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| 摘要： |
| 學生透過燃燒花生計算出被釋放出的熱能有多
少，研究食物所儲存的能量有多少。 |
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| 年級程度： |
| 五年級~八年級 |
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| 領域： |
| 健康、數學、科學（生命科學、生物） |
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| 場地： |
| 教室 |
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| 時間： |
準備時間：50分鐘
活動時間：兩節50分鐘的課程 |
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| 關鍵字彙： |
| 卡路里、大卡、碳水化 合物、葡萄糖、蛋白 質、呼吸作用、分子、
三磷酸腺甘（ A T P ） 、化學鍵、動能、勢能、太陽能、熱量計 |
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| 主要概念領域： |
•能量的定義
•維生系統中的能量流 |
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| 準備工作： |
| 考慮請學生事先幫忙準備燃燒花生的器材。 |
| 注意：活動過程需要生火。 |
| 注意：有些學生可能會對花生過敏。這種情況下，可以用乾麵包、脫水水果或餅乾來代替花生。 |
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| 學習目標 |
學生能夠
• 解釋食物含有能量
• 描述如何測量食物中的能量
• 發現良好的飲食習慣與能量消耗之間的聯繫
基本原理：
了解食物含有能量可幫助學生體認對食物能量的依賴。學習計算食物所含的熱量則能夠促使學生認知到能量是可測量的，同時可以說明「能量可以從某一形式轉化為另一形式」。 |
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| 背景說明 |
你知道嗎？一個起司蛋糕所含的化學能量（或儲存的勢能），可以讓一輛大型車的時速從零加速到每小時112公里（見文後熱量一卡車的甜甜圈）。說來十分驚人，體積這麼小的物體，竟然蘊含這麼多的能量。這些能量到底從哪裡來，又是儲存在蛋糕中的什麼地方呢？我們的食物所含的能量，最初來自太陽。透過光合作用，植物利用太陽能將原子重組，於是，二氧化碳和水變成葡萄糖之類的醣類。光合作用所使用的能量儲存在葡萄糖的化學鍵當中，有機體為了擷取食物中的能量，必須使化學鍵斷裂。我們體內的細胞是利用類似燃燒的過程，來破壞食物中的化學鍵。有點像木頭被燃燒後刻釋放出大量能量，但是，我們的細胞如果真的像木頭那樣燃燒是會致命的。即使只是釋放一個葡萄糖分子的所有能量，過程就好比用銲槍去點燃蠟燭那樣（請記得，一個甜甜圈的能量就相當於一輛高速行駛的汽車具有的動能）。
發生在生物細胞內的燃燒就叫做呼吸作用，這種燃燒的過程是受到控制的。能量 從幾個分子中的化學鍵轉移到三磷酸腺甘（ATP）這種可控制的分子中。不過由於能量轉移並非百分之百，食物分子中所有的能量無法全部都轉移到三磷酸腺甘，有些能量會以熱的形式散失。皮膚表面的熱度，就是來自細胞進行呼吸作用所產生的熱能，這些能量最初是來自太陽。
現在我們已經知道食物中的能量是透過燃燒而釋放，所以我們可以利用相同的原理來測量食物所含有的能量。熱量的度量單位是卡路里（小卡），定義為使一克的水溫度上升攝氏一度所需的熱量。科學家與營養學家用來測量熱量的工具是熱量計。
我們可以在食品包裝的營養標示看出食物所含熱量。不過標示所列的熱量是以大卡（Calorie）為單位，相當於1000卡路里或是千卡。
1大卡（Calorie）= 1,000卡路里（calorie）= 1千卡 |
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| （下列營養標示取材自某品牌全麥蘇打餅乾的包裝） |
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因為食物的化學組成不同，所含的熱量也不同。像醣類和澱粉這類的碳水化合物就是很好的能量來源。至於蛋白質、脂肪等其他類的食物的熱量也很高，因為它們的分子比較大化學鍵數量也比較多。花生含有50%的油脂（脂肪的一種）。蛋白質是生成肌肉和骨骼的營養成分。脂肪則是毛髮和皮膚的重 要成分，也用於區隔臟器。一般來說，每克的脂肪含有九卡的熱量，而每克蛋白質和碳水化合物含有四卡的熱量。
攝取營養的關鍵是你需要多少營養就消耗多少脂肪，因為多餘的能量會以脂肪的形式儲 存在人體內。我們需要適量的脂肪保護神經、內臟，維持生理機能的運作；但是過多的脂肪並不健康。一般成年女性每天大約需要1,200到3,000大卡的熱量，成年男性則需要2,100到3,900大卡。不過，活動量較大的
人需要的熱量更多。一塊72克的起司蛋糕含有碳水化合物和脂肪，含240大卡熱量，是不錯的能量來源。不過對於一天只需要2,000大卡的人而言，兩塊蛋糕提供的營養就已經超過每日攝取碳水化合物與脂肪建議量的10%。因此，如果早上的活動量不大，早餐只要吃全麥麵包配水果就夠了（一片麵包和水果的熱量大概是125大卡）。
