理科の自由研究—水、光、音、植物のテーマ一覧｜武蔵野個別指導塾

水、光、音、植物の4分野から家で安全にできる理科の自由研究を17のテーマの表にし、変える条件を1つに絞る決め方と、10粒の種で発芽を比べる記録とグラフの型まで手順で示します。

理科の自由研究は、水、光、音、植物の 4 つの分野から選ぶと、家にある物だけで始められます。下の表の 17 本は、どれも「変える条件を 1 つだけ決めて、数で測る」形にしてあります。右の列の日数は、測るのに要る目安で、まとめの日は別に 2 日みてください。

よくあるのは、8 月の半ば、窓辺に空のペットボトルが 5 本並んでいる、という場面です。何かの実験に使うつもりで洗って取っておいたのに、何を入れるかが決まっていません。朝日が当たって、ボトルの影が机の上に細長く伸びています。本人はその影を眺めながら「水、光、音、植物」と口に出して、どれも面白そうで、どれも決め手がない、と言います。実はこの窓辺だけで、表の 17 本のうち半分は始められます。決め手がないのは、テーマが無いからではなく、「何を変えて、何を測るか」をまだ決めていないからです。

テーマの選び方

理科の自由研究で先に決めるのは、テーマの名前ではなく「変える条件」です。変える条件が 1 つに絞れたテーマは、そのまま実験の手順になり、結果の表になり、グラフの横軸になります。逆に、変える条件が 2 つ以上あるテーマは、途中で必ず迷います。たとえば「水の温度と食塩の量の両方を変えてとける量を比べる」と決めると、表が 2 方向に広がって、どちらの影響なのかが言えなくなります。温度だけ、または食塩の量だけ、にしてください。

図1のように、4 つの分野にはそれぞれ代表の「測るもの」があります。水なら「とける量」、光なら「影の長さ」、音なら「音の高さ」、植物なら「発芽」です。分野を 1 つ選んだら、その分野の測るものを 1 つ選び、最後に「それを変えるとどうなるか」の条件を 1 つ決めます。この順で決めると、テーマの文は自然に「〇〇を変えると、△△はどう変わるか」という問いの形になります。問いの形になったテーマは、まとめの段階で「動機」と「予想」が書きやすくなります。

分野ごとの選び方の目安を書いておきます。水の実験は、台所の計量カップと台ばかりがあれば数で測れるので、はじめて数を扱う小学校高学年に向いています。食塩と砂糖は、ぬるま湯を使うときに大人と一緒に湯を注いでください。熱い湯を使う必要はなく、40 ℃ くらいまでで十分に差が出ることが多いです。光の実験は、晴れの日が要るので、天気予報を見て日程を組みます。影の長さは、朝から夕方まで 1 時間おきに測るので、1 日家にいる日を選びます。鏡を使うときは、はね返した光を人の目に向けないことを最初の約束にしてください。

音の実験は、数で測りにくいのが難しいところです。音の高さを「高い・低い」の順に並べるのは立派な記録ですが、数にするなら「糸電話で聞こえた言葉の数」のように、聞き取りを数える形にすると表にしやすくなります。ペットボトルの水の量と音の高さは、窓辺に並んだボトルをそのまま使えます。植物の実験は、日数がかかる代わりに、毎日の記録が自然に増えていきます。発芽の実験は 10 粒ずつまくので、種は 30 粒から 40 粒あれば足ります。日程の例を挙げると、8 月 18 日に種をまき、5 日目の 8 月 22 日まで毎朝数え、まとめに 2 日かけて 8 月 24 日に仕上がります。

どの分野でも、「家にある物で、刃物と火を使わずにできるか」を最初に確かめてください。ペットボトルを切る必要がある工作は、この表には入れていません。セロリを切るときだけ包丁を使うので、そこは大人と一緒に切ります。洗剤はどの実験でも使いません。表面張力の実験は、水だけで硬貨にのる水滴を数える形にしてあるので、洗剤を足さなくても結果が出ます。

