درس در یک نگاه
چیزها و مکانهای گرم و سرد را همه دانش آموزان در زندگی روزمره خود تجربه کردهاند. استفاده از گرما به استفاده از منابع انرژی مربوط میشود حفاظت از منابع انرژی و استفاده بهینه از آن مسأله بسیار با اهمیتی است. دانشآموزان در فعالیتهای این درس (آزمایش، مشاهده، جمع آوری اطلاعات به شیوههای مختلف از جمله پرسش از افراد مطلع، گفتوگوی جمعی و …) با مفاهیم گرم و سرم و کاربردهای آن درگیر میشوند و با این فعالیتها علاقه و تواناییهای خود را در شناخت عوامل مؤثر و منابع تولید کننده گرما و استفاده بهینه از آنها بالا میبرند.
اهداف/ پیامدها
در پایان این درس انتظار میرود دانشآموزان بتوانند:
سطح 1- در موقعیتهای متفاوت عوامل و منابع گرم کنندهای را که با آن آشنا هستند فهرست کنند و در قالب یک یا چند فعالیت تأثیر این عوامل را بر کاهش یا افزایش گرمای محیط (دمای محیط) نشان دهند.
سطح 2- با همکاری یکدیگر یا با راهنمایی دیگران مجموعه منابع و عوامل گرم کننده را در محیطهای نا آشنا فهرست کنند و در قالب یک یا چند فعالیت تأثیر این عوامل را بر مقدار گرمای محیط نشان دهند.
سطح 3- با همکاری یکدیگر مجموعهای از عوامل و منابع گرما را به گونهای که این عوامل در کنار هم استفاده بهینه از همه گرما را امکانپذیر سازد، شناسایی و طراحی کنند.
مواد و وسایل لازم
آدمک یخی (بطری پر از آب یخ زده)، نایلون، مقوا، پارچه هر یک از چند رنگ مختلف در اندازه و جنس یکسان، شمع و کبریت و جا شمعی، یک اتوی برقی، 2 عدد لامپ کم مصرف، 2 لامپ معمولی (این وسایل حداقل به تعداد گروهها)
کجا گرمتر است؟
یک بطری پلاستیکی پر از آب را به شکل آدمک نقّاشی کنید. آن را در جایخی یخچال بگذارید تا به طور کامل یخ بزند. وقتی آب به اندازهی کافی سرد شود، یخ میزند.

آدم برفی و آدمک یخی در کدام محل دیرتر آب میشوند؟
آدم برفی و آدمک یخی در سایه زودتر آب میشوند یا آفتاب؟
شما دوست دارید در کدام محیط از دو تصویر بالا زندگی کنید؛ چرا؟
اجازه دهید بچهها بطری یخ را آن طور که دوست دارند، تزیین کنند.
کدام پوشاک مناسب است؟
علی و زهرا میخواهند در روز برفی، آدم برفی درست کنند. کدام پوشاک (لباس، کفش و …) در این هوای سرد مناسبتر است؟

کدام شتر در جای سردتری زندگی میکند؟

شگفتیهای آفرینش میتواند زمینهساز فکر کردن و خداجویی بشر باشد.
ایران منطقههای گرم و سرد دارد!
عکسهای سه منطقهی متفاوت ایران را در زمستان مشاهده میکنید.
آدم برفی و آدمک یخی به کدام منطقه سفر کنند تا آب نشوند؟
هر گروه، آدمک یخی خود را در جای متفاوتی در مدرسه میگذارد. پیش بینی کنید یخ کجا زودتر آب میشود؟

اجازه دهید دانشآموزان، بیرون از کلاس درس در مکانهای متفاوت مدرسه آزمایش کنند.
کدام رنگ مناسب است؟
آزمایش کنید.
در آفتاب، مقوّای تیره زودتر گرم میشود یا مقوّای روشن؟

اگر بخواهید برای آدمک یخی خود لباس تهیه کنید، چه رنگی را انتخاب میکنید؟ چرا؟

نکتهی تاریخی:
در گذشته، یخها را در زمستان زیر زمین انبار میکردند تا در تابستان از آن استفاده کنند. به این محلها، «یخچال» میگفتند.

