昼夜の長さはなぜ変わるかを調べる Web 教材の開発 －9－

天文教育 2014 年 9 月号（Vol.26 No.5）

昼夜の長さはなぜ変わるかを調べる

Web 教材の開発 山田 洋（佐賀市立富士中学校）

1. はじめに

中学校理科の天体分野に「昼夜の長さが季

節によってなぜ変わるのか」を学習する内容

がある。身近な問題であり、私自身も、小学

生や中学生の頃は、不思議に思っていた問題

でもある。この問題を解決するには地球上ば

かりではなく地球外から見て理解する必要が

ある。すなわち天動説的立場から地動説的立

場へと思考を移す大切な内容でもある。 また、従来の学習方法としては、地球のモ

デルとして地球儀を使って昼夜の長さを測定

していたが、モデル実験だけであり、実際の

日の出、日の入りの時刻等、観測データを使

っての学習はあまりなされていなかった。 そこで、「昼夜の長さがなぜ変化するのか」

の問題を実際に測定したデータを基に、生徒

自ら問題解決をしていくときの手助けとなる

ような Web教材を作成しようと考えた。

2. 「昼の長さ夜の長さはなぜ変わるの？」

の Web 教材の作成について

昼夜の長さが季節によってなぜ変わるのか

を学習できる問題解決型の Web 教材として「昼の長さ夜の長さはなぜ変わるの？」を

1999 年の 9 月に公開した[1]。それ以来、改良、改善、拡張を続け、現在に至っている。 この Web 教材は、問題解決を順番どおり、

または、途中からでもできるように、メニュ

ー形式を採用している（図 1）。

図 1 メニューの一部

「始め」・・・疑問、不思議興味を引きつける 「調べよう」・・・実際の観察・観測結果 「考えよう」・・・〇地球上で（天動説） 〇地球の外から（地動説） 「チャレンジ」・・・発展的な課題 その他 ・・・「観測結果」「データ」「Ｑ＆Ａ」 「ライブカメラ」「先生方へ」 以下それぞれの内容について説明する。

