学校の先生がいちばん見ているのは、結果の派手さではなく、「条件をそろえて比べたか」です。5年生の理科で、発芽には水と空気と温度が要ることを、水をあげる鉢とあげない鉢を並べて確かめます。あの実験と同じ考え方が、自由研究の芯になります。

考え方は図1のように3つの箱に分けて決めます。1つ目は「変える条件」です。これは必ず1つだけにします。日なたと日かげを比べるなら、変えるのは置き場所だけです。2つ目は「そろえる条件」です。温度計は同じ物を使う、地面からの高さを同じにする、読む時刻を同じにする、読む前に3分待つ。変えない物をすべて書き出します。3つ目は「測ること」です。気温なら℃、長さなら cm か mm、時間なら秒か分と、単位まで決めます。

変える条件を2つにすると、結果の理由が言えなくなります。黒い紙を巻いたペットボトルを日なたに置き、白い紙を巻いたペットボトルを日かげに置いて水温を比べると、黒い方が温かくなっても、それが紙の色のせいなのか、日なたのせいなのかがわかりません。紙の色を比べたいなら、2本とも同じ日なたに並べます。この「1つだけ変える」を守るだけで、研究の格が上がります。

テーマは、自分で「どっちが大きいと思う」と予想が言える物を選んでください。予想が言えないテーマは、測っても考察が書けません。上の表の20本は、どれも予想が立てやすい物を集めました。たとえば6番の振り子なら、「糸が長いほど10往復に時間がかかると思う」と予想できます。9番の紙の橋なら、「じゃばらに折った紙の方が、平らな紙より多くの硬貨を支えると思う」と言えます。予想が外れてもかまいません。外れた理由を考えるところが、いちばん面白い部分です。

もう1つの目安は、測る回数が10回を超えるかどうかです。1回だけの結果は、たまたまかもしれません。日なたと日かげの気温なら、3回の時刻を3日続ければ、1か所につき9回の記録になります。紙飛行機なら、同じ紙で5回ずつ飛ばして平均を取ります。回数が取れるテーマほど、表が厚くなり、グラフの線がはっきりします。

進め方

ここからは、1番の「日なたと日かげの気温」を例に、どのテーマにも使える手順を書きます。

まず、道具をそろえます。温度計は2本あると同じ時刻に読めますが、1本しかなければ、日なたを読んでから日かげに移して3分待って読みます。その場合は「同じ温度計を使った」と「日かげは日なたの3分後に読んだ」をそろえる条件として記録に書きます。温度計は、地面に直接置くと地面の熱を拾うので、同じ高さの台やいすの上に置きます。直射日光が温度計そのものに当たると、空気の温度より高く出ます。日なたで測るときも、温度計の先には小さな日よけを付けて、まわりの空気の温度を読むようにすると、学校の百葉箱に近い測り方になります。ここは正解が1つではないので、「日よけを付けて測った」か「付けずに測った」かを書いておけば十分です。

次に、記録の表を先に作ります。測ってから表を作ると、書き忘れが出ます。図2のように、横に「時刻」「日なた」「日かげ」「差」、縦に時刻を並べた表を、測る前にノートに引いておきます。「差」の列を作っておくと、その場で引き算ができ、考察の材料がたまります。

図2の数字は、ある夏の日に測るとこうなることが多い、という例です。9時に日なたが28.0℃で日かげが26.5℃なら差は1.5℃、12時に日なたが33.5℃で日かげが29.0℃なら差は4.5℃、15時に日なたが32.0℃で日かげが29.5℃なら差は2.5℃になります。差がいちばん開くのは昼ごろで、朝と夕方は小さくなることが多いです。自分のベランダで測ると、数字は必ず変わります。変わった数字こそが、あなたの研究の結果です。

測るときの約束を3つ決めます。1つ目は「時刻を守る」です。9時、12時、15時と決めたら、10分以上ずれたときは、ずれた時刻をそのまま書きます。2つ目は「目の高さで読む」です。棒温度計は、目盛りを横から水平に見ます。上から見下ろすと読みが変わります。デジタル温度計なら、数字が止まってから読みます。3つ目は「その場で書く」です。あとで思い出して書くと、必ずどこかが混ざります。

