طرح درس اول دبیرستان (فصل 1: انرژی)

قسمت اول : نیاز افراد به انرژی

دانش آموزان از دوره ی راهنمایی تا حدی با مفهوم انرژی، انواع آن و نیاز بشر به انرژی برای تداوم حیات آشنا هستند. بنابراین می توانید مبحث انرژی را با طرح پرسش های زیر آغاز کنید. دانش آموزان کم و بیش پاسخ این سؤالات را می دانند و در واقع هدف از این پرسش ها، یادآوری مفاهیم گذشته و طبقه بندی کردن آن ها در ذهن دانش آموز است. می توانید این پرسش ها را به عنوان"کار گروهی" برای دانش آموزان مطرح کنید تا در گروه خود، راجع به آن ها بحث کرده و پاسخ را کامل کنند.

در طول روز فعالیت های زیادی انجام می دهید. همان طور که می دانید برای انجام این فعالیت ها به انرژی نیاز دارید.

• این انرژی از کجا می آید؟ از غذایی که می خوریم.
• این انرژی از چه نوعی است؟ انرژی شیمیایی.
• این انرژی در بدن شما چگونه به صورت های دیگر تبدیل می شود؟ با انجام واکنش های شیمیایی. در واقع غذاها در بدن شما با اکسیژن ترکیب می شود (سوختن آرام) و آب و co₂ و مواد زاید تولید می کند. در این فرایند مقداری هم انرژی آزاد می شود که شما از آن بهره می گیرید.
• این انرژی چگونه در مواد غذایی ذخیره می شود؟ گیاهان سبز، نور خورشید را به انرژی شیمیایی تبدیل می کنند و شما نیز از گیاهان استفاده می کنید. 
• این انرژی درکجا آزاد می شود؟ در سلول ها.

در دستگاه گوارش غذا آماده ی مصرف در بدن می شود و توسط خون به سلول های مختلف می رسد. هر سلول بسته های کوچک غذا را آرام می سوزاند و از انرژی آن برای فعالیت های مختلف استفاده می کند. در واقع سلول، غذا و اکسیژن می گیرد، و انرژی، آب، co₂ و پسماند غذا را باز می گرداند. به این فرآیند "متابولیسم" یا "سوخت و ساز" می گویند.

به جدول زیر نگاه کنید:

• مفهوم اعداد جدول چیست؟ این اعداد نشان می دهند که هر گرم از ماده ی غذایی در اثر سوختن، چند کیلوژول انرژی آزاد می کند.

غذاهای کم انرژی و پر انرژی را در جدول مشخص کنید.

تا این جا دانش آموزان اطلاعاتی را که از درس علوم دوره ی راهنمایی، رسانه ها و صحبت های دیگران داشته اند، گردآوری و مرتب کرده اند. مزیت این کار این است که ذهن آن ها با موضوع درگیر می شود و سعی می کنند بین زندگی روزمره ی خود و آن چه در کتاب فیزیک می بینند، ارتباط برقرار کنند. مثال زیر دانش آموزان را با مسأله ی تخمین و اهمیت آن آشنا می کند و علاوه بر این یکی دیگر از مسائلی است که مستقیماً با زندگی روزانه ی آن ها (مسأله ی چاقی و اضافه وزن) ارتباط دارد.

یکی از شاگردان کلاس (مریم) اضافه وزن دارد وتصمیم گرفته تا وزن خود را کاهش دهد. او می گوید با این که غذای کمی می خورد ولی چاق می شود. برای این که بتواند رژیم مناسبی بگیرد باید بداند در طول روز چه میزان غذا می خورد و چه قدر انرژی مصرف می کند. ابتدا برنامه ی غذایی روزانه ی او را مرور می کنیم :

• اولین وعده ی غذایی چیست؟ صبحانه
• در صبحانه چه چیزهایی می خورد؟ نان و پنیر یا کره، مربا، چای شیرین و ... 
•  برای این که کمی دقیق تر صحبت کنیم، هر ماده ی غذایی و مقداری از آن را که می خورد، جداگانه در جدولی مرتب کنید :

• حال وزن هر کدام از مواد را تخمین بزنید. مثلاً یک نان لواش را در نظر بگیرید.

