【高学年編:理科の自由研究アイデア集】実験?観察?調べ学習?簡単でも達成感のある❝水族館で自由研究のススメ❞!

自由研究

夏休みが近づくと「自由研究のテーマは何にしよう?」と頭を悩ませるご家庭も多いはず。

そこで今回は、小学校・中学校の教科書に精通した当サイト管理人・Uniが、自由研究のアイデアをご紹介

しかも、夏休みのお出かけスポットの定番・水族館を活用したものを厳選してご案内します。

小学生がすでに習った単元や年齢相応の内容を活用することで、無理なく宿題を進められるアドバイスも満載です。

特別な道具を使わず、身近なもので代替することで、保護者の負担も軽減(ここ大事です!)できますよ。

大人も一緒に楽しんじゃいましょう!

なお、他の学年および中学生用のアイデア集は以下の記事をご覧ください!

【低学年編】はこちら。

【 中学生編 】はこちら

はじめに

今の子供たちが受験や就職で求められるのは「問題解決力」。
自由研究を通して学ぶのは知識ではなく、この❝問題解決の方法を考える力❞を育むことです。

そこで、この記事では理科の教科書を知り尽くした当サイト管理人・Uni が自由研究テーマをガチ提案

学年に合ったテーマを選ぶことで、できるだけ子供自身のチカラで研究を進められるよう提案しています。

(※取り組み方や自由研究のポイントに関しては、【低学年編】で詳しく述べています。)

しかも、夏休み定番のお出かけスポット❝水族館❞を楽しみながら、自由研究のネタも拾うという一石二鳥!

子供が自力で進めなくなった時は、記事内のヒントを少しずつ小出しにして、一緒に考える(フリをする、笑)と良いですね。

お子さんの知的好奇心を育くみつつ、自由研究をスムーズに進めていただけたら嬉しいです。

高学年(小学校5年生・6年生)で学ぶ内容とは

理科分野の導入である3・4年生に比べ、高学年ではより高度な実験を通し、各分野への理解を深めていきます。

本記事が対象としている生物分野を中心に見てみると、次の単元が該当します。

【5年生】
種子の発芽・成長の条件、魚の発生・成長、人の発生・成長、植物の実・種子のでき方、流れる水の働き
【6年生】
人・動物の体の機能(呼吸・消化・血液の循環など)、植物のつくりと機能(光合成、道管、蒸散など)、生物と環境(食物連鎖、水や空気の循環、環境問題など)

単元名だけ見ても難しくなっているのがわかりますね。

しかも、実験には顕微鏡(双眼・反射式など)や気体検知管といった高度な実験器具も登場し、その使い方もマスターしていきます。

他の分野でも、5年生では水溶液の飽和の条件や振り子の運動、6年生ではてこの働き、塩酸やアンモニア水を使った水溶液の性質など、難度も増しています。

同時に、実験の条件が複雑になるため実験の成功率も下がり、同じクラスでも班によって成功したり失敗したりといった状況も珍しくありません。

しかし、先生は失敗の中からも「なぜ上手くいかなかったのか」の理由を科学的に捉えることで、実験の意味を説いていきます。

同様のことが自由研究でも起こり得ますが、実験の条件を自分で整えること、反証することもとても大切です。

失敗したことも結果としてまとめ、改善した実験で再検証するのが高学年のポイントだと思います。

本記事では学校での指導点を踏まえ、高学年の自由研究に適したアイデアを提案しています。

そのまま実験してみるのはもちろん、ヒントから発展させてオリジナルの実験に組み替えるなど、活用していただければ嬉しいです。

【観察】プランクトンを観察しよう

6年生で扱う「生物と環境」の単元には、生き物の❝食う・食われる❞の関係…食物連鎖が含まれています。

授業では、近所の池や水の中に棲むプランクトンや原生生物などの小さな生き物を顕微鏡で観察します。

自宅に顕微鏡があれば、ぜひ調べてみてください。
某通信教育の付録の顕微鏡でも、ある程度の観察はできるのでOK。

もし買うなら、下からのライト付きであれば2~3千円程度のものでも十分だと管理人Uni は思います。
鮮明な像を見たければ、それなりの価格の顕微鏡が必要ですが…。

最近は顕微鏡にスマホを固定できるタイプもあり、簡単に撮影ができちゃう優れものです。

ハンディタイプなので、汎用性も高いですね。

また、顕微鏡がなくても、双眼鏡を通常と逆向きに使う(目側を対象物に付ける)とそこそこ拡大できますよ。
斜め下からライトを当てるなどして、視野が明るくなるようにしてくださいね。
※明るいものを直接見るのはNG。ピントを合わせるのが少々困難。

