中学受験：光合成は知識だけではダメ… “対照実験”とセットで習得せよ！

光合成は植物が生きるために必要な燃料を作る”工場”… でも知識だけでは入試は攻略できない！

こんにちは。かるび勉強部屋 ゆずぱ です。

光合成とは…植物の中にある “燃料工場” であると形容される 事がよくあります。水と二酸化炭素を原料に光の力を使って生物が生きるために必要なデンプンを作るからですね。教科書にのっているシンプルな知識 です。

しかし！ 知識として理解できたとしても…入試問題では “対照実験” の内容を正しく読み取れるかが得点力に掛かっている ようです。本記事は”光合成”について２つの観点から解説いたしますd(^_^o)

① 光合成とは？ 植物の中の”燃料工場”
② 対照実験とは？ 表を書いて攻略せよ

それでは、解説に移りたいと思いますd(^_^o)

 

光合成とは？植物の中の”燃料工場”

前提① 動物も植物もエネルギーが必要

人間は呼吸をしなかったり食事を取らなかったりすると死んでしまいます ね。生命を維持するために必要な活動…心臓を動かすエネルギーや肺を動かすエネルギーが必要だからですね。これは植物も同じ ですd(^_^o)

動物も植物もこの エネルギーを得るためにはデンプンと酸素が必要 です。

では…命の燃料とも言えるデンプンはどこから得るのでしょうか？ 動物は食べ物を食べてデンプンを取り入れますが、植物は体内にデンプン工場を持っています。動物と植物の大きな違いですねd(^_^o)
※ 説明の簡素化のため葉緑体を持っている植物を前提として記載していますm(__)m

 

前提② “光合成”…デンプンを作る工場

それでは植物の体内でデンプンが作られる仕組みを見てみましょう。ポイントは３つです。１つめはデンプンを作るために必要な原料。デンプンを作る場所である工場。工場から出来上がる生産物の３つです。

ちなみに…動物(人間)は、炭水化物を食物として食べて、体内で消化という働きを経て生きるための燃料であるデンプンを作っています。こちらの記事 で詳しく紹介しています_φ(･_･

 

前提③ “呼吸”…エネルギーを作る発電所

デンプンをエネルギーに変えるには酸素が必要ですが、その酸素を体内に取り入れる仕組みが呼吸です。こちらも同様に３つの視点…原料と工場(発電所)と生産物でおさえていきましょう。

 

前提④ 酸素と二酸化炭素だけに着目！

光合成と呼吸を３つの視点(原料と工場と生産物)で整理しましたが…気体だけに着目するとどのようになるでしょうか？ 開成中の問題でも気体だけに着目した問題が出題されています。

気体だけに着目すると、”光合成” は二酸化炭素を吸って酸素を吐き出す。”呼吸” は酸素を吸って二酸化炭素を吐き出すように見えますね。

では植物全体ではどうでしょうか？ガンガン光合成をしている時は光合成による酸素排出の方が多いため二酸化炭素を吸って酸素を吐き出しているように見えますね。光の無い夜はどうでしょうか？

日光がガンガンと照っている晴天の日の昼間は呼吸よりも光合成の働きの方が活発になり、植物全体では二酸化炭素を吸って酸素を吐いているように見えます。植物が”天然の空気清浄機”と言われる理由 ですねd(^_^o)

日光がほとんど無い夜間は光合成よりも呼吸の働きの方が活発 になります。光合成の働きがグンと落ちる中 生きていくために”呼吸”は常時おこなっているので 植物全体では酸素を吸って二酸化炭素を吐いているように見えます。

このバランスが入試にはよく出ています_φ(･_･ 

 

前提⑤ 気体の確かめ方をおさえる

光合成において気体の出入りだけに着目すると”酸素”と”二酸化炭素”が登場することは分かりました。…ということは必然的にもうひとつおさえていけない事が ありますねd(^_^o)

もちろん気体の”確かめ方”です

気体の”確かめ方”とは、実験をしてその気体があるかどうかを確かめる方法です。小学生の理科では 酸素と二酸化炭素の検出では”お決まり”の確かめ方 がありますのでセットでおさえましょう！

そして入試で光合成は… 対照実験の問題がとして出題されるのが定石 です。対照実験を正しく理解する必要があります。対照実験とはどんな実験でしょうか？ 

 

対照実験の形式での出題が圧倒的に多い

対照実験…理科における超基本事項

最近の入試問題では特に顕著となっている傾向… 実験結果などを考察させる”考える力を試す”問題にシフト しています。その代表格が”対照実験” です d(^_^o)

