ลมเจ้าปัญหา : ถอดบทเรียนจากงานคาราวานวิทยาศาสตร์

      จากการจัดกิจกรรมคาราวานวิทยาศาสตร์นั้น คณะผู้เขียนได้นำกิจกรรม “ลมเจ้าปัญหา”  ไปใช้ในการจัดกิจกรรม ซึ่งเป็นการเรียนรู้วิทยาศาสตร์์ ผ่านขั้นตอนการประดิษฐ์และสังเกตกลไกการทำงานของของเล่นนั้น  โดยกิจกรรมนี้มีเป้าหมาย เพื่อให้นักเรียนในชั้นประถมศึกษา เข้าใจการเชื่อมโยงและประยุกต์ใช้ความรู้ทางด้านวิทยาศาสตร์กับสิ่งแวดล้อมรอบตัว โดยกิจกรรมนี้จะสอดแทรกความรู้เรื่องวาฬ การหายใจของวาฬ ที่เราสังเกตได้ว่าจะมีไอน้ำในอากาศเกิดขึ้น เมื่อวาฬโผล่ขึ้นมาหายใจบนผิวน้ำ  ซึ่งเกิดจากความแตกต่างของอุณหภูมิในบรรยากาศ และเรื่องความเร็วลมที่ทำให้ลูกบอลลอยตัวขึ้นเกิดจากความแตกต่างระหว่างความดัน โดยกิจกรรมนี้ทำให้นักเรียนเกิดความคิดสร้างสรรค์ เกิดทักษะการใช้วัสดุอุปกรณ์จากการสร้างของเล่น  และเกิดความสนุกสนาน ซึ่งนำไปสู่การรักในการเรียนวิทยาศาสตร์นั่นเอง

ชักชวนและกระตุ้นความสนใจ

      ก่อนจะเข้าสู่ขั้นตอนการทำกิจกรรมนั้น ผู้สอนจะนำผู้เรียนเข้าสู่กิจกรรมโดยการเปิดวิดีโอ ที่มีเนื้อหาเกี่ยวกับ วาฬที่โผล่ขึ้นมาหายใจบนผิวน้ำ ซึ่งสามารถหาได้ตามเว็บไซต์ทั่วไป ดังตัวอย่างของแหล่งวิดีโอต่อไปนี้

[embedyt] https://www.youtube.com/watch?v=jHu4d-NV8Hk[/embedyt]

และตั้งคำถามเป็นการเกริ่นนำเพื่อกระตุ้นความสนใจของนักเรียน และให้นักเรียนเล็งเห็นว่าทำไมวาฬจะต้องขึ้นมาหายใจ วาฬมีลักษณะเหมือนมนุษย์อย่างไร และสุดท้ายจะให้นักเรียนสังเกตว่าเมื่อวาฬขึ้นมาหายใจแล้ว เราสังเกตเห็นละอองน้ำที่เกิดขึ้น แล้วละอองน้ำนั้นเกิดขึ้นได้อย่างไร ซึ่งเป็นการนำหลักการที่วิทยาศาสตร์มาอธิบายปรากฎการณ์ที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ

รู้หรือไม่ วาฬเคยเป็นสัตว์บกนะ

    เมื่อประมาณ 65 ล้านปีก่อน บรรพบุรุษของวาฬเป็นสัตว์กินเนื้อ อาศัยอยู่บนบก มี 4 ขา มีชื่อว่า “มีโซนิก” จากนั้นก็วิวัฒนาการเป็นสัตว์ครึ่งบกครึ่งน้ำภายในเวลา 10 ล้านปี จากนั้นขาหลังก็ค่อยๆหดและเล็กลง จนต่อมาเมื่อประมาณ 24-26 ล้านปีก่อน กระดูกและข้อต่อก็หดเล็กลงจนไม่มีโผล่ออกมาให้เห็น แต่ในปัจจุบันกระดูกส่วนของขาหลังก็ยังคงมีอยู่ แต่เป็นอวัยวะภายในที่มีขนาดเล็ก และทำหน้าที่เพียงเป็นที่ยึดติดของอวัยวะสืบพันธุ์เท่านั้น กลายเป็นวาฬที่เราเห็นในปัจจุบัน

การเดินทางของวาฬ

      วาฬเป็นสัตว์ประเภทเลี้ยงลูกด้วยน้ำนมที่มีขนาดใหญ่  แม้จะไม่มีขนปกคลุมลำตัวเหมือนสัตว์เลี้ยงลูกด้วยน้ำนมชนิดอื่น ๆ แต่วาฬรักษาความอบอุ่นในร่างกายด้วยไขมันในชั้นใต้ผิวหนัง วาฬอาศัยอยู่ในมหาสมุทรอันกว้างใหญ่  มีหลากหลายสายพันธุ์ แต่ละสายพันธ์ุมีรูปร่าง ลักษณะ และถิ่นที่อยู่อาศัยแตกต่างกันไป แต่ทุกสายพันธ์ุของวาฬต้องขึ้นมาหายใจบนผิวน้ำทุก ๆ 20 นาที เพื่อปล่อยลมหายใจออก ซึ่งขณะที่ปล่อยลมหายใจออกนั้นจะมีไอน้ำและละอองน้ำเหมือนน้ำพุพ่นออกมาจากอวัยวะพิเศษที่อยู่ตรงส่วนหัวเป็นรูกลม ๆ ด้วยเหตุนี้นี่เอง วาฬจึงถูกสังเกตและพบได้ง่ายจากนักล่า

 

คำถามชวนรู้

• จมูกของวาฬอยู่ตรงไหน     
• ไอน้ำที่พ่นออกจากหลังวาฬคืออะไร และเพราะอะไรจึงเกิดขึ้น

 

วาฬเหมือนหรือต่างกับเรานะ

      วาฬและมนุษย์จัดว่าเป็นสัตว์ประเภทเลี้ยงลูกด้วยน้ำนมเช่นเดียวกัน  จึงมีความคล้ายคลึงกันทางด้านระบบต่าง ๆ ภายในร่างกาย  เช่น มีปอดเป็นอวัยวะในการแลกเปลี่ยนออกซิเจน และวาฬออกลูกเป็นตัว ครั้งละ 1 ตัว ลูกของวาฬจะกินนมจากเต้านมของแม่เหมือนสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมทั่วไป เต้านมของวาฬมี 1 คู่ อยู่ในร่องท้องของวาฬตัวเมีย ขณะที่กินนมลูกวาฬจะว่ายน้ำเคียงข้างไปพร้อมกับแม่ และที่สำคัญวาฬก็มีหัวใจ 4 ห้องหัวใจเหมือนกับมนุษย์

 

ลมหายใจของวาฬ

       ปรากฏการณ์การพ่นไอน้ำของวาฬเกิดขึ้นเนื่องจากการหายใจของวาฬนั่นเอง  ความแตกต่างระหว่างอุณหภูมิของลมหายใจออกของวาฬกับอุณหภูมิของอากาศบนผิวน้ำที่มีอุณหภูมิิต่ำกว่า ทำให้เกิดการควบแน่นของไอน้ำเกิดขึ้น  ซึ่งก็เหมือนกับมนุษย์เรา เคยสังเกตมั้ยว่าเมื่อเราอยู่บนที่สูง เช่น ยอดเขา ซึ่งอุณหภูมิของอากาศต่ำกว่าอุณหภูมิในร่างกายเรา เวลาเราหายใจออกจะเห็นควันขาว ๆ ลอยออกมาจากจมูกหรือปากของเรา ควันที่เกิดขึ้นนั้นเกิดจากการปะทะกันระหว่างความร้อนจากลมหายใจกับอุณหภูมิที่อยู่ภายนอกนั่นเอง มาลองสังเกตกันเถอะ ว่าเกิดไอน้ำจริงมั้ย

การทดลองย่อย ให้นักเรียนหายใจเข้าสู่ถุงพลาสติกแล้วปิดปากถุงแล้วสังเกตการเปลี่ยนแปลง

รูปที่ 1 วาฬพ่นน้ำ และไอน้ำที่เกิดจากการเป่าถุงพลาสติก
ที่มา : ประชาชาติธุรกิจ ออนไลน์ (http://www.prachachat.net/news_detail.php?newsid=1262667558#)

มาทำของเล่นกันเถอะ

   การนำเข้าสู่การประดิษฐ์ของเล่นในกิจกรรมลมเจ้าปัญหา โดยพูดคุยกับนักเรียนในเรื่อง การหายใจของเรา และของวาฬ ก่อให้เกิดลมได้อย่างไร และลมที่เกิดขึ้นจากการเป่าของเรานั้นสามารถทำอะไรได้บ้าง และให้นักเรียนดูวิดีโอการประดิษฐ์ของเล่น  

วัสดุอุปกรณ์

1. กระดาษ A4 150 แกรม ที่มีรูปวาฬ (ตามรูปที่ 2)
2. สีเทียน
3. กาวสองหน้า
4. กรรไกร
5. หลอดดูดน้ำแบบงอ (ตัดปลายหลอดด้านสั้นให้เป็น 7-8 แฉก)
6. ลูกโฟมขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 2 เซนติเมตร

