درس در يک نگاه

در اين درس، دانش‌آموزان ابتدا به كمك انجام آزمايش، آموخته‌هاي سال سوم ابتدايي را درباره‌ي انرژي و تبديلات آن تجربه مي‌كنند. سپس با انجام فعاليت‌هايي درمي‌يابند كه انرژي مي‌تواند به روش‌هاي مختلف در مواد و وسايل ذخيره شود.

در ادامه، سفر انرژي را از انرژي خورشيد تا تبديل به انرژي گرمايي درپديده‌هاي مختلف، بررسي مي‌كنند.

اهداف/ پيامدها

در پايان اين درس انتظار مي‌رود دانشآموزان بتوانند:

فهرستي از انرژي‌هاي مختلف در زندگي روزمره و تبديل آنها به يكديگر را تهيه كنند.

سطح 1: تبديل انرژي را در وسايل محدود وساده بيان كنند.

سطح2: تبديل انرژي را در وسايل متنوع بيان كنند.

سطح 3: تبديل انرژي را در وسايلي كه بيش از يك نوع تبديل انرژي در آنها انجام مي‌شود، بيان كنند.

مواد و وسايل آموزشي

فرفره، منبع گرما (شعله‌ي غيرمستقيم)،  مداد، ليوان، چراغ قوه‌ي قابل شارژ با حركت دست، توپ، اسباب‌بازي (دومينو)، طبل پلاستيكي، ظرف آب، سنگ كوچك، جسم فنردار يا اسباب بازي كوكي.

دانستني‌ها براي معلم

كلمه‌ي «انرژي» از زبان يوناني و به مفهوم «چيزي كه در آن توانايي انجام كار وجود دارد»، گرفته شده است. يعني انرژي چيزي است كه موجب انجام كار مي‌شود.

انرژي با كار و حركت همراه است. هرقدر ما كار بيشتري انجام دهيم براي انجام آن، به انرژي بيشتري نياز است. ما انرژي را به مصرف مي‌رسانيم و با آن كارهايمان را انجام مي‌دهيم. همچنين براي تغيير مواد مانند سوختن چوب، شكستن چوب و ذوب فلزات به انرژي نياز داريم. منبع همه‌ي انرژي‌ها خورشيد است.

انرژي به شكل‌هاي مختلفي مانند انرژي حركتي، انرژي گرمايي، انرژي نوراني، انرژي الكتريكي و انرژي صوتي مشاهده مي‌شود. در شرايط مناسب اين انرژي‌ها به يكديگر تبديل مي‌شوند.

انرژي شيميايي يكي از شكل‌هاي انرژي است كه در خوردني‌ها و سوخت‌ها ذخيره شده است. اين انرژي با مصرف كردن مواد به شكل‌هاي ديگر انرژي كه مورد نياز ماست، تبديل مي‌شود. انواع باتري‌ها كه دست‌ساز انسان‌ها هستند، انرژي را در خود ذخيره مي‌كنند و در موقع استفاده، انرژي موردنياز ما را فراهم مي‌كنند.

همچنين قرار گرفتن در موقعيت‌هاي فيزيكي مانند قرار گرفتن در ارتفاع يا كشيده شدن، باعث مي‌شود انرژي در جسم ذخيره ‌شود. هنگامي كه جسم رها مي‌شود، به‌تدريج انرژي را كه در خود ذخيره كرده به انرژي حركتي تبديل مي‌كند.

در اين درس، فقط به تعدادي از شكل‌هاي انرژي پرداخته مي‌شود و بررسي انواع انرژي‌هاي جنبشي و پتانسيل موردنظر نيست. شكل‌هاي مختلف انرژي دائماً در حال تبديل به يكديگر هستند و اين تبديلات به ما كمك مي‌كنند تا بتوانيم شكل‌هاي موردنياز انرژي را به‌دست آوريم. بخش عمده‌ي انرژي كه ما مصرف مي‌كنيم از نور خورشيد است. گرماي خورشيد ما را گرم نگه مي‌دارد. همين گرماست كه باد و باران را سبب مي‌شود. انرژي نوراني خورشيد، انرژي لازم براي رشد بسياري از گياهان را به‌وجود مي‌آورد و همين انرژي است كه مواد غذايي لازم را براي انسان‌ها و حيوانات فراهم مي‌كند وليكن اين انرژي نمي‌تواند مستقيماً ماشين‌ها را به‌كار اندازد. بسياري از ماشين‌ها توسط سوخت‌هايي مانند: بنزين، زغال و گاز طبيعي كار مي‌كنند. اين سوخت‌ها در طول ميلياردها سال در زمين به‌وجود آمده است.

