夏休みの学習課題として取り組む自由研究ですが、ついつい後回しにしてしまうお子様が多いそうです。親御さんとしては、早めに取り掛かってもらいたいし、せっかくやるなら学力がついたり、テストで役だったりする自由研究をしてほしいのではないでしょうか。でも、自由研究のテーマをなににするかが悩みどころ……。そう思われてる方は、理科に関する自由研究に挑戦してみませんか? 理科実験教室「サイエンス・ラボ」を主宰されている倉橋修さんによると、理科を本質的に理解するには、実際に見て触れることが肝心だそうです。しかし、学校の授業では教科書の内容を追うだけで、実物と向き合う機会が少ない傾向にあり、結果的に理科を苦手とする子どもが多いのだとか。そこで、小学校の理科実験をすべて網羅して教える倉橋さんに、夏休みの自由研究テーマとしてオススメな実験・観察を解説していただきました。野外で、1日でできる自由研究のテーマ「星空観察」「セミの羽化の観察」「手作りしたレーベンフックの顕微鏡を使った野外観察」をご紹介します。
サイエンス・ラボ 代表
名古屋市で小学生を対象とした実験教室サイエンス・ラボを主宰。
慶応義塾大学卒。一般企業で勤務した後、約25年間、河合塾で理科を教え、独立。中日新聞「こどもウィークリー」の理科ワンダーランドを2013年まで執筆。
YouTubeで、理科の実験と授業を融合させた動画を配信中。視聴回数1,100万回、チャンネル登録者52,000名。多くの中学受験生の理科勉強のバイブル動画になっている。現在は、オンラインでも理科教室を開催。理科の全単元を実験動画にし、中学受験の理科勉強を短時間で楽しくできるようにしている。
サイエンス・ラボ：http://science-labo.com/
実験教室「サイエンス・ラボ」代表の倉橋修です。私は大手進学塾の講師時代を含めて、40年ほど理科を教えています。これほど長く教鞭をとっていても、理科って不思議だらけなんですよ。「わかった!」と思っても次々と疑問が生まれてきて、まるで謎解きをしている感覚です。この「なぜ?」を自分なりに考えて、調べていくと、理科は面白くなると思いますね。そのためにも実際に目で見て、触れることが欠かせません。理科に関わる自由研究のテーマは、選びきれないくらいたくさんありますが、「一生に一度は見て欲しい」「体験してほしい」、そんな想いも込めて3つ選んでみました。小学生なら学年関係なく、ワクワクするようなものばかり。1日あればできるので、ぜひ親子で挑戦していただきたいと思います。
目次
１．【小学生向け】野外で行う理科の自由研究テーマ例①星空観察で星座や月、惑星を調べよう
２．【小学生向け】野外で行う理科の自由研究テーマ例②一生に一度は見ておきたい! セミの羽化観察
３．【小学生向け】野外で行う理科の自由研究テーマ例③レーベンフックの顕微鏡を手づくりして野外観察
４．【小学生向け】夏休みの自由研究テーマ3選～野外編 まとめ
【小学生向け】野外で行う理科の自由研究テーマ例①星空観察で星座や月、惑星を調べよう
まずオススメしたい理科の自由研究テーマは「星空観察」です。夏は夜でも気温が下がらないので、快適に観察することができますし、最近はスマホでもキレイな写真が簡単に撮れるので、夏休みの自由研究にはもってこいです。私の理科実験教室でも星空観察を実施していますが、毎回子どもにも親御さんにも大人気ですね。星が好きな私にとっても、楽しみなイベントです。疲れたとき、落ち込んだとき、星にはいつも元気をもらっています。星や星座は、体験を通して理解するとずっと覚えていられるので、大人になっても夜が楽しく素敵に過ごせますよ。
夏休みに観察できる代表的な星と星座
夏の夜にはさまざまな星や星座を観察することができます。東から南の方角にかけて、「夏の大三角」や「さそり座」、北の空高くには「北斗七星」が見られます。さらに、夏でも早起きすれば、冬の星が見られるんですよ。8月中旬になると、早朝3〜4時に起きれば東の空に「冬の大三角」や「冬のダイヤモンド」、「すばる」などの冬の星たちを観察することができます。毎年8月13日前後には三大流星群のひとつ「ペルセウス流星群」も見られますから、この時期に星空観察を目的とした家族旅行を計画するのも面白そうですね。
これは8月13日ごろの南の空。少し低いところに、赤くて明るい星アンタレスがあるので、探してみましょう。アンタレスは“さそりの心臓”とも呼ばれていて、「さそり座」のなかでもっとも明るい恒星です。さそり座は大きくて美しい星座なので、見つけられると感動しますよ。
北の空に浮かぶ「北斗七星」は、かなり大きい星座「おおぐま座」の一部なんですね。そこから少し離れたところに黄色っぽい明るい星がポツンとあったら、それが「北極星」です。北極星は「こぐま座」のしっぽにあたる星で、一年中ずっと真北で輝いています。周りにもたくさんの星がありますが、肉眼だと北極星しか見えないかもしれません。中学受験にも出てくる「この図の星座はおおぐま座か、こぐま座か」はよく間違えやすい問題ですが、“北斗七星＝おおぐま”は4文字、“北極星＝こぐま”は3文字、と文字数の一致で覚えると良いでしょう。
東の高い空には「夏の大三角」を見ることができます。明るい星で構成されているので、都会でも見つけやすいはず。位置的には頭の真上にあるので、観察し続けると首が疲れてしまいますが、とてもキレイなのでぜひ探してみてください。3つの星のなかで最も明るく見つけやすいのが「こと座」のベガ。七夕の織姫ですね。2番目に明るいのは「わし座」のアルタイルで、七夕の彦星。そして、「はくちょう座」のデネブ。3つとも一等星で、星を結ぶと大きな二等辺三角形になりますよ。
星空観察の手順とコツ
①観察位置を決める
②観察時刻、観察方位、観察高度を測定
③スマホなどで星や星座を撮影
④ノートにスケッチ
⑤2時間後に②を確認・測定し、星の移動を調べる
スマホなどのアプリを利用すれば、②の観察方位は簡単に調べることができるでしょう。観測高度は、手を伸ばして握りこぶし1個分を高度10度とみなします。握りこぶし1個分を高度10度とみなすのは、大人も子どもも共通です。観察したい星空を見つけたら、スマホなどで撮影し、写真を見ながらノートにスケッチしましょう。
2時間後に同様の測定をし、観察してみると、星が移動しているのがわかります。星が移動した理由などを親子で話しながら観察すると、お子様から意外な推理が出てくるかもしれませんよ。
私の教室で星空観察会を開催したとき、「星がよく見えない」という子が何人かいました。そういう子は、視力が良くないケースが多いんです。明るいところよりも暗いほうが見えにくくなりますから、視力に自信がないならメガネなどをかけて、しっかり見える状態で観察しましょう。
星座早見盤の使い方と注意点
星空観察には、星座早見盤が役立ちます。100円ショップのもので十分ですから、事前に準備しておきましょう。見たい星座を決めて、大体の位置も頭に入れておくと良いですね。観察時は夜の暗い時間帯なので、手元に明かりがないと、星座早見盤を確認するのが難しい状況だからです。
スマホのライトや懐中電灯などで星座早見盤を照らすと、目が明るさに対応してしまい、いざ観察しようというときに星が見えにくくなってしまいます。目が暗さに慣れるまでには時間がかかるので、明るいうちに星座早見盤を見て、観察したい星や星座の位置を把握しておきましょう。最近ではスマホアプリにも星座早見盤があって便利なのですが、こちらも目が明るさに対応してしまうので、利用する際は要注意。
星座早見盤の使い方を動画で解説
星座早見盤の構造や使い方については、私のYouTube動画でも解説しています。星座早見盤のことが全部わかるような内容になっていますので、興味のある方は視聴してみてください。
【自由研究のまとめ方】調べ学習で星や星座をもっと知ろう!
星空観察が終わり、星の移動についてスケッチできたら、次は調べ学習をして学びを深めましょう。名前の由来や伝説を知ると、星や星座をもっと好きになると思います。たとえば、北斗七星の「斗」は「ひしゃく」という意味ですから“北の空の柄杓（ひしゃく）をかたどる七つの星”ということになります。また、ギリシャ神話をはじめ、世界各地に星や星座の話が残っているので、調べてみると興味深いですよ。星たちの名前の由来や伝説を調べ、さらに実物を見た感想を加えれば、充実した内容の自由研究になると思います。
【自由研究のまとめ方 応用編】地球の自転を体感! 天体望遠鏡で惑星や衛星、月も観察できる
星空観察から発展させて、天体望遠鏡で空を見るのもオススメです。望遠鏡は高価なものでなくても、1〜2万円ほどで十分でしょう。望遠鏡を使えば、惑星もかなりはっきりと観察できます。今年の夏の夜は土星が見やすく、南の空、さそり座の左手にありますから、ぜひ探してみてください。土星の輪まで、はっきりと観察できますよ。
また、ちょっと早起きして明け方に望遠鏡を覗いてみると、東の空には木星が見えます。木星の周りに輝く「ガリレオの4衛星」を毎日見ていると、衛星の位置が大きく変わっていて、木星の周囲をぐるぐると回っているのがわかります。ちなみにガリレオは、木星と4衛星の観測から地球が太陽の周りを回っているのだと確信しました。お子様も観察を続けるうちに、世紀の大発見をするかもしれません!
望遠鏡で星空観察していると、不思議なことも起こります。星がすぐに視野から出てしまうんです。これは、星が動いているのではなく、地球が回っているから。いわゆる「地球の自転」です。地球ではなく、周りの星が動いていると思っている子ほど、実は自分のいる場所が動いていることを知ると、驚くんですね。大人もぜひ試してみてください。想像以上の速さで地球が自転していることがわかるので、びっくりすると思いますよ!
ほかにも天体望遠鏡を使って、月を観察してみてください。星や星座のように、月も肉眼で見られますが、望遠鏡越しだと息を飲むほど美しい姿をしています。普段ははっきりと見えないクレーターが、本当に“穴”だとわかりますよ。あわせて読んでもらいたい本が、ガリレオの「星界の報告」。この本を通して、月が当時どのように考えられていて、ガリレオが月の認識をどのように変えたのかを知ると、もっと深く学べると思います。読みやすい本なので、夏休みの読書感想文用の本にするのも良いかもしれませんね。
私のYouTubeチャンネルには、星や星座、惑星や月など、理科の勉強に関する動画をたくさん公開していますから、興味を持たれたらお子様とチェックしてみてくださいね。
【小学生向け】野外で行う理科の自由研究テーマ例②一生に一度は見ておきたい! セミの羽化観察
理科に関わる観察のなかで、私が“一生に一度は見て欲しい!”と思うのが「セミの羽化」です。茶色い殻から真っ白な成虫が出てくる様子は、まさに生命の神秘。本当に美しい光景です。懸命に殻から出てくる姿には、何度見ても「がんばれ!」と声を掛けたくなります。
セミの羽化を観察していると、体力が尽きてしまったり足が引っかかったりして途中で息絶えた子、最後に落ちて潰れてしまった子……などの衝撃的な場面に出会うかもしれません。でも、それが現実です。私たちも等しく、死と隣り合わせの細い道を通って生まれてきたんです。セミの羽化を見ていると、命の大切さを思い知らされます。理科実験教室で羽化を観察すると、普段はひょうきんな子も真剣な眼差しで、「生まれるってすごいことなんだね」と言うんですよ。大人も子どもも、一度でいいので最初から最後まで、セミの羽化をしっかりと見てほしいですね。
【自由研究のまとめ方】生命の神秘を間近で見よう! セミの羽化の観察ポイント
セミの羽化を見るには、夕方5時くらいに近くの公園へ行ってみましょう。木の下に親指大の穴が開いていたら、観察のチャンス。その穴から幼虫が出てきて、木や葉などの高いところに登り始めるはず。最初は動き回りますが、しばらくするとピタッと動きがとまって羽化が始まります。穴から出て1時間くらいで羽化が完了しますよ。
羽化直前になると、セミの幼虫は体を揺らし始め、背中から割れてきます。背中〜頭と出てきて、やがて6本の足を脱皮し、体を後ろに反らします。このとき紐のような細い筋が出てくるのですが、これは呼吸の管、気管です。昆虫は人間のように肺呼吸ではなく、体の横の気門という穴から空気を取り入れ、気管を通して全身に空気を運んでいます。そのため、内部の気管も一緒に脱皮するんですね。これも不思議な光景です。
その後は、体を反らしたまましばらく動きません。時間にすると30分ほどでしょうか。「死んじゃったの?」と不安になりますが大丈夫、足を乾かしているんです。十分に足が乾いたら体を起こし、硬くなった足で出てきた殻をしっかりと掴んで、腹を抜いてやっと脱皮が完了します。そこからさらに殻にぶら下がって羽を伸ばし、徐々に色が変わって、よく知っているセミの色になります。
セミはオスだけが鳴きますが、生まれてすぐはうまく鳴けません。見た目は大人なのに「ゔゔー」とおぼつかない鳴き声で、なんとも愛おしいんです。一生懸命、鳴く練習をしているのでしょうか。セミの羽化は、木に登るところから殻にぶら下がって羽を伸ばすまで、一連の動作にすべて意味があります。「なぜこんなことをしているのだろう?」と考えながら観察すると、充実した夏休みの自由研究になることでしょう。さらに動画や写真も撮っておくと、しっかりとした自由研究用の資料を作成できますよ。
セミの幼虫は、雨の日や風が強い日は穴から出てきませんし、羽化のピークは地域によっても多少異なりますが、だいたい7月下旬〜8月初旬です。お盆あたりになるとほとんど羽化のシーンが見られなくなりますので、早めに計画を立てておくと良いでしょう。また、夏の夕方は蚊がたくさんいますから、しっかり対策をして出かけてくださいね。その場で一部始終の観察が難しい場合は、お家に持って帰って羽化を観察することもできます。その際のポイントや注意点を解説していきましょう。
お家でもセミの羽化が観察できる! 持ち帰る際の注意ポイント
セミの幼虫を捕まえて、お家で羽化を観察する場合、気を付けていただきたいことがいくつかあります。なかでも注意していただきたいのは、必ず“動いている幼虫”を捕まえるということ。木や葉につかまって止まっている幼虫は、脱皮の準備が完了しています。足が硬くなって固定されているので、この状態の幼虫を捕ってしまうと、ほかのものに掴まることができずに死んでしまうんですね……。セミの幼虫を捕まえる際の心得として、覚えておきましょう。
動いているセミの幼虫を見つけたら、親指と人差し指で背の部分を掴み、ツルツルした袋に入れて早めに連れて帰ります。セミの幼虫は、掴めるところがあると羽化が始まってしまうので、ツルツルした袋が必要というわけです。袋がないからといって、服に掴まらせた状態で持ち帰ろうとすると、羽化が始まってしまうので要注意。私の場合、セミの羽化を観察しているうちに幼虫が服に止まって、気づかずに帰宅したことがありました。そのまま私の背中でセミの羽化が始まってしまい、家族が絶叫していましたね（笑）。
お家に着いたら、てっぺんが見える長さの棒に、キッチンペーパーのような表面がザラザラしたものを巻いて、セミの幼虫を掴まらせます。カーテンにくっつける方もいますが、一番上まで登ってしまうので、間近での観察が難しくなってしまうんですね。棒に掴まらせたら、照明を少し暗くしましょう。明るいと脱皮が始まりませんので、野外と同じ状況をつくってあげます。幼虫の動きがピタッと止まったら、じっくり観察してください。夏休みの自由研究用の資料として、スマホで定点撮影するのも良いでしょう。ただし、セミの羽化が終わって成虫になったら、必ず外へ逃がしてあげてくださいね。
（小見出し）【自由研究のまとめ方 応用編】セミの抜け殻や成虫を比較観察してみよう!
セミは抜け殻からも“頭・胸・腹”といった昆虫の特徴を見ることができます。セミは幼虫がサナギになって羽化すると思っている子が多いんですが、実は不完全変態。幼虫も成虫も同じ体のつくりをしています。セミの抜け殻と死んでしまったセミを拾って比べてみるとよくわかりますよ。また、抜け殻からもセミの種類がわかるので、アブラゼミ、クマゼミ、ミンミンゼミ、ツクツクボウシ……と比較してみてはいかがでしょうか。
セミはオスとメスを観察するのも面白いですね。セミの幼虫や抜け殻をひっくり返して腹面を見てみると、オスメスともにチョンとふくらんだ部分が腹の先についているのですが、メスはその上にもうひとつ「産卵管」があります。成虫の場合、オスの腹面には鳴くための「腹弁」があって、メガネのような形をしていますね。一方、メスは腹の先に産卵管がついています。これがわかると、子どもは夢中になって調べますね。私の教室でも毎回ハマる子が続出します。
ほかにも、私が最近注目しているのはセミの種類と樹種の関係性です。まだ本格的に調べていないのですが、アブラゼミの抜け殻が見つかるのは、サクラの木が多い印象なんですよ。ほかのセミはどうなのかを調べてみると、貴重なデータになるかもしれません。そういった視点から夏休みの自由研究テーマを決めるのも面白いと思います。
【小学生向け】野外で行う理科の自由研究テーマ例③レーベンフックの顕微鏡を手づくりして野外観察
理科の授業でも使う顕微鏡、実は自分でもつくれるんです! ご紹介するのは「レーベンフックの顕微鏡」というもので、私の理科実験教室でも大盛り上がりの授業になります。この顕微鏡はレンズがひとつだけという簡単な構造なのに、水中の小さな生物をはじめ、細菌や血球なども発見した歴史的にすごいものなんです。手づくりしたレーベンフックの顕微鏡を持って、野外へと観察に出かけましょう。いつも見ている景色がミクロな世界に変わりますよ!
「レーベンフックの顕微鏡」つくり方と使い方
●材料
・スチレンボード（厚さ2ミリ）
・ガラス球（直径2ミリ）
・厚紙
・はさみ
・目打ち
・セロテープ
スチレンボードとガラス球は実店舗では見つけにくいので、ネットショップで探すと良いでしょう。ガラス球は「ガラスビーズ」で検索した方が見つかりやすいですね。ちなみに、私はいつも理化学機器メーカー「ケニス」のガラスビーズを使用しています。
●「レーベンフックの顕微鏡」つくり方①顕微鏡本体をつくる
まずは、顕微鏡本体をつくりましょう。スチレンボード（厚さ2ミリ）を縦2センチ×横5センチに切ります。切ったあとは中央に穴を空け、直径2ミリのガラス球を入れてください。
●「レーベンフックの顕微鏡」つくり方②プレパラートをつくる
次にプレパラートをつくります。厚紙を、縦3センチ×横5センチに切り、中央に1センチ四方の穴を空けます。
●「レーベンフックの顕微鏡」つくり方③観察したいものをセロテープで採取してプレパラートに貼る
花粉や砂など、レーベンフックの顕微鏡で観察したいものをセロテープの粘着面にくっつけます。その後、セロテープをプレパラートの四角い穴に貼って完成!
顕微鏡本体とプレパラートを重ね、明るいほうに向けて観察してみましょう。どんなものが見えるのか楽しみですね。
プレパラートをたくさんつくって、セロテープとともに持ち歩けば、野外で採取したものをすぐに観察できます。うまく見えないときは、顕微鏡本体とプレパラートの重ね具合を微調整して、ピントを合わせましょう。それでも見えにくいときは、顕微鏡本体のガラス球が悪いのかもしれません。ガラス球のなかには形の悪いものもあるので、ちゃんと見えるものに交換してくださいね。
【自由研究のまとめ方】手づくり顕微鏡でこんなに見える! いろいろな植物の花粉をコレクションしよう
上の画像はサツキの花粉です。レーベンフックの顕微鏡を通しての撮影は難しいので、通常の顕微鏡を使って撮りました。少しだけ暗くなりますが、レーベンフックの顕微鏡でもほとんど同じものが観察できますよ。花粉の形は花の種類によって全然違うので、いろいろと観察しつつ、スケッチしておくと良いですね。花は資料用にカメラで撮影しても良いでしょう。花の写真と花粉のスケッチをコレクションすれば、立派な夏休みの自由研究となります。花を見付けた場所や花粉を見た感想などを加えるのもオススメ。そのほか、レーベンフックの顕微鏡で砂や石などを見ても面白いと思います。お子様が「見たい!」と思うものを自由に観察してください。ただし、夏の日中はとても暑いので、熱中症対策もしっかりしてくださいね。
【自由研究のまとめ方 応用編】葉の裏を観察! 模様や気孔を覗いてみよう
応用編として、いろいろな植物の“葉の裏”を覗いてみましょう。葉の裏はレーベンフックの顕微鏡だけではうまく観察できないので、少し工夫します。
●葉の裏をセメダインでコピー
観察したい葉の裏に、指でセメダインを薄く塗ります。
セメダインが乾いたら、葉の裏にセロテープを貼り、セメダインを剥がします。これで葉の裏にある模様や気孔の形がコピーできるわけですね。セメダインを剥がしたセロテープをプレパラートに貼ってみましょう!
葉の構造をはっきりと見るためのコツは、セメダインを薄く均一に塗ること。最初は慣れなくて、ボコボコになると思います。均一でないと観察はしにくいですが、何回か繰り返すうちにうまくできるようになりますよ。ちなみに私が試したなかでは、ツユクサは葉の裏がシート状にペロッと剥がれるので、セメダインを使わなくても観察できました。しかし、そのほかの植物はセメダインでコピーしないと観察が難しいでしょう。
コピーのコツがわかったら、いろんな種類の葉の裏を覗いてみてください。植物は大まかに「単子葉類」と「双子葉類」に分けられます。ツユクサやトウモロコシなどは単子葉類で、種から出てくる最初の葉「子葉」が1枚。アサガオは双子葉類で、子葉が2枚。また、単子葉類の気孔は一列に並んでいるのに対し、双子葉類はランダムに並んでいます。
上の画像はクスノキとサクラの気孔です。どちらも双子葉類なので、気孔がランダムに並んでいますね。では、一列に並んでいる単子葉類の気孔は、どのように見えるのでしょうか? このような違いを自分で発見・観察し、どうしてこうなったのかを考えて調べれば、どんどん理科にハマっていくはず。夏休みの自由研究としても、立派なものに仕上がりますよ。理科は「なぜ?」「わかった!」の謎解きが楽しい教科。その繰り返しが、子どもの探究心を育むきっかけにもなることでしょう。
【小学生向け】夏休みの自由研究テーマ3選～野外編 まとめ
やって楽しい、調べて面白い! 夏休みの自由研究テーマを厳選して3つ、ご紹介しました。「星空観察」「セミの羽化の観察」「手作りした顕微鏡を使った野外観察」……どの自由研究も、親子で体験してもらいたいものばかりです。ツユクサのように午前中しか咲いていない花や、夕方から夜にかけて見られる星空やセミの羽化などは、夏休みだからこそじっくり観察できると思います。それぞれ小学校で習うタイミングは違いますが、いろいろなものに触れて実物を知っておけば、理科の教科書で出てきたときにすぐイメージすることができるでしょう。自由研究は“自由”な研究、今回お伝えしたことも参考にしつつ、応用と発展を加えて、オリジナリティのある自由研究をしてみてください。理科が得意な子はますます得意に、理科が苦手な子は得意になるきっかけになるはずですよ。
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