対照実験とは… 条件を “１つだけ” 変えて実験して、その条件が結果に影響しているかどうかを調べる実験のことです。ちょっと事例を紹介しましょう…

我が家で飼っている犬のゴン太君…環境が変わったとたんに食欲が落ちてしまいました。心の通じあった飼い主なら一発で原因がわかるのかもしれませんが、言葉をしゃべれないゴン太君のために対照実験で原因を探ります。

さて…原因はなんでしょうかd(^_^o)

 

対象実験のコツ…とりあえず表を書け

入試問題に出てくる 対照実験の内容はだいたい文章で書かれています(-｡-; 条件を整理するためには、テスト用紙の余白に 表を書いてしまうのが最も手っ取り早い方法 です。

 

表を書けば条件が見えてくる

表を書いてみると… 条件をひとつだけ変えて実験している事が視覚的に見えてきます。

ポイントは １つだけ条件の違う実験の結果を比べる 事です！この実験の場合…愛犬の食欲はどうも”食事の味”が原因ではなく、“気温”が原因である可能性が高そう ですね d(^_^o)

 

実際の入試問題で確かめてみる

実際の入試問題…文章による対照実験の説明

それではさっそく実際の入試問題をベースにした実例をご紹介します。2019年度 武蔵中学校の入試で出題されたものを筆者がアレンジした問題 となりますd(^_^o)

いやらしい事に “光合成”の文字が全く使われていません(-｡-;  植物であるニラに光をあてたり、さえぎったりする事から光合成の問題である事を想像 しなくてはなりませんね…

 

対照実験は表を書いて実験を整理する

定番の対照実験が文章で書かれた問題…さっそく表を書いてみましょう… この問題の場合の条件は “試験管の中に入れるもの” と “光を当てるのかさえぎるのか” の２つの条件ですねd(^_^o)

表には結果も書き加えますd(^_^o) 色が変わったのか？変化が無かったのか？しっかり書き加えましょう！

 

表ができたら考えてみる！

１）まずは問１です…

問１
試験管Aのろ紙は何色に変化したと思いますか？理由も説明しなさい。

ろ紙の色を変化させているのは、きっと試験管の中から出てくる気体でしょうd(^_^o) じゃあ…ろ紙の色を変化させている気体は何だろう？という視点 で試験管をいくつか取り出して考えてみます。

実験結果が異なることから試験管の口には違う気体が到達しているのでしょう。

試験管Aと試験管Bを比べてみると…光を当てているか、さえぎっているかの差であることが分かります。だとすると上記のような気体が出ている事が推定できますねd(^_^o)

もうひとつの知識は二酸化炭素の確かめ方です。石灰水に二酸化炭素を通すと白くにごって中性になる でしたねd(^_^o) 模範解答は以下のようになります。

模範解答
ニラの呼吸により二酸化炭素が発生し、ろ紙の石灰水が中和され中性となるため紫色となる。

 

２）そして問２です…

問２
実験からエノキダケのどんな特徴が分かりますか？ニラとの違いがわかるように説明しなさい。

今度は入れたもの以外の条件が全く同じ試験管Bと試験管D、そして…エノキダケの入っている試験管Cも念のため取り出して考えてみましょう。

この実験の趣旨からニラは光をあてると二酸化炭素が発生せずろ紙が変化しないのに対し、エノキダケは光をあてても、ろ紙の色が変化する(つまり二酸化炭素が発生している)と推定 できますねd(^_^o) 

これは…エノキダケが光を当てても光合成しておらず、呼吸のみしている事 が推定できます。

模範解答
ニラは光を当てると光合成を行うため酸素を排出するが、エノキダケは光を当てても当てなくても光合成を行わず呼吸のみ行う。

対照実験の内容整理に加え説明まで必要な 武蔵中のちょっとエグい問題をピックアップ しましたが、説明できるくらいの知識と思考力があれば問題ないでしょうd(^_^o)

以上、実際の入試問題に沿った解説でした。

 

まとめ

理科の単元では、知識だけ習得しても入試問題を攻略できないものが多々あります。光合成もそのひとつ。対照実験を元に思考力が試される問題が出るためですね (-｡-;

教育改革もあるため、対照実験を元に論理的にものごとを思考することが問われる問題が増えていく でしょう。対照実験においては今回ご紹介したように表に起こして考えるのもかなり有効です。

もし光合成の知識はあるのにテストで失点… というお悩みがあるようであれば、お子様と一緒に取り組んでみることをオススメいたします。いつものように印刷用プリントを準備しましたd(^_^o)