Category Archives: science class

วิทย์ประถม: การมองเห็น ภาพลวงตา

ผมไปทำกิจกรรมวิทย์กับเด็กๆประถมศูนย์การเรียนปฐมธรรมมาครับ เราพูดคุยกันเรื่องการมองเห็น ส่วนประกอบของตา จุดบอดของตา สมองวาดภาพต่างๆจากสัญญาณไฟฟ้าจากประสาทตา และตัวอย่างภาพลวงตา เด็กๆประถมปลายหัดทำภาพลวงตาหนอนสีน้ำเงินและสีเหลืองกระดึ๊บไม่พร้อมกัน

(อัลบั้มบรรยากาศกิจกรรมอยู่ที่นี่ ส่วนลิงก์รวมทุกกิจกรรมอยู่ที่นี่นะครับ)

ผมถามเด็กๆว่าเรามองเห็นได้อย่างไร ต้องใช้อวัยวะอะไรบ้าง เด็กๆก็ตอบกันว่าต้องมีลูกตา ต้องมีสมอง เราจึงคุยกันก่อนว่าลูกตาทำอะไร

เรามองเห็นได้โดยแสงวิ่งไปกระทบกับจอรับแสง (เรตินา, Retina) ที่ด้านหลังข้างในลูกตา แต่บังเอิญตาของคนเราวิวัฒนาการมาโดยมีเส้นเลือดและเส้นประสาทอยู่บนผิวของจอรับแสง เมื่อจะส่งสัญญาณไปตามเส้นประสาทไปยังสมอง เส้นประสาทจะต้องร้อยผ่านรูอันหนึ่งที่อยู่บนจอรับแสง รอบบริเวณรูนั้นจะไม่มีเซลล์รับแสง ดังนั้นถ้าแสงจากภายนอกลูกตาไปตกลงบนบริเวณนั้นพอดี ตาจะไม่สามารถเห็นแสงเหล่านั้นได้ บริเวณรูนั้นจึงเรียกว่าจุดบอด หรือ Blind Spot นั่นเอง

จุดบอดหรือ Blind spot อยู่ตรงที่เส้นประสาทรวมกันเป็นเส้นลากจากภายในลูกตาออกมาด้านหลัง ไปยังสมองในที่สุด
(ภาพจาก http://transitionfour.wordpress.com/tag/blind-spot/)

ตาของปลาหมึกทั้งหลายจะไม่มีจุดบอดแบบสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมอย่างเราครับ เนื่องจากเส้นประสาทของปลาหมึกอยู่หลังจอรับแสง จึงไม่ต้องมีการร้อยผ่านรูในจอรับแสงแบบตาพวกเรา  

วิธีดูว่าเรามีจุดบอดก็ทำได้ง่ายมากครับ แค่เขียนตัวหนังสือตัวเล็กๆบนแผ่นกระดาษสองตัว ให้อยู่ในแนวบรรทัดเดียวกันแต่ห่างกันสักหนึ่งฝ่ามือ จากนั้นถ้าเราจะหาจุดบอดในตาขวา เราก็หลับตาซ้าย แล้วใช้ตาขวามองตัวหนังสือตัวซ้ายไว้นิ่งๆ จากนั้นเราก็ขยับกระดาษเข้าออกให้ห่างจากหน้าเราช้าๆ ที่ระยะๆหนึ่งเราจะไม่เห็นตัวหนังสือตัวขวา นั่นแสดงว่าแสงจากตัวหนังสือตัวขวาตกลงบนจุดบอดเราพอดี  

ถ้าจะหาจุดบอดในตาซ้าย เราก็ทำสลับกับขั้นตอนสำหรับตาขวา โดยเราหลับตาขวาแล้วใช้ตาซ้ายมองตัวหนังสือตัวขวาไว้นิ่งๆ อย่ากรอกตาไปมา แล้วเราก็ขยับกระดาษให้ใกล้ไกลหน้าเราช้าๆ ที่ระยะหนึ่งตัวหนังสือตัวซ้ายจะหายไปเพราะแสงจากหนังสือตัวซ้ายตกลงบนจุดบอดตาซ้ายของเราพอดี 

ถ้าไม่มีกระดาษลองใช้ตัวหนังสือข้างล่างนี่ก็ได้ครับ แต่อาจต้องขยับหน้าเข้าใกล้จอคอมพิวเตอร์หน่อย:    

