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はじめに

夏場の教室環境は蒸し暑く、とても授業に集中できる状況にはありません。そこで、理科実験においては、科学的手法を駆使してアイスクリームを作ります。クールで知的な授業で、過酷な暑さを克服します。

物質が状態変化するときに、周囲の熱を放出したり吸収します。例えば、氷が水に変化するときは、周囲の熱を吸収します。この時の熱量のことを融解熱といいます。融解(固体から液体に変化)するために必要な熱量という意味です。

また、塩が水に溶けるとき、周囲の熱を吸収することが知られています。これを吸熱反応と言いますが、今回のアイスクリーム作りにおいては、「氷が水に変化するとき」、「塩が水に溶けるとき」に周囲の熱を吸収する性質を利用します。

さらに塩が水に溶けると、水が氷に変化する温度(これを凝固点といいます)が下がります。これを凝固点降下と言います。これによって、氷水の温度は通常だと0℃のところが、理想的な空間においてはマイナス20℃まで減少します。実際の実験では、マイナス10℃くらいになります。

準備物()内は10セットの必要数
・プラスチックケース大1個(10個) ・牛乳100mL(1000mL) ・生クリーム100mL(1000mL) ・砂糖30g(300g) ・氷 約2L(20L)・計量カップ1個(10個) ・アルミ缶1本(10本) ・プラスチック製ボトル1個(10個) ・金属製スプーン1本(10本) ・はさみ1本(10本) ・ビニールテープ1個(10個) ・タオル1本(10本) ・洗浄用スポンジ1個(10個) ・紙コップ4個(40個) ・スプーン4本(40本) ・電子天秤5個(必要に応じて準備) ・プラスチック容器(砂糖を保管するために使用。必要に応じて準備) ・A4ファイルボックス2個(氷を入れる容器として利用)

・アルミ缶は、アルミボトル式の缶で代用可能です。プラスチック製ボトルは、アルミ缶よりひと回り大きくて中に収容できるものであれば、代用可能です。

・今回の実験では、氷を大量に使用します。学校に製氷機があれば、比較的容易に準備できますが、なければ冷凍庫を利用して地道に備蓄してください。写真のようにA4ファイルボックスが満杯になる量が必要です。

・洗浄用のスポンジは、柄つきのものを揃えます。写真のものは100均で揃えました。

・計量カップは耐熱ガラス製のものを使用しています。写真の商品はホームセンターで購入しています。これだとポップコーンを作る時にも使用できるので便利です。

事前準備

ケースの中に計量カップ、アルミ缶、プラスチック製ボトル、スプーン、塩、洗浄用スポンジ、はさみ、ビニールテープを入れます。これを10セット準備します。

 

塩は、大体90g~100g程度あれば十分です。

教卓前に砂糖、生クリーム、牛乳、電子てんびんを準備しておきます。砂糖を予め10セット準備するのであれば、電子てんびんは1台だけで大丈夫です。

授業資料

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授業展開

※アイスクリームを実際に作る様子は上の動画を確認ください。

1.授業資料を配布したらすぐに実習に取り掛かります。

氷が水に状態変化する時、塩が水に溶ける時に周囲の熱を吸収する性質があり、これらの性質を利用してアイスクリームを作ることを口頭で完結に伝えるだけに留めておきます。説明に時間をかけると授業時間内に実習が終えられないので注意してください。

2.計量カップを持参して、教卓前で牛乳100mL、生クリーム100mL、砂糖30gを測りとって、これをアイスクリームの原液とします。

・この間、手の空いている生徒には、プラスチック製ボトルの中に氷を入れるように伝えます。氷の量は、ボトルの底が敷き詰められる量です。

・氷を入れたら、プラスチックボトルの中に塩をひとつまみ入れるように指示します。

※砂糖を生徒に計量させると時間がかかるので、短縮授業の時やスムーズに実習を進めたい場合は、事前に砂糖30gを紙コップに入れて10セット準備しておくことをお勧めします。

3.アイスクリームの原液をアルミ缶の中に入れてふたをしたら、原液が漏れたり塩水が入り込まないようにするために、ふたと容器の境目をビニールテープで止めておきます。

4.アルミ缶をプラスチック製ボトルの中に入れます。アルミ缶を入れたら、プラスチック製ボトル全体に敷き詰めるように氷を入れます。氷を入れたら、残りの塩を全て入れます。

5.プラスチックボトルのふたをして、ふたとボトルの境目から液体が漏れないように、ビニールテープで止めておく。テープで止めたら、ボトルをタオルでくるんでおく。
※タオルは、水濡れ防止のためと断熱効果を上げるために使用します。

6.約15分間テーブルの上で、ボトルを転がし続けます。各グループの生徒で転がす時間を割り振り、手の空いている生徒は、この間に授業資料の空欄に入る語句を記入して実験内容を確認します。

※授業者は、この時間に牛乳や生クリームの空き箱の処分や残った原料の片付け、氷の処理などを済ませておきます。そうすると後片付けが楽になります。また、この間に机間巡視を兼ねて、試食用の紙コップとスプーンを各テーブルに配っていきます。別のクラスで同じ実験を行う場合、塩が入ったコップを回収して、補充しておくと次の実験の準備ができます。

7.15分が経過したら、中身を取り出して、アイスクリームが完成していることを確認して試食します。

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後片付け

・計量カップ、アルミ缶は、洗浄用のスポンジと洗剤を使ってよく洗います。
・金属スプーンは、よく水洗いします。
・飲食に使ったスプーン、紙コップ、ビニールテープは可燃物として処分します。
・タオルは、適当な場所に干しておきます。写真の柵などが100均に売っているので準備しておくと便利です。
・洗い終わった器具はプラスチックケースの中に戻しておきます。

通常に進行して、所要時間は大体45分~50分程度です。

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