相互作用の概念は非常に難解で、教員が思っている以上に生徒はイメージをわかせられません。モデル提示や、授業時間数の割り振りなど、気を使うべきポイントがいくつかあります。
1 どんなモデルで導入するか
物理なので、図で原理を理解しますが、そこで工夫すべきポイントがあります。
1-1 力の書き方
相互作用を学ぶときは「○○が△△に加える力」というように力を説明できることがとても大切です。しかし、それをいくら言葉で伝えても、生徒はあまりそこを重要と思ってくれません。
なので、以下のように、力を作図するときに、力の右下に「〇〇が△△に」を意味する説明をつけさせます。力を始めて習うときから習慣にしておくと、相互作用の説明をするときにスムーズに導入できます。
＊ eは地球を意味します。
1-2 物体に個別に着目させる
例えば以下のように、人がひも２本を使って、物体をつるし、その際にはたらく力を正しく分析するモデルを考えます。
この場合、一つの図に力を全部書くと、わけがわからなくなるため、物体ごとに横にスライドさせて書いていきます。すると右のようにかけます。
そして、物体を分けたことと、「〇〇が△△に」という情報から、つりあいの式を立てる練習をします。
下図の左部分のように「ひも１に着目」ということを考えられるか、右部分のように「誰に加わっている力か」ということを考えるか、どちらでも良いので分析できるようにします。
1-3 相互作用について考える
相互作用を生徒が理解するには、単純に回数がたくさん必要です。それを少しでも助けるために、少しズルイテクニックも伝えます。
この図は緑の点線上にある２力が作用反作用の関係だということを示しています。
または
このようなズルを使っていき、ひとまず関係を見出せるようにしていきます。
2 よくある間違い例
生徒は「作用反作用の関係なので、お互いに力を打ち返しあう」と言います。作用反作用の関係として、「大きさが同じ」「向きが逆」というのがあるので「作用反作用の関係の力がピッタリお互いに打ち消しあってしまう」と考えてしまうのも無理がありません。
しかし、ここで丁寧に「つりあい」と「作用反作用」の分析をする練習を重ねて、
グループワークで、次のようなテーマで討論させてもいいです。
「ダメなんです旦那様、私がものを運ぼうと思っても、地面をけって前に進む力と、その反作用の力が打ち消しあってしまって、私は全然前に進むことができないんです。だからこの荷物を私は運ぶことができません」
アナタはどういう説明をして、使用人のサボりの口実を打ち破り、きちんと仕事させますか？
生徒は最初、何を言っているかさっぱりわからん、と言った表情でグループワークをスタートしますが、話を始めると、つりあいと作用反作用の話題にきちんと入っていきます。
3どんなモデルで深めるか
導入が終わり、グループワークなどを通して理解を深めたら、次のようなモデルで総まとめをして見ます。
答えは下図のようになります。とても複雑ですが、これをかけるようになっていれば、きちんと相互作用を論じられるように生徒は育ったとみていいでしょう。
4 終わりに
ここまで理解するには、相当数の授業時間を要します。しかし連結２物体、運動量などの問題を扱うとき、ここの理解はとても重要になります。授業時間を使う価値は大いにあります。カリキュラムを考える際は、ここのコマ数にゆとりを持つことをお勧めします。
