วิทย์ม.ต้น: หัวใจการคิดแบบวิทยาศาสตร์, ทดลองหาปริมาตรอากาศที่หายใจต่อนาที

วันนี้เป็นวันแรกของการเปิดเรียนวิทย์ม.ต้นครับ ผมคุยกับเด็กๆว่าการคิดแบบวิทยาศาสตร์คืออะไร และให้เด็กๆทดลองหาปริมาณอากาศที่เราหายใจในหนึ่งนาที

เริ่มแรกเราคุยกันว่าเราเป็นส่วนเล็กๆอยู่ในจักรวาลอันกว้างใหญ่ก่อนครับ เริ่มด้วยภาพ Pale Blue Dot

Pale Blue Dot คือภาพโลกที่ถ่ายจากยาน  Voyager 1 เมื่อห่างไป 6 พันล้านกิโลเมตร (=40 เท่าระยะทางจากโลกไปดวงอาทิตย์) ขนาดของโลกในภาพเล็กกว่าจุดๆหนึ่งด้วยครับ:

จาก https://en.wikipedia.org/wiki/Pale_Blue_Dot

เชิญฟังเสียง Carl Sagan บรรยายภาพนั้นกันครับ (แบบมีซับไทย):

มนุษย์พบว่าจักรวาลที่เราอยู่ มีกฎเกณฑ์การทำงานต่างๆที่มนุษย์ค้นพบและเขียนเป็นความสัมพันธ์ทางคณิตศาสตร์ได้ เช่นกฎแรงโน้มถ่วงที่ไอแซค นิวตันค้นพบในปี 1687 ซื่งอธิบายการเคลื่อนที่ของสิ่งของที่ตกบนโลก ดวงจันทร์โคจรรอบโลก โลกโคจรรอบดวงอาทิตย์ ฯลฯ

แรงโน้มถ่วง (F) ระหว่างวัตถุสองชิ้นที่มีมวล m1 และ m2 และอยู่ห่างกันที่ระยะ r จะมีค่าเท่ากับผลคูณของมวลทั้งสองหารด้วยระยะห่างยกกำลังสอง คูณกับค่าคงที่ (G)

ความรู้ใหม่ๆทางวิทยาศาสตร์เกิดจากการเดา (สร้างสมมุติฐาน, hypothesis) แล้วดูว่าถ้าเราเดาถูกต้องแล้วเราคาดว่าจะพบหรือไม่พบอะไรบ้าง (prediction) แล้วตรวจสอบสิ่งที่คาดด้วยการทดลองและสังเกตการณ์ต่างๆ (experiment, observation) ว่าถูกหรือผิด ถ้าผิดก็ไปปรับปรุงการเดาใหม่ ถ้าถูกก็เก็บความรู้ไว้ใช้ก่อน องค์ความรู้ที่รวบรวมไว้ถ้ามีประโยชน์สามารถอธิบายปรากฎการณ์ต่างๆได้กว้างขวางถูกต้องแม่นยำ ก็จะถูกเรียกว่าทฤษฎี (theory) แล้วเราเก็บไว้ใช้จนกระทั่งมีทฤษฎีที่แม่นยำกว่ามาใช้แทน เมื่อทำอย่างนี้วนไปเรื่อยๆความรู้ที่ถูกต้องก็จะสะสมมากขึ้น ความรู้ที่คลาดเคลื่อนหรือผิดก็จะลดลง ทำให้ในระยะยาวเราเข้าใจสิ่งต่างๆได้อย่างถูกต้องมากขึ้น ความรู้ว่ากฎเกณฑ์ธรรมชาติเป็นอย่างไรทำให้เราสามารถสร้างเทคโนโลยีต่างๆด้วยกฎเกณฑ์เหล่านั้นได้เช่นเครื่องกล เครื่องไฟฟ้า อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ฯลฯ

ตัวอย่างทฤษฎีที่แม่นยำกว่าทฤษฎีเดิมก็เช่นความคิดของไอน์สไตน์เกี่ยวกับแรงโน้มถ่วงที่เกิดจากกระบวนการที่มวลทำให้ระยะทางและเวลารอบๆมันบิดตัว ทฤษฎีของนิวตันและไอน์สไตน์จะให้คำตอบเหมือนๆกันในบริเวณที่แรงโน้มถ่วงไม่มากเท่าไร แต่ในบริเวณที่แรงโน้มถ่วงมากๆคำตอบจากทฤษฏีของไอน์สไตน์จะให้คำตอบที่ถูกต้องมากกว่า

เวลาครึ่งหลังที่เหลือเด็กๆพยายามทดลองเพื่อหาคำตอบว่าเราหายใจเอาอากาศเข้าออกในร่างกายเราเท่าไรในหนึ่งนาที มีการเสนอให้หายใจเข้าทางจมูกแล้วหายใจออกทางปากใส่ถุงแล้ววัดปริมาตรถุง หรือหายใจออกผ่านหลอดให้อากาศไปแทนที่น้ำแล้วชั่งน้ำหนักน้ำที่หายไปครับ เราได้ค่าเฉลี่ยของห้องประมาณ 5 ลิตรต่อนาที ภาพกิจกรรมอยู่ที่อัลบั้มนี้ครับ

Leave a Reply

Your email address will not be published.

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.