วิทย์ประถม: เปรียบเทียบขนาดโลก, ดวงอาทิตย์, และระยะห่าง

ผมไปทำกิจกรรมวิทย์กับเด็กประถมศูนย์การเรียนปฐมธรรมมาครับ เด็กๆหัดคิดแบบวิทย์โดยพยายามอธิบายมายากล เนื่องจากองค์นี้เด็กๆจะเรียนรู้เรื่องดาราศาสตร์ เราจึงเริ่มคุยกันเรื่องขนาดของโลก ขนาดของดวงอาทิตย์ และระยะห่างระหว่างกัน ทำแบบจำลองโดยประมาณแบบดวงอาทิตย์ขนาด 10 ซ.ม. โลกขนาด 1 ม.ม. วางห่างกัน 10 เมตร เน้นให้เด็กๆบีบปั้นฟอยล์อลูมิเนียมเป็นลูกโลกขนาด 1 ม.ม. จะได้จำได้ดีขึ้นครับ

(อัลบั้มบรรยากาศกิจกรรมอยู่ที่นี่ ส่วนลิงก์รวมทุกกิจกรรมอยู่ที่นี่นะครับ)

ก่อนอื่นเด็กๆได้ดูมายากลในคลิปนี้ครับ เด็กๆดูกลก่อนแล้วพยายามอธิบายก่อนเฉลย คราวนี้มีกลสั้นๆให้เด็กๆดู 6 กล:

กิจกรรมนี้ฝีกเด็กๆให้คิดแบบวิทยาศาสตร์ มีการสังเกต การตั้งสมมุติฐานเพื่ออธิบายสิ่งที่สังเกตมา การตรวจสอบสมมุติฐานกับข้อมูลที่สังเกตมา การตั้งสมมุติฐานใหม่เมื่อสมมุติฐานเดิมขัดกับข้อมูล นอกจากนี้เราพยายามให้เด็กๆมีความกล้าคิดและออกความเห็น และหวังว่าเมื่อโตไปจะไม่ถูกหลอกง่ายๆครับ

ผมคุยกับเด็กๆเรื่องโลก รูปทรงของโลกที่เกือบเป็นทรงกลมสมบูรณ์แบบ แต่รอบเอวกว้างกว่าความสูงนิดนึงเนื่องจากการหมุน เส้นผ่าศูนย์กลางเกือบๆ 13,000 กิโลเมตร เส้นรอบวงเกือบ 40,000 กิโลเมตรเป๊ะๆเนื่องจากเคยมีความพยายามกำหนดมาตรฐานความยาวเมตรด้วยขนาดโลก ภูเขาที่สูงที่สุดสูงไม่ถึง 10 กิโลเมตร มหาสมุทรลึกที่สุดประมาณ 10 กิโลเมตร ทั้งภูเขาและมหาสมุทรมีขนาดความสูงหรือความลึกน้อยมากเมื่อเทียบกับขนาดโลก (น้อยกว่า 1 ใน 1,000 — ดังนั้นรูปภาพโลกจากอวกาศจึงดูกลมมากๆ)

ภาพถ่ายโลกโดยนักบินอวกาศ Apollo 17 จากระยะห่าง 29,000 กิโลเมตร วันที่ 7 ธันวาคม 2515

ผมเล่าให้เด็กๆฟังว่าอากาศส่วนใหญ่จะอยู่ใกล้ๆโลกไม่กี่สิบกิโลเมตร อากาศจะเบาบางไปเรื่อยๆในที่สูงๆ ระยะสูงจากโลกสักประมาณ  300  กิโลเมตร เราก็ถึอว่ามีอากาศน้อยมากจนเรียกว่าอวกาศได้แล้ว จากนั้นผมก็เปรียบเทียบว่าชั้นบรรยากาศจะมีหนาประมาณ 2% ของเส้นผ่าศูนย์กลางโลก เป็นชั้นบรรยากาศที่เล็กมากเมื่อเทียบกับโลก สถานีอวกาศนานาชาติ (ISS) จะโคจรห่างจากโลกแค่ประมาณ 3% ของเส้นผ่าศูนย์กลางโลกเท่านั้น และโคจรรอบโลกทุกๆชั่วโมงครึ่ง ผมทำมือห่างจากโลกไปประมาณสามเท่าความกว้างของโลกให้เด็กๆดูว่าดาวเทียมที่ถ่ายทอดทีวีดาวเทียมจะอยู่ไกลแค่ไหน ดาวเทียมพวกนี้จะโคจรในแนวเส้นศูนย์สูตรของโลก โคจรหนึ่งรอบเท่ากับหนึ่งวันพอดี เราจึงเห็นดาวเทียมพวกนี้อยู่ที่เดิมในท้องฟ้าเสมอเพราะมันโคจรไปพร้อมๆกับโลกหมุน