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| 教學流程 |
引起動機：
一開始可以問學生兩個問題：一、為什麼人會想吃東西？二、為什麼人需要吃東西？把重點放在「需要」的理由。看他們能不能把需要食物的理由分成兩大類：一、身體需要能量；二、人體的細胞和組織需要養分。食物供給我們活動、細胞的生成與維護、呼吸、思考等等所需的能量。
接下來可以問學生幾個問題：一、他們怎麼決定要吃什麼或不吃什麼？二、有沒有想過他們吃的食物有多少熱量？三、對於一大卡的了解有多少？四、一大卡的定義是什麼。如果他們沒有概念，可以補充說明一卡和一大卡（或千卡）的定義。
進行步驟：
1.強調食物是人類獲得能量的重要來源（類似汽車需要汽油作燃料）。能量儲存在食物分子的化學鍵中。
2.問學生知不知道我們的身體是怎樣從食物獲得能量。學生可能會提到食物會被消化，不過消化只是把食物分解為分子，並沒有釋放能量的作用。請他們比較我們取得能量和釋放木頭中的能量的過程。燃燒可以破壞化學鍵，讓化學能轉變為熱能。
3.告訴學生，我們的身體透過呼吸的過程，將食物中的能量釋放出來。並指出，呼吸作用就類似燃燒木頭、將其中的能量釋放出來，只不過，呼吸作用的燃燒過程比較循序漸進，同時也比較有限制。程度較好的學生可能知道能量在呼吸過程中，會由葡萄糖分子轉變為三磷酸腺甘分子。
4.向學生展示幾則食品包裝上的營養標示。如何從標示的資訊了解食物含有多少能量？請學生找出列在標示上的熱量訊息，並提醒他們卡和大卡的定義。
5.說明熱能的度量單位是卡。如果學生不了解什麼是度量單位，可以舉一些他們比較熟悉的例子，例如：長度的度量單位是公尺和公分，重量的度量單位是公斤或公克。
6.問問學生，如果以燃燒食物的方式來測量釋放出來的熱能，可以精確測量出食物所含的能量嗎？幫他們回顧一下熱力學的第一定律，能量是無法創造也無法消滅的，只能從一種形式轉變為另一種形式。因此，以燃燒食物的方式來測量釋放出的熱能，是測量食物含有多少能量的一種方法。不過由於能量的轉變並非100%有效，所以這種測量方式並非絕對精確。
7.發給學生每人一份「簡易熱量計的製作與操作」學習單與資料與結果紀錄表，先帶讀活動目的和說明，再將全班分成幾個工作小組。每個小組成員必須負責特定工作，包括指示說明（組長），材料蒐集（器材組裝），實驗操作（燃燒花生），實驗紀錄（報告）。
8.各組分別操作燃燒花生的儀器，並根據指示測量出花生所含的熱量，仔細記錄所有的結果並回答資料與結果紀錄表上的問題。問題10、11、12涉及運算，請先參閱計算步驟說明的公式。 |
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| 結語： |
根據學生的發現進行討論。以下是針對紀錄表上的問題可作的回應：
•花生會燃燒就是花生含有能量的證據。
•花生在燃燒時產生的熱能多數都散失到空氣中。水也會將熱能釋放到空氣中。
•關於燃燒過程與呼吸作用的比較，請參考背景說明。
請學生討論：為什麼要知道食物含有多少能量？請學生就食物的能量與健康飲食習慣的關係進行討論（見評量）。 |
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| 評量 |
形成性：
•學生能否解釋為什麼我們需要食物才能存活？
•小組能否正確地組裝儀器，並且精確地測量出水量與水溫？
•「簡易熱量計的製作與操作」學習單的計算結果是否正確？
•學生能否詳細地回答問題？
總結性：
•請學生根據食品營養標示估算自己每天（每週）攝取的熱量。然後根據體能活動熱量消耗表，計算每天消耗的熱量有多少。兩者相較的結果如何？他們對自己的飲食和運動有什麼結論？
註：在改變飲食習慣前，必須優先考慮他們吃的食物類型和吃的時機。跟營養師討論他們的發現，也是不錯的點子。
•學生在呈現食物能量與飲食習慣的關係時，可以參考以下幾種方法：
﹣以良好飲食習慣為主題，撰寫一份有力的報告，重點放在熱量攝取過多或過少的問題上。
﹣以攝取適當熱量為主題，製作一齣話劇或編寫一首歌曲，表演給學弟妹觀賞。
•為測試學生對本活動主要觀念的理解，請學生以降低熱能流失為目標，重新設計一組燃燒花生的儀器。 |
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| 計算步驟說明 |
活動學習單步驟10（計算水所獲得的卡路里）：
公式：水的質量（克）× 1c/g℃ × 水溫變化（℃）= 卡路里（卡）
•100毫升的水，經測量可知水的質量是100克（1毫升的水，質量為1克）。
•1c/g℃（或1卡路里／克℃）表示水的熱容量。也就是說，一卡路里的熱量可以讓一克的水溫度提高攝氏一度。
•第六欄的數字就是水溫變化（如果只操作一次的話，水溫變化是第一列；第三列是前 兩次的平均值）。
（100克）×（1卡路里／克℃）×（第四欄）℃ = ____（卡路里）
「克」和「卡路里／ 克℃」會相互抵消，最後留下的單位是卡路里。假設水溫是15℃：
100克×（1卡路里／克℃）× 15℃= 1,500卡路里
活動學習單步驟11（將卡路里換算為大卡）：
公式：水獲得的熱量（卡路里）× 1大卡／1,000卡路里= ____大卡
（步驟10的答案）卡路里× 1大卡／1,000卡路里= ____大卡
假設水獲得150卡路里的熱量：
150卡路里× 1大卡／1,000卡路里= 0.15大卡
活動學習單步驟12（計算大卡／每克）：
學生秤得花生質量（第三欄）後，只要用步驟11算出的大卡數除以質量，就能算出每克的花生含有多少熱量。
公式：水獲得的熱量（大卡）／花生的質量= 大卡／克
步驟11的答案（大卡）／____克= ____大卡／克
假設花生的質量是0.2克：
0.15（大卡）／0.2克= 0.75大卡／每克 |