• حال سراغ کره و پنیر می رویم:

• به سراغ وعده ی بعدی غذا یعنی ناهار می رویم:

• برای شام، تنقلات و میوه ای که در طول روز می خورد هم جدول مشابهی تهیه کنید و بعد با کمک جدولی که در این فعالیت آورده شده است، مقدار انرژی را که مریم در طول روز کسب می کند، حساب کنید.

حال به او کمک کنید تا غذاهای اضافی را که در روز استفاده می کند، پیدا و از برنامه روزانه اش حذف کند.

در این مرحله هر کدام از شما رژیم غذایی جدیدی را برای مریم تنظیم کرده اید. توجه کنید که جدول آهنگ مصرف انرژی موجود در کتاب درسی را نیز باید در نظر داشته باشید.

مریم معتقد است با رژیم غذایی که شما برای او نوشته اید، از گرسنگی می میرد.او ترجیح می دهد به جای تحمل گرسنگی، مصرف انرژی خود را با ورزش بیش تر کند.

برای مقایسه ی مقدار انرژی که در فعالیت های مختلف صرف می شود، از کمیتی به نام " آهنگ مصرف انرژی" استفاده می کنیم. این کمیت نشان می دهد که در یک زمان مشخص (مثلاً یک دقیقه)، چه مقدار انرژی مصرف می شود. به نظر شما واحد این کمیت چیست؟  زمان/انرژی =آهنگ مصرف انرژی. پس واحد آن می تواندkj/ min یا j/s باشد.

مقدار انرژی ای که انسان در طول روز مصرف می کند، به چه عواملی بستگی دارد؟

به میزان و نوع فعالیتی که انجام می دهد، هم چنین به سن، جنسیت، شیوه ی زندگی، شغل و ...

جالب است بدانید که مردان نسبت به زنان به طور متوسط به انرژی بیش تری نیاز دارند.

به شکل 1-13 کتاب کار توجه کنید.

حال شما با توجه به جدول 1-2 کتاب درسی، به مریم کمک کنید تا جدولی از فعالیت های روزانه ی خود تهیه کند و مقدار انرژی را که در طول روز مصرف می کند، به دست آورد.

حال برنامه ای به او پیشنهاد کنید تا بتواند مصرف روزانه ی انرژی خود را بالا ببرد.

• او روزانه با خوردن غذا چه اندازه انرژی به دست می آورد؟
• چه میزان از این انرژی را مصرف می کند؟
• علت تفاوت زیاد این دو عدد چیست؟ مابقی انرژی دریافتی او چه می شود؟

در واقع اضافه ی این انرژی صرف فعالیت های حیاتی، ترمیم بافت های بدن، و ساخت سلول های جدید می شود. هم چنین مقداری از این انرژی به صورت بافت چربی در بدن ذخیره می شود. و بخش دیگری از آن صرف گرم کردن محیط اطراف می شود.

شما همواره در حال گرم کردن محیط اطراف خود هستید. در واقع بدن شما هم مانند هر ماشین تبدیل انرژی دیگری، تنها بخشی از انرژی ورودی را صرف انجام کار مفید می کند و بقیه ی آن را به صورت های مختلف -عمدتاً گرما- تلف می کند. نسبت انرژی خروجی مفید بدن به انرژی ورودی آن را "بازده" یا "کارایی" بدن می گویند. کارایی بدن انسان معمولاً کم تر از 25% است. یعنی حداکثر 25% از انرژیی که در اثر سوخت و ساز در بدن آزاد می شود، صرف کار مفید می شود.

 تمرین های زیر هم می توانند شما را در درک بهتر مفاهیمی که تا کنون فرا گرفته اید ، یاری کنند.

• یک بسته معمولی چیپس چند گرم وزن دارد؟ با خوردن این بسته، چه مقدار انرژی در بدن شما آزاد می شود؟ (از جدول ارزش غذایی که در پشت پاکت چیپس آمده است، استفاده کنید.) این انرژی معادل انرژی موجود در چند گرم سیب زمینی پخته می باشد؟
• یک نوجوان به طور متوسط 8 ساعت در شبانه روز می خوابد. او در طول مدت خواب (در یک شبانه روز)، چه مقدار انرژی مصرف می کند؟
• اگر کارایی بدن یک شخص 20% باشد، با خوردن یک لیوان شیر (250 گرم) و یک بسته شکلات 50 گرمی، چند دقیقه می تواند به آرامی راه برود؟

نویسنده: گلنوش بیژنی و نازنین حسن نیا

قسمت دوم