3日続けると、表は3枚になります。3枚の表から、時刻ごとの平均を出します。たとえば12時の日なたが3日で33.5℃、34.0℃、32.4℃なら、足して3で割り、33.3℃と書きます。平均の計算は電卓でかまいませんが、計算の式はノートに残します。式が残っていると、あとで先生に「どう計算したの」と聞かれたときに答えられます。

他のテーマも、進め方は同じです。6番の振り子なら、糸の長さを30 cm、60 cm、90 cmの3通りにして、それぞれ10往復の時間を3回ずつストップウォッチで測ります。1往復の時間を知りたいなら、10往復の秒を10で割ります。14.2秒なら1往復は1.42秒です。1往復だけを測ろうとすると、指の反応のずれが大きく出るので、10往復をまとめて測るのが高学年らしい工夫です。振れはばは小さめにそろえます。

9番の紙の橋なら、同じ大きさのコピー用紙を、平らなまま、半分に折って、じゃばらに折って、の3通りにして、2冊の本の間にわたします。真ん中に硬貨を1枚ずつ載せ、落ちる直前の枚数を記録します。本の間の幅を同じにすること、硬貨は同じ種類を使うことがそろえる条件です。

15番のぬるま湯の冷め方は、40℃くらいのぬるま湯を使います。やかんや電気ポットのお湯を使うときは、大人と一緒に水で薄めて、温度計で40℃を確かめてから、紙コップ、プラスチックのコップ、金属のマグカップに同じ量を注ぎます。10分ごとに水温を読み、60分まで続けます。5番の食塩がとける量も、ぬるま湯は40℃までにします。熱いお湯は火傷のもとになるので使いません。

20番の運動と脈拍は、手首の内側に指を2本当て、15秒数えて4倍すると1分間の脈の数になります。座っているとき、3分歩いたあと、階段を1階分上ったあと、の3通りを、それぞれ3回ずつ測ります。苦しくなるほど動く必要はありません。測ったあとは、いすに座って休んでから次に進みます。

どのテーマでも、記録には「日付」「天気」「気温」「変える条件」「測った値」「気づいたこと」の6つを毎回書きます。「気づいたこと」の欄には、「風が強かった」「雲が出てきた」「温度計を落とした」のような、数字にならないことを書きます。この欄が、あとで考察の種になります。

まとめ方

表ができたら、グラフにします。高学年では、折れ線グラフと棒グラフを使い分けられると、まとめが引き締まります。時刻や日数のように、順に変わっていく物を横軸にするなら折れ線グラフです。紙の種類や入れ物の素材のように、順番のない物を横軸にするなら棒グラフです。日なたと日かげの気温は、横軸が時刻なので折れ線グラフにします。

図3のように、横軸に9時、12時、15時を等しい間隔で取り、縦軸に気温を取ります。縦軸の目盛りは、いちばん小さい値といちばん大きい値が入るように決めます。この例なら26.5℃から33.5℃までが入ればよいので、25℃から35℃までを5℃きざみで引きます。日なたの線と日かげの線を、色か線の種類を変えて同じグラフに重ねると、差の開き方が一目でわかります。

グラフを描くときの約束は3つです。1つ目は、縦軸と横軸に名前と単位を書くことです。「気温（℃）」「時刻」のように書きます。2つ目は、点を先に打ってから線で結ぶことです。線だけを引くと、どこで測ったのかがわからなくなります。3つ目は、2本の線を重ねるなら、どちらがどちらかを示す凡例を付けることです。方眼紙があれば、1目盛りを0.5℃にすると点が打ちやすくなります。

模造紙にまとめるなら、左上から「題名」「研究のきっかけ」「予想」「方法」「結果の表」「グラフ」「考察」「感想」の順に、時計回りに置きます。レポート用紙なら、同じ順に見出しを付けて書きます。見出しの文字は本文の2倍の大きさにします。結果の表とグラフは、模造紙の真ん中より少し右に大きく置くと、遠くから見てもわかります。

考察は、結果と区別して書きます。結果は「12時の差が4.5℃でいちばん大きかった」のような、測った事実です。考察は「昼は太陽が高く、日なたの空気が温められる時間が長いので、差が開いたのだと思う」のような、事実の理由を考えた文です。考察には、必ず結果の数字を1つ入れます。数字のない考察は、感想と区別がつきません。予想が外れたときは、「予想では朝がいちばん差が大きいと思ったが、実際は昼だった。朝はまだ地面が温まっていないからだと思う」のように、予想と結果の違いをそのまま書きます。

