研究助成
2023年度 中学校理科教育振興助成
鉄をつくる探究的な実験プログラムの開発と合金作製への応用
| 研究題目 | 鉄をつくる探究的な実験プログラムの開発と合金作製への応用 |
|---|---|
| 年度/助成プログラム | 2023年度 中学校理科教育振興助成 |
| 所属 | 茨城県立土浦第一高等学校附属中学校 |
| 氏名 | 増田 智 |
| キーワード | 砂鉄 / 電子レンジ製鉄 / 還元反応 / 亀色ガラス / 合金 |
| 研究結果概要 | 本研究では、霞ヶ浦湖岸域に濃集する砂鉄を地域資源として活用し、化学・物理・地学を横断する探究学習を実現する実験プログラムを開発した。砂鉄は「地域の地質・歴史・文化を象徴する教育資源」であり、身近な素材から金属生成のプロセスを学べる点で教育的価値が高い。電子レンジ製鉄の条件検討では、砂鉄と炭素を効率的に接触させて加熱する方法が最適であることを示し、選鉱操作が生成量を大きく左右することを明確化した。これにより、還元反応や熱移動の理解を生徒が実験的に捉えられる教材としての有効性が高まった。さらに、得られた鉄塊を塩酸で溶解して調製した塩化鉄(III)をガラス原料に添加し、鉄特有の発色を確認した。ガラスの割れやすさが安定化剤不足に起因すること、酸化鉛の添加や冷却速度の調整が強度改善に寄与することを示し、材料科学の基礎概念を連続的に学べる構成を実現した。また、電子レンジ加熱による青銅や黄銅の短時間合成にも成功し、組成間の関係や亜鉛揮発の制御など、金属材料の性質を直接観察できる学習機会を提供した。砂鉄の選鉱から金属生成、材料応用まで一貫して扱うことで、地域資源を基盤とした探究学習の深化に寄与した。 |
| 公表論文 |