วิทย์ม.ต้น: Cosmos EP. 12 อนาคตเผ่าพันธุ์เรา

วันนี้เด็กๆม.ต้นที่กลุ่มบ้านเรียนปฐมธรรมได้ดูรายการ Cosmos: A Spacetime Odyssey ตอนที่ 12 กันครับ เรื่องเกี่ยวกับ Climate Change ที่โลกเรามีปริมาณคาร์บอนไดออกไซด์ในบรรยากาศเพิ่มมากอย่างรวดเร็วใน 100-200 ปีที่ผ่านมา ทำให้เกิดปรากฏการณ์เรือนกระจก คือก๊าซเรือนกระจกเช่นคาร์บอนไดออกไซด์และมีเธนในบรรยากาศทำการกักรังสีอินฟราเรดที่จะพาความร้อนออกไปจากโลก (ไปปล่อยในอวกาศเย็นๆ) ทำให้อุณหภูมิเฉลี่ยของโลกค่อยๆสูงขึ้น

แผนที่การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิของโลกจากปี 1880 ครับ:

กราฟอีกแบบครับ:

กราฟเหมือนอันข้างบน แต่แสดงเป็น 3 มิติ:

กราฟความเข้มข้นก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในอากาศตั้งแต่ปี 1958 ที่เรียกว่า Keeling Curve ตามชื่อคุณ Charles David Keeling ผู้เริ่มวัดครับ:

จากหน้า https://scripps.ucsd.edu/programs/keelingcurve/co2-graphs/
จากหน้า https://scripps.ucsd.edu/programs/keelingcurve/co2-graphs/

จะเห็นว่าแต่ละปี ความเข้มข้นมีขึ้นมีลงเป็นจังหวะนะครับ เป็นจังหวะตามการผลิใบของพืชบนโลกครับ ตอนไหนใบเยอะคาร์บอนไดออกไซด์ก็ถูกดูดไปใช้เยอะทำให้เหลือในอากาศน้อยลง ตอนไหนผลัดใบคาร์บอนไดออกไซด์ก็เหลือในอากาศเยอะขึ้น

กราฟความเข้มข้นคาร์บอนไดออกไซด์ย้อนกับไปเป็นแสนปีครับ:

จากหน้า https://climate.nasa.gov/climate_resources/24/graphic-the-relentless-rise-of-carbon-dioxide/
จากหน้า https://climate.nasa.gov/climate_resources/24/graphic-the-relentless-rise-of-carbon-dioxide/

เด็กๆเข้าไปรีวิวเรื่อง Climate Change ในคลิปนี้นะครับ มีซับอังกฤษ:

เด็กๆเข้าไปอ่านเรื่องราวของ Augustin Mouchot (มูโชท์) ที่สร้างเครื่องแปลงความร้อนจากแสงอาทิตย์ให้ทำงานกลให้เมื่อปี 1878 ได้ทื่นี่นะครับ

Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=7952045
เครื่องจักรของมูโชท์ เปลี่ยนแสงอาทิตย์เป็นพลังงานกล
Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=7952045

เด็กๆเข้าไปอ่านเรื่องราวของ Frank Shuman ที่ใช้แสงอาทิตย์ทำชลประทานในอียิปต์ได้ที่นี่ครับ

หน้าตาเครื่องจักรของ Frank Shuman
หน้าตาเครื่องจักรของ Frank Shuman
สิทธิบัตรเครื่องจักรของ Frank Shuman
สิทธิบัตรเครื่องจักรของ Frank Shuman

