自由研究の比較実験で条件をそろえるには、比べたい条件を1つだけ変え、それ以外をできるだけ同じにします。変える条件を「調べる条件」、結果として測るものを「調べる結果」、同じにする条件を「そろえる条件」と考えると、実験計画を立てやすくなります。
比較実験で条件をそろえる基本
比較実験では、調べたい条件以外が違うと、結果が何の影響で変わったのか分からなくなります。例えば「日なたと日陰で植物の成長を比べる」なら、日光の当たり方以外は同じにします。
| 項目 | 意味 | 植物の比較実験の例 |
|---|---|---|
| 変える条件 | 意図的に変えるもの | 置く場所の日当たり |
| 調べる結果 | 変化を測るもの | 高さ、葉の枚数、重さ |
| そろえる条件 | 同じにするもの | 種、土、鉢、水の量、期間 |
このように、実験を始める前に3つの条件を書き出しておくと、そろえ忘れを防げます。
条件をそろえるための4つの手順
1. 比べたいものを1つに決める
まず、「何の違いを調べたいのか」を1つに決めます。例えば、次のようなテーマです。
- 水の温度によって、砂糖の溶ける速さは変わるか
- 紙飛行機の形によって、飛ぶ距離は変わるか
- 液体の種類によって、氷が溶ける速さは変わるか
「水の温度」と「砂糖の種類」を同時に変えると、どちらが結果に影響したのか分かりません。最初の実験では、変える条件を1つだけにすることが大切です。
2. 変える条件と測る結果を決める
次に、何を変えて、何を測るのかを決めます。例えば「水の温度で砂糖の溶ける速さが変わるか」を調べる場合、変える条件は水の温度、測る結果は砂糖が完全に溶けるまでの時間です。
| 項目 | 決める内容の例 |
|---|---|
| 変える条件 | 水の温度を10℃、30℃、50℃にする |
| 測る結果 | 砂糖がすべて溶けるまでの時間を秒で測る |
「よく溶けた」「かなり飛んだ」のような感覚だけでなく、時間、距離、重さ、個数など、数字で記録できる結果にすると比べやすくなります。
3. それ以外の条件を同じにする
変える条件以外は、できるだけ同じにします。砂糖の溶ける速さを調べるなら、次の条件をそろえます。
- 水の量
- 砂糖の種類と重さ
- 使う容器
- かき混ぜる回数や速さ
- 測定を始めるタイミング
- 測定方法
例えば、50mLの水に砂糖5gを入れる実験で、片方だけ砂糖を10gにすると、水温以外の条件も変わってしまいます。これでは、水温と砂糖の量のどちらが結果に影響したのか判断できません。
4. 同じ実験を何回か行う
同じ条件でも、測るときのわずかな違いによって結果が変わることがあります。そのため、各条件で2〜3回程度くり返し、結果を比べます。
例えば、同じ温度の水で3回測った結果が「42秒、45秒、43秒」なら、平均は次のように計算できます。
（42＋45＋43）÷3＝43.3秒
回数を増やすほど結果のばらつきを考えやすくなりますが、実験の時間や材料に合わせて、無理のない回数を決めます。
テーマ別に見る「そろえる条件」の例
紙飛行機の飛ぶ距離を比べる場合
紙飛行機の形だけを変えて比べるなら、紙の種類や投げ方などをそろえます。
| 変える条件 | そろえる条件 | 測る結果 |
|---|---|---|
| 紙飛行機の形 | 紙の大きさ、紙の種類、投げる人、投げる位置、投げる向き | 飛んだ距離 |
投げる力を毎回まったく同じにするのが難しい場合は、同じ人が投げる、投げる位置を決める、各形を何回か試すなどの工夫をします。
氷の溶ける速さを比べる場合
置く場所の違いを調べるなら、氷の大きさや皿をそろえます。
| 変える条件 | そろえる条件 | 測る結果 |
|---|---|---|
| 置く場所の温度や日当たり | 氷の大きさ、個数、皿、実験開始時刻、観察時間 | 溶けるまでの時間、溶けた水の重さ |
氷の大きさが違うと、場所の違いではなく氷の量の違いで結果が変わる可能性があります。できるだけ同じ大きさの氷を使い、難しい場合は重さを量って近いものを選びます。
植物の成長を比べる場合
肥料の種類を比べるなら、植物の種類や水の量などをそろえます。
| 変える条件 | そろえる条件 | 測る結果 |
|---|---|---|
| 肥料の種類 | 植物の種類、種を植える深さ、土の量、鉢、日当たり、水の量、育てる期間 | 草丈、葉の枚数、重さ |
植物は個体ごとに成長の速さが異なります。できれば同じ種類で、開始時の大きさが近いものを使い、1つの条件につき複数の植物を用意します。
実験前に使える条件チェック表
実験を始める前に、次の項目を紙に書いて確認すると、条件のそろえ忘れに気づきやすくなります。
- 何と何を比べるかを書く。
- 意図的に変える条件を1つだけ書く。
- 測る結果を、数字で表せる形に決める。
- 同じにする材料や道具を書き出す。
- 実験する場所、時刻、温度などを決める。
- 測定の方法と単位を決める。
- 各条件で何回くり返すか決める。
- 結果を記録する表を作る。
記録表には、実験した日、条件、1回目・2回目・3回目の結果、平均などを書けるようにしておくと便利です。
| 条件 | 1回目 | 2回目 | 3回目 | 平均 |
|---|---|---|---|---|
| 条件A | ||||
| 条件B |
条件をそろえられなかったときの書き方
すべての条件を完全に同じにするのが難しい場合は、そろえられなかった条件を隠さずに書きます。例えば、「紙飛行機を投げる強さは毎回完全には同じにできなかった」「植物の日当たりに少し違いがあった」と記録します。
そのうえで、結果への影響を考察します。条件の違いが残っている場合は、「この実験では水温の影響だけだと断定できない」のように、結論を控えめにします。
条件をそろえるときの注意点
- 変える条件を2つ以上にしない。
- 比べる材料の量や大きさをそろえる。
- 測る時間や距離の単位を統一する。
- 実験する順番による影響を考える。
- 1回の結果だけで結論を決めない。
- 結果が予想と違っても、記録を書き換えない。
例えば、最初にすべての実験を行い、最後にまとめて測定すると、時間の経過が結果に影響することがあります。可能なら、条件A、条件B、条件A、条件Bのように順番を分ける方法もあります。
自由研究の比較実験で大切な考え方
比較実験のポイントは、比べたい条件だけを変え、ほかの条件をそろえ、結果を同じ方法で測ることです。実験前に「変える条件」「測る結果」「そろえる条件」を書き出しておけば、実験の目的と結論が分かりやすくなります。
まずは変える条件を1つに決め、材料・量・時間・場所・測定方法をそろえましょう。そろえられなかった条件がある場合は、その内容を記録し、結論にどの程度影響するかも考察に書くと、説得力のある自由研究になります。
