วิทย์ประถม: เปิดเทอมใหม่ด้วยภาพลวงตา

ผมไปทำกิจกรรมวิทยาศาสตร์กับเด็กประถมศูนย์การเรียนปฐมธรรมมาครับ เด็กๆหัดคิดแบบวิทยาศาสตร์โดยพยายามอธิบายมายากล ผมเล่าให้เด็กๆฟังว่าทุกสิ่งทุกอย่างที่เรารับรู้เกิดจากสมองแปลความสัญญาณไฟฟ้าที่รับมาจากประสาทสัมผัสทั้งหลาย เช่นภาพต่างๆที่เราเห็นก็เกิดจากสมองวาดขึ้นมาจากสัญญาณไฟฟ้าจากประสาทตา สมองถูกหลอกและหลอกตัวเองได้ง่ายกว่าที่เราคิด เราดูตัวอย่างการที่สมองถูกหลอกโดยภาพลวงตาต่างๆกัน

(อัลบั้มบรรยากาศกิจกรรมอยู่ที่นี่ ส่วนลิงก์รวมทุกกิจกรรมอยู่ที่นี่นะครับ)

ก่อนอื่นเด็กๆได้ดูมายากลในคลิปนี้ครับ เด็กๆดูกลก่อนแล้วพยายามอธิบายก่อนเฉลย คราวนี้เป็นกลนักดนตรีหายไปครับ:

กิจกรรมหัดอธิบายมายากลนี้ฝีกเด็กๆให้คิดแบบวิทยาศาสตร์ มีการสังเกต การตั้งสมมุติฐานเพื่ออธิบายสิ่งที่สังเกตมา การตรวจสอบสมมุติฐานกับข้อมูลที่สังเกตมา การตั้งสมมุติฐานใหม่เมื่อสมมุติฐานเดิมขัดกับข้อมูล นอกจากนี้เราพยายามให้เด็กๆมีความกล้าคิดและออกความเห็น และหวังว่าเมื่อโตไปจะไม่ถูกหลอกง่ายๆครับ

ผมเล่าให้เด็กๆฟังว่าการรับรู้ต่างๆของเรา เราเห็นอะไร เราได้ยินอะไร เรารับรสชาติอะไร เราได้กลิ่นอะไร เราสัมผัสอะไร ต่างเกิดจากการที่สมองตีความสัญญาณไฟฟ้าที่วิ่งมาตามเส้นประสาทที่เชื่อมกับอวัยวะในร่างกาย การตีความนี้มีประโยชน์ทำให้พวกเรามีชีวิตอยู่ได้ในโลก เรามักจะเข้าใจผิดว่าทุกสิ่งทุกอย่างที่เรารับรู้มีความถูกต้องตรงกับความเป็นจริง แต่เราอาจตีความผิด รับรู้ผิดๆ จำผิดๆ และเข้าใจอะไรผิดๆก็ได้ ดังนั้นเราต้องระมัดระวังว่าเรารับรู้และเข้าใจสิ่งต่างๆอย่างไร

วันนี้เราใช้ตัวอย่างภาพลวงตาต่างๆมาแสดงว่าเราเข้าใจผิดหรือรับรู้ผิดได้ง่ายๆอย่างไร

ผมใช้ตัวอย่างจากเว็บ Illusion Index ตัวอย่างแรกคือความยาวของเส้นที่ปลายไม่เหมือนกัน (Müller-Lyer) ดูเหมือนยาวไม่เท่ากัน แต่ถ้าเอาไม้บรรทัดวัดจะพบว่ายาวเท่ากัน:

อีกอันคือเมื่อเราเห็นลวดลายเคลื่อนไหวนานๆแล้วเราไปมองภาพนิ่ง (หรือหน้าคน) เราจะเห็นการเคลื่อนไหวในภาพนิ่งนั้น ภาพลวงตานี้เรียกว่า Waterfall Illusion สามารถเข้าไปเล่นในลิงก์นี้ได้ครับ: https://www.illusionsindex.org/ir/79-waterfall-illusion หน้าตามันจะเป็นประมาณนี้:

ภาพลวงตาอันต่อไปคือเมื่อเราจ้องมองอะไรนานๆสิ่งนั้นหายไป เราจะเห็นเงาของสิ่งนั้นเหลืออยู่ เงาในที่นี้ไม่ใช่เงาดำๆ แต่มีสีตรงข้ามกับสิ่งที่เราจ้องตอนต้น ภาพลวงตาแบบนี้เรียกว่า Negative Afterimages เข้าไปเล่นในลิงก์นี้ครับ: https://www.illusionsindex.org/ir/21-negative-afterimages หน้าตาจะเป็นประมาณนี้ ให้จ้องจุดดำตรงกลางไว้นะครับ:

เรื่องสีที่เปลี่ยน หรือแม้แต่ทำให้ภาพขาวดำดูมีสีขึ้นมาได้ ผมเคยบันทึกไว้ที่ “ภาพขาวดำกลายเป็นสี! แบบจำลองตา ตัวอย่างประโยชน์คณิต กลไฟฟ้าสถิต” เชิญผู้สนใจเข้าไปดูนะครับ

ต่อไปผมให้เด็กๆดูภาพลวงตาบันได ให้ดูว่าบันไดขั้นไหนเป็นขั้นที่สูงสุด ขั้นไหนต่ำสุด บันไดนี้เรียกว่า Penrose Stairs อยู่ที่ลิงก์นี้: https://www.illusionsindex.org/i/50-penrose-stairs

ถ้าลองไล่ไปเรื่อยๆเราจะไม่พบบันไดขั้นที่สูงที่สุดหรือต่ำที่สุด การมองเห็นของตาเราจะชัดในบริเวณจำกัดที่เล็กมาก เราต้องกวาดสายตาไล่ไปเรื่อยๆ เราจะไม่ค่อยเห็นรายละเอียดรอบๆที่ห่างจากจุดที่เราจ้องอยู่ ดังนั้นจึงมีภาพลวงตาที่อาศัยการเคลื่อนไหวตาเพื่อโฟกัสทีละบริเวณเช่นภาพข้างบนครับ

มีภาพลวงตาทำนองนี้มากมาย ยกตัวอย่างดังต่อไปนี้:

Shepard elephant poster.jpg
Fair use, Link

Poiuyt-pseudo-backgrounds.svg
By AnonMoos – This <a href=”https://en.wikipedia.org/wiki/vector_image” class=”extiw” title=”w:vector image”>vector image</a> includes elements that have been taken or adapted from this file:, Public Domain, Link

จำนวนแท่งสี่เหลี่ยมเปลี่ยนไปขึ้นกับว่าเรามองด้านบนหรือด้านล่างของภาพครับ แสดงว่าตาเราเห็นได้ชัดๆในบริเวณเล็กๆเท่านั้น ไม่สามารถเห็นภาพใหญ่ภาพรวมพร้อมๆกันได้ ปกติตาเราจะต้องขยับไปมาเพื่อดูภาพใหญ่ตลอดครับ

ผมแนะนำให้เด็กๆรู้จักกับงานของศิลปิน M.C. Escher เช่นภาพน้ำตกที่เป็นไปไม่ได้:

เด็กๆได้ดูว่าเส้นขนานกันไหม (ขนานครับ ต้องเอาไม้บรรทัดมาเทียบ, ภาพจากเว็บ Quirkology):

ได้ทดลองดูว่าวัตถุโค้งๆอันไหนยาวกว่ากันครับ เนื่องจากไม่ได้ถ่ายวิดีโอไว้ ขอเอาคลิปที่ถ่ายทำกับเด็กจิ๋วมาให้ดูแทนนะครับ:

ถ้าอยากลองเล่นเองที่บ้านลองตัดตามแบบข้างล่างนี้ก็ได้ครับ:

แบบตัดกระดาษเพื่อดูว่าอันไหนยาวกว่ากันครับ

ผมแจกรูปโต๊ะสองตัวให้เด็กๆไปดูว่าอันไหนยาวกว่า และถ้าวัดแล้วเปรียบเทียบเป็นอย่างไรครับ:

อันนี้คลิปโต๊ะลวงตาครับ:

วิทย์ประถม: รู้จักจรวด เล่นจรวดไม้ขีดไฟ

ผมไปทำกิจกรรมวิทย์กับเด็กประถมศูนย์การเรียนปฐมธรรมครับ เด็กๆได้หัดคิดแบบวิทยาศาสตร์โดยพยายามอธิบายมายากล เราได้คุยกันเรื่องจรวด จรวดเชื้อเพลิงเหลว จรวดเชื้อเพลิงแข็ง ได้ดูคลิปการลงจอดของจรวดจากสเปซเอ็กซ์ แล้วเราก็เล่นจรวดไม้ขีดไฟกัน

(อัลบั้มบรรยากาศกิจกรรมอยู่ที่นี่ ส่วนลิงก์รวมทุกกิจกรรมอยู่ที่นี่นะครับ)

ก่อนอื่นเด็กๆได้ดูมายากลในคลิปนี้ครับ เด็กๆดูกลก่อนแล้วพยายามอธิบายก่อนเฉลย คราวนี้เป็นกลไพ่ครับ:

กิจกรรมหัดอธิบายมายากลนี้ฝีกเด็กๆให้คิดแบบวิทยาศาสตร์ มีการสังเกต การตั้งสมมุติฐานเพื่ออธิบายสิ่งที่สังเกตมา การตรวจสอบสมมุติฐานกับข้อมูลที่สังเกตมา การตั้งสมมุติฐานใหม่เมื่อสมมุติฐานเดิมขัดกับข้อมูล นอกจากนี้เราพยายามให้เด็กๆมีความกล้าคิดและออกความเห็น และหวังว่าเมื่อโตไปจะไม่ถูกหลอกง่ายๆครับ

ผมให้เด็กๆดูคลิปการเคลื่อนที่ของจรวดต่างๆ:

ผมเล่าให้เด็กๆฟังว่าจรวดทำงานอย่างไรโดยถามว่าเด็กๆเคยส่งลูกบาสเก็ตบอลเร็วๆไหม จะรู้สึกว่าตัวเราขยับไปทิศทางตรงข้ามกับลูกบาส จรวดก็ทำงานคล้ายๆกัน เชื้อเพลิงจรวดเป็นเชื้อเพลิงแข็งหรือเชื้อเพลิงเหลว เมื่อเผาไหม้ที่ท้ายจรวดกลายเป็นก๊าซที่มีปริมาตรและความเร็วมหาศาล วิ่งออกจากท้ายจรวดไปเหมือนเราผลักลูกบาส ตัวจรวดที่เหลือจึงขยับไปทิศทางตรงข้ามกับก๊าซร้อนจากเชื้อเพลิง

จรวดเชื้อเพลิงเหลวสามารถเปิดปิดการเผาไหม้ได้ แต่ต้องมีระบบควบคุม ระบบปั๊ม จรวดเชื้อเพลิงแข็งจุดเผาไหม้ได้ครั้งเดียวแล้วเชื้อเพลิงจะเผาไหม้จนหมด

ในคลิปข้างบนจะเห็นทั้งจรวดเชื้อเพลิงเหลวและเชื้อเพลิงแข็ง จรวดเชื้อเพลิงเหลวจะมีถังออกซิเจน (สีฟ้า) และถังเชื้อเพลิง (สีเหลืองหรือสีแดง) จรวดเชื้อเพลิงแข็งจะเป็นท่อตรงๆที่มีรูปไฟเผาไหม้ตลอดลำจรวด

ผมให้ดูคลิปการทำงานของจรวดเชื้อเพลิงแข็ง:

จากนั้นผมก็ให้เด็กดูคลิปการปล่อยจรวดและเอาชิ้นส่วนถังเชื้อเพลิงกลับมาใช้ไหม่:

แล้วเราก็ทำของเล่นจรวดไม้ขีดไฟกัน วิธีทำดังในคลิปนี้ครับ:

เด็กๆแยกย้ายกันประดิษฐ์มาให้ผมจุดให้ครับ

วิทย์ประถม: เครื่องยิงจากความยืดหยุ่น

ผมไปทำกิจกรรมวิทย์กับเด็กประถมศูนย์การเรียนปฐมธรรมมาครับ เด็กๆหัดคิดแบบวิทย์โดยพยายามอธิบายมายากล จากนั้นเราคุยกันเรื่องความยืดหยุ่นของวัสดุต่างๆ และความยืดหยุ่นนี้ถูกใช้เป็นเครื่องมือสะสมพลังงานที่เราใส่เข้าไป แล้วปล่อยออกมาทำให้ของเคลื่อนที่ กลายเป็นของเล่นและอาวุธชนิดต่างๆเช่นธนูเป็นต้น

(อัลบั้มบรรยากาศกิจกรรมอยู่ที่นี่ ส่วนลิงก์รวมทุกกิจกรรมอยู่ที่นี่นะครับ)

ก่อนอื่นเด็กๆได้ดูมายากลในคลิปนี้ครับ เด็กๆดูกลก่อนแล้วพยายามอธิบายก่อนเฉลย คราวนี้เป็นกลทำให้นกหายไปครับ:

กิจกรรมหัดอธิบายมายากลนี้ฝีกเด็กๆให้คิดแบบวิทยาศาสตร์ มีการสังเกต การตั้งสมมุติฐานเพื่ออธิบายสิ่งที่สังเกตมา การตรวจสอบสมมุติฐานกับข้อมูลที่สังเกตมา การตั้งสมมุติฐานใหม่เมื่อสมมุติฐานเดิมขัดกับข้อมูล นอกจากนี้เราพยายามให้เด็กๆมีความกล้าคิดและออกความเห็น และหวังว่าเมื่อโตไปจะไม่ถูกหลอกง่ายๆครับ

ผมให้เด็กๆดูบางส่วนของคลิปนี้ด้วย เป็นการใช้อากาศความดันสูงดันลูกแก้วออกไปไกลๆ เป็นปืนลมชนิดหนึ่ง ไว้เชื่อมโยงกับกิจกรรมสองสัปดาห์ที่ผ่านมา:

https://youtu.be/HLGhriS0_Kc

จากนั้นผมก็คุยกับเด็กๆเรื่องความยืดหยุ่นของวัสดุต่างๆ ผมเล่าให้เด็กๆฟังว่าวัสดุหลายๆอย่าง ถ้าเราไปกดหรืองอมันแล้วปล่อย มันจะกระเด้งกลับสู่รูปเดิม(ตราบใดที่เราไม่ไปกดหรืองอมันมากเกินไปจนรูปร่างมันเปลี่ยนไปถาวร) วัสดุเช่นไม้ เหล็ก พลาสติกแข็งๆ หนังยาง ต่างเป็นเช่นนี้ทั้งนั้น เราต้องออกแรงทำให้วัสดุเหล่านี้เปลี่ยนรูปร่าง แต่เมื่อเราปล่อยวัสดุก็จะขยับตัวกลับหารูปร่างเดิมของมัน ตอนเราทำให้มันเปลี่ยนรูปร่างเราใส่พลังงานเข้าไปในวัสดุ พลังงานที่ถูกเก็บไว้เป็นพลังงานที่เกี่ยวกับการเปลี่ยนรูปร่างของวัตถุ เมื่อวัตถุคืนรูปร่างเดิมก็จะปล่อยพลังงานนั้นออกมา พลังงานที่วัสดุเก็บไว้เมื่อเปลี่ยนรูปร่างนี้เรียกได้ว่าเป็นพลังงานศักย์ที่เกี่ยวกับการยืดหยุ่นของวัตถุ  แล้วผมก็ยกตัวอย่างเอาไม้บรรทัดมากดติดกับโต๊ะแล้วกดให้งอเล็กน้อยโดยวางยางลบไว้บนไม้บรรทัด เมื่อปล่อยไม้บรรทัดก็จะดีดยางลบให้ลอยขึ้น ตัวอย่างอื่นๆที่เด็กคิดว่าเป็นปรากฏการณ์คล้ายๆกันก็คือ กระดานกระโดดน้ำ แทรมโปลีน ไม้ง่ามยิงหนังสติ๊ก

ไม้บรรทัดดีดยางลบ

จากนั้นผมก็เอาหนังยาง(หนังสติ๊ก)ออกมาให้เด็กๆดู แล้วบอกว่าเวลาเรายืดยางให้ยาวขึ้น เราเอาพลังงานที่เราได้จากอาหารของเราไปเก็บไว้ในหนังยางที่ยืดนั้น ในกรณีหนังยางนี้เมื่อปล่อยให้หนังยางคืนสภาพ พลังงานศักย์ที่เกี่ยวกับการเปลี่ยนรูปร่างจะเปลี่ยนรูปเป็นพลังงานจลน์ทำให้หนังยางเคลื่อนที่เร็ว ทำให้หนังยางกระเด็นไปได้ไกล ถ้าเราติดหนังยางไว้กับง่ามไม้หนังสติ๊ก เราก็ใช้พลังงานนี้ขับเคลื่อนกระสุนให้วิ่งไปได้เร็วๆด้วย ยางเส้นหนาเส้นใหญ่ก็จะสามารถเก็บพลังงานไว้ได้มากกว่าเพราะเราต้องใช้แรงในการยืดยางเส้นใหญ่ๆมากกว่าใช้ในการยืดเส้นเล็กๆ

จากนั้นผมก็ให้เด็กๆดูคลิปการยิงธนูแบบดั้งเดิม ให้สังเกตว่าถ้าจะยิงให้ไกลๆต้องเล็งขึ้นสูงๆหน่อยสัก 40-55 องศา ถ้าไม่มีแรงต้านอากาศเราสามารถคำนวณได้ว่าต้องใช้มุม 45 องศาจะทำให้ลูกศรวิ่งไปได้ไกลที่สุด

ผมเสริมเรื่องกองทัพมองโกลเมื่อหลายร้อยปีที่แล้วว่าทำไมถึงรบชนะมากมายนัก ผมถามเด็กๆว่าใครรู้จักเจงกิส ข่านบ้าง ปรากฏว่าเด็กๆไม่รู้จักกัน ผมเลยเล่าว่าเคยมีอาณาจักรมองโกลที่ยิึดดินแดนกว้างขวางขนาดประเทศจีน+ยุโรปเมื่อหลายร้อยปีก่อน อาวุธสำคัญที่มีประสิทธิภาพในการรบมากคือคันธนูที่ประกอบด้วยไม้ เขาสัตว์ และเอ็นสัตว์ คันธนูแบบนี้มีขนาดไม่ใหญ่และน้ำหนักเบา ยิงขณะขี่ม้าได้ ตัวคันธนูแข็งแต่ยืดหยุ่น เก็บพลังงานได้เยอะยิงได้ไกล เมื่อประกอบกับการที่นักรบมองโกลขี่ม้าเพิ่มความเร็วอีก ลูกธนูที่ยิงจากคันธนูแบบนี้จึงวิ่งได้ไกลกว่าอาวุธอื่นๆในสมัยนั้นมาก ข้าศีกสู้ไม่ไหว

จากนั้นเราก็เอากระดาษฉีกเป็นชิ้นเล็กๆ ม้วนเป็นทรงกระบอกแน่นๆ งอเป็นตัว U และใช้หนังยางแบบต่างๆยิงออกไปสูงๆและไกลๆกันครับ เราเน้นว่าห้ามยิงใส่กันเพราะบาดเจ็บได้

บันทึกกิจกรรมวิทยาศาสตร์สำหรับเด็กๆ อยากให้คุณพ่อคุณแม่คุณครูเอาไปประยุกต์เล่นกับเด็กๆเยอะๆครับ :-)