เด็กๆอย่าลืมว่าพลังงานจากดวงอาทิตย์ที่ตกลงมาบนโลกมากกว่าพลังงานที่มนุษยชาติใช้ทั้งหมด 7,000+ เท่านะครับ ตอนนี้เรากำลังพัฒนาวิธีเก็บเกี่ยวพลังงานแสงอาทิตย์มาใช้แทนการเผาน้ำมัน ถ่านหินและก๊าซ เพื่อลดการปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์สู่บรรยากาศครับ ผมคาดว่าในไม่กี่สิบปีพลังงานจะฟรีและเครื่องจักรจะฉลาดมาก ทำให้ทุกคนไม่จำเป็นต้องทำงานเพื่อหาเลี้ยงชีพเพราะผลผลิตของโลกน่าจะมากกว่าตอนนี้เป็นสิบเท่า ปัจจัยสี่ไม่น่าจะเป็นปัญหาอีกต่อไป

ตัวอย่างการใช้พลังงานแสงอาทิตย์ในบ้านครับ https://www.theverge.com/2018/8/13/17670978/solar-energy-home-of-the-future-grant-imahara-panel-green-renewable

ประวัติย่อสั้นๆเกี่ยวกับการพัฒนาจรวดครับ: https://www.space.com/29295-rocket-history.html

ถ้าอยากรู้ประวัติศาสตร์เรื่องสงครามเย็นลองอ่านที่นี่ดูก่อนก็ได้ครับ: https://en.wikipedia.org/wiki/Cold_War

อยากจบด้วยคลิป Pale Blue Dot โดย Carl Sagan ครับ แบบมีซับไทย:

ต้นฉบับภาษาอังกฤษครับ:

“Look again at that dot. That’s here. That’s home. That’s us. On it everyone you love, everyone you know, everyone you ever heard of, every human being who ever was, lived out their lives. The aggregate of our joy and suffering, thousands of confident religions, ideologies, and economic doctrines, every hunter and forager, every hero and coward, every creator and destroyer of civilization, every king and peasant, every young couple in love, every mother and father, hopeful child, inventor and explorer, every teacher of morals, every corrupt politician, every “superstar,” every “supreme leader,” every saint and sinner in the history of our species lived there-on a mote of dust suspended in a sunbeam.

The Earth is a very small stage in a vast cosmic arena. Think of the endless cruelties visited by the inhabitants of one corner of this pixel on the scarcely distinguishable inhabitants of some other corner, how frequent their misunderstandings, how eager they are to kill one another, how fervent their hatreds. Think of the rivers of blood spilled by all those generals and emperors so that, in glory and triumph, they could become the momentary masters of a fraction of a dot.

Our posturings, our imagined self-importance, the delusion that we have some privileged position in the Universe, are challenged by this point of pale light. Our planet is a lonely speck in the great enveloping cosmic dark. In our obscurity, in all this vastness, there is no hint that help will come from elsewhere to save us from ourselves.

The Earth is the only world known so far to harbor life. There is nowhere else, at least in the near future, to which our species could migrate. Visit, yes. Settle, not yet. Like it or not, for the moment the Earth is where we make our stand.

It has been said that astronomy is a humbling and character-building experience. There is perhaps no better demonstration of the folly of human conceits than this distant image of our tiny world. To me, it underscores our responsibility to deal more kindly with one another, and to preserve and cherish the pale blue dot, the only home we’ve ever known.”
Carl Sagan,Pale Blue Dot: A Vision of the Human Future in Space

เริ่มเรียนเรื่องแม่เหล็ก (ประถม), สังเกตการจมการลอย (อนุบาล)

วันนี้ผมไปทำกิจกรรมวิทย์กับเด็กๆมาครับ เด็กประถมหัดคิดแบบวิทย์โดยพยายามอธิบายมายากล ได้เริ่มเรียนเรื่องแม่เหล็ก ประถมต้นได้รับแจกแม่เหล็กให้ไปสำรวจสิ่งต่างๆในห้องว่าสิ่งใดดูดกับแม่เหล็กบ้าง ประถมปลายหัดทำตะปูให้เป็นแม่เหล็ก เด็กอนุบาลสามได้สังเกตการจมการลอย และการรับน้ำหนักลูกแก้วของแพฟอยล์อลูมิเนียม