اين سوخت‌ها از تبديل درختان و گياهان و جانداران كوچكي كه انرژي رشد و نمو خود را از خورشيد كسب مي‌كنند تشكيل شده باشند. اين موجودات، پس از مردن و مدفون‌شدن در زيرزمين، تحت فشارهاي زياد و گذشت زمان به زغال و نفت و گاز تبديل شده‌اند. اين سوخت‌ها در طول زمان به‌وجود آمده‌اند و جبران‌نشدني هستند.

انرژي كاهش نمي‌يابد و نابود نمي‌شود بلكه دائماً از شكلي به شكل ديگر تغيير و تبديل مي‌يابد. در بسياري موارد، آغاز و پايان سفر انرژي نامشخص است. در اغلب پديده‌ها و فعاليت‌ها، تبديلات انرژي از انرژي نوراني خورشيد شروع مي‌شود و به انرژي گرمايي هوا خاتمه مي‌يابد، ليكن هرگز نابود نمي‌شود.

نکات آموزشي و فعاليت‌هاي پيشنهادي

·        در صفحه‌ي عنواني، تصوير آب آبشاري بر روي توربين آورده شده است. هدف از اين تصوير، آشنايي بيشتر دانش‌آموزان با موضوع تغييرات انرژي است. انرژي از آب آبشار به توربين و از توربين به دستگاه مولد برق آبي منتقل مي‌شود و سپس برق توليد مي‌شود و تغييرات انرژي ادامه پيدا مي‌كند. از دانش‌آموزان بخواهيد  بيان كنند چه تغييراتي در انرژي مشاهده مي‌كنند؟

در اين قسمت از درس، فقط شنونده‌ي نظرات آنها باشيد و اصلاح و تكميل را به ادامه‌ي تدريس اين درس واگذاريد.

·        ما در زندگي روزمره، واژ‌ه‌ي انرژي را در جاهاي مختلف به‌كار مي‌بريم؛ عباراتي مانند «بحران انرژي در جهان»، «آن بچه چه‌قدر تحرك دارد، راستي اين همه انرژي را از كجا آورده ‌است؟»، «يخچالي كه خريده‌ام، انرژي كمي مصرف مي‌كند»، «امروز سرحال نيستم، خيلي انرژي ندارم» از جمله‌ي اين موارد هستند.

در تصاوير صفحه‌ي 2 هم سعي شده است چند مورد از كاربرد روزانه‌ي واژه‌ي انرژي به‌ويژه در زمينه‌ي ورزش آورده شود.

در ابتداي درس، از دانش‌آموزان مي‌خواهيم هركدام واژه‌ي انرژي را در جمله يا عبارتي به‌كار ببرند و سعي كنند جملات گوناگوني در اين باره بيان كنند. اين فعاليت به ما كمك مي‌كند تا بفهميم كه دانش‌آموزان از مفهوم انرژي چه چيزهايي در ذهن دارند و برداشت‌هاي درست و احتمالاً بدفهمي‌هاي آنها در چه زمينه‌هايي است. البته در اين مرحله، فقط شنونده‌ي نظرات آنها هستيم و قضاوت و نتيجه‌گيري انجام نمي‌دهيم. لازم به ذكر است كه به هيچ‌وجه تعريف واژه‌ي انرژي موردنظر نيست. احتمالاً دانش‌آموزان مطالبي از آموخته‌هاي سال سوم ابتدايي را در رابطه با انرژي، شكل‌ها و منابع آن به ياد مي‌آورند، از آنها بخواهيد مثال‌هايي در هر زمينه بيان كنند. همين موارد را در رابطه با دو سؤال ديگر ادامه دهيد و قبل از آنكه به جمع‌بندي كاملي برسيد فعاليت صفحه‌ي 3 را انجام دهيد.

