วิทย์ประถม: พยายามประมาณความเร็วสัญญาณในเส้นประสาท

ผมไปทำกิจกรรมวิทย์กับเด็กประถมปฐมธรรมครับ เราหัดคิดแบบวิทยาศาสตร์โดยพยายามอธิบายมายากล ดูคลิปสิ่งประดิษฐ์คอปเตอร์ปีกเดียว (monocopter) ดูคลิปหนวดปลาหมึกและขากบที่ตายแล้วขยับไปมาเมื่อโรยเกลือใส่ และพยายามทำการทดลองวัดความเร็วการทำงานของระบบประสาทกันครับ (ต่อจากสัปดาห์ที่แล้วครับ)

(อัลบั้มบรรยากาศกิจกรรมอยู่ที่นี่ ส่วนลิงก์รวมทุกกิจกรรมอยู่ที่นี่นะครับ)

ก่อนอื่นเด็กๆได้ดูมายากลสั้นๆนี้ครับ ดูเฉพาะตอนแรกที่เป็นกล ยังไม่ดูส่วนเฉลยตอนหลัง แล้วดูเฉลยหลังจากได้พยายามคิดพยายามอธิบายว่ากลแต่ละกลทำอย่างไรกันก่อน วันนี้คือเสกกระต่ายออกมาจากหมวกครับ:

กิจกรรมนี้ฝีกเด็กๆให้คิดแบบวิทยาศาสตร์ มีการสังเกต การตั้งสมมุติฐานเพื่ออธิบายสิ่งที่สังเกตมา การตรวจสอบสมมุติฐานกับข้อมูลที่สังเกตมา การตั้งสมมุติฐานใหม่เมื่อสมมุติฐานเดิมขัดกับข้อมูล นอกจากนี้เราพยายามให้เด็กๆมีความกล้าคิดและออกความเห็นครับ

ผมให้เด็กๆดูสิ่งประดิษฐ์โดรนปีกเดียวที่ม้วนเก็บได้ครับ:

ให้เห็นว่าผู้ประดิษฐ์จำลองสิ่งต่างๆในคอมพิวเตอร์ก่อน ปรับแต่งสิ่งต่างๆแล้วสร้างขึ้นมาจริงๆ เป็นไอเดียเผื่อสร้างสรรค์สิ่งใหม่ๆในอนาคตกันครับ

ต่อไปผมก็ให้เด็กๆดูวิดีโออีกสองอันครับ เป็นปลาหมึกและกบที่พึ่งตายใหม่ๆโดนเกลือ:

หนวดปลาหมึกและขากบขยับได้ทั้งๆที่มันตายไปแล้วเพราะเซลล์กล้ามเนื้อยังมีแหล่งพลังงาน(สารอาหาร)เหลืออยู่ เมื่อโซเดียม (ในเกลือซึ่งก็คือโซเดียมคลอไรด์) ที่ละลายอยู่ในซอสหรือน้ำไปโดนเซลล์กล้ามเนื้อเหล่านี้ เซลล์กล้ามเนื้อก็จะทำงานเหมือนมีสัญญาณไฟฟ้าจากสมองมาสั่งงานให้ขยับ สักพักเมื่อแหล่งพลังงานถูกใช้หมด เซลล์กล้ามเนื้อก็จะหยุดขยับครับ

จากนั้นเราก็พยายามประมาณความเร็วสัญญาณไฟฟ้าในระบบประสาทกันโดยเรานั่งกันเป็นวงกลม และจับขาต่อๆกัน แต่ละคนจะใช้มือซ้ายบีบขาขวาของเพื่อนคนต่อไปเมื่อรู้สึกว่­าเพื่อนคนที่แล้วบีบขาเรา จับเวลากันว่าใช้เวลาเท่าไรในการบีบรอบวง

เราก็ประมาณความยาวของเส้นประสาทที่เกี่ยวข้อง โดยวัดจากข้อเท้าถึงหัว และจากหัวถึงมือครับ ได้ระยะทางโดยรวมประมาณ 30 เมตร สำหรับวงที่มีคน 15 คน:

เวลาที่เราบีบขากันรอบวงจะเท่ากับเวลาสัญญาณวิ่งในเส้นประสาท+เวลาที่สมองคิด+เวลาที่มือบีบครับ พบว่าระยะทางประสาท 30 เมตร ใช้เวลาประมาณ 1.1-1.5 วินาที ถ้าสมองและมือทำงานรวดเร็วมากๆใช้เวลาเป็นศูนย์ ความเร็วในเส้นประสาทจะเป็นประมาณ 20-27 เมตรต่อวินาทีครับ แต่เนื่องจากเวลาที่สมองคิดและมือบีบต้องใช้เวลาบ้างแสดงว่าความเร็วในเส้นประสาทต้องมากกว่า 20-27 เมตรต่อวินาที หรือเรียกว่าอย่างน้อย 20-27 เมตรต่อวินาทีจากการประมาณในการทดลองของเรา