(อัลบั้มบรรยากาศกิจกรรมต่างๆอยู่ที่นี่นะครับ กิจกรรมประถมคราวที่แล้วเรื่อง “สร้างของเล่นจากแรงลอยตัว (CARTESIAN DIVER) กิจกรรมแรงลอยตัวอนุบาล” ครับ รวมทุกกิจกรรมอยู่ที่นี่นะครับ)

ก่อนอื่นเด็กประถมได้ดูมายากลเหล่านี้ครับ ดูเฉพาะตอนแรกที่เป็นกล ยังไม่ดูส่วนเฉลยตอนหลังนะครับ ไว้ดูเฉลยหลังจากได้พยายามคิดพยายามอธิบายว่ากลแต่ละกลทำอย่างไรกันก่อนครับ อันแรกคือกลกัดเหรียญ:

อันนี้คือเสกของเข้าขวด:

และอันสุดท้ายคือเสกน้ำให้เป็นน้ำแข็งครับ:

กิจกรรมนี้ฝีกเด็กๆให้คิดแบบวิทยาศาสตร์ครับ มีการสังเกต การตั้งสมมุติฐานเพื่ออธิบายสิ่งที่สังเกตมา การตรวจสอบสมมุติฐานกับข้อมูลที่สังเกตมา การตั้งสมมุติฐานใหม่เมื่อสมมุติฐานเดิมขัดกับข้อมูล นอกจากนี้เราพยายามให้เด็กๆมีความกล้าคิดและออกความเห็นครับ

จากนั้นผมก็เอาตะปูที่ติดกับแม่เหล็กแขวนกับด้าย ให้สังเกตว่ามันชี้ไปทิศทางเดิมตลอด

ถ้าถอดแม่เหล็กออก ตะปูจะชี้สะเปะสะปะไม่เป็นทิศทางเดิมครับ ผมให้เด็กๆประถมต้นไปคิดว่าทำไมมันถึงเป็นอย่างนั้นได้ คิดไม่ออกไม่เป็นไรแต่ให้หัดสงสัยไว้ก่อน

เด็กประถมปลายได้เห็นเข็มทิศลอยน้ำอย่างนี้ด้วยครับ เด็กประถมปลายพอรู้กันอยู่แล้วว่าโลกมีขั้วแม่เหล็ก ผมเสริมว่าขั้วแม่เหล็กของโลกไม่อยู่ที่เดียวกันกับขั้วโลกเหนือ-ใต้ที่เป็นแกนหมุนของโลก แต่ทำมุมเอียงต่างกันออกมานิดหน่อย ประมาณ 11 องศา

ผมแจกแม่เหล็กเล็กๆให้เด็กประถมต้นไปสำรวจสิ่งต่างๆในโรงเรียนว่าแม่เหล็กดูดอะไรบ้าง เด็กๆชอบกิจกรรมนี้กันดีครับ

สำหรับเด็กประถมปลาย ผมให้สังเกตว่าถ้าเราเอาตะปูเหล็กมาถูๆกับแม่เหล็ก สักพักตะปูจะกลายเป็นแม่เหล็กไปด้วย แต่ถ้าเราทำตะปูตกกระแทกอะไรแรงๆมันจะเลิกเป็นแม่เหล็ก แล้วผมก็แจกแม่เหล็ก ตะปู คลิปหนีบกระดาษให้เด็กๆไปขัดตะปูให้เป็นแม่เหล็กครับ

สำหรับเด็กอนุบาลสาม ผมทำกิจกรรมเรื่องของจมของลอยให้เด็กๆสังเกตและทายว่าจะเกิดอะไรขึ้นบ้างครับ ให้เด็กๆสังเกตการจมการลอยของลูกแก้ว ขวดโหลแก้วเปิด ขวดโหลแก้วปิดในน้ำ ให้เด็กๆเดาว่าต้องใส่น้ำหรือลูกแก้วเข้าไปในโหลปิดเท่าไรให้มันลอยปริ่มๆน้ำ

