粒子モデルで見る状態変化（中学1年）
温度スライダー（-20℃〜120℃）を動かすと、キャンバス上の36個の粒子が固体・液体・気体でどう動くかがアニメーションで変化します。0℃（融点）未満では粒子は格子状に整列してその場でわずかに振動するだけですが（『粒子は規則正しく並び、その場でわずかに振動している』）、0〜100℃の液体では粒子どうしのまとまりを保ちながら容器の中をゆっくり動き回り（『粒子どうしの結びつきは残ったまま、位置を変えながら動く』）、100℃（沸点）を超えると粒子はばらばらになって画面いっぱいを高速で飛び回るようになります（『粒子どうしの結びつきがなくなり、自由に飛び回っている』）。状態が切り替わるたびに粒子の色と状態名の表示も自動で変わります。小学4年の『水のすがたの変化』教材で見た氷・水・湯気の変化を、中学1年の理科で学ぶ粒子モデルの視点から『目に見えない粒子の並び方と動きの速さの違い』として捉え直す教材です。
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先生向けガイド
ねらいと学習指導要領との関係
中学1年の理科「状態変化」で学ぶ、物質が固体・液体・気体に変わるときの、粒子のようすを、アニメーションで見せる教材です。温度スライダー（-20℃〜120℃）を動かすと、画面の36個の粒子が、0℃未満では規則正しく並んでその場で振動し、0〜100℃では結びつきを保ったまま位置を変えながら動き、100℃を超えるとばらばらになって飛び回ります。状態ごとに、粒子の結びつき方の説明文も変わります。
小学4年で学んだ、氷・水・湯気の変化を、粒子の視点でとらえ直す学習につながります。
授業での使い方
まず、水を例に、スライダーを動かしながら、「粒子の並び方と動き方が、どう変わるか」を観察させます。0℃と100℃の前後で、粒子の動き方が大きく変わることを、児童生徒の言葉で説明させると、状態変化のしくみを言葉にできます。
体積が変わる理由や、質量が変わらない理由を考える活動の導入にも使えます。「粒子の数は変わらず、粒子の間隔が変わる」ことに気づかせてください。
つまずきやすい点と声かけ
粒子が、温度によって大きさが変わる、と誤解する生徒がいます。「粒子1つ1つの大きさは、変わっていないね」と、画面を指さして確認してください。
この教材は、水を例にして、融点0℃・沸点100℃の場合を扱います。ほかの物質では、融点や沸点が異なることを、授業で補ってください。
この教材の安心ポイント
1
36個の粒子の動きが温度に応じてアニメーションする
固体では格子状に並んでその場で振動、液体ではまとまりを保ちながら動き回り、気体ではばらばらに高速で飛び回る様子が見た目でわかります。
2
状態ごとに粒子の結びつき方の説明文が変わる
「規則正しく並び、その場でわずかに振動している」など、粒子レベルでの動きの違いが言葉でも確認できます。
3
小学校の学びを粒子の視点で捉え直せる
4年生の「水のすがたの変化」で見た氷・水・湯気の変化を、目に見えない粒子の並び方・動きの速さの違いとして学び直せます。
使い方の流れ
- 1温度スライダーを-20℃〜120℃の範囲で動かす
- 20℃（融点）・100℃（沸点）を境に粒子の動き方がアニメーションで変化する
- 3状態が切り替わるたびに、粒子の色と状態名の表示が自動で変わる
- 4表示される説明文で、粒子どうしの結びつき方の違いを確認する