شرح کاربرد سادهی اصول علمی در زندگی گذشتگان، کودکان را به فرهنگ و تمدن پیشینیان علاقهمند میسازد.
همهی چیزها به یک اندازه گرم نیستند!
آدمک یخی و آدم برفی چه خوردنیها و نوشیدنیهایی را دوست ندارند؟

چه خوراکیهایی را گرم یا سرد میخورید؟
در یک روز سرد زمستانی کدام خوردنی و نوشیدنی مناسبتر است؟
با کمک یک بزرگتر شمعی را روشن کنید. گرمای قسمتهای مختلف شمع و نور آن را مشاهده کنید.
مراقب باشید؛ چون یک شعلهی کوچک میتواند باعث آتش سوزی بزرگی شود.

از گرمای اتو چه استفادهای میشود؟

به کمک عکس یا فیلم یا نمونههای موجود، دانش آموزان میتوانند پیشرفت فناوری را احساس کنند.
چگونه میتوانیم محیط خود را گرم کنیم؟
در گذشته، مردم در بیشتر جاهای ایران از کرسی برای گرم شدن استفاده میکردند.

امروزه برای گرم کردن مکانها از وسیلههای گوناگون استفاده میشود.

شما برای گرم کردن کلاس و خانهی خود از چه وسیلهای استفاده میکنید؟
با دانش آموزان دربارهی مقایسهی وسیلههای گرم کنندهی گوناگون و استفادهی مناسب از هر کدام گفتوگو کنید.
از گرما نگهداری کنیم.
دربارهی این دو تصویر با یکدیگر گفتوگو کنید.
از چه راههایی میتوانیم از به هدر رفتن گرما در کلاس جلوگیری کنیم؟ در خانه چه طور؟
هشدار: در محیطهای در بسته از بخاری گازی و نفتی بدون دودکش مناسب استفاده نکنید. این کار بسیار خطرناک است.
اجازه دهید دانش آموزان، پیشنهادهای خود را دربارهی استفادهی درست از گرما اجرا کنند.
از گرما چه استفادههایی میکنیم؟
در منزل شما از گرما چه استفادههای دیگری میشود؟
برای انجام دادن بسیاری از کارها به گرما نیاز داریم.
اگر آدم برفی یا آدمک یخی، یکی از این کارها را انجام دهد، چه میشود؟