·        هدف از «آزمايش كنيد» صفحه‌ي 2 يادآوري شكل‌هاي انرژي است كه در پايه‌ي سوم ابتدايي آموخته‌اند. به دانش‌آموزان فرصت دهيد تا خودشان، شكل و تبديلات انرژي را پيدا كنند. در دومين آزمايش، دقت كنيد دانش‌آموزان فرفره يا مارپيچ چرخاني را كه مي‌سازند، نزديك شعله قرار ندهند و حتي‌الامكان از منابع گرمايي مانند بخاري استفاده كنند كه شعله ندارد. در اين آزمايش، انرژي گرمايي منبع گرما به انرژي حركتي تبديل مي‌شود. در آزمايش سوم، انرژي حركتي مواد به انرژي صوتي تبديل مي‌شود. در آزمايش چهارم، در باتري شارژي، انرژي الكتريكي به انرژي حركتي تبديل مي‌شود. در آزمايش پنجم، انرژي حركتي دوباره به انرژي حركتي تبديل مي‌شود. در آزمايش ششم، انرژي صوتي به انرژي حركتي تبديل مي‌شود. در پايان، از دانش‌آموزان بپرسيد آيا مي‌توانند چند وسيله يا پديده را نام ببرند كه تبديلات انرژي در آنها در حال انجام است؟

·        هدف از موضوع «انرژي در چه موادي ذخيره مي‌شود؟» آشنايي دانش‌آموزان با انرژي شيميايي است. همه‌ي دانش‌آموزان، تجربه‌ي دريافت انرژي بعد از خوردن مواد خوراكي را داشته‌اند اما در مورد ساير موجودات زنده، ممكن است نياز به بررسي داشته باشند. لذا در پاسخ به سؤال «ايستگاه فكر» از دانش‌آموزان مي‌خواهيم همه‌ي جانوران و گياهان را از نظر نياز و توليد غذايي بررسي كنند.

مي‌دانيم كه گياهان سبز به كمك نور خورشيد، مواد غذايي تهيه مي‌كنند و به اين ترتيب، انرژي در خود ذخيره مي‌كنند. به اين انرژي، انرژي شيميايي مي‌گوييم. زندگي همه‌ي موجودات زنده، اعم از گياهان، جانوران و انسان به انرژي شيميايي ذخيره‌شده در غذاها بستگي دارد. گياهان غذاساز هستند و از اين غذاها خودشان و جانوران و انسان استفاده مي‌كنند اما جانوران گوشتخوار، انرژي موردنياز خود را با خوردن جانوران گياهخوار تأمين مي‌كنند. مي‌توانيم بگوييم زنجيره‌ي غذايي به نوعي همان زنجيره‌ي انرژي است.

همان‌طور كه در دانستني‌هاي معلم گفته شد، بخش عمده‌ي انرژي موردنياز ما، انرژي خورشيد است. پديده‌ي باد و باران، سوخت‌ها و مواد غذايي، همه و همه از انرژي خورشيد حاصل مي‌شوند لذا تصوير صفحه‌ي 3 در نظر دارد تا هرچه بيشتر، دانش‌آموزان را با تغييرات انرژي در طي پديده‌ها و فعاليت‌هاي محيط اطراف آشنا كند و نقش اساسي انرژي خورشيد را نشان دهد.

مواد غذايي و سوخت‌ها، به‌طور طبيعي، انرژي شيميايي را در خود ذخيره كرده‌اند اما باتري‌ها هم كه ساخت انسان هستند، مي‌توانند انرژي شيميايي را در خود ذخيره كنند و در شرايط مناسب، انرژي ذخيره‌شده را  به مصرف برسانند.

·        دانش‌آموزان تجربه‌ي استفاده از باتري در اسباب بازي‌ها، ساعت‌ها و چراغ‌قوه‌هاي خانگي را داشته‌اند اما درباره‌ي انواع بيشتر باتري‌ها شايد اطلاعات كاملي نداشته باشند. درباره‌ي «گزارش كنيد» صفحه‌ي 4 بهتر است از دانش‌آموزان بخواهيد در صورت امكان، انواعي از باتري‌هاي معمولي، قلمي، نيم قلمي، كتابي، باتري‌هاي گرد (پولكي) و... را به كلاس بياورند و به دوستانشان معرفي كنند.