ต่อมาผมพับฟอยล์อลูมิเนียมให้เป็นรูปเรือท้องแบนหรือแพแบบมีขอบสูงขึ้นมาแล้วให้เด็กๆเวียนกันเข้ามาหยอดลูกแก้วทีละสองลูก บอกเด็กๆว่าให้วางลูกแก้วทั่วๆอย่าให้เอียงไปทางใดทางหนึ่งครับ เด็กๆยิ่งตื่นเต้นกันเพราะวางลูกจนลูกแก้วหมด 97 ลูกแล้วก็ยังไม่จบ เราเอาของอื่นๆมาวางได้อีกเยอะกว่าจะจมครับ เด็กๆได้หัดนับลูกแก้วกันด้วยครับ

ผมฝากเด็กๆให้ไปสังเกตสิ่งต่างๆที่บ้านด้วยครับว่าอะไรลอยอะไรจมน้ำกันบ้าง 

วิทย์ม.ต้น: รู้จัก Recursion,ใช้ Scratch คำนวณห.ร.ม., ตัวเลขเป็นจำนวนเฉพาะหรือไม่

วันนี้เด็กๆม.ต้นได้เรียนรู้เรื่อง Scratch  เพิ่มเติม ให้รู้จักการแปลงขบวนการคิดไปเป็นโปรแกรมครับ

เด็กม.3 ทำความรู้จักการหาห.ร.ม. (GCD, Greatest Common Divisor) โดยใช้วิธีของยูคลิด (Euclid’s algorithm)  ที่อาศัยว่าถ้าจำนวนเต็มบวก a, b มีตัวหารร่วมมาก d  ผลต่าง  a-b  หรือ b-a ก็หารด้วย d ลงตัวเช่นกัน เราจึงสามารถเปลี่ยนปัญหาการหา ห.ร.ม. ของ a และ b เป็นปัญหาที่เล็กลงคือหา ห.ร.ม. ของ a และ a-b ถ้า a มากกว่า b หรือหา ห.ร.ม. ของ a และ b-a ถ้า b มากกว่า a

จาก https://en.wikipedia.org/wiki/Greatest_common_divisor#Using_Euclid's_algorithm
จาก https://en.wikipedia.org/wiki/Greatest_common_divisor#Using_Euclid’s_algorithm

การลบหลายๆครั้งตามวิธีด้านบนก็เหมือนกันหารแล้วดูว่าเหลือเศษเท่าไร เราจึงเขียนได้อีกแบบโดยอาศัยวิธี a mod b ที่หาเศษจากการหาร a/b

จาก https://en.wikipedia.org/wiki/Greatest_common_divisor#Using_Euclid's_algorithm
จาก https://en.wikipedia.org/wiki/Greatest_common_divisor#Using_Euclid’s_algorithm

ตัว a mod b นี้สามารถให้ Scratch คำนวณให้ได้ (เช่น 19/5 = 3 เศษ 4 ดังนั้น 19 mod 5 ก็คือ 4) ผมจึงให้เด็กๆคิดว่าจะบอกให้ Scratch คำนวณห.ร.ม. ให้เราอย่างไร

19 mod 5 = 4
19 mod 5 = 4

เด็กๆได้รู้จัก Custom Block ใน Scratch ซึ่งทำหน้าที่เหมือนฟังก์ชั่นในภาษาโปรแกรมอื่นๆ และได้เห็นว่า Custom Block เรียกตัวเองได้ ก็คือได้รู้จัก Recursive function นั่นเอง

หน้าตาการหาห.ร.ม.แบบเรียกตัวเอง (recursion) จะออกมามีหน้าตาประมาณนี้ครับ:

หาห.ร.ม.แบบเรียกตัวเอง (recursive function)
หาห.ร.ม.แบบเรียกตัวเอง (recursive function)