สำหรับพวกเราชาวโลก เราจะรู้สึกว่าโลกมีขนาดกว้างใหญ่ไพศาลมากๆ แต่นั่นเป็นเพราะเราเป็นสิ่งมีชีวิตที่ติดอยู่บนผิวโลก ที่เกิดและน่าจะตายบนดาวเคราะห์ดวงนี้ แต่ถ้าเราศึกษาเรื่องดาราศาสตร์ เราจะเข้าใจว่าจักรวาลมีขนาดใหญ่มากๆ วันนี้ผมจึงทำกิจกรรมแนะนำให้เด็กๆเริ่มเข้าใจดาราศาสตร์โดยพูดถึงดวงอาทิตย์ด้วย

ถามเด็กๆว่าใครรู้บ้างว่าดวงอาทิตย์มีขนาดใหญ่เท่าไร เด็กๆก็พยายามเดาพยายามตอบ จากนั้นผมก็เฉลยอกเด็กๆว่าเส้นผ่าศูนย์กลางดวงอาทิตย์จะใหญ่ประมาณ 100 เท่าของโลก (จริงๆคือ 109 เท่า แต่ประมาณว่า 100 เท่าก็ได้จะได้จำง่ายๆ)

ภาพวาดเปรียบเทียบขนาดดวงอาทิตย์กับดาวเคราะห์ครับ โลกคืออันกลมๆเล็กๆอันที่สามจากทางซ้าย

จากนั้นผมแจกฟอยล์อะลูมิเนียมชิ้นเล็กๆให้เด็กๆปั้นให้เป็นลูกกลมๆโดยพยายามให้เส้นผ่าศูนย์กลางเท่ากับ 1 มิลลิเมตร เพื่อให้เด็กๆจำได้ว่าขนาดหนึ่งมิลลิเมตรใหญ่แค่ไหน ลูกฟอยล์อันนี้จะเทียบได้กับโลกถ้าดวงอาทิตย์มีขนาด 10 เซ็นติเมตร

จากนั้นผมก็ให้เด็กๆเดาว่าแล้วโลกห่างจากดวงอาทิตย์เท่าไร เด็กๆส่วนใหญ่จะคิดว่าไม่ไกลมาก คือห่างแค่ช่วงแขนหรือไม่กี่ช่วงแขน (ตามรูปที่เห็นในหนังสือทั่วไป) ผมบอกว่าจริงๆแล้ว ระยะทางระหว่างโลกกับดวงอาทิตย์จะยาวประมาณ 100 เท่าของเส้นผ่าศูนย์กลางดวงอาทิตย์ด้วย (จริงๆคือ 107 เท่า) ดังนั้น ถ้าลูกบอลโฟมคือดวงอาทิตย์และมีขนาด 10 เซ็นติเมตร เม็ดฟอยล์อลูมิเนียมขนาด 1 มิลลิเมตรที่แทนโลกต้องห่างออกไปประมาณสิบเมตร (ถึง 11 เมตร)  ผมเอาตลับเมตรยาว 10 เมตรมาวางให้เด็กๆดูโดยปลายข้างหนึ่งติดดวงอาทิตย์โฟมไว้ แล้วให้เด็กๆเอาโลกไปวางที่ปลายอีกข้างหนึ่ง ให้ซาบซึ้งถึงขนาดของโลก ดวงอาทิตย์ และระยะห่างระหว่างกัน

วิทย์ประถม: การทรงตัวจากการหมุน

วันนี้ผมไปทำกิจกรรมวิทย์กับเด็กประถมศูนย์การเรียนปฐมธรรมมาครับ เด็กๆหัดคิดแบบวิทย์โดยพยายามอธิบายมายากล ได้เรียนรู้ว่าการหมุนทำให้สิ่งต่างๆทรงตัวได้ดีขึ้นเพราะสิ่งที่หมุนจะรักษาปริมาณการหมุน (โมเมนตัมเชิงมุม) ทำให้แกนหมุนชี้ไปทิศทางเดิมเสมอถ้าไม่มีแรงอะไรมาบิดให้เปลี่ยนทิศทาง

(อัลบั้มบรรยากาศกิจกรรมอยู่ที่นี่ ส่วนลิงก์รวมทุกกิจกรรมอยู่ที่นี่นะครับ)

ก่อนอื่นเด็กๆได้ดูมายากลในคลิปนี้ครับ เด็กๆดูกลก่อนแล้วพยายามอธิบายก่อนเฉลย คราวนี้มีกลสั้นๆให้เด็กๆดู 5 กล:

กิจกรรมนี้ฝีกเด็กๆให้คิดแบบวิทยาศาสตร์ มีการสังเกต การตั้งสมมุติฐานเพื่ออธิบายสิ่งที่สังเกตมา การตรวจสอบสมมุติฐานกับข้อมูลที่สังเกตมา การตั้งสมมุติฐานใหม่เมื่อสมมุติฐานเดิมขัดกับข้อมูล นอกจากนี้เราพยายามให้เด็กๆมีความกล้าคิดและออกความเห็น และหวังว่าเมื่อโตไปจะไม่ถูกหลอกง่ายๆครับ

ต่อจากนั้นผมคุยทบทวนเรื่องการทรงตัวกับเด็กๆตามที่ได้ทดลองและประดิษฐ์ของเล่นที่เกี่ยวข้องผ่านมาหลายสัปดาห์ ทบทวนความเข้าใจที่ว่าของจะทรงตัวอยู่ได้ฐานรับน้ำหนักของมันต้องอยู่ในแนวดิ่งที่ผ่านจุดศูนย์ถ่วง ถ้าฐานรับน้ำหนักมีขนาดเล็ก วัตถุก็จะล้มง่าย หรือตั้งอยู่ไม่ได้ตั้งแต่ต้น

ผมเอาของเล่นที่เป็นลูกข่างเล็กๆมาพยายามตั้งให้เด็กๆดู ถ้ามันไม่หมุนมันจะล้มลงตลอด เอาเหรียญมาตั้งให้เด็กดู ซึ่งก็เป็นเหมือนกันที่จะล้มเมื่อไม่หมุน แต่จะทรงตัวตั้งอยู่ได้นานๆเมื่อหมุน

ของเล่นอีกชิ้นคือลูกข่างไจโรสโคป มันคือลูกข่างที่หมุนอยู่ในกรอบที่เราจับยกไปมาได้ครับ เด็กๆได้เห็นว่าเวลาลูกข่างหมุนมันจะทรงตัวได้ แต่เวลาไม่หมุนมันจะล้ม

หลักการที่สิ่งที่หมุนอยู่ไม่ล้มง่ายๆคือกฎเกณฑ์ในธรรมชาติอันหนึ่งที่ว่าสิ่งที่กำลังหมุนอยู่จะหมุนเหมือนเดิมไปเรื่อยๆทั้งความเร็วรอบในการหมุนและทิศทางของแกนหมุนครับ ถ้าจะเปลี่ยนการหมุน ก็ต้องมีแรงอะไรบางอย่างมาบิดมันให้เปลี่ยนแปลง กฏเกณฑ์ข้อนี้เรียกว่าการอนุรักษ์โมเมนตัมเชิงมุมนั่นเอง

เด็กๆได้เลี้ยงลูกข่างบนโต๊ะ ได้เอาลูกข่างหมุนๆใส่กล่องแล้วเห็นกล่องตั้งอยู่ได้ ได้เอาลูกข่างหมุนๆวางบนเส้นเชือก และเอาเส้นเชือกคล้องลูกข่างให้ลอยอยู๋ในอากาศ วิธีเล่นผมเคยอัดเป็นคลิปแบบนี้ไว้ครับ:

ในวิดีโอจะเห็นเวลาเอาไจโรสโคปไปวางให้แกนหมุนใกล้แนวนอน และให้ปลายข้างหนึ่งติดกับฐาน จะเห็นว่าแกนหมุนมันจะกวาดไปรอบๆ อันนี้เป็นเพราะไจโรสโคปอยากจะชี้ให้แกนหมุนชี้ไปทางเดียว แต่แรงโน้มถ่วงของโลกอยากดูดมันให้ตกลงมาจากฐาน กลายเป็นแรงบิดทำให้แกนหมุนของไจโรสโคปกวาดไปรอบๆ ถ้าไจโรสโคปไม่หมุนตั้งแต่แรก มันก็จะตกลงมาจากฐานเนื่องจากแรงโน้มถ่วงของโลกแล้ว ไม่กวาดไปรอบๆตั้งแต่ต้น

หลักการของหมุนๆนี้ถูกใช้มาสร้างอุปกรณ์จริงๆที่ไม่ใช่ของเล่นเรียกว่าไจโรสโคป (Gyroscope) ด้วยครับ ไจโรสโคปที่จะชี้ทิศทางคงที่ไว้เสมอ ไว้ให้เรือ เรือดำน้ำ เครื่องบิน ยานอวกาศ คำนวณได้ว่าตอนนี้หันหัวไปทางทิศไหนโดยเทียบกับทิศทางของไจโรสโคป ไจโรสโคปเมื่อก่อนสร้างด้วยของที่หมุนจริงๆ แต่เดี๋ยวนี้สร้างด้วยวิธีอื่นๆได้ เป็นไฟฟ้าหรือแสงก็ได้

หลักการเดียวกันยังถูกใช้ในการยิงกระสุนปืนด้วย คือปืนในสมัยโบราณ ลูกกระสุนจะไม่หมุน ยิ่งได้แม่นยำในระยะจำกัด ต่อมานักประดิษฐ์ได้ใส่เกลียวเข้าไปในลำกล้องปืน เมื่อยิงด้วยกระสุนที่ทำจากโลหะที่อ่อนกว่าวัสดุของลำกล้อง กระสุนก็จะหมุนและไม่อยากเปลี่ยนทิศทาง ทำให้ยิงแม่นยำได้ไกลมากขึ้น กระสุนจะหมุนประมาณหลายร้อยรอบต่อวินาทีจนถึงพันสองพันรอบต่อวินาที รอยข้างๆกระสุนที่เกิดจากเกลียวนั้นใช้เป็นหลักฐานได้ว่ากระสุนถูกยิงออกมาจากปืนกระบอกไหน 

เด็กๆแยกย้ายกันเล่นอย่างสนุกสนานครับ:

วิทย์ประถม: เล่นนกสมดุลและค้อนสมดุล

วันนี้ผมไปทำกิจกรรมวิทย์กับเด็กประถมศูนย์การเรียนปฐมธรรมมาครับ เด็กๆหัดคิดแบบวิทย์โดยพยายามอธิบายมายากล เด็กประถมต้นทำของเล่นนกสมดุล เด็กประถมปลายทำค้อนสมดุลและสังเกตจุดศูนย์ถ่วงที่อยู่ใต้ไม้ไอติมที่รับน้ำหนักค้อน

(อัลบั้มบรรยากาศกิจกรรมอยู่ที่นี่ ส่วนลิงก์รวมทุกกิจกรรมอยู่ที่นี่นะครับ)

ก่อนอื่นเด็กๆได้ดูมายากลในคลิปนี้ครับ เด็กๆดูกลก่อนแล้วพยายามอธิบายก่อนเฉลย คราวนี้มีกลสั้นๆให้เด็กๆดู 6 กล:

กิจกรรมนี้ฝีกเด็กๆให้คิดแบบวิทยาศาสตร์ มีการสังเกต การตั้งสมมุติฐานเพื่ออธิบายสิ่งที่สังเกตมา การตรวจสอบสมมุติฐานกับข้อมูลที่สังเกตมา การตั้งสมมุติฐานใหม่เมื่อสมมุติฐานเดิมขัดกับข้อมูล นอกจากนี้เราพยายามให้เด็กๆมีความกล้าคิดและออกความเห็น และหวังว่าเมื่อโตไปจะไม่ถูกหลอกง่ายๆครับ

สำหรับประถมต้น  ผมให้เด็กๆตัดกระดาษเป็นรูปนกขนาดเล็กๆ โดยที่ปีกทั้งสองยื่นไปด้านหน้าของหัว แล้วใช้คลิปหนีบกระดาษติดที่ปีก ขยับตำแหน่งคลิปให้จุดศูนย์ถ่วงของนกอยู่ที่ปากของมัน เราสามารถรับน้ำหนักมันที่ปากและนกก็จะลอยอยู่ได้ครับ

สำหรับเด็กประถมปลาย ผมให้เด็กๆติดค้อนเข้ากับไม้ไอติม แล้วเอาไปแขวนตามขอบโต๊ะ จุดที่รับน้ำหนักจะผ่านจุดศูนย์ถ่วงของค้อน+ไม้ไอติม ทำให้ค้อนลอยอยู่ได้

เราใช้ไม้บรรทัดแทนไม้ไอติมก็ได้ดังในคลิปนี้ครับ:

บันทึกกิจกรรมวิทยาศาสตร์สำหรับเด็กๆ อยากให้คุณพ่อคุณแม่คุณครูเอาไปประยุกต์เล่นกับเด็กๆเยอะๆครับ :-)