·        دانش‌آموزان با انجام آزمايش بالاي صفحه‌ي 4، با يك روش ذخيره‌سازي انرژي آشنا مي‌شوند. به دانش‌آموزان فرصت دهيد كه همراه افراد گروه خود، شخصاً آزمايش‌ها را تجربه كنند. قبل از تكرار آزمايش از فواصل 30 و 40 سانتي‌متر از آنها بپرسيد «پيش‌بيني مي‌كنيد انرژي سنگ، اين بار در برخورد با سطح آب چه تغييري كرده باشد؟» دانش‌آموزان را تشويق كنيد كه براي توضيح پديده‌ي فوق، حتماً از واژه‌هاي انرژي و تبديل انرژي استفاده كنند تا اين مفاهيم بيشتر در فرهنگ لغات ايشان قرار بگيرد.

از دانش‌آموزان بپرسيد چه تجربه‌هايي مشابه آزمايش فوق داشته‌اند و چه وسايلي را مي‌شناسند كه با بالا رفتن، انرژي در خود ذخيره مي‌كنند؟ همچنين به ورزش‌هايي اشاره كنند كه هنگام انجام آنها، انرژي به اين روش ذخيره مي‌شود يا به مصرف مي‌رسد.

·        دانش‌آموزان با انجام آزمايش پايين صفحه‌ي 5، با روش ديگر ذخيره‌سازي انرژي آشنا مي‌شوند. به‌جاي جسم اسباب‌بازي كوكي يا فنردار، مي‌توان از وسايلي كه اجسام كشساني داشته باشند استفاده كرد. از آنجا كه هر جسم كشساني ويژگي‌هاي خاصي دارد و تا حد معين، قابليت مشيده‌شدن دارد، به دانش‌آموزان توضيح دهيد كه به اين ويژگي توجه داشته باشند. همچنين دقت كنيد فنر يا كش يا ... را با رعايت موارد ايمني بكشند تا با رهاشدن بيش از حد، باعث ايجاد خطر براي خود يا دوستانشان نشوند.

احتمالاً دانش‌آموزان تجربه‌هايي در رابطه با استفاده از اجسام كشساني مانند تخت فنردار يا لوازم ورزشي فنردار داشته‌اند، از آنها بخواهيد تجربه‌هاي خود را در اين زمينه‌ها، در كلاس بيان كنند.

·       

موادي كه انرژي

ذخيره مي‌كنند

ذخيره‌ي انرژي

در فعاليت «در اختيار شما» از دانش‌آموزان مي‌خواهيم كه حاصل دريافت‌هاي خود را در رابطه با ذخيره‌ي انرژي در قالب نقشه‌ي مفهومي به نمايش بگذارند. اين نقشه مي‌تواند براي هر دانش‌آموز با دانش‌آموز ديگر تفاوت داشته باشد. نكته‌ي مهم آن است كه دانش‌آموزان ارتباط موضوعات را با هم بر روي فلش‌ها يادداشت كنند؛  مانند:

 

·        مهم‌ترين هدف كه در اين بخش، به آن پرداخته مي‌شود، آشنايي هرچه بيشتر دانش‌‌آموزان با تبديلات انرژي است و از آنجا كه دانش‌آموزان با انرژي شيميايي و روش‌هاي ذخيره‌ي انرژي آشنا شده‌اند، پرداختن به تبديلات انرژي كه از اين شكل‌هاي انرژي هم استفاده شود مورد توجه خاص مي‌باشد.

انرژي ذخيره‌اي (كشيده‌شدن)

انرژي شيميايي

نكته‌ي قابل توجه آن است كه انرژي مي‌تواند به روش‌هاي مختلف از يك شكل به شكل ديگر تبديل شود. در بيشتر موارد، سفر انرژي از تابش خورشيد شروع مي‌شود و به انرژي گرمايي در هوا پايان مي‌پذيرد. انرژي از بين نمي‌رود ولي دائماً از شكلي به شكل ديگر تبديل مي‌شود.