มีนักวิทยาศาสตร์วัดความเร็วในเส้นประสาทโดยตรงโดยใช้สัญญาณไฟฟ้าจี้ไปบนเส้นประสาท พบว่าความเร็วอยู่ที่หลายสิบถึงร้อยเมตรต่อวินาทีครับ ค่าที่เราประมาณได้ก็อยู่ในช่วงนั้น (เรียกว่า order of magnitude เดียวกัน)

วิทย์ประถม: เล่นเกมเกี่ยวกับระบบประสาท

ผมไปทำกิจกรรมวิทย์กับเด็กประถมศูนย์การเรียนปฐมธรรมมาครับ เด็กหัดคิดแบบวิทย์โดยพยายามอธิบายมายากล เราคุยกันเรื่องระบบประสาทและสมอง คุยกันว่าร่างกายของเราต้องมีการส่งสัญญาณไฟฟ้าไปตามเส้นประสาทเพื่อทำงานต่างๆเช่นรับสัญญาณจากประสาทสัมผัส คิดตัดสินใจ ส่งสัญญาณให้กล้ามเนื้อทำงาน แล้วเราก็เล่นจับของที่ตกผ่านมือกัน

(อัลบั้มบรรยากาศกิจกรรมอยู่ที่นี่ ส่วนลิงก์รวมทุกกิจกรรมอยู่ที่นี่นะครับ)

ก่อนอื่นเด็กๆได้ดูมายากลสั้นๆสองกลนี้ครับ ดูเฉพาะตอนแรกที่เป็นกล ยังไม่ดูส่วนเฉลยตอนหลัง แล้วดูเฉลยหลังจากได้พยายามคิดพยายามอธิบายว่ากลแต่ละกลทำอย่างไรกันก่อน วันนี้คือเสกน้ำให้เป็นน้ำแข็ง และกลลอยตัวครับ:

กิจกรรมนี้ฝีกเด็กๆให้คิดแบบวิทยาศาสตร์ มีการสังเกต การตั้งสมมุติฐานเพื่ออธิบายสิ่งที่สังเกตมา การตรวจสอบสมมุติฐานกับข้อมูลที่สังเกตมา การตั้งสมมุติฐานใหม่เมื่อสมมุติฐานเดิมขัดกับข้อมูล นอกจากนี้เราพยายามให้เด็กๆมีความกล้าคิดและออกความเห็นครับ

จากนั้นผมก็ให้เด็กๆดูเว็บ Zygote Body ซึ่งเป็นเว็บให้เรากดดูส่วนประกอบต่างๆของร่างกาย หน้าตาแบบนี้:

สามารถเข้าไปเล่นเองได้ที่ลิงก์นี้หรือข้างล่างนะครับ:

ผมเล่าให้เด็กๆฟังว่าร่างกายเราจะรู้สึกหรือขยับได้ต้องมีสัญญาณตามเส้นประสาทวิ่งไปมาในร่างกาย ถ้าจะหยิบจับอะไรสมองก็ต้องส่งสัญญาณไปตามเส้นประสาทไปที่มือเพื่อให้มือขยับตามที่คิด ถ้าจะรู้สึกอะไรก็ต้องมีสัญญาณจากอวัยวะส่วนต่างๆวิ่งกลับไปที่สมอง สมองจะต้องรับและส่งสัญญาณต่างๆกับส่วนอื่นๆของร่างกายตลอดเวลา และการส่งสัญญาณไปมานั้นใช้เวลา ไม่ใช่เกิดได้ทันทีทันใด เพื่อเป็นการทดลองให้เห็นว่าการทำงานของระบบประสาทและสมองใช้เวลาบ้างเราเราจึงลองเล่นจับแบงค์กันครับ

วิธีเล่นก็คือให้เด็กเอาแขนวางพาดบนโต๊ะหรือเก้าอี้ให้มือยื่นออกมาเตรียมจับแบงค์ที่ผมจะปล่อยให้ตกผ่านมือเด็ก พอผมปล่อยแบงค์เด็กๆก็จะต้องพยายามจับแบงค์ให้ได้ ซึ่งโดยปกติจะไม่สามารถจับได้ (สาเหตุที่เอาแขนไปพาดโต๊ะก็เพื่อป้องกันไม่ให้ขยับแขนลงไปคว้าแบงค์ที่ตก ผ่านมือไปแล้วได้ครับ) ผมเล่าให้เด็กๆฟังว่า เวลาเราจะจับแบงค์ ตาเราต้องมองดูแล้วเห็นว่าแบงค์ตก แล้วจึงส่งสัญญาณไปที่สมอง สมองต้องตัดสินใจว่าจะจับแบงค์แล้วส่งสัญญาณไปที่มือให้มือจับ สัญญาณเหล่านี้เป็นสัญญาณไฟฟ้าที่วิ่งไปตามเส้นประสาทของเราและมันใช้เวลาในการคิดและเดินทางตามเส้นประสาทมากกว่าเวลาที่แบงค์ตกผ่านมือเราไป

