Category Archives: science class

ความถี่เสียงที่หูฟังได้, ความถี่ธรรมชาติของวัตถุ, กลน้ำไม่หก

ผมไปทำกิจกรรมวิทย์กับเด็กๆมาครับ เด็กประถมหัดคิดแบบวิทยาศาสตร์โดยพยายามอธิบายมายากล ประถมต้นได้ทดลองฟังเสียงที่ความถี่ต่างๆเพื่อดูว่าแต่ละคนฟังเสียงต่ำสุดได้เท่าไร สูงสุดได้เท่าไร ประถมปลายได้สังเกตการสั่นของวัตถุต่างๆแล้วดูว่าความถี่ธรรมชาติของมันคืออะไรด้วยโปรแกรมใน iOS และ Android อนุบาลสามได้หัดเล่นกลน้ำไม่หกด้วยความดันอากาศครับ

(อัลบั้มบรรยากาศกิจกรรมอยู่ที่นี่นะครับ กิจกรรมประถมคราวที่แล้วเรื่อง “หูและคลื่นเสียง, กลน้ำไม่หก” ครับ ลิงก์รวมทุกกิจกรรมอยู่ที่นี่นะครับ)

ก่อนอื่นเด็กประถมต้นได้ดูมายากลนี้ครับ ดูเฉพาะตอนแรกที่เป็นกล ยังไม่ดูส่วนเฉลยตอนหลัง แล้วดูเฉลยหลังจากได้พยายามคิดพยายามอธิบายว่ากลแต่ละกลทำอย่างไรกันก่อนครับ กลวันนี้คือกลมีดตัดแขน:

กิจกรรมนี้ฝีกเด็กๆให้คิดแบบวิทยาศาสตร์ครับ มีการสังเกต การตั้งสมมุติฐานเพื่ออธิบายสิ่งที่สังเกตมา การตรวจสอบสมมุติฐานกับข้อมูลที่สังเกตมา การตั้งสมมุติฐานใหม่เมื่อสมมุติฐานเดิมขัดกับข้อมูล นอกจากนี้เราพยายามให้เด็กๆมีความกล้าคิดและออกความเห็นครับ

ต่อจากนั้นเด็กๆประถมต้นได้เข้าใจว่าเสียงต่ำคือเสียงความถึ่ต่ำ คือมีการสั่นสะเทือนต่อวินาทีไม่มาก เสียงสูงคือเสียงความถึ่สูง มีการสั่นสะเทือนต่อวินาทีมาก และได้รู้จักหน่วยของความถี่ที่เรียกว่า “เฮิร์ตซ์” (Hz, Hertz) ซึ่งเท่ากับหนึ่งครั้งต่อวินาที

เด็กๆทดลองฟังเสียงสูงต่ำกันโดยสังเกตว่าเสียงต่ำที่สุดที่เริ่มได้ยินมีความถึ่เท่าไร เสียงสูงสุดที่ได้ยินมