小学生の夏休みと言えば、プール、海水浴、花火、旅行……ワクワクすることがたくさんありますが、同時に連想されるのが宿題ですよね。「今年も手伝わなきゃ」と考えている親御さんは多いかもしれません。なかでも、とくに悩ましいのが自由研究のテーマ決めではないでしょうか? お子様が積極的に取り組めて、かつ小学校の授業や理科のテストに活かされるものになってほしいのが親心というもの。そこで、小学生向けの理科実験教室「サイエンス・ラボ」を運営する倉橋修さんに、面白くて好奇心を刺激する、自由研究のテーマにオススメな理科実験を教えていただきました。理科実験のポイントや注意点から応用のアイデアまで、参考になるアドバイスが満載です! 「色水を使った不思議な氷」や「ミョウバンのクリスタル」、親世代にとっては懐かしい「べっこう飴とカルメ焼きづくり」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。大手進学塾の講師を経て、今では小学生を対象にした実験教室で理科を教えています。夏休みの自由研究が悩ましいと感じている小学生、そして親御さんは少なくないでしょう。しかし、教科書や参考書で見るだけではあまり面白くない理科の勉強は、実物を使って実験してみるとすごくワクワクするんですね。今回は面白い理科実験のなかから、お家のなかで、1日でできる実験をピックアップしたので、ぜひ自由研究テーマの参考にしてみてください。
目次
１．【小学生向け】屋内で行う理科の自由研究テーマ例①色水を使った面白い実験! 不思議な氷
２．【小学生向け】屋内で行う理科の自由研究テーマ例②ミョウバンのクリスタル
３．【小学生向け】屋内で行う理科の自由研究テーマ例③おいしい実験!? べっこう飴とカルメ焼きづくり
４．自由研究テーマに使える面白い理科実験3選～屋内編 まとめ
【小学生向け】屋内で行う理科の自由研究テーマ例①色水を使った面白い実験! 不思議な氷
最初に紹介する理科の自由研究テーマは「不思議な氷」です。小学4年生の理科で習う「水の性質」が理解できて、子どもも楽しめる実験だと思います。私の動画を冒頭から見てもらうと、水の性質がよくわかりますよ。不思議な氷についての解説は、15：00辺りからしています。
さて、上の画像は何に見えるでしょうか? これを授業で見せるとほとんどの子は「中に何か入っているの?」と答えます。マリモが入っているようにも見えますね。しかし、これは緑に着色した水を凍らせたものなんです。つまり、氷ですね。色水を冷凍庫でゆっくり凍らせると、こんな面白いものになります。とてもキレイで不思議な氷がつくれて、子どもたちも興味津々になる理科実験です。
水はいろいろなものを溶かしますが、凍るときは“純粋な水”だけで凍ろうとする性質があります。容器に入れた水は、周囲から熱が奪われて凍るので、“外側から”純粋な水になって凍ります。すると、空気や色素などの不純物は逃げ場をなくし、中央に集められてから凍るというわけです。
中心から外側に向かって伸びている透明な筋は、逃げる途中の空気が閉じ込められたもの。ちなみにお家の製氷皿でつくった氷は、真ん中が白くなっていますよね? それは水に溶けていた空気が中心に集まっているからです。一方で、ファミリーレストランなどで見かける真ん中に穴が開いた透明な氷は、空気が入らないように凍らせているので、あのような形になっているんですよ。水と氷は身近なものとリンクさせて考えると、この理科実験での学びがさらに深まることでしょう。
【不思議な氷】用意するものと実験の手順・注意点
●用意するもの
・水を入れる容器
・薄めの色水
・タオル または 緩衝材（プチプチ）
●実験方法
水は凍ると体積が1.1倍になるため、ビーカーのように太さが均一の容器を使うと、割れてしまう可能性があります。水を入れる容器は、必ず上に向かって開いた形のものを選びましょう。容器の大きさに指定はありませんが、小さすぎると早く凍ってしまうので、キレイに仕上がらないかもしれません。素材はプラスチックでもガラスでもOK。私は100円ショップのプラスチック容器を使っています。理科実験教室の生徒のなかには、大きなガラスのボウルで実験した子もいて、すごくキレイにできていましたね。
色水は食紅を水で溶かして、薄めにつくります。色水を絵の具でつくると、キレイに仕上がりにくいので食紅を使ってください。食紅はスーパーで手軽に買えるので、好きな色を選びましょう。余談ですが、学校の先生が使っている赤ペン、よくテストの丸付けなんかに使われているアレです。ちょっとインクの出が悪くなった状態の赤ペンを水につけておくと、ちょうど良い色水になるんですよ。その色水を凍らせると、まるで赤い太陽みたいになります。
そして、不思議な氷の理科実験で重要なのがタオル、またはプチプチの緩衝材です。これらは、水をゆっくりと冷やすための必須アイテムとなります。不思議な氷をキレイに仕上げるポイントは、“ゆっくり冷やすこと”。タオルで巻いた容器と巻かなかった容器、ふたつの容器でつくった氷を比較してみるのも面白いですね。比較して、観察し、なぜ変化が生まれたのかをまとめられれば、水の性質をより深く理解できることでしょう。できあがった氷を容器から出す方法も簡単です。氷が少し溶け出したら、容器をひっくり返してみてください。コロンと出てきますよ。
【自由研究のまとめ方】いろいろな氷をつくってみよう
お家の冷凍庫でつくる氷は、水に溶けていた空気が集まるので真ん中が白くなります。では、中まで透明な氷はつくれないのでしょうか? 実は、湯冷ましの水を凍らせると透明度の高い氷がつくれるんです。水の中の空気が少ないと、氷は透明になるわけですね。この水の仕組みをまとめるのも、とても良い夏休みの自由研究になると思います。ほかにも色水を凍らせるのと同じ要領で、いろいろなものを入れた水を凍らせてみるのも面白いでしょう。花びらやビーズ、スパンコールなどは、どの位置で凍るのでしょうか? 予想を立ててから実験し、結果をまとめてみてください。
【小学生向け】屋内で行う理科の自由研究テーマ例②ミョウバンのクリスタル
2つ目のオススメ自由研究テーマは「ミョウバンのクリスタル」。ミョウバンでとてもキレイな結晶がつくれるので、子ども受けバツグンの理科実験です。私の教室でも、「すごい!」「お母さんにプレゼントしたい」と生徒たちが盛り上がりますね（笑）。完成したクリスタルは、水に濡らさなければ触っても壊れません。私が数年前につくったものも、教室でずっとキレイなまま残っています。ミョウバンのクリスタルの実験では、ものが水に溶ける量には限界があるという「溶解度」について学ぶことができますよ。小学5年生の理科で習う内容で、溶解度は水温で変わります。
実験をする際は、お湯にミョウバンを溶けるだけ溶かして、そのまま部屋に置いてみましょう。水温が下がって溶けきれなくなったミョウバンが「再結晶」します。このときに“結晶の核”となるものがあると、その周りに結晶が付くのですが、その仕組みを利用したのがミョウバンのクリスタルというわけです。
溶解度の単元は計算が多く、正直なところ小中学校の理科の授業だけでは面白く感じられない子が多いですね。しかし、ミョウバンのクリスタルの実験を通して学ぶことで、楽しみながら理解できるのではないでしょうか。
【ミョウバンのクリスタル】用意するものと注意点
●用意するもの
・お湯 200ミリリットル（60〜70℃ほど）
・ミョウバン 60グラム
・モール
・モールをつるす用の糸と割りばし
・コーヒーフィルター
●実験方法
お湯を入れる容器はどんなものでもOK。ミョウバンはスーパーなどに売っていますが、「焼きミョウバン」は水に溶けにくいので不向きです。通常の「ミョウバン」と書かれたものを選んでくださいね。モールは安価なものだと色落ちすることがあるので、手芸屋さんのモールがオススメです。モールをつるす糸は、ミシン糸やエナメル線など、表面がツルツルしたものにしましょう。
ミョウバンを60〜70℃ほどのお湯に溶けるだけ溶かしたら、好きな形にしたモールを割り箸に吊るして入れます。すると、1時間程度で結晶が付き始め、さらにひと晩置いておくと一気に結晶が成長するんです。ただし、真夏の熱帯夜では水温が下がりきらず、結晶へと成長しない可能性があるので、冷房の効いた部屋などに置きましょう。
実験するうえでの注意点は、ミョウバンの溶け残りです。容器の底に溶け残りがあると、それを中心に再結晶するため、モールに付いてくれないんですね。溶け残りによる失敗を防ぐには、ミョウバンを溶かしたお湯をコーヒーフィルターでろ過するのがオススメです。
【自由研究のまとめ方】塩やグラニュー糖でもクリスタルがつくれる?
ミョウバンのクリスタルをつくれたら、ほかの物質で挑戦してみましょう。食塩やグラニュー糖でも同じようなクリスタルがつくれるんですよ。お湯に溶かすにはどれくらいの温度が必要なのか? どんなクリスタルができあがるのか? などを比較しながらまとめると、面白い自由研究になると思います。溶解度についての学びも深まることでしょう。ただ、食塩を使った場合はモールが錆びやすいので要注意。クリスタルが完成したら、スマホなどで早めに撮影して、記録してくださいね。
【小学生向け】屋内で行う理科の自由研究テーマ例③おいしい実験!? べっこう飴とカルメ焼きづくり
3つ目にオススメする夏休みの自由研究テーマは「べっこう飴」と「カルメ焼き」づくり。楽しくておいしいので、私の教室でも大盛り上がりの理科実験です。「もう、飴やお菓子を買わなくて良い気がする」なんて言い出す子もいるんですよ（笑）。自分の手でおいしいものをつくることは、子どもにとって貴重な経験になるので、きっと楽しんで挑戦できることでしょう。
この理科実験では、小学4年生の理科で習う「液体の沸点」について学ぶことができます。純粋な水は100℃で沸騰しますが、水にものが溶け出していると、沸点は100℃以上になるんですね。べっこう飴やカルメ焼きづくりに使用する砂糖と水を混ぜたものも、沸点が100℃以上になります。おいしいものをつくる理科実験を通じて、液体ごとの沸点に関する理解を深められますよ。
【べっこう飴】つくり方と注意点
●用意するもの/べっこう飴 材料
・おたま（金属製のもの）
・砂糖 25グラム
・水 少量
・アルミ箔（アルミホイル）
・ガスコンロ
●べっこう飴のつくり方
まずはお玉に砂糖25グラムを入れ、少し水を加えます。砂糖だけを熱すると焦げてしまうので、水が必要なんですね。ただし、水の量が多すぎると完成までに時間がかかるので、ギリギリ砂糖が濡れる程度でOK。砂糖と水を混ぜ合わせたら、中火で熱しましょう。
すると、徐々に温度が上がって、お玉の中身が変化していきます。砂糖が黄色い液状になったら、机に敷いたアルミホイルに垂らしましょう。一口大のサイズに小分けして垂らすと、食べやすいですよ。使用するアルミホイルは、「焦げ付かない」を謳っているものがオススメ。一般的なアルミホイルを使うと、液状化した砂糖が張り付いてしまう場合があるため、注意してください。
液状化した砂糖は常温でしばらく置いておけば固まってくれるので、冷蔵庫には入れなくてOK。あらかじめ爪楊枝などを刺しておくと、持ち手ができてかわいらしい仕上がりになります。ハート型や星型など金属製の型に流し込めば、好きな形のべっこう飴をつくることもできますね。思い思いのアレンジを加えたべっこう飴をつくってみましょう。
べっこう飴の実験をおこなう際には、お玉や砂糖がとにかく熱くなるので、くれぐれも火傷には注意してください。あと、砂糖は上白糖を使いましょう。ザラメなどの茶色い砂糖を使うと、熱されて黄色くなるタイミングがわかりにくいためです。グラニュー糖もべっこう飴づくりには向いていないので、一般的な上白糖がオススメ。
この理科実験の面白いポイントは、熱する時間による味の変化です。短時間の過熱で薄い黄色のものをつくると甘くなり、長時間過熱した茶色いものであれば少し苦味をともなう味になります。温める時間を変えて、味の変化をまとめてみるのも面白い自由研究になることでしょう。ちなみに、固まってしまう前に形を整えると、べっこう飴細工みたいなものをつくることもできます。
べっこう飴のつくり方を動画で解説
べっこう飴のつくり方は私の実験動画でも解説しています。砂糖と少量の水がべっこう飴になるまでの過程をノーカットで実況・解説していますので、興味を持たれたらご視聴ください。
【カルメ焼き】つくり方と注意点
●用意するもの/カルメ焼き 材料
・おたま
・紙コップ
・クッキングシート
・割りばし
・砂糖 25グラム
・水 少量
・重曹（食品用）
・温度計
カルメ焼きには、砂糖だけでなく重曹も使います。重曹はスーパーなどで買えますが、掃除用ではなく「食品用」を選びましょう。温度計は200℃まで計れるものが良いですね。
●カルメ焼き つくり方
まず紙コップを半分に切って、“底”がある方にクッキングシートを敷きます。もうひとつの紙コップで押し込むとやりやすいですよ。その中に、重曹をひとつまみ程度入れましょう。
カルメ焼きはべっこう飴と同様、お玉に砂糖25グラムと少量の水を入れ、中火で熱します。温度が125～130℃になったら、熱した砂糖を重曹入りの紙コップに入れ、よく混ざるように割りばしでかき回しましょう。20回ほど混ぜて割りばしを抜いたら、あとは勝手に膨らんでいきます。
重曹の量は多いほど膨らみやすくなるものの、苦味も増します。正確に重曹の量を計って、膨らみ具合や味の違いを夏休みの自由研究としてまとめるのも面白そうですね。個人的には、2本指でつまむ程度の量が、味・膨らみ具合ともにベストだと思うんですが、皆さんはいかがでしょう?
【自由研究のまとめ方】砂糖を使ったいろいろな実験
べっこう飴とカルメ焼きづくりがうまくできたら、ほかにも砂糖を使った理科実験をしてみましょう。たとえば、べっこう飴ができる温度はだいたい160℃ほどですが、さらに熱し続けたらどうなるか? 色が黄色から茶色に変わっていき、プリンのカラメルソースになります。熱による砂糖の色・味の変化をまとめるのも、立派な夏休みの自由研究になることでしょう。ただし、もっと熱すると黒くなり、やがて炎を上げて燃え始めるので要注意。これは砂糖に炭素が含まれているからです。火を使う実験は、お子様ひとりでは危険なので、親御さんも必ず一緒にやってくださいね。
自由研究テーマに使える面白い理科実験3選～屋内編 まとめ
小学生の自由研究テーマに使える理科実験「不思議な氷」「ミョウバンのクリスタル」「べっこう飴とカルメ焼きづくり」の3つをご紹介しました。「不思議な氷」では、小学4年生の理科で習う「水の性質」がよく理解できます。「ミョウバンのクリスタル」は小学5年生の理科で習う「溶解度」を学習できます。「べっこう飴とカルメ焼きづくり」では小学4年生の理科で習う「液体の沸点」について学ぶことができます。教科書や参考書で活字を追うだけの勉強では、理科本来の面白さはわかりにくいものです。私も学生時代は好きな教科ではなく、大人になり教える側になってから、“実際に見て、触れること”で理科の面白さに気づきました。なので、「理科が苦手」「面白くない教科」と思っている子どもたちには、自由研究という絶好の機会に自分の手で実験して、大いに学んでほしいと思います。どれも遊びながら楽しくできる実験ばかりなので、ぜひチャレンジしてみてくださいね。
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