全国学力・学習状況調査小中学校報告書によると，エネルギーまたは物理領域，とくに電気単元の正答率が低い。
電気単元の理解が難しいことの原因の1つに，「見えない」ということがある。そこで，可視化した教材を提示することによって，概念形成の助けになるのではないかと考え，電流回路を可視化した「ビー玉モデル」を作製し，それを導入した授業を行った。
（１）電流回路を可視化した，より分かりやすいモデルを提案すること。
（２）新しいモデルを活用することにより，電気単元の理解度を向上させること。
抵抗・電流・電圧・電池の概念学習教材として「ビー玉モデル」を作製した。水流モデルや粒子モデルはこれまでに多く報告されているが，その多くは電流学習用教材であったり，大がかりであったりする。
今回は，簡便かつ抵抗・電流・電圧・電池のすべての概念をイメージできることを考慮して作製した。材料は，100円ショップやホームセンターで手に入るような身近な素材である。
ビー玉を持ち上げるための装置として，バンダイ社製のスペースワープという玩具の一部を利用した。この玩具は単２電池で動くが，スピードが制御できないため，理科室にあるような電源装置または手回し発電機をつなげた。
斜面の部分には，抵抗をイメージさせるために，配線レールの溝に，三角柱のひごを短く切ったものを貼り付けた。導線を意味する平らな部分には，段差はない。
ビー玉が一つ放たれると，連鎖的に押し出されるようになって，最後の一つが戻ってくる仕組みである。このことは，自由電子をイメージさせるのに活用できる。
図１.ビー玉モデルの構想図
写真１.ビー玉モデル
中学２年生の電気単元の導入として，２コマ（100分）の授業を行った。
通常の授業では，抵抗や電圧はあとで実施するが，今回は初めに実施した。事前事後調査を行い，抵抗・電流・電圧・電池の概念について学習前後での比較，知識理解の定着度について検証した。
調査結果から，乾電池の＋極と－極から電気が流れ，豆電球で衝突して光っているという，いわゆる「衝突説」が２番目に多い，ということが分かった。しかし，生徒が誤解しやすい図であったため，問題を修正して再度授業前と後に質問した。その結果，正答者数が２名増えただけで，衝突説は依然としてクラスの約半数を占めており，誤概念の変容は難しかった。電気のように目に見えない現象では，このような誤概念をもちやすく，具体物を示せないために，指導が難しいと感じる教師が多いのではないだろうか。
つぎに，電気概念の変化について述べる。 表１の上段は，電圧について知っていることを質問した結果を示し，下段はイメージについての結果である。この表から，授業前には，よく分からなかったり，無回答が多かったりしたが，授業後には無回答はなくなり，電圧は高さであるというイメージをもっている生徒がクラスの約半数に増えたことが分かった。
図にはないが，電流や電気抵抗，乾電池の概念についてもイメージができる生徒が格段に増えた。しかし，その内容について見ると，乾電池では電池の形そのものの図であったり，実験で使用した用具そのものを描いていたりしたので，理解しているとはいえない。
表１.電圧概念の変化（値は人数）
アンケート調査の結果から，児童生徒の多くが電気単元を難しいと感じ，教師も生徒に理解させるのが難しいと感じていることが分かった。
その対策として，ビー玉モデルを開発し，提案した。その結果，電圧の概念形成に有効であることが分かった。
しかし，電流の衝突概念はあまり変わらなかったので，そのことに留意して繰り返し指導していく必要がある。さらに，モデルの簡素化をし，個別化する必要もある。
＜参考文献＞