進め方

進め方は、どの分野でも同じ 6 つの手順です。問いを 1 文にする、変える条件とそろえる条件を書き出す、予想を書く、3 回測る、表に書く、平均を出す。この順番を守ると、まとめの段階で書く物がすべて手元にそろっています。

最初に、問いを 1 文にします。「ペットボトルの水の量を変えると、たたいた音の高さはどう変わるか」のように、「〇〇を変えると、△△はどう変わるか」の形です。問いが書けたら、その下に「変える条件」と「そろえる条件」を分けて書きます。変える条件は 1 つだけです。そろえる条件は、思いつく限り書きます。ペットボトルの実験なら、ボトルの形と大きさ、たたく物、たたく場所、たたく強さ、水の温度、置く場所が、そろえる条件です。図2のように、同じ形のボトルを 3 本並べ、水の量だけを 100 mL、200 mL、300 mL と変えます。この 3 本を同じ棒で、同じ場所を、同じ強さでたたくと、水の量が多いボトルほど低い音になることが多いです。息を吹きかけて鳴らす場合は逆に、水が多いほど高い音になることが多いので、たたくのか吹くのかも「そろえる条件」に入れておきます。

次に、予想を書きます。予想は当たらなくてかまいません。「水が多いほど高い音になると思う」と書いて、結果が逆なら、そのずれが考察の材料になります。予想を書かずに始めると、結果が出たあとで「思ったとおりだった」としか書けなくなります。

測るときは、同じ条件で 3 回測ります。1 回だけの値は、たまたまかどうかが言えません。たとえば影の長さを 10 時に測って、62.4 cm、62.8 cm、62.6 cm だったとします。3 回の平均は、3 つを足して 3 で割って 62.6 cm です。表には 3 回の値と平均を両方書きます。平均だけを書くと、ばらつきの大きさが読む人に伝わりません。測る道具も、そろえる条件のひとつです。定規は同じ 1 本を使い、はかりは同じ物を使い、温度計は同じ本数だけ待ってから読みます。

記録の表は、測る前に作っておきます。横に「変える条件」、縦に「1 回目、2 回目、3 回目、平均」を並べた表です。ペットボトルの音なら、横が 100 mL、200 mL、300 mL で、中身は「高い・中・低い」の順位になります。発芽の実験なら、横が「水あり・明るい」「水あり・暗い」「水なし」で、縦が 1 日目から 5 日目までの発芽した数です。表の枠が先にできていると、毎朝の記録が 1 分で済みます。

数の扱いで、ひとつだけ計算が要るのは、食塩水の濃さです。水 200 g に食塩を 20 g ずつ足して卵が浮くかを見るとき、濃さは「食塩の重さを、水と食塩を足した重さで割る」で出します。20 g なら 20 を 220 で割って 9.1 %、40 g なら 40 を 240 で割って 16.7 %、60 g なら 60 を 260 で割って 23.1 % です。食塩を足した分だけ分母も増えるところを忘れやすいので、計算した式を表の横に残しておきます。卵が浮き始める濃さは卵の大きさでも変わるので、「何 % で浮いた」と自分の値を書けば、それがその研究の結果です。

植物の発芽の実験は、手順をもう少し細かく書いておきます。同じ種類の種を 10 粒ずつ、3 つの容器にまきます。容器も土も同じ物にします。1 つ目は水をやって明るい窓辺に、2 つ目は水をやって暗い戸棚の中に、3 つ目は水をやらずに明るい窓辺に置きます。温度をそろえるために、暗い戸棚は窓辺と同じ部屋の中にします。毎朝同じ時刻に、芽が出た粒の数を数えて表に書きます。5 日目に、たとえば明るい容器で 8 粒、暗い容器で 9 粒、水なしの容器で 0 粒だったとすると、10 粒中なので 80 %、90 %、0 % と割合でも書けます。教科書の範囲で言えるのは、発芽には水と空気と適当な温度が要り、光は無くても芽が出る種が多い、ということです。暗い容器の芽が白くてひょろ長くなることが多いので、数だけでなく、芽の色と長さも記録しておくと、「発芽」と「その後の成長」の違いに話をつなげられます。