นอกจากเขียนการหาห.ร.ม.แบบเรียกตัวเองแล้ว เรายังสามารถเขียนแบบให้เป็น loop หรือการวนซ้ำๆจนพบคำตอบแบบนี้ด้วยครับ การวนซ้ำๆจะเรียกว่าแบบ iterative ครับ:

การหาห.ร.ม.แบบวนซ้ำๆ (iterative)
การหาห.ร.ม.แบบวนซ้ำๆ (iterative)

สำหรับเด็กม.1-2 ผมแนะนำว่า  Operators ต่างๆของ Scratch ทำอะไรบ้าง หน้าตา Operators ก็เช่นพวกนี้ครับ:

ตัวอย่าง Operator ใน Scratch
ตัวอย่าง Operator ใน Scratch

จากนั้นผมให้เด็กๆสอนให้  Scratch บอกว่าตัวเลขจำนวนเต็มบวกที่เราป้อนเข้าไปเป็นจำนวนเฉพาะหรือไม่ ให้เด็กๆสังเกตว่าถ้าได้ตัวเลขมาหนึ่งตัว เราก็ลองไล่หาตัวเลขที่น้อยกว่ามันไปลองหารดูว่าลงตัวหรือไม่ เด็กๆได้สังเกตว่าเราควรตรวจดูก่อนว่าเลขคือ  1 หรือ 2 หรือไม่ ถ้าเป็น 1 ก็ไม่เป็นจำนวนเฉพาะ ถ้าเป็น 2 ก็เป็นจำนวนเฉพาะ สำหรับเลข N ที่มากกว่า 2 เราก็เอา 2, 3, 4, …, ไม่เกิน N ไปลองหาร N ดูว่ามีตัวไหนหารลงตัวไหม ถ้ามีเราก็บอกได้ว่า N ไม่ใช่จำนวนเฉพาะ ถ้าไม่มีตัวไหนหารลงตัวเลยเราก็รู้ว่า N  เป็นจำนวนเฉพาะ  นอกจากนี้เด็กๆยังได้เห็นว่าจริงๆเราหาตัวหารที่ไม่มากกว่ารูทที่ 2 ของ N ก็พอ เพราะถ้ามีตัวหารที่มากกว่ารูทที่ 2 ของ N เราก็จะต้องเจอตัวหารอีกตัวที่น้อยกว่ารูทที่ 2 ของ N ไปก่อนแล้วแน่นอน

เด็กๆไปนั่งหัดเขียนกันประมาณ 1 ชั่วโมงครับ ก็ได้โปรแกรมกันทุกคน ใครทำได้ก่อนก็ไปให้คำปรึกษาคนที่ยังติดอยู่ ผมบอกว่าไม่ให้บอกกันแต่ให้ถามๆและชี้ๆส่วนที่อาจเป็นบั๊กจนทุกคนเข้าใจและทำได้เองกันหมด หลายๆคนตื่นเต้นมากที่คอมพิวเตอร์ตอบคำถามว่าเลขไหนเป็นจำนวนเฉพาะอย่างรวดเร็วเพราะวิธีที่เด็กๆทำด้วยมือมันทำได้ช้าและใช้กับเลขน้อยๆเท่านั้น เด็กๆได้ทดลองตรวจสอบเลขใหญ่ๆเช่น 15,485,863 และ 32,452,843  (เลขจำนวนเฉพาะตัวที่ล้านและสองล้านตามลำดับ) และพบว่ามันเป็นจำนวนเฉพาะ

หน้าตาโปรแกรมจะเป็นทำนองนี้ครับ:

 

ตัวเลขเป็นจำนวนเฉพาะไหม?
ตัวเลขเป็นจำนวนเฉพาะไหม?

บันทึกกิจกรรมวิทยาศาสตร์สำหรับเด็กๆ อยากให้คุณพ่อคุณแม่คุณครูเอาไปประยุกต์เล่นกับเด็กๆเยอะๆครับ :-)