بعضی از والدین میتوانند در کلاس حضور یابند و دربارهی استفاده از گرما در شغل خود توضیح دهند.
در کدام شکل به همراه گرما نور هم تولید میشود؟
دانستنیهای معلم
گرما
هنگامی که یک جسم گرم را در کنار یک جسم سرد قرار میدهیم، مثلاً وقتی یک قطعه آهن داغ را داخل ظرف آب سرد فرو میبریم مقداری انرژی گرمایی از جسم داغ (آهن) به جسم سرد (آب) منتقل میشود. در واقع گرما مقدار انرژی منتقل شده از جسم گرم به جسم سرد است. این انتقال گرما تا زمانی که دمای دو جسم یکسان شود ادامه پیدا میکند.
دما
دما و گرما دو واژه متفاوت با مفاهیمی هر چند مرتبط با هم اما جدای از هم هستند، دمای یک جسم در واقع نشان دهنده سرعت حرکت ذرات تشکیل دهندهی آن است بنابراین افزایش دمای یک جسم به معنای افزایش انرژی جنبشی ذرات آن جسم است. گرما همان طور که توضیح داده شده انرژی منتقل شده از جسم گرم به جسم سرد است.
یکی از واحدهای اندازه گیری انرژی که در مورد انرژی مواد غذایی نیز کاربرد دارد کالری (cal) است. 30 گرم سیب زمینی سرخ شده (10 قطعه متوسط چیپس) 115 کالری انرژی دارد.
یکی از واحدهای اندازه گیری دما سانتیگراد یا سیلسیوس است که با علامت ($^\circ C$) نشان داده میشود. واحد بین المللی دما درجه کلوین است. صفر سانتیگراد برابر 273 درجه کلوین است.
استفاده از گرما
از گرما در صنایع مختلف (استخراج و ذوب فلزات، ریخته گری و…)، نیروگاه های حرارتی برای تولید برق کارگاههای صنعتی، گرمایش مکانها، پخش خوراکیها استفاده میشود هر وقت سوختی بدون اکسیژن کافی بسوزد گاز سمی و مرگ آفرین کربن مونواکسید (CO) به وجود میآید که به گاز زغال معروف است، در گذشته برای کرسیها که گرمای آنها از سوختن زغال به دست آمد استفاده میشد. امروزه نیز مسدود شدن مسیر دودکش بخاریهای و یا بسته بودن فضا باعث میشود که اکسیژن کافی وجود نداشته باشد. این گاز خطرناک باعث مرگ افراد میشود.
نور و گرما
نور و گرما هر دو صورتی از انرژی جنبشی هستند و میتوانند به آسانی به یک دیگر تبدیل شوند تمامی اجسام گرم از خود نور تابش میکنند هر چه جسمی گرمتر باشد از خود نور بیشتری تابش میکند. البته گاهی نوری که از اجسام گرم تابش میشود برای چشم ما غیرقابل دیدن است (مرئی نمیباشد) (به طور مثال از نوع پرتوهای فروسرخ (اشعه مادون قرمز) است که این پرتوها وقتی به جسمی بتابند گرمای بیشتری تولید میکنند وقتی دستمان را به فاصله کمی نزدیک اتوی داغ میگیریم گرمای حاصل از پرتوهای فروسرخ را حس میکنیم انرژی نور نیز به انرژی گرمایی تبدیل میشود یعنی درجه حرارت جسم بالا میرود به همین علت است که ما در مقابل
آفتاب احساس گرما میکنیم.
پوشش و گرما
پوشش بدن جانوران راهی است که در خلقت برای گرم نگه داشتن آنها پیش بینی شده است، حیوانات خونسرد در فصل سرما گاه کاملاً غیرفعال هستند پرها و به خصوص کرکهای بدن پرندگان و پشم بدن پستانداران عایق خوبی برای گرما است و مانع از هدر رفتن گرمای بدن آنها میشود در حیوانات قطبی (روباه و خرس) چربی زیر پوست آنها مانند عایقی عمل میکند که مانع از دست رفتن گرما میشود.
در فصل سرد پرندگان پرهای خود را پوش میکنند به این ترتیب هوا در لابهلای پرهای آنها میماند و مانع از انتقال راحت گرما میشود.
انسانها با پوشاک مناسب خود را گرم نگه میدارند.
صرفه جویی در گرما
1- عایق کاری: کف، سقف و دیوارها لولههای انتقال آب گرم …
2- پوشاندن شکاف در و پنجرهها