最後に、「次に調べたいこと」を2行書きます。「くもりの日に同じ場所で測ったら、差は小さくなるのか」「ベランダの床の色を変えたら、日なたの温度は変わるのか」のように、今回の結果から出てきた新しい問いを置くと、研究が1つの輪として閉じます。

うまくいかないとき

いちばん多い失敗は、天気です。3日続けて測ろうとしたら、2日目が雨だった、ということはよく起きます。そのときは、雨の日の記録も捨てずに表に入れ、「雨の日は日なたと日かげの差がほとんど無かった」と書きます。晴れの日だけが結果ではありません。天気が変わったことで、太陽の光が差を作っているという考察が、かえって強くなります。

次に多いのは、測り忘れです。12時に出かけていて測れなかったなら、その欄は空けたまま「外出のため測れず」と書きます。あとで適当な数字を入れてはいけません。空欄は、研究の失敗ではなく、正直な記録です。予備の日を1日取っておくと、空欄をあとから埋められます。

数字がばらばらで線がきれいにならないときは、測り方がそろっていなかったことが多いです。温度計の高さが日によって違った、読むまでの待ち時間が短かった、風が強い日があった。思い当たることを「気づいたこと」の欄から探して、考察に書きます。「2日目だけ日かげの気温が高いのは、エアコンの室外機の風が当たっていたからかもしれない」のような文は、立派な考察です。

予想と結果が逆になったときは、研究の価値が下がったわけではありません。「糸が長いほど振り子は速く振れると思ったが、実際は長いほどゆっくりだった」と書けば、それが結果です。なぜ予想したのか、なぜ違ったのかを書けば、考察になります。

道具がこわれたときは、こわれたことを書きます。温度計が落ちて割れたら、使うのをやめ、大人に片付けてもらいます。割れた温度計の中身にはさわりません。別の温度計に変えたなら、「3日目から別の温度計を使った」と記録に残します。

よくある質問

1人で全部できますか

測ることと記録することは、高学年なら1人でできます。大人と一緒に行うのは、お湯を使うとき、カッターを使うとき、扇風機の羽根のそばで作業するとき、ベランダの手すりの近くで温度計を置くときです。表の20本のうち、5番と15番はぬるま湯を作るところだけ大人と一緒にします。それ以外は、はさみで紙を切る程度の作業で済みます。

3日も時間がありません

1日で終わらせるなら、1番の気温を、9時から15時まで1時間ごとに測ります。1日で7回の記録が取れ、折れ線グラフが描けます。2番の氷や7番の紙飛行機や18番の水のしみこみも、午前中に始めれば午後には表ができます。日数より、同じ条件で何回測ったかの方が大切です。

結果が教科書と違いました

自分で測った数字を直す必要はありません。教科書の数字は、決まった条件で測った目安です。家のベランダは、床の材質も、風も、まわりの建物も違います。「教科書では〜だったが、自分の家では〜だった。理由は〜だと思う」と書けば、それがいちばん良い考察になります。

親の関わり方と個別指導で確かめること

保護者の方にお願いしたいのは、答えを教えることではなく、「それはどうして」と1回だけ聞くことです。お子さまが「昼の方が差が大きい」と言ったら、「どうしてだと思う」と返す。それだけで考察の1行目が生まれます。表を代わりに書いたり、グラフを描き直したりはしないでください。ゆがんだ線でも、自分で打った点が残っている方が、先生には伝わります。

教室では、変える条件が1つになっているか、そろえる条件が書き出せているか、考察に結果の数字が入っているか、の3つを一緒に確かめます。測る前の表の設計を見せてもらえれば、あとの手直しはほとんど要りません。

まとめ

高学年の自由研究に必要なのは、珍しい材料ではなく、ベランダの温度計を2か所に置いて、同じ時刻に読む決まりです。変える条件を1つに絞り、そろえる条件を書き出し、表を先に作って、点を打ってから線を引く。この順番を守った研究は、数字がどんなに地味でも、先生の目には「自分で確かめた研究」として映ります。差が1.5℃でも4.5℃でも、その数字を自分の手で測った人だけが、理由を考える資格を持っています。