A                                                                                              B    


ลองหลับตาซ้ายแล้วใช้ตาขวามองตัว A ดู ตอนแรกจะเห็นตัว B ด้วย แต่ถ้าขยับหน้าเข้าใกล้จอคอมพิวเตอร์ที่ระยะที่เหมาะสม อยู่ๆตัว B ก็จะหายไป และจะเห็นพื้นขาวแถวๆนั้นแทน   ที่น่าสนใจก็คือสมองเราจะมั่วเองขึ้นมาเลยว่าเราควรจะเห็นอะไรตอนที่แสงจากตัวอักษรตกลงบนจุดบอดพอดี แทนที่จะเห็นจุดดำๆเพราะไม่มีแสงตรงจุดบอด สมองวาดรูปให้เสร็จเลยว่าควรจะเห็นสีพื้นข้างหลังของตัวอักษร อันนี้เป็นตัวอย่างแรกที่เด็กๆได้เข้าใจว่าสมองเรามีความสามารถ “มั่ว” แค่ไหนครับ 

เด็กๆเขียน A และ B แล้วหาจุดบอดในตาของเขากัน:

เมื่อเรารู้ว่าเรามองเห็นได้อย่างไร เราก็คุยกันว่าการที่คนเราจะตาบอดมองไม่เห็น จะเกิดจากสาเหตุอะไรได้บ้าง เราก็รวบรวมได้ว่าเราจะตาบอดถ้า ลูกตาแตกเสียหาย เลนส์ตาขุ่น (เช่นจากต้อ) เรตินาพัง (เช่นนักมวยถูกชกหัวกระเด้งไปมาจนเรตินาหลุดจากหลังลูกตา) เส้นประสาทพัง หรือสมองส่วนที่วาดภาพจากสัญญาณจากตาพัง

สำหรับเด็กประถมต้น ผมให้เด็กๆดูภาพต่างๆที่เด็กๆจะเห็น “หน้า” ในวัตถุครับ ตัวอย่างเช่น:

สมองพวกเราซึ่งเป็นสัตว์สังคม มีความสามารถในการตรวจจับหน้าของคนหรือสัตว์อื่นๆ เพราะความสามารถในการอ่านท่าทางและอารมณ์มีความสำคัญในการดำรงชีวิต แต่ก็จะเห็น “หน้า” ในวัตถุต่างๆที่ไม่มีหน้าจริงๆ ยกตัวอย่างที่โด่งดังก็คือหน้าคนบนดาวอังคาร (The Face on Mars) ที่ยานอวกาศถ่ายรูปมาหลายสิบปีก่อน:

เมื่อเวลาผ่านไป มีภาพถ่ายบริเวณเดิมที่คุณภาพสูงขึ้น ทำให้เราเห็นว่ามันเป็นเนินเขาที่บังเอิญมีแสงเงาทำให้เราตีความเป็นหน้าคนครับ:

ถ้าเราหรี่ตาให้ภาพเบลอๆ เราก็จะเห็นหน้าอีกครับ

ให้เด็กๆดูบางส่วนขอคลิปนี้ที่เราเห็น “ประตู” บนดาวอังคารด้วย:

พวกเราดูคลิปวิดีโอที่แสดงว่าเราจะเห็นชัดๆได้ในบริเวณเล็กๆด้านหน้าของเราเท่านั้น ภาพที่อยู่นอกบริเวณนั้นจะไม่ชัด คลิปเป็นแบบนี้ครับ:

ให้เด็กๆไปพยายามสังเกตว่าตาของเพื่อนจะขยับไปมาเรื่อยๆเสมอเพื่อดูให้ชัดทั่วๆด้วยครับ (saccadic eye movement)

สำหรับเด็กประถมปลาย ผมให้ดูภาพลวงตาอันนี้ด้วย:

เราทุกคนจะเห็นว่ากล่องสีเหลืองและสีน้ำเงินขยับไม่พร้อมกันเวลามันไม่แตะกัน แต่ถ้าเราหยุดภาพแล้วพิมพ์ออกมาวัด เราจะพบว่าทุกกล่องเคลื่อนที่ขึ้นลงพร้อมๆกันครับ

เราตัดกระดาษเพื่อทำภาพลวงตาแบบนี้ด้วย วิธีดังในคลิปนี้:

วิทย์ประถม: อากาศร้อน-อากาศเย็น, บี้กระป๋องด้วยความดันอากาศ

วันนี้ผมไปทำกิจกรรมวิทย์กับเด็กประถมศูนย์การเรียนปฐมธรรมมาครับ เด็กๆหัดคิดแบบวิทย์โดยพยายามอธิบายมายากล แล้วผมก็ทำการทดลองต่างๆให้เด็กๆดูว่าอากาศจะขยายตัวเมื่อร้อนขึ้น จะหดตัวเมื่อเย็นลง และใช้ความดันอากาศบี้กระป๋องอลูมิเนียมโดยการต้มน้ำให้เป็นไอน้ำแล้วทำให้ไอน้ำควบแน่นเป็นหยดน้ำครับ

(อัลบั้มบรรยากาศกิจกรรมอยู่ที่นี่ ส่วนลิงก์รวมทุกกิจกรรมอยู่ที่นี่นะครับ)

ก่อนอื่นเด็กๆได้ดูมายากลในคลิปนี้ครับ โดยดูกลก่อนแล้วพยายามอธิบายก่อนเฉลย อันนี้เรื่องคนหายไปหลังไพ่ยักษ์:

กิจกรรมนี้ฝีกเด็กๆให้คิดแบบวิทยาศาสตร์ มีการสังเกต การตั้งสมมุติฐานเพื่ออธิบายสิ่งที่สังเกตมา การตรวจสอบสมมุติฐานกับข้อมูลที่สังเกตมา การตั้งสมมุติฐานใหม่เมื่อสมมุติฐานเดิมขัดกับข้อมูล นอกจากนี้เราพยายามให้เด็กๆมีความกล้าคิดและออกความเห็น และหวังว่าเมื่อโตไปจะไม่ถูกหลอกง่ายๆครับ

จากนั้นผมเอาแก้วน้ำมาใส่น้ำร้อนลงไปเล็กน้อย แล้วเอาฟิล์มพลาสติกถนอมอาหาร​ (plastic wrap) มาปิดปากแก้วไม่ให้อากาศไหลผ่านได้ เด็กๆสังเกตว่าถ้ารอสักพักแผ่นพลาสติกจะบุ๋มเว้าเข้าไป

พลาสติกเว้าเข้าไปเพราะอากาศในขวดเย็นลง จึงหดตัวมีปริมาตรลดลง ถ้าเด็กๆมาเขย่าๆแก้วให้อากาศโดนน้ำร้อนก้นแก้วมากขึ้น อากาศจะร้อนขึ้นแล้วขยายตัว ดันให้พลาสติกโป่งออกมาได้ครับ

ในทางกลับกัน ถ้าเราใส่น้ำเย็นใส่น้ำแข็งเข้าไปในแก้วแล้วปิดด้วยพลาสติก รอสักพักแผ่นพลาสติกจะโป่งออก เพราะอากาศเหนือน้ำเย็นอุ่นมากขึ้นและขยายตัว และถ้าเขย่าๆให้อากาศโดนน้ำเย็นอีกมันก็จะหดตัวทำให้พลาสติกเว้าเข้าไป

ผมเคยทำกิจกรรมตระกูลนี้ที่ ความดันอากาศและสุญญากาศ ครับ เชิญอ่านเพิ่มเติมได้

การทดลองต่อไปคือต้มน้ำเล็กน้อยในกระป๋องอลูมิเนียม เมื่อน้ำเดือดแล้วก็คว่ำไปในน้ำอุณหภูมิห้องครับ:

กระป๋องจะบี้แบนเหมือนโดนเหยียบ ผมพยายามถามนำให้เขาตอบไปทีละขั้นๆ เมื่อต้มน้ำจนเดือดจะเกิดอะไรขึ้น น้ำเหลวๆเปลี่ยนเป็นไอน้ำใช่ไหม ไอน้ำอยู่ที่ไหน อยู่ในกระป๋องใช่ไหม เมื่อคว่ำกระป๋องลงไปในกาละมังใส่น้ำ อุณหภูมิของไอน้ำในกระป๋องจะเป็นอย่างไร มันจะเย็นลง ไอน้ำเมื่อเย็นลงมันจะเป็นอะไร ควบแน่นเป็นหยดน้ำใช่ไหม อยู่ๆไอน้ำเต็มกระป๋องกลายเป็นหยดน้ำเล็กๆ จะเกิดอะไรขึ้น เกิดสุญญากาศไม่มีความดันสู้กับอากาศภายนอก อากาศภายนอกจึงบีบกระป๋องแบนหมดเลย (มื่อต้มน้ำในกระป๋องเปิดจนน้ำเดือด ภายในกระป๋องจะเต็มไปด้วยไอน้ำร้อนๆ เมื่อเอากระป๋องไปคว่ำในน้ำ ไอน้ำจะเย็นลงและควบแน่นเป็นหยดน้ำ ทำให้ปริมาตรลดลงอย่างมาก ความดันภายในกระป๋องลดลงเกือบเป็นสุญญากาศทำให้อากาศภายนอกบีบกระป๋องให้แบนอย่างรวดเร็ว)