プランクトンのサンプリングのポイントは、晴天が数日続いたあと、沈殿している落ち葉や小石、底の泥ごと水を採取することです。

スライドガラス(なければプラバン用の透明シートなどで代用)の上などで小石や葉の表面をしごくようにして水分を乗せ、カバーガラス(なければ前述のプラバンで代用)をかけます。

低倍率でもボルボックス、アオミドロ、ラン藻類、ゾウリムシ、アメーバ、ミジンコ(ゾウミジンコ、カイミジンコ)、ワムシ、ケイソウ、アブラミミズやボウフラなどは観察できますよ。

ミカヅキモやケイソウ、ツヅミモなども形が独特なので見つけやすいでしょう。

対物レンズが40倍だと、透明で見つけにくいラッパムシツリガネムシ、美しいクンショウモの細部も見られます。

低倍率でもスマホで写真を撮って拡大すると、クンショウモもこんな感じで見られますよ(画像参照)。

顕微鏡の視野をスマホで撮影後、
めっちゃ拡大したクンショウモ

見つけたプランクトンの名前をすべて特定(同定)するのはかなり難しいので、前述のわかりやすいものだけでも十分です。

ただ、動く・動かない、緑色・透明などの記録は取っておきましょう。
スケッチまたは写真は必須です!
動物プランクトンか植物プランクトンかなどの分類だけでもいいですね。

さて、観察できることがわかったら、場所を変えてサンプリングしてみましょう。

流れの早いところ、止水域、田んぼなど条件を変えてプランクトンの分布図を作ってみるとおもしろいです。

機会があれば、海でもサンプリングしてみましょう。

運が良ければ、ウニの赤ちゃん(プルテウス幼生)が見えるかもしれませんよ。

物足りない場合やプランクトンなどを採取できなかった場合は、次項の胃の観察も併せてやってみてくださいね。


さて、ここからは応用編。
これらのプランクトンから環境について考えてみましょう

例えば、池などで発生しやすい異臭の原因はアオコ類の異常発生が原因です。

環境省の『アオコってなに?』に詳しく載っていますが、アオコの発生は池や湖沼の富栄養化が原因で、その元は私たちの生活排水です。

また、漁業に大きな影響を与える赤潮や青潮も海洋性プランクトンの大量発生が原因。
その原因も人間です。

私たちが引き起こした富栄養化によって、私たちにどのような影響が返ってくるのでしょうか?

学校で学んだ食物連鎖や私たちと環境とのかかわりは、私たちがルールを守ることで成り立っていることが理解できるのではないかと思います。

併せて、どうすれば富栄養化が防げるのか、食器の洗い方、食べ残しの始末の仕方など身近な題材で考えてみるのもおすすめです。 

《 自由研究の進め方・ポイント 》

  • 顕微鏡や逆向きにした双眼鏡などで、プランクトンや原生生物を観察する。
  • サンプリングの場所を変えてサンプリングする。
  • 記録したスケッチや写真をもとに、分類する。

《 発展学習 》

  • プランクトンが環境に及ぼす影響を調べてみる。
    アオコ、赤潮・青潮などの環境問題とプランクトンの関係を調べる。
  • 私たちの生活がプランクトンに与える影響にはどんなものがあるか?
    また、どうすれば防げるか考えてみる。

【観察】魚の胃の中を調べよう

前項に引き続き、6年生の単元「生物と環境」関連です。

この単元では❝食物連鎖❞を扱うのですが、実際に魚の胃の中を調べて、どんなものを食べているのか見てみるというものです。

観察が中心ではありますが、サンプリングする場所が水辺ではなく魚の胃に変わるため、解剖を組み込むことも可能です。

まずは、内臓を抜いていない丸ごとの魚を買ってきましょう。
生魚が苦手な方は煮干しでもできます(後述)。

おすすめはアジやイワシ
特にアジは値段と大きさが手ごろというだけでなく、口が大きいので大きなエサを食べるため、胃の中でも消化されずに残っている確率が高いからです。