3- استفاده از پنجره دوجداره
4- استفاده از پرده مناسب
5- استفاده از برچسبهای شفاف مخصوص و یا نایلون بر روی شیشهها
6- تنظیم شعله بخاری (به خوبی بسوزد)
7- استفاده از پوشاک مناسب (جنس و رنگ)
8- لوله دودکش بلند (لوله کوتاه دودکش همه گرما را به بیرون هدایت میکند)
9- استفاده از وسایل گرم کننده پربازده
10- بستن دریچه کولر
شگفتیهای آفرینش
خالق آدمیان، اندیشه و تفکر را به آنها هدیه کرد تا به کمک آن پوشاک مناسب برای گرما و سرما را برای خود تدارک ببینند و در مورد جانوران پوشش مناسب و یا دیگر شرایط زندگی را برای مطابقت آنها با محیط زندگی خود فراهم آورده است. پرسش در مورد این شگفتیهای آفرینش فرصتی است برای تفکر و استدلال و در عین حال توجه به خدایی که بهترین آفرینندگان است.
نکات آموزشی
1- ساخت آدمک یخی را در اولین جلسه این درس به دانش آموزان پیشنهاد دهید، خوب است. برای زنگ علوم بعدی همه بچهها با یک آدمک یخی همراه باشند. اگر بطریهای یکسان (هم اندازه) در اختیار دانش آموزان باشد بهتر است. تزئیین بطری تا به شکل آدمک درآید لازم نیست یکسان باشد به سلایق مختلف دانش آموزان توجه کنید.
- یک بطری کوچک پر از آب معمولاً پس از یک شبانه روز یخ میزند.
2- در آزمایش، آدمک یخی برای تعیین گرمترین مکان مدرسه فراگیران را دعوت کنید تا مکانهای متفاوتی را برای آزمایش انتخاب کنند تا امکان مقایسه مناسبتی به دست آید. همچنین برای تنوع بخشیدن و لذت یادگیری بیشتر بهتر است اجازه دهید بچهها از کلاس خارج شوند.
- زمان مساوی در هر آزمایش یکی از شرایط یکسان مورد نظر برای هر آزمایش است برای آزمایش (ارتباط رنگ و گرما حدود 20 دقیقه کافی است و برای مکانهای گرم حدود 30 دقیقه
- در آزمایش گرمترین مکان اگر آدمک یخی وجود ندارد برای هر گروه به تعداد مساوی یخ تدارک ببیند. در این آزمایش مقدار یخ ذوب شده نشان دهنده مقدار گرما است. اجازه دهید فراگیران برای مقایسه ابزار و روشی را پیشنهاد کنند مثلاً مقدار آب حاصل از نتایج در هر مکان را در لیوانهای هم اندازه بریزند و مقایسه کنند.
3- در آزمایش با شمع رعایت نکته ایمنی بسیار مهم است، ریختن اشک شمع در کف کلاس باعث لیز شدن سطح زمین میشود.
- برای کنترل بهتر شرایط امن انجام این فعالیت و تنوع محیط آموزشی انجام فعالیت شمع را در حیاط (به ویژه کنار باغچه و …) تدارک ببینید. جاشمعی و یا یک تکه جسم فلزی یا مقوای کلفت برای قرار گرفتن شمع روی آن لازم است به این ترتیب پارافین ذوب شده (اشک شمع) روی دست بچهها یا زمین نمیچکد.
4- در مقایسه اتوی زغالی و اتوی برقی علاوه بر پیشرفت فن آوری به منابع مختلف تولید گرما (سوختهای فسیلی، الکتریسته و …) میتوان توجه داشت.
فعالیتهای پیشنهادی
1- برای فعالیت آغازین از دانشآموزان بخواهید عکس یا نقاشی و … از مکانها و چیزهای سرد و گرم همراه بیاورند و درس با طبقه بندی آنها آغاز شود.
2- برای انتخاب گرمترین مکان؛ فراگیران را به حیاط ببرید از افراد هر گروه (2 نفره) بخواهید یک نفر گرمترین و دیگری سردترین جای حیاط را انتخاب کنند. لازم است برای انتخاب خود دلیل داشته باشند. سپس دلایل یکدیگر را بشنوند.
3- در فعالیت مربوط به گرما و پوشش (پوشاک گرم و سرد) از فراگیران بخواهید یک پوشاک گرم یا سرد همراه بیاورند و استفاده مناسب از آن و تأثیر آن بر گرم نگه داشتن بدن را بیان کنند.