เมื่อเสร็จการทดลอง ผมปิดเตาไฟแล้วถอดกระป๋องแก๊สหุงต้มออกมาให้เด็กๆจับ มันเย็นมากครับ เย็นเพราะเชื้อเพลิงที่เป็นของเหลวในกระป๋องขยายตัวออกมาเป็นก๊าซครับ

วิทย์ม.ต้น: Spurious Correlation และน้ำเดือดในสุญญากาศ

ผมไปทำกิจกรรมวิทย์กับเด็กมัธยมต้นปฐมธรรมครับ เราคุยกันเรื่อง Spurious Correlation ที่เราอาจจะสังเกตปรากฏการณ์ A และ B เกิดขึ้นเพิ่มขึ้นลดลงด้วยกัน แล้วอาจจะสรุปว่ามันมีความเกี่ยวข้องกัน คือคิดว่า A เป็นสาเหตุของ B หรือ B เป็นสาเหตุของ A แต่จริงๆแล้วเราต้องระมัดระวังเพราะสิ่งที่เราเห็นอาจจะเกิดจากความบังเอิญก็ได้ หรือทั้ง A และ B เป็นผลมาจากปัจจัยอื่นๆที่ควบคุมทั้ง A และ B

แนะนำให้เด็กๆดูลิงก์เหล่านี้ประกอบ:

https://www.investopedia.com/terms/s/spurious_correlation.asp

https://tylervigen.com/spurious-correlations

ได้คุยกันว่าทำไมเราถึงรู้ว่าบุหรี่ทำให้เพิ่มโอกาสเป็นมะเร็ง คือมีหลักฐานว่าสารเคมีในบุหรี่มีผลอย่างไรกับการกลายพันธุ์ของเซลล์

เด็กๆได้ดูคลิปโทรศัพท์มือถือว่าไม่ได้ทำให้เกิดมะเร็ง:

จากนั้นเด็กๆได้ทดลองทำน้ำให้เดือดที่อุณหภูมิต่ำๆ (ไม่ถึง 100 องศาเซลเซียส) โดยการสร้างสุญญากาศเหนือน้ำด้วยครับ ปกติน้ำจะเดือดที่อุณหภูมิ 100 องศาเซลเซียสถ้าเราต้มน้ำแถวๆผิวโลก แต่ถ้าเราอยู่ในที่ความดันอากาศต่ำๆ น้ำจะเดือดที่อุณหภูมิน้อยกว่า 100 องศา เช่นบนดอยอินทนนท์น้ำเดือดที่ประมาณ 90 องศากว่าๆ แถวยอดเขาเอเวอเรสต์น้ำเดือดประมาณ70 องศา ถ้าความดันต่ำใกล้ๆสุญญากาศ น้ำจะเดือดที่อุณหภูมิต่ำกว่า 100 มาก ในการทดลองนี้เราสร้างความดันต่ำในหลอดฉีดยาแล้วสังเกตน้ำในหลอดฉีดยาเดือดกลายเป็นไอกันครับ เคยอัดวิดีโอไว้ที่ลิงก์เหล่านี้ครับ:

หลักการเดียวกันนี้อธิบายหม้อความดันที่ใช้ตุ๋นของให้เปื่อย (ความดันสูง ทำให้น้ำเดือดที่อุณหภูมิสูง) และวิธีถนอมอาหารด้วยวิธี freeze dry (สุญญากาศทำให้น้ำในอาหารระเหยไปจนแห้งด้วยอุณหภูมิต่ำๆก็ได้) ด้วยครับ

อัลบัมภาพและวิดีโอจากกิจกรรมคราวนี้อยู่ที่นี่ครับ: