【小学理科】観察と実験の進め方を図解で総まとめ—予想・条件をそろえる・器具の使い方・記録と考察｜武蔵野個別指導塾

風の強さを比べる実験や温度の折れ線グラフを通して、条件のそろえ方と考察の書き方を確かめます。温度計・けん流計・顕微鏡・メスシリンダーの使い方も、親子で確認できます。

よくあるのは、駅のホームのベンチで電車を待ちながら理科のノートを開き、「実験の結果は書けたのに、考察には何を書けばよいの」と手が止まる場面です。「車が遠くまで進んだ」と書いたあとに、もう一度「遠くまで進みました」と続けても、何を確かめたのかは伝わりません。お子さまが言葉に困っているときは、文章の長さを増やす前に、最初に調べたかったことへ戻ると道筋が見えます。

観察や実験は、器具を動かして答えを見つけるだけの活動ではありません。問いを決め、予想を立て、比べられるように条件をそろえ、見たことや測った値を残し、その記録から考える活動です。途中のつながりが見えると、思ったとおりにならなかった結果にも役割が生まれます。ここでは、実験の計画から表やグラフ、結果と考察の書き分けまでを、家庭でノートを見直す順番に沿って確かめます。

この単元で身につけること

• 調べることを問いにします。「風の強さを変えると、車が進むきょりはどうなるか」のように、何と何の関係を調べるのかをはっきりさせます。
• 予想に理由を添えます。すでに知っていることや生活で気づいたことをもとに、実験前の考えを書きます。予想と結果が違っても、記録を直して合わせる必要はありません。
• 変える条件と変えない条件を分けます。調べたい条件だけを変え、それ以外の結果に関わりそうな条件をそろえます。そろえた条件も計画に書き残します。
• 器具に合った方法で読み取ります。目の位置、測る部分の位置、目盛りの細かさを確かめます。使い始める前と片づける前の安全確認も含めて、器具の使い方です。
• 記録を根拠に説明します。表で値を整理し、目的に合うグラフを選びます。実際にわかったことと、まだ調べていないことを分けて考察します。

小3で行う植物の観察や物の比較が土台になり、小4で時間による変化を追い、小5・小6では条件をそろえて確かめる場面へつながります。すべての活動を難しい実験にする必要はありません。まずは「何を見比べたのか」を一言で言えることが出発点です。

基本の考え方

問い、予想、計画をつなげる

観察は、対象の形、色、大きさ、動きなどを、目的をもって調べることです。実験は、調べたいことに合わせて条件を整えたり変えたりし、起こることを確かめることです。植物の葉の形を比べる観察と、風の強さを変えて車の動きを比べる実験では、調べ方が違います。何でも条件を変えなければ理科にならない、ということではありません。

最初の問いは、広すぎない形にします。「風について調べる」だけでは、風の向きなのか強さなのかが決まりません。「同じ車に当てる風を強くすると、進むきょりは長くなるか」とすれば、変えるものと測るものが見えます。問いの中に比べる手がかりを入れると、準備する物や記録する項目も選びやすくなります。

予想は、当たるかどうかを競うための答えではありません。「風が強い日は物が動きやすいので、風を強くすると車が進むきょりは長くなると思います」のように、考えのもとを添えます。理由がまだ思いつかない場合は、無理に作らず、知っている似た場面を探します。そのあとで結果を見れば、もとの考えのどこを変える必要があるかがわかります。

図1のように、問いから考察へ進んだあとも、残った疑問を次の問いへつなげます。図の流れはノートを整理する道案内です。自然を見ているうちに新しい問いが生まれたり、計画を見直したりすることもあります。

計画には、使う物、変える条件、そろえる条件、測るもの、記録の仕方を書きます。さらに「車が机から落ちない場所で行う」「動く物の前に手を出さない」のように、起こりそうな危険と防ぎ方も考えます。準備してから安全を付け足すのではなく、安全に確かめられる方法を選ぶことが計画の一部です。

比べるために条件をそろえる

風の強さと車が進むきょりの関係を調べるなら、変える条件は風の強さです。同じ車と同じ帆を使い、送風機の位置や風を当てる向き、出発する位置、走る床の状態、車の離し方をそろえます。車を手で押す回と静かに離す回が混じると、風だけの違いを比べられません。「同じにしたつもり」ではなく、手順までそろえることが必要です。

車が進んだきょりは、変える条件とは別です。これは、条件を変えた結果として測るものです。「風の強さ」と「進むきょり」をどちらも自由に決めてしまうわけではありません。計画を読むときは、「自分で変えること」「同じに保つこと」「最後に測ること」の欄に分けると、役割を混同しにくくなります。

一方、同じ条件にしても、測った値が少しずれることがあります。車輪の動きや離す瞬間、目盛りの読み方などが完全には同じにならないためです。何回か確かめると、結果にどれくらいのばらつきがあるかが見えてきます。都合のよい値だけを残さず、実験した順に記録します。明らかに車が物にぶつかった場合も、その事実をメモしてから測り直します。

自然の観察では、すべての条件をそろえられるとは限りません。別の日の植物の様子を比べるなら、同じ植物の同じ部分を観察し、日付や天気も記録します。条件を変える実験なのか、自然の中で変わる様子を見る観察なのかを区別すると、記録から言える範囲を考えやすくなります。

器具は置き方と目の位置から確かめる

温度計は、測りたいものの温度が伝わる位置に液だめを置きます。水温を測るときは液だめを水に入れ、容器の底や側面に触れないようにします。液の先の位置が落ち着いてから、目をその高さに合わせて読みます。測るために入れた温度計を水から取り出すと、周りの空気の影響を受けます。水につけた状態で読めるように準備し、温度計をかき混ぜる棒の代わりには使いません。

気温を測るときは、日光で温度計自体があたためられないようにし、風通しのよい日かげで測ります。地面や壁に直接触れさせると、そこから熱が伝わります。何の温度を知りたいのかを先に考えると、置き方にも理由があることがわかります。ガラスが割れたときは自分で拾わず、大人に知らせます。

けん流計は、電流の向きや大きさを調べる器具です。使う器具の端子の表示や測れる範囲を先生と確かめ、回路の途中につなぎます。大きさの見当がつかないときは、大きい電流を測れる側から始めます。かん電池の両端にけん流計だけを直接つなぐことはしません。大きな電流が流れて器具やかん電池を傷めるおそれがあります。つなぎ替えるときは電流を切り、針を無理に動かさないようにします。

顕微鏡は、安定した台に置き、直射日光が入らない明るい場所で使います。運ぶときは片手で持つ部分を握り、もう片方の手で底を支えます。最初は低い倍率で対象を探します。横から見ながら対物レンズとプレパラートを近づけ、ぶつけない位置で止めます。そのあと接眼レンズをのぞき、両者を遠ざける向きにゆっくり動かしてピントを合わせます。のぞいたまま近づけ続けると、ガラスを割る危険があります。動かす部分は機種によって違うので、先生の説明と器具の表示を確かめます。

メスシリンダーは、液体の体積を測る器具です。平らな台に立て、持ち上げずに目を液面の高さへ下げます。水の表面は中央が少しくぼむので、その最も低い位置の目盛りを読みます。数字の書かれた目盛りの間がいくつに分かれているかを数え、最小の1目盛りが何mLかを先に確かめます。数字の線だけを見ておよその量を決めないようにします。

どの器具でも、名前を覚えることと安全に使えることは別です。火、薬品、電気を使う実験は、学校などで先生の指示に従って行います。薬品は味を確かめたり、鼻を近づけて直接においをかいだりしません。家庭では、器具の使い方をノートや図で確認するところから始められます。

例題で解き方を確かめる

例題1　目盛りから水の体積を読む

メスシリンダーの40mLと50mLの線の間が、等しい大きさの5区間に分かれています。水面の中央の最も低い位置は、40mLの線から上へ3区間進んだ線と一致しています。水の体積は何mLですか。また、目はどの位置に置きますか。

1. 数字のある線の差を求めます。50−40＝10なので、この間の体積の差は10mLです。先に両端の数値を見れば、1目盛りを思い込みで決めずに済みます。
2. 差を区間の数で割ります。10÷5＝2なので、1区間は2mLです。線の本数ではなく、線と線の間の数を使うことが理由です。
3. 40mLに3区間分を加えます。40＋2×3＝46なので、46mLと読みます。中央のくぼみと同じ高さから読むことで、上や下から見たときのずれを避けます。

答え：水の体積は46mLで、目は水面の中央の最も低い位置と同じ高さに置きます。

例題2　風の強さだけを変える計画を選ぶ

同じ送風機を使い、風の強さと車が進むきょりの関係を調べます。計画Aは「同じ車、同じ出発位置で、風の強さだけを変える」、計画Bは「風を強くするとき、車の帆も大きくする」です。走る場所や風を当てる向きなど、ほかの条件は同じとします。どちらの計画を選ぶべきですか。

1. 調べたいことを短く言い直します。知りたいのは風の強さの影響なので、意図して変える条件を風の強さに決めます。結果のきょりから原因を考えられるようにするためです。
2. 計画ごとに変わる部分を探します。計画Aでは風の強さだけが変わります。計画Bでは風の強さと帆の大きさが変わるため、どちらが結果に関係したのかを分けられません。
3. 測るものも確認します。車が止まった位置までのきょりを、毎回同じ出発位置から測ります。同じ車の同じ部分を目印にすれば、測る位置の違いも減らせます。

答え：計画Aを選び、帆の大きさもそろえて、風の強さだけを変えます。

帆の大きさを調べたい場合には、今度は風の強さをそろえて帆の大きさを変えます。「いつでも帆を変えてはいけない」のではなく、問いに合わせて条件の役割が変わります。正しい計画を選んだあとに、何を調べるための計画なのかを言えるかどうかも確かめます。

例題3　表を折れ線グラフにして変化を読む

水温の記録を読む練習として、次の表を使います。測り始めを0分とし、そのあとの水温を同じ間隔で測った記録です。この問題は表の読み取りであり、家庭で水を加熱する実験の手順ではありません。0分から4分までに水温は何℃上がりましたか。また、最も大きく上がったのは、どの区間ですか。

1. 横軸に時間、縦軸に水温を取ります。時間に沿って変わる水温を調べるため、折れ線グラフにします。同じ時間の差や同じ温度の差を、同じ長さで表します。
2. 表の組を1つずつ点にします。0分と20℃、2分と24℃、4分と28℃、6分と30℃の位置です。先に線を描いてから点を合わせるのではなく、記録を点にして順に結びます。
3. 問われた区間の差を求めます。0分から4分までは28−20＝8で、8℃上がっています。同じ長さの各区間では、24−20＝4、28−24＝4、30−28＝2なので、初めの2区間の上がり方が同じで最も大きいとわかります。

答え：0分から4分までに8℃上がり、最も大きく上がった区間は0分から2分と2分から4分です。

図2のように、時間と水温の目盛りを等間隔に取ると、同じ時間内の変化を線の傾きでも比べられます。この図では縦軸を0℃から描き、省略した部分はありません。点と点の間の線は変化を読み取る助けであり、その間の水温をすべて測ったことを表すものではありません。

棒グラフは、種類や場所ごとの数や量の比較に向いています。たとえば観察場所ごとのこん虫の数を並べるなら、棒の高さで比べられます。すべての表を折れ線で結ぶ必要はありません。「時間とともに変わる様子か」「別々の種類を比べたいのか」を考えてグラフを選びます。

例題4　記録を根拠に考察を書く

例題2の計画Aで、ほかの条件をそろえ、弱い風と強い風についてそれぞれ3回ずつ測りました。次の結果から、どのような考察が書けますか。ここでは平均を使わず、記録された値を比べて説明します。

1. まず測った事実を取り出します。弱い風では78〜82cm、強い風では138〜142cm進みました。感想を混ぜず、数値のまとまりとして結果を読みます。
2. 2つの条件の結果を比べます。強い風の最も短い138cmも、弱い風の最も長い82cmより長くなっています。1回だけの値を選ぶのでなく、今回の記録全体で同じ傾向があるかを確かめるためです。
3. 問いに答える形で考察を書きます。「ほかの条件をそろえると、強い風では弱い風より長いきょりを進んだので、今回の実験では風を強くすると車が進むきょりは長くなると考えられます」とつなぎます。条件と結果を根拠として入れることで、結論までの道筋が伝わります。

答え：今回の実験では、ほかの条件をそろえて風を強くすると、車が進むきょりは長くなると考えられます。

ここから「風を2倍にすればきょりも2倍になる」とまでは言えません。表の「弱い」「強い」は風の強さが何倍かを示していないためです。また、別の車や別の床でも同じきょりになるとは限りません。わかった範囲を明らかにして書くことは、答えを弱めるのではなく、根拠を正確に使うことです。

つまずきやすいところと直し方

誤り1　そろえた条件を結果として書く

誤った書き方は、「結果は、同じ車と同じ床を使ったことです」です。同じ車や床を使ったことは、実験前に決めた方法です。実験によって得られた記録とは違うので、その文だけでは車がどう動いたのかが伝わりません。

正しい書き方は、「方法：同じ車と同じ床を使い、風の強さだけを変えた」「結果：弱い風では78〜82cm、強い風では138〜142cm進んだ」です。ノートの欄を分けるときは、作業の前に決められたことなのか、測って初めてわかったことなのかで判断します。お子さまが条件を丁寧に書けていたら、その文を消すのではなく、方法の欄へ移すとよいでしょう。

誤り2　目盛りを上から見て読む

誤った書き方は、「メスシリンダーは、数字が見やすいように持ち上げ、上からのぞいて読む」です。容器を傾けたり、液面と違う高さから見たりすると、目盛りと液面の位置を正しく重ねにくくなります。目盛りの数字が読めることと、体積が正しく読めることは同じではありません。

正しい書き方は、「平らな台に立て、目を水面の中央の最も低い位置と同じ高さにして読む」です。図3のように、器具を目へ近づけるのではなく、目の高さを液面に合わせます。図の上の縁に当たる液面ではなく、中央のくぼみの底が読み取る位置です。例題1の46mLの位置も、この見方で確かめられます。

誤り3　予想に合わせて結果を選ぶ

誤った書き方は、「予想と違う値が出たので、その値を消し、合う値だけで考察した」です。予想は実験前の考えであり、測定の正しさを判定するものさしではありません。違う値が出た理由を調べずに消すと、実際に何が起きたかをあとから確かめられなくなります。

正しい書き方は、「測った値を残し、いつもと違う操作や気づいたことを横に書く」です。たとえば「途中で車輪が止まった」「出発するときに手が触れた」といった事実があれば、その回の記録に添えます。そのうえで条件と器具を確認し、測り直した値は新しい記録として加えます。平均を求める場合でも、異なる条件の値を混ぜたり、理由なく一部を除いたりしません。

考察を書く段階でも、「予想どおりでした」だけで終わらせないようにします。予想と合ったかどうかに続けて、どの結果を根拠にしたのかを示します。合わなかったときには、「この記録では予想を確かめられなかった」と書き、次にそろえる条件や確かめる方法を考えられます。

練習問題

練習1　変える条件とそろえる条件

ふりこの長さと1往復する時間の関係を調べます。計画Cは「長さを変え、おもりの重さとふれはばをそろえる」、計画Dは「長さとおもりの重さを同時に変える」です。どちらを選びますか。選ばなかった計画の問題点も書きます。

練習2　最小の目盛りを確かめる

温度計の20℃と30℃の間は、等しい大きさの10区間です。液の先は20℃から上へ7区間の線にあります。温度は何℃ですか。また、読み取るときの目の高さを答えます。

練習3　グラフにする前に表を読む

ある水温の記録が、0分で18℃、2分で21℃、4分で25℃でした。時間による変化を見るには、棒グラフと折れ線グラフのどちらが適していますか。0分から4分までの上昇と、2分から4分までの上昇を、それぞれ求めます。

練習4　結果と考察を書き分ける

同じ物を同じ方法で量ることとし、水を入れる前の容器の重さは30g、水を入れたあとの全体の重さは80gでした。こぼれた水はなく、容器以外には水だけを加えました。水の重さを求め、「測った結果」と「結果からわかること」を別々の文にして書きます。

答えと解説

練習1の答えは計画Cです。調べたい長さだけを変えることで、時間の違いを長さと結びつけて考えられます。計画Dでは長さとおもりの重さが同時に変わり、どちらの影響かを分けて調べられません。ふれはばや時間を測る手順も、比べる間はそろえます。

練習2の答えは27℃で、目の高さは液の先と同じにします。30−20＝10、10÷10＝1なので、1区間は1℃です。20＋1×7＝27と求められます。器具によって目盛りの細かさが違うため、別の温度計でも必ず1目盛りが1℃だとは決めません。

練習3の答えは折れ線グラフで、0分から4分までは7℃、2分から4分までは4℃の上昇です。25−18＝7と25−21＝4を使います。終わりの25℃をそのまま「25℃上がった」と書かないように、温度そのものと温度の差を分けて読みます。

練習4の答えは水の重さ50gです。測った結果は「容器は30gで、水を入れたあとの全体は80gでした」です。結果からわかることは「容器の重さを引くと、80−30＝50なので、水の重さは50gです」です。はかりが直接示した全体の重さと、引き算によって求めた水だけの重さを区別します。

次の単元へのつながりと家庭での確かめ方

条件をそろえる考え方は、植物の発芽、物のとけ方、ふりこの動き、電磁石の強さなどで使います。日付や時刻をそろえて記録する考え方は、天気や月の観察にもつながります。内容が変わっても、「比べるための条件は何か」「この記録から何が言えるか」という問いは共通しています。

家庭で5分ほどでできる確かめ方の1つ目は、保護者と同じ葉を観察することです。安全な場所で拾った、種類のわかる葉を机に置き、口に入れず、終わったら手を洗います。表と裏の色、葉の縁、筋の見え方を言葉や簡単な絵で記録します。「きれいだった」という感想とは別に、見えた特徴を書きます。葉を裏返したことも残すと、どの面の記録かが伝わります。

2つ目は、保護者と例題3の表を紙に写し、横軸と縦軸を決めて点を置くことです。短い時間で確かめるなら、線を結ぶ前に「この点は何分、何℃か」を交代で読みます。点の置き間違いがあれば、表の行と列へ戻れば直せます。新たに火や電気を使わず、記録を読み取る部分だけでも理科の確かめ方を練習できます。

個別指導では、考察が止まった場所から、問い、条件の表、実際に残した数値まで戻って確認します。器具の読み取りに迷いがあれば、文章を書き直す前に、1目盛りと目の位置を一緒に確かめます。

まとめ

実験のノートは、正しい答えだけを並べるためのものではありません。あとから読んだ人が、同じ条件で確かめ直せる記録です。予想と違った値も、そろえられなかった条件も、消さずに残っていれば次の計画を考える手がかりになります。考察の文が短くても、根拠のある数値と調べた問いがつながっていれば、説明として前へ進んでいます。

理科の考察を支えるのは、予想に合う答えではなく、条件とともに残された結果です。