2.1 「始め」について

メニューの「始め」のボタンをクリックす

ると、トップページを表示させることができ

る（図 2）。トップページでは生徒の興味・関心を引きつけるために、２ヶ月後の日の出の

位置や時刻を比較した写真を提示している。

なぜ２ヶ月でこのように変化するのか理由を

考えようと問題提起をし、生徒が疑問を持っ

たり、不思議に思ったりすることで興味・関

心を持たせるようにしている。

図 2 日の出の位置や時刻の変化

2.2 「調べよう」について

メニューの「調べよう」のボタンをクリッ

クすると、有明海での冬至、夏至、春分、秋

分頃における日の出、日の入りの定点観測の

結果を写真や動画で表示させることができる。

－10－ ■ 投 稿 ■

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観測した年月日や時刻も記録している（図 3）。

図 3 夏至頃の日の出、日の入り

冬至、夏至、春分、秋分頃の定点観測の結

果を比較することにより昼夜の長さについて

以下のことを理解することができる。 ○ 夏の昼の長さ＞冬の昼の長さ ○ 夏の夜の長さ＜冬の夜の長さ

または、 ○ 冬は 昼の長さ＜夜の長さ ○ 夏は 昼の長さ＞夜の長さ

春分の日、秋分の日 ○ 昼の長さ＝夜の長さ（＝12時間） ○ 太陽は真東から昇り、真西に沈む

時間を 1/20倍や 1/100倍に縮めた日の出の動画からは、太陽は地平線から南の方に傾き

ながら昇っていくことを確認することができ

る（図 4）。

図 4 有明海の日の出の動画 このように、実際の観測結果を静止画と動

画で載せており、都会や山間部の学校等で、

実際に日の出、日の入りの観測が難しい場合

でも Web教材であるので、インターネットを通して、生徒たちがこの写真や動画を活用す

ることができる。

2.3 「考えよう地球上で」について

メニューの「考えよう地球上で」のボタン

をクリックすると、半球上に季節ごとの太陽

の通り道を示した図が表示される（図 5）。また、天球上での太陽の１日の回転を示したア

ニメーションも表示することができる（図 6）。

図 5 季節ごとの太陽の通り道

図 6 太陽の１日の回転のアニメーション

図 6は冬の場合の天球上での太陽の１日の

回転のアニメーションである。このアニメー

ションから冬は昼の長さが短く、夜の長さが

長いことが分かる。また、夏至や春分・秋分

においても太陽の通り道を生徒自ら作図する

ことにより昼夜の長さを出すことができる。

これらの比較から昼夜の長さが季節によって

変化することを理解することができ、「調べよ

う」で分かった実際の昼夜の長さの季節変化

昼夜の長さはなぜ変わるかを調べる Web 教材の開発 －11－

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を説明することができる。 以上のことは全て天動説的な立場から考察