解剖の方法は簡単です。
魚のヒレやウロコ(特にアジのゼイゴ)は硬いので、手を傷つけないように注意してくださいね。

まず、キッチンバサミの片方の刃を魚の肛門に入れ、頭側に向かってエラの下まで切っていきます。
このとき、内臓を傷つけないようにハサミを奥まで入れすぎないことがポイントです。

次に、ハサミを肛門に戻し、今度は尾の方へ少しだけ切ります。

そのままハサミの向きを90度変え、中骨のところまで切っていきます。
身が厚いところは切りにくいので、少しずつ進めましょう。

再度向きを変え、ゼイゴの上を頭の方に向かってエラまで切り進みます。

最後にエラのところで身を切り取ると、半身の内臓部分だけが見える状態になります。

YouTubeでも解説動画が多数上がっているので、見てみるのもいいでしょう。

中でも、高校生物の教科書の著者・矢嶋正博先生の動画が丁寧でおすすめです。

難しい内容の部分もありますが、解剖の仕方や臓器の名称などはとても分かりやすいですよ。

さて、胃を見つけたら両端を切り、キッチンペーパーの上で優しく表面の汚れを落とします。
強く抑えると胃の中身がこぼれてしまうので、そっと吸い取るようにしてください。
また、どちらが頭側か、分かるようにしておいてください。

余分な汚れを落としたら、小皿などの上に胃をのせ、楊枝をねかせるようにして胃の尾側から頭側に向かってしごくようにして内容物を出します

頭側の方は未消化のまま残っている方が多いので、頭側の内容物を重点的に取り出すのがポイントです。

出ない時は少量(ティースプーン半分以下)の水を胃の頭側から入れ、同様にしごいてください。

あとは、取り出した胃の内容物をよく見てみましょう。
できればプレパラートを作って、顕微鏡で観察してみてください。

すると、未消化の甲殻類などが見られます。
よくあるのは、甲殻類の頭や足・尾の部分。
丸ごと残っていることもありますよ。

緑色っぽいのは藻類だと思いますが、アジの場合は甲殻類や小魚が多いです。

イカやエビなどを調べてみると、種類による食性の違いなどにも言及できますね。


一方、生魚が苦手な人は、ぜひ煮干しで挑戦してみてください。

出版社によっては煮干しの実例を載せている教科書もあります。

こちらも方法は簡単。

できるだけ大きな煮干し(8cm以上がおすすめ)を買ってきて、数時間、水に浸しておきます。
何匹かまとめて漬けておくと良いでしょう。

適度に柔らかくなったら取り出し、ピンセット(または箸)で半身を剥がしていきます。
はがれないなら、もうしばらく水に漬けてください。

内臓が見えたら中央あたりにある、黒い肝臓に包まれるようにあるコリっと硬いものが胃です。
胃は触ると硬いので、すぐわかりますよ。

こちらのWebサイトの解剖写真は、とても分かりやすいのでおすすめです。
解剖してみよう | 煮干しの解剖資料室 (niboshinokaibou.com)

胃を取り出せたら水を一滴かけ、胃の中身をしごき出してみましょう。

あとは同様に顕微鏡などで拡大してみます。
煮干しは胃が小さいので、エサとなる生き物も小さめ。
顕微鏡利用がおすすめです。

実際に胃の内容物を観察すると、甲殻類の幼生や動物性プランクトン、ケイソウ類が多く見られます。
何匹か解剖してみると❝当たり!❞という感じで、食いしん坊の煮干しに出会えると思いますよ。

見えたものを写真やスケッチで記録し、種類に応じてまとめて見ると良いでしょう。

最後に食物連鎖についてわかったことや気付いたことについて考察すればOKです(^-^)


内容を発展させたい場合は、解剖を丁寧に行い、別の部位も取り出すなどして種類ごとに比較してみると良いでしょう。

詳しくは【中学生編(準備中)】をご覧ください!

《 自由研究の進め方・ポイント 》

  • 魚または大きな煮干しを買ってくる。
  • 解剖して胃を取り出す(煮干しは水でふやかしてから)。
  • 胃の内容物をしごき出してプレパラートにし、顕微鏡で観察する。
  • 別の種類の魚や他の生き物などで同様に観察し、比較・まとめる。

《 発展学習 》

  • 別の部分の解剖も行ってみる。
    全体・目・耳石(年齢当て)、生物ごとの違いなど
    ※ 詳細は【 中学生編 】をご覧ください。

【実験】水をきれいにするには

生物実験の割に短期間で仕上げられるおすすめのテーマがコレ。

小学校の理科授業では直接的に学ばないのですが、強いていえば6年生の「生物と環境」、低学年の生活科で行うザリガニ捕りなどの身近な生物の関りに結び付けられます。

将来的には中学校レベルの❝食物連鎖❞の範囲で学ぶ❝生産者・消費者・分解者❞の関係が相当。

言い変えれば、自然の浄化作用として機能する生き物にスポットを当てた実験です。


我が家で実験したのは、「汚れた水をきれいにする生き物は何か」というもの。

汚れた水として❝米のとぎ汁❞を選びました。

簡単なので、実験自体は丸一日もあれば終わりますが、手法はしっかり科学的・実践的です。

実は現代の河川汚染において、一番の原因となっているのは生活排水。
中でも❝米のとぎ汁❞は各家庭から毎日のように排水口へ流される、汚染の原因のひとつです。

何気ない生活の1コマですが、米のとぎ汁を2ℓ捨てた場合、魚が住める水質にするにはバスタブ4杯分(1,200ℓ)の水が必要です(参考:埼玉県公式サイト)。

ですが、こうした生活排水も少量なら自然の浄化力できれいにすることができます。
これを実験で確認するというのが、本テーマです。

まず、水の汚れ具合を調べるのに、文字や絵が書かれている新聞や雑誌の切り抜きに、実験中の水が入ったカップを乗せ、文字・絵がどの程度はっきり見えるかを指標とします。

この方法は、環境測定などで用いられる「透視度計」を応用したもの。
透視度計では白板に2本線で書かれた十字を読み取りますが、今回は切り抜きの文字や絵の鮮明さに置き換えて測定します。

時間に余裕があれば、底面だけでなく側面にも紙を貼り、横からの見え方も写真に収めておくと良いですね。

では、具体的な実験の方法を紹介しましょう。

  • 調べたい生き物(例:アメリカザリガニ、タニシなどの貝、水草、田んぼの水、など)を用意する。
    ❝田んぼの水❞とはプランクトンが入っているものを指す。
  • 大きめの透明プラカップ(100均などで購入。底に凹凸がないもの)を①の数だけ用意する。
    キレイなバケツに汲み置きの水を用意するか、カルキ抜きを使って生き物に適した水を用意する。
    ※ 水道水をそのまま使うのはNG。
  • 米のとぎ汁を適量とっておく(保管するなら冷蔵庫で)。
    とぎ汁は1~2回研いだ後のものを使う。
  • ②のカップに一定量の水と、③のとぎ汁を大匙1杯入れ、よく混ぜる。これを①の数分用意する。
    (我が家では水380mlとぎ汁大匙2杯でちょうど良かったです。)
    文字や絵が書かれている新聞や雑誌の上にこのカップを乗せ、上から写真を撮っておく。
    (この時点で文字や絵が判別しにくい状態がベスト。文字・絵の大きさなど適当なものを選ぶ。見え過ぎるようなら小匙○杯分追加などする。)
  • ①の生物をそれぞれのカップに種類ごとに入れる。
    ④の紙の上にカップを乗せ、それぞれ上から写真を撮る。
    種類が同じで窮屈でなければ何匹でもOK。
    我が家では赤ちゃんザリガニは2匹、タニシは大型3匹…といった具合で実施。
  • 予想を立てる!
  • 2時間おきくらいで④の紙の上に乗せ、写真を撮る
    併せて気付いたことをメモしておく。
  • 最後はそのまま一晩おき、翌朝に最後の写真を撮る。
  • 写真を比べ、底の文字の見え方で透明度の良し悪しを評価し、どの生物が水の浄化能力に優れているかをまとめる。

実際にスタートする前に、きちんと予想を立てておいてくださいね(⇐めちゃくちゃ大切なことです)。

実験自体は丸一日あれば終了する、とても簡単なもの。

でも、その後のまとめ次第では、かなり高度な内容にまで発展させることが可能です。

環境問題や浄水場の仕組み、各地で実践されている河川の浄化対策などがおすすめです。

特に貝類の浄化作用は素晴らしく、自然界では大きな役割を果たしています。
それに着目して貝類を水質改善に用いている自治体も多くあります。

今回の実験でも目を見張るような結果が得られることでしょう。

なぜ貝類が水をきれいにできるのか、調べてみてくださいね。

また、田んぼの水にもそこそこの浄化作用があることがわかります。

目に見えない小さな小さな生き物たちが、一生懸命に生きている証。
時間はかかりますが、ちゃんととぎ汁の有機物を分解してくれているんですね。

さて、実験が終わったら生き物たちは採取した場所に返してあげてください。

絶対に別の場所に放しちゃだめですよ!!