เราเล่นกันประมาณนี้ครับ:

เด็กประถมปลายบางคนลองจับไม้บรรทัด จะพบว่าจะสามารถจับได้เมื่อไม้บรรทัดตกลงไปสักประมาณ 10-12 นิ้วครับ (สำหรับนักเรียนม.ปลายที่เรียนฟิสิกส์บ้างแล้วควรจะสามารถประมาณได้ว่าใช้เวลาเท่าไรในการจับของที่ตกผ่านมือครับ)

ผมเล่าเรื่องสมองอีกนิดหน่อยให้เด็กประถมปลายฟัง แต่อยากให้เด็กๆไปอ่านเพิ่มเติมตามลิงก์เหล่านี้ถ้าสนใจนะครับ:

  1. คลื่นสมอง
  2. Top Ten Myths About the Brain
  3. Right brain/left brain, right?
  4. 7 (and a half) myths about your brain
  5. 10 Surprising Facts About Your Brain

วิทย์ม.ต้น: เรื่องน่ารู้เกี่ยวกับการนอน, เฉลยข้อสอบ Python, คลิป Immune System

วันนี้ผมเล่าเรื่องน่ารู้เกี่ยวกับการนอนหลับให้เด็กๆม.ต้นฟังครับ ปกติเราจะคิดว่าเราต้องนอนเพราะสมองเราต้องพักผ่อนเท่านั้น แต่มีงานวิจัยพบว่าสัตว์ที่ไม่มีสมองเช่นฟองน้ำหรือแมงกระพรุนก็แสดงพฤติกรรมประเภทนอนเหมือนกัน และนอกจากนี้ยังมีงานวิจัยที่ทดลองว่าการอดนอนจนตายในแมลงหวี่นั้น พบสารเคมีตระกูลที่มีออกซิเจนอิสระ (ROS, = reactive oxygen species) ในลำไส้เพิ่มขึ้นเรื่อยๆตามการอดนอนจนอายุขัยสั้นเหลือ 10 วันจากปกติ 30 วัน และถ้าลดปริมาณ ROS ในลำไส้โดยกินสารต้านอนุมูลอิสระหรือให้แมลงหวี่นอน แมลงหวี่ก็จะไม่ตายเร็ว ทำให้เราเข้าใจมากขึ้นว่าการนอนน่าจะวิวัฒนาการมาก่อนสมอง และน่าจะมีหน้าที่เกี่ยวกับเมแทบอลิซึมในเซลล์ต่างๆมาก่อน

รายละเอียดจะเป็นประมาณในลิงก์เหล่านี้ครับ:

  1. Sleep Evolved Before Brains. Hydras Are Living Proof.
  2. The Simplest of Slumbers
  3. การศึกษาสาเหตุของการอดนอนที่ทำให้เสียชีวิต พบว่าไม่ได้เกิดจากสมองแต่อาจเกิดในลำไส้
  4. Sleep Loss Can Cause Death through Accumulation of Reactive Oxygen Species in the Gut
  5. การนอน

จากนั้นเราคุยกันเรื่องข้อสอบที่เด็กๆทำไป ส่วนใหญ่ทำได้ไม่มีปัญหาอะไร แต่มีข้อเขียนโปรแกรมที่เด็กๆทำไม่ค่อยครบกัน เลยทำเฉลยไว้ไห้ดู คำถามคือ:

ผมเฉลยเป็นโปรแกรมบน Colab อยู่ที่นี่

เราดูคลิปและคุยกันเรื่องระบบภูมิคุ้มกัน:

จากนั้นผมให้เด็กๆลองเล่นกลจับแบงค์กัน คือให้วางแขนไว้กับโต๊ะให้มืออยู่นอกโต๊ะ แล้วให้เพื่อนปล่อยแบงค์ให้ตกผ่านมือ เด็กๆจะจับแบงค์ไม่ค่อยได้เพราะเวลาที่ตา-สมอง-มือทำงานร่วมกันเพื่อจับแบงค์นั้นนานเกินกว่าเวลาที่แบงค์ตกผ่านมือ การบ้านคือให้เด็กๆไปคิดว่าจะประมาณเวลาการตัดสินใจจับแบงค์อย่างไร แล้วอีกสองสัปดาห์เราจะทำการทดลองกัน

บันทึกกิจกรรมวิทยาศาสตร์สำหรับเด็กๆ อยากให้คุณพ่อคุณแม่คุณครูเอาไปประยุกต์เล่นกับเด็กๆเยอะๆครับ :-)