รูปที่ 2 วัสดุอุปกรณ์

    คุณครูสามารถสอดแทรกเรื่องการแก้ปัญหาในขั้นตอนการสร้างของเล่นได้ เช่น ข้อจำกัดของวัสดุอุปกรณ์ สามารถใช้วัสดุอื่นทดแทนในการประดิษฐ์ของเล่น เช่น การใช้เทปกาวสองหน้าแทนการใช้กาวน้ำ

 

ขั้นตอนการประดิษฐ์

1. ระบายสีวาฬตามจินตนาการของนักเรียน และตัดกระดาษตามรอยรูปวาฬ (รูปที่ 3)

รูปที่ 3 ระบายสีและตัดกระดาษตามรอย

2. พับกระดาษตามรอยปะ บริเวณส่วนฐานของวาฬ
3. ติดหลอดงอด้วยเทปกาวสองหน้าด้านในตัววาฬ โดยให้ส่วนปลายหลอดงอโผล่อยู่ด้านบนหลังวาฬและอีกส่วนหนึ่งของหลอดให้อยู่ทางด้านหางของวาฬ ประกบทั้งสองด้านเข้าหากัน จากนั้นทำการติดฐานวาฬ เพื่อให้วาฬเป็นรูป 3 มิติ (รูปที่ 4)

รูปที่ 4 ติดหลอดงอด้านในของวาฬ และประกบทั้งสองด้านเข้าหากัน

4. กดปลายหลอดที่ตัดเป็นแฉกให้บานออก เพื่อเป็นฐานรองรับลูกโฟม
5. ทดลองเป่าลูกโฟม (รูปที่ 5)

รูปที่ 5 ทดลองเป่าลูกโฟม

 

หมายเหตุ ถ้าขั้นตอนการทดลองเป่ายังมีปัญหา ควรมีการปรับแก้ของปลายหลอด คือ กดให้ปลายหลอดบานกว่าเดิมเพื่อรองรับลูกโฟม

        การต่อยอดกิจกรรม สามารถใช้รูปช้างแทนวาฬได้ และกล่าวถึงความรู้ในเรื่องลักษณะของช้างที่ใช้งวงในการดูดและเป่า เพื่อกินหรือพ่นน้ำ ซึ่งสามารถเชื่อมโยงกับหลักการในการดูดและเป่าน้ำออกจากหลอด  (รูปที่ 6)

รูปที่ 6 ช้างและวาฬ

 

มาเล่นกัน

      สังเกตพฤติกรรมนักเรียนในการเปล่าลูกโฟม แล้วตั้งคำถามเพื่อเชื่อมโยงความรู้กับปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้น เช่น ทำอย่างไรลูกโฟมจึงจะลอยนิ่ง ๆ หรือ ถ้าลูกโฟมหาย เราสามารถใช้อะไรมาทดแทนได้ เพราะอะไร

 

วิทย์สนุกรู้

       ร่วมกันอภิปรายกับนักเรียน ถึงหลักการทางวิทยาศาสตร์เรื่องใดที่ทำให้ลูกโฟมลอยได้ เมื่อเราเป่าลมใต้ลูกโฟม จะทำให้ลมไหลไปยังบริเวณด้านล่างและด้านข้างลูกโฟม ส่งผลให้ความดันรอบโฟมน้อยกว่าความดันอากาศที่ห่่างออกไป ตามกฏของเบอร์นูลี ที่ว่าบริเวณใดที่อากาศไหลเร็วจะทำให้ความดันบริเวณนั้นน้อยกว่าบริเวณที่อากาศไหลช้า ทำให้เกิดแรงผลักรอบ ๆ ลูกโฟมให้ลอยขึ้น เนื่องจากลมวิ่งจากบริเวณที่มีความดันมากไปยังบริเวณที่มีความดันน้อยกว่า

 

สนุกสนานในชั้นเรียน

       เพิ่มความสนุกสนานในชั้นเรียนด้วยการแข่งขันเป่าลูกโฟมของตัวแทนนักเรียน  แสดงดังรูปที่ 7 โดยมีกติกาคือเป่าลูกโฟมให้ลอยได้นานที่สุด โดยไม่ตกลงสู่พื้น หรือฐานรอง

รูปที่ 7 แข่งขันกันเป่าลูกโฟม

บทความ โดย นางสาวนุศวดี  พจนานุกิจ  นางสาวตรีสุคนธ์ ตรีบุพชาติสกุล และนายสุนทร พรมมงคล นักวิชาการสาขาเทคโนโลยี