《 自由研究の進め方・ポイント 》

  • 実験する生物は、汚水に強いものにする。
    上記例のほか、シジミ、ドジョウ、オタマジャクシなど。
  • 読み取る文字は大きすぎたり小さすぎたりしないよう、また、適当な濁り具合になるようにとぎ汁の量を調節する。
    とぎ汁の量が多すぎる(濃すぎる)と生き物がかわいそうなので、文字が見にくい程度で!
  • 撮影と撮影の間も時々水を攪拌して、沈殿物が沈みっぱなしにならないようにする。
  • 夏場は水温が上がりやすく、屋外で行うと水が腐ることがあるので、実験はできるだけ涼しい屋内で行う。
  • ザリガニは入れる過ぎると共食いする可能性があるので注意。
    隠れ家になるものを入れておき、撮影時だけ取り出しても良い。
  • ドジョウは飛び出し注意。

《 発展学習 》

  • 環境問題について調べる。
  • 浄水場の仕組みや、河川の浄化対策について調べる。

【調べ学習】外来種の脅威

もともとその地域にいなかったのに、人間の活動によって持ち込まれた生物のことを外来生物(外来種)といいます。

意図的に持ち込んだもの(ペット、家畜、漁業、園芸などの目的)のほか、人や船、モノに付着して入ってきてしまったものもあります。

実は意外と身近なところでも外来生物はいます。

例えば、春の道端で咲くタンポポはほとんどが西洋タンポポという外来種。
前項のアメリカザリガニや、ウシガエルも食用として輸入されたものです。

近年ではペット用のアライグマやカミツキガメが自然繁殖し、ニュースを騒がせています。

ルアーフィッシングで人気のブラックバスも、よく聞く名前ですね。

TV番組『ザ!○○!DASH!!』の「グリル厄介」でも外来種を取り上げて料理しているので、みたことがある人も多いのではないかと思います。

では、このような外来生物の何が問題になっているのでしょうか?
ぜひ調べてみてください。

キーワードとして、

特定外来生物、侵略的外来種、固有種、国内外来魚、生物多様性

などから探っていくと、分かりやすいかと思います。

はじめにこちらのサイトを見ておくといいかも。
外来生物(外来種)問題 |WWFジャパン

特定の生物について調べたいときは、こちらの国立環境研究所のサイトが検索もできるのでおすすめです。
侵入生物データベース ―外来種/移入種/帰化動植物情報のポータルサイト― (nies.go.jp)

魚だけに絞ってみても、たくさんの外来生物がいることに驚くことでしょう。

そして、彼らがもたらす日本の生態系や私たちの生活への影響が想像以上に大きいことにも驚くと思います。


ある程度調べたら、ぜひ水族館に行って外来種の実物を見てください

水族館のプレートには彼らの生態について書かれているので、チェックしておきましょう。

もちろん、外来種の彼らには何の落ち度もありません。
必死に生き抜いてきた結果なのです。

外来種の常設展示は「さいたま水族館」「アクアマリンいなわしろカワセミ水族館」などで。

企画展示として扱う水族館も多いので、チェックしてみてくださいね。

そのほか、グッピーやアリゲーターガー、ウチダザリガニなどは熱帯魚ショップでも見ることができます。

管理人Uniのイチオシは「さいたま水族館」です!
外来種はこちらの記事でも紹介していますので、ご覧くださいね。

《 自由研究の進め方・ポイント 》

  • 外来生物について調べる。
    持ち込まれ方、繁殖状況、特定・侵略的外来生物など
  • 外来生物がどのような影響を与えるのか、調べる。

《 発展学習 》

  • 水族館などへ行き、実物を見てみる。
    体や口の大きさ・食性などもチェックする。
  • 魚以外の外来種について調べてみる。

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