انرژي نوراني

انرژي ذخيره‌اي (ارتفاع)

انرژي صوتي

انرژي گرمايي

انرژي الكتريكي

انرژي حركتي

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


مثلاً انرژي شيميايي در بدن ورزشكار به انرژي ذخيره‌اي تبديل مي‌شود و او تيروكمان را مي‌كشد، با رهاكردن تيروكمان، انرژي ذخيره‌اي به انرژي حركتي تبديل مي‌شود، اين حركت مي‌تواند انرژي صوتي توليد كند و... . شما چه تبديلات ديگر انرژي در اين تصوير مشاهده مي‌كنيد؟

·        در فعاليت «ابزار، كار، انسان» از تك تك دانش‌آموزان بخواهيد كه هركدام يك وسيله يا پديده را شناسايي كرده و همراه خود به كلاس بياورند و سپس تبديل انرژي آن را به دوستان خود معرفي كنند. لازم به تذكي است كه آن وسيله تا پديده بهتر است بسيار ساده و قابل دسترس باشد و هم آن است كه دانش‌آموز، خود شخصاً آن را شناسايي كرده و در كلاس معرفي كند. اين فعاليت، ضمن توجه به آموخته‌هاي علمي دانش‌آموزان، به پرورش برقراري ارتباط و خلاقيت آنها كمك مي‌كند. در صورتي كه دانش‌آموزان بتوانند خودشان وسيله‌ي ساده‌اي را درباره‌ي تبديل انرژي طراحي كرده و بسازند بسيار ارزشمند است. براي تشويق بيشتر آنها، از ايشان بخواهيد ضمن نمايش‌دادن وسيله، طرح خود را روي كاغذ رسم كنند و آن را در كلاس براي دوستان خود توضيح دهند.

·        در مورد سؤال اول فعاليت «ايستگاه فكر» مي‌توان از تبديلات انرژي كه يك انرژي به دو انرژي تبديل مي‌شود نام برد؛ مثلاً در سوختن چوب، انرژي شيميايي به انرژي گرمايي و انرژي نوراني تبديل مي‌شود. همچنين گاهي دو تبديل انرژي به‌صورت متوالي انجام مي‌پذيرد؛ مثلاً وقتي انرژي شيميايي چوب به انرژي گرمايي تبديل مي‌شود، اگر ذرات غبار در مسير حركت هواي گرم قرار گيرد، انرژي گرمايي هواي گرم به انرژي حركتي در ذرات غبار تبديل مي‌شود.

در رابطه با سؤال دوم، هدف فقط پي‌بردن دانش‌آموزان به اهميت تغييرات انرژي در جهان است و تحقيق علمي موردنظر نيست. البته زمينه‌ي خوبي براي پرورش خلاقيت‌هاي فردي ايشان است.

·        براي آن كه دانش‌‌آموزان بتوانند با ميزان انرژي موجود در غذاها و همچنين ميزان انرژي موردنياز روزانه‌ي بدن انسان آشنا شوند، واحد انرژي معرفي شده است. در كتاب‌هاي تغذيه از واحد كالري استفاده مي‌شود. يك كالري معادل 2/4 كيلوژول است. دانش‌آموزان با مفهوم انرژي در بسته‌هاي مواد غذايي، لوازم برقي خانگي و لامپ‌هاي روشنايي هم سروكار دارند و براي شناخت بيشتر آنها از لوازمي كه در اختيار دارند به موضوع برچسب انرژي پرداخته شد. اين موارد، در صورت داشتن فرصت، زمينه‌ي خوبي براي تحقيق‌هاي دانش‌آموزان مي‌تواند باشد.

فعاليت‌هاي پيشنهادي

1-  به كمك دانش‌آموزان، مجموعه‌اي از انواع باتري‌ها تهيه كنيد و اطلاعات مختصري درباره‌ي هركدام به نمايش بگذاريد.

2-  به كمك دانش‌آموزان، مجموعه‌اي از وسايل يا پديده‌هايي كه مي‌توانند تبديل انرژي را نشان دهند به نمايش درآوريد يا با رسم تصوير, معرفي كنيد.

جدول ارزشيابي ملاکها و سطوح عملکرد

ملاک‌ها

سطح 1

سطح 2

سطح 3

شناخت تبديل انرژي

تبديل انرژي در وسايل محدود و ساده را بيان كند.

تبديل انرژي در وسايل متنوع را بيان كند.

تبديل انرژي را در وسايلي كه بيش از يك نوع تبديل انرژي در آنها انجام مي‌شود، بيان كند.

روش و ابزار ارزشيابي

روش ارزشيابي، عملكردي- ايستگاهي است. دانش‌آموزان در هر ايستگاه، تبديل انرژي را در وسيله يا پديده‌ي معرفي‌شده، مشخص كرده و ياددداشت مي‌كنند.‌

 

+ نوشته شده در  دوشنبه 1391/07/03ساعت 21:54  توسط  مهدوی   |