できる結果であるが、昼夜の長さがなぜ変化

するかの本当の原因は分かってはいない。こ

のことを理解するためには、「考えよう地球の

外から」を選択し、地球の外に出て、地動説

的立場から考察する必要がある。 なお、本 Web教材は、問題解決型であるの

で、ヒントは与えているが、あえて解答は載

せていない。また、グループでの話し合い等

の言語活動も活性化させたいので解答は載せ

ないことにした。

2.4 「考えよう地球の外から」について

メニューの「考えよう地球の外から」のボ

タンをクリックすると、地球の外から見た図

を表示することができる（図 7、図 8）。これらの図は、地軸の傾きを５度ずつ変化させる

ことが可能であり、地軸の傾きを変化させた

場合の昼夜の長さをシミュレートすることが

できる機能を持っている。 図 7の冬至のシミュレーションでは、地軸

の傾きをいろいろと変化させながら、昼の長

さ（日本では約 10 時間）を再現できる地軸の傾きの値を大まかに求めることができる。 また、冬至は公転面の真横から見ると昼の

長さの半分が表示され、見えている部分を２

倍することによって、昼の長さを知ることが

できる。

図 7 冬至における地軸の傾きを変化させた場

合の昼夜の長さを調べるシミュレーション

次に、四季にわたって地軸の傾きを変化さ

せたときに、昼夜の長さがどのように変化す

るかを考えたい時には図 8のシミュレーションを活用する。 図 8のシミュレーションは、地球が公転している時に、四季において地軸の傾きを同時

に変化させることができる機能を持つ。地軸

の傾きを変化させることにより、四季におけ

る昼の長さ（日本では冬至：約 10 時間、夏至：約 14 時間、春分・秋分：12 時間）を再現できる地軸の傾きの値を大まかに求めるこ

とができる。 これらの地球の外から見た図のシミュレー

ションにより、地動説的立場から、昼夜の長

さが季節によってなぜ変化するかの理由を生

徒自ら発見することができる。ここまでが中

学校で学習する内容である。 なお、以前と同様、本 Web教材は、問題解

決型であるので、ヒントは与えているが、あ

えて解答は載せていない。また、グループで

の話し合い等の言語活動も活性化させたいの

で解答は載せないことにした。

図 8 四季における地軸の傾きを変化させた

時の昼夜の長さを調べるシミュレーション 2.5 「チャレンジ」について

メニューの「チャレンジ」のボタンをクリ

ックすると、以下のような発展的な問題や中

学生にとってはやや高度な問題を表示するこ

とができる。

－12－ ■ 投 稿 ■

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○「太陽が昇る場所や沈む場所が季節によっ

て変化する理由を考えよう」では、トップペ

ージで示された、太陽の出没場所がなぜ変化

するかの疑問を解決するためのヒントが示さ

れている(図 9)。この問題を解決し、より興味関心を高めてもらいたい。

図 9 太陽の出没する場所が季節によってな

ぜ変化するかのヒントを示しているペー

ジ

○「より正確な地軸の傾きを求めよう」では、

地軸の傾きを 0.5 度ずつ変化させることが可能であり、観測データ（日の出、日の入りの

時刻、南中高度、南中時刻）をより正確に再

現できる地軸の傾きを調べることができる

（図 10）。

図10 地軸の傾きを0.5度ずつ変化させるこ

とができるシミュレーション

○「緯度を変化させよう」では、緯度を変化

させ、世界中の昼夜の長さを調べることがで

きる（図 11）。

特に、北半球と南半球では、昼夜の長さが

逆になっていることや、赤道近くでは、一年

を通して、昼夜の長さが 12 時間であることなども確かめることができる。

図 11 緯度を変化させることができるシミ

ュレーション

〇「楕円軌道の効果を確かめよう」では、離

心率を変化させ、１年間の日の出、日の入り

の時刻を正確に再現する離心率を求めること

ができる。このことにより、１年間の日の出、

日の入りの時刻に対する楕円軌道の効果を検

証することができる（図 12）。 離心率は高校や大学で習うので、中学校で

は、円軌道や、極端な楕円軌道の場合と比較

して学習させるのが望ましいと思われる。

図 12 離心率を変化させることができるシ

ミュレーション

2.6 「観測結果」について

メニューの「観測結果」のボタンをクリッ

クすると、今までの観測結果を保存した写真

を閲覧することができる（図 13）。

昼夜の長さはなぜ変わるかを調べる Web 教材の開発 －13－

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ほとんど有明海の定点観測の写真であるが、

他にも、投稿してくださった方の観測写真も

紹介している。

図 13 観測結果の写真

2.7 「データ」について

メニューの「データ」のボタンをクリック

すると、日本や世界各地の昼夜の長さ、日の

出・日の入りの時刻、南中時刻、南中高度等

の計算結果の一覧を参照することができる

（図 14）。これらの結果は、「サン・アースくん」[2]で計算したものである。 観測日が曇りや雨で観測できなかったとき

や、他の地域のデータが必要になったときに

活用することができる。

図 14 「サン・アースくん」で計算した結果

2.8 「Ｑ＆Ａ」について

メニューの「Ｑ＆Ａ」のボタンをクリック

すると、メールで投稿してくださった「昼夜

の長さ」、「地軸の傾き」等に対するこれまで

の質問と、それに対する回答を表示させるこ

とができる。 質問者は小学生から大人までと幅広い。ま

た、日本ばかりではなく、エクアドル共和国

のキト日本人学校から「影がなくなる日」に

ついての質問もあった（図 15）。なお、回答については、図解入りで分かりやすく解説す

るように心がけている。

図 15 キト日本人学校の小６からの質問

2.9 「ライブカメラ」について

メニューの「ライブカメラ」のボタンをク

リックすると、Ｗｅｂカメラで撮影している

写真を閲覧することができる。「ライブカメ

ラ」には２種類のページがある。

１つは「ライブカメラ」のトップページ（図

16）で、５分ごとにリアルタイムな新しい写真に切り替わる。年月日、時刻等も写真の下

段に表示されるので、大まかな日の出、日の

入りの時刻を知ることができる。

２つめは「ライブカメラ記録」のページで、

種々の条件で表示させることができる。ライ

ブカメラのトップページから「毎月１日ごと

の記録」、「約１０日おきの記録」、「過去

の記録」から選択し、クリックすることによ

り過去の１時間ごとの記録写真を表示するこ

とができる。特に「約１０日おきの記録」は

１年間の季節による昼夜の長さの変化を１目

で確認することができ、教材としても活用す

ることができる（図 17）。

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図 16 ライブカメラのトップページ

図 17 約 10 日おきの記録

2.10 「先生方へ」について

メニューの「先生方へ」のボタンをクリッ

クすると、授業を実施するときの参考となる

内容を表示することができる。

このホームページで使ったシミュレーショ

ンプログラムをダウンロードすることができ

たり、実際の授業活用事例を示し、指導案を

ダウンロードしたりすることができる。

図 18 授業活用事例

3. おわりに

本稿では自作の Web教材である「昼の長さ夜の長さはなぜ変わるの？」のページを紹介

してきた。天体の単元を学習する１２月頃に

なるとページ閲覧回数が平日の閲覧回数より

も５倍くらい多くなることが分かった。授業

に活用されていると考えられる。今後も、更

なる改良、改善を重ねながら、もっと授業活

用しやすいページにしていきたい。 文 献

[1] 「昼の長さ夜の長さはなぜ変わるの？」 http://edq40134.digi2.jp/

[2] 「サン・アースくん」 http://edq40134.digi2.jp/a-su/