影の長さの実験は、時刻が変える条件です。朝 8 時から夕方 4 時まで 1 時間おきに、同じ棒の影の先を地面に印して、長さを測ります。棒は動かさないように固定し、測るたびに同じ定規を使います。昼に近いほど影は短くなり、朝と夕方に長くなることが多いです。日によって雲が出ると測れない時刻ができるので、測れなかった時刻は空欄にして「くもりで測れず」と書きます。空欄も記録です。

まとめ方

まとめは、模造紙でもレポート用紙でも、6 つの部分に分けます。動機、予想、方法、結果、考察、感想です。理科の自由研究では、このうち「方法」と「結果」に、進め方の段階で書いた物がそのまま入ります。方法には、問いの 1 文、変える条件、そろえる条件、測る道具、回数を書きます。結果には、記録の表と、表から作ったグラフを置きます。この 2 つがそろっていれば、読む人は同じ実験をやり直せます。やり直せる書き方になっているかが、理科のまとめの良し悪しです。

グラフは、変える条件の種類で選びます。「明るい・暗い・水なし」のように、条件が別々の物なら棒グラフです。「8 時、9 時、10 時」や「1 日目、2 日目」のように、条件が順に並ぶ数なら折れ線グラフです。図3のように、発芽の結果は棒グラフにします。縦軸は「発芽した数」で、0 から 10 までの目盛りを等しい間隔で引きます。横軸に 3 つの条件を並べ、棒の高さを 8、9、0 にします。棒の上に数を書いておくと、読む人が目盛りを数えなくて済みます。グラフの題は「条件と発芽した数（10 粒中）」のように、横軸と縦軸の両方の言葉を入れます。

棒グラフを描くときに気をつけるのは、縦軸の目盛りを途中から始めないことです。0 から始めないと、小さな差が大きく見えてしまいます。発芽の例なら、8 と 9 の差は 1 粒で、0 との差は 8 粒以上です。縦軸を 0 から描けば、その違いが絵として伝わります。折れ線グラフでは、横軸の間隔を実際の時間の間隔に合わせます。8 時の次が 10 時なら、9 時の分の間隔を空けて点を打ちます。測れなかった時刻は点を打たず、線もつながずに、その時刻の下に「測れず」と書きます。

考察は、結果から「言えること」と「言えないこと」を分けて書く場所です。発芽の例なら、言えることは「水がないと芽が出なかった」「光があってもなくても芽が出た」です。言えないことは「光がない方が芽が出やすい」です。9 粒と 8 粒の差は、種のばらつきで起こりうる 1 粒の差なので、光の有無のせいだとは言えません。ここまで書けると、考察は「結果の言い換え」ではなく「結果の読み方」になります。予想と結果がずれたときは、そのずれを考察の一番上に書きます。「水が多いほど高い音になると予想したが、たたいた音は低くなった。吹いて鳴らすと逆になるので、鳴らし方で変わる」のように、ずれた理由として考えられることを 1 つか 2 つ書けば十分です。

感想は、考察と分けて短く書きます。「面白かった」で終わらせず、「次にやるなら水の温度を変えてみたい」のように、次の問いを 1 つ書くと、研究が続いている印象になります。模造紙に書くときの文字の大きさは、題が 5 cm 角、見出しが 3 cm 角、本文が 1.5 cm 角を目安にすると、教室の後ろからでも読めます。表とグラフは、本文より大きく描いて、紙の中央か右側に置きます。読む人の目が最初に止まるのが結果のグラフです。

うまくいかないとき

一番多いのは、「差が出なかった」という相談です。3 本のペットボトルの音の高さが同じに聞こえる、硬貨の水滴の数がどれも同じくらい、という結果です。差が出なかったことは、失敗ではなく結果です。「この条件の範囲では差が出なかった」と結果に書き、考察で「水の量の差が小さかったのかもしれない。100 mL ずつではなく 200 mL ずつ変えれば差が出るか、次に確かめたい」と書けば、そのまま研究として成り立ちます。差を出すために結果を書き換えるのが、唯一やってはいけないことです。

次に多いのが、3 回測った値がばらばらで、どれが本当かわからない、という相談です。ばらつきは、そろえる条件がそろっていない印です。影の長さなら、棒が少し動いていた、定規の当て方が違った、読む人の目の高さが違った、のどれかが考えられます。ばらついた値はそのまま表に残し、考察に「2 回目だけ大きく違ったのは、定規の当て方が違ったからだと思う」と書きます。値を 1 つ消して平均をきれいにするより、ばらついた理由を書く方が、読む人には信用されます。

植物の実験で、どの容器も芽が出ない、ということもあります。種が古い、温度が低すぎる、水が多すぎて種が腐った、のどれかが多いです。この場合は、3 つの容器とも 0 粒という結果を書いたうえで、「水あり明るい容器でも出なかったので、光や水の条件ではなく、種か温度に原因がある」と考察します。同じ種類の種を新しく買って、もう一度 5 日間やり直す時間があれば、1 回目と 2 回目を並べて書くと、やり直したこと自体が記録になります。光の実験で、くもりの日が続いて影が測れないときは、測れた時刻だけで折れ線を描き、測れなかった時刻を空欄にします。全部の時刻がそろっていないグラフでも、朝と昼の違いが見えていれば、問いには答えられています。

よくある質問

理科の自由研究は、何日あればできますか

表の日数の列が、測るのに要る日数です。水、光、音のテーマは 1 日で測り終わるものがほとんどで、植物のテーマは 5 日から 7 日かかります。どのテーマも、測った日とは別に、まとめに 2 日みてください。1 日目に表を清書して、2 日目にグラフと考察を書く、という分け方が、途中で疲れずに済みます。残りの日数が 3 日なら、水か音のテーマを 1 日で測り、2 日でまとめる組み方になります。

結果が教科書と違うときは、どう書けばよいですか

自分が測った値を、そのまま結果に書きます。教科書と違ったことは、考察で「教科書では〇〇とあるが、今回は△△だった。そろえる条件のうち、□□がそろっていなかったのかもしれない」と書きます。教科書に合わせて値を変えないことが、理科の研究で一番大切な約束です。違った理由を 1 つ考えて書けていれば、評価は下がりません。

家にある物だけで、本当に足りますか

表の 17 本は、ペットボトル、計量カップ、台ばかり、定規、温度計、硬貨、糸、紙コップ、輪ゴム、種、鏡と、台所の食塩と砂糖があれば足ります。温度計がなければ、「包む紙の色と水の温度」を外して、残りから選んでください。台ばかりがなければ、とける量の代わりに「スプーン何杯」で数えても、変える条件と測るものがはっきりしていれば研究になります。

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、ぬるま湯を注ぐとき、セロリを切るとき、鏡で光をはね返すときの 3 つの場面に一緒にいていただくことです。それ以外の、問いを決める、条件を書き出す、測る、表に書く、は、お子さまが自分で進める部分です。結果が思ったとおりでなくても、書き換えさせないでください。個別指導では、お子さまが書いた「変える条件」と「そろえる条件」の紙を持ってきてもらい、そろえる条件に抜けがないか、測るものが数になっているか、考察に「言えないこと」が書けているか、の 3 点を一緒に確かめます。

まとめ

水、光、音、植物のどの分野でも、やることは同じです。変える条件を 1 つに絞り、そろえる条件を書き出し、3 回測って表にし、結果から言えることと言えないことを分けて書く。差が出なくても、予想が外れても、それは結果です。変える条件を 1 つに絞れた瞬間に、理科の自由研究は半分終わっています。