4- در ارتباط با مناطق آبوهوایی، به دانش آموزانی که از دیگر مناطق آبوهوایی در کلاس شما وجود دارند توجه کنید اجازه دهید آنها در ارتباط با گیاهان، جانوران، خوردنیها، پوشاک مردمان، شغل نوع مسکن، چگونگی گرم یا سرد کردن منازل در منطقه مورد نظرشان مطالبی را در کلاس ارائه دهند.
- از دانش آموزان بخواهید با کمک بزرگترها با گوش کردن به اخبار هواشناسی در طی یک هفته نام سردترین و گرمترین شهر ایران را نوشته به کلاس بیاورند.
5- در آزمایش رابطه رنگ و گرما علاوه بر صفحههای مقوایی رنگی فرصت آزمایش صفحههای رنگی با جنسهای مختلف (پارچه، نایلون، شیشه و …) و مقایسه آنها را فراهم آورید.
6- در مقایسهی یخچالهای سیرجان و میبد با یخچالهای امروزی فراگیران را به محل یخچال مدرسه ببرید تا توضیحات خود را به طور زنده بیان کنند.
7- در فعالیت ارتباط گرما و نور دو لامپ صد وات معمولی (یکی خاموش، یکی روشن)، اتوی برقی، دولامپ کم مصرف صد وات (یکی روشن و یکی خاموش)، دو شمع (یکی خاموش، یکی روشن) را روی میزهای مناسب قرار دهید با نظارت کامل اجازه دهید فراگیران در مورد گرمای هر یک نظر دهند گرمای اتو، لامپ و شمع را با نگه داشتن دست خود نزدیک آنها حس کنند.
- به روشی برای بیان مقدار گرما توجه کنید: دستمان را در فاصلهی یکسان از هر کدام چه مدت میتوانیم نگه داریم؟ و یا …
8- در ارتباط با وسایل گرم کننده این سؤالها، از افراد خانواده بپرسند و به کلاس گزارش دهند:
- نکات ایمنی در استفاده از هر وسیله کدام است؟
- در قدیم مردم چگونه خانههای خود را گرم میکردند؟
9- در ارتباط با جلوگیری از هدر رفتن گرما … به پیشنهادهای فراگیران در ارتباط با کلاس و مدرسه توجه کنید و حتی الامکان فرصت انجام آنها را فراهم کنید.
10- در ارتباط با استفاده از گرما در مشاغل فرصت بازدید دانش آموزان از نانوایی یا شیرینی پزی و یا دیگر مشاغل مرتبط در نزدیکی مدرسه را از دست ندهید.
- اگر افراد خانواده دانش آموزان مشاغلی (غیر از آن چه در کتاب گفته شده) در ارتباط با گرما دارند گزارشی تهیه کرده و به کلاس بیاورند.
روش و ابزار ارزشیابی
تهیه چک لیست مشاهده و ثبت نکات مهم در ارتباط با هر یک از:
1- پایه مهارت مشاهده (مشاهدات کمی و کیفی و بیان جزئیات و تغییرات در فعالیتهای آزمایشی، توجه به وسایل گرم کننده، مشاغل و …)
2- مهارت برقراری ارتباط (توصیف و توضیح ایدهها و نظرات در ارتباط با مناطق آب و هوایی پرسشهای مربوط به پوشش جانوران - یخچال و… علاقهمندی و کنجکاوی (پرسش در کلاس درس، پرسش از افراد مطلع، انجام فعالیتهای خارج از کلاس)
3- همکاری و مسئولیتپذیری گروهی است.
جدول ارزشیابی ملاکها و سطوح عملکرد
| ملاکها |
سطح 1 |
سطح 2 |
سطح 3 |
| عوامل و منابع گرما |
فقط میتوان عوامل و منابعی را که قبلاً از آنها نام برده شده (یا با آنها برخورد داشته است) فهرست کنند. |
تنها تعدادی از عوامل و منابع گرم کننده موقعیت (محیط) خود را فهرست میکنند. |
دانشآموز عوامل و منابع گرم کننده موقعیت (محیط) خود را به طور کامل فهرست میکنند. |
| تأثیر عوامل بر گرما |
فعالیت طراحی شده نشان دهنده توجه به منابع و عوامل آشکار تأثیر گذار بر گرمای محیط است. |
با همکاری اعضای گروه میتواند تأثیر منابع و عوامل بر گرمای محیط را در طراحی فعالیت مورد نظر نشان دهند. |
فعالیت طراحی شده نشان دهنده شناخت دانش آموز از تأثیر تمامی منابع و عوامل یا منبع فهرست شده بر کاهش یا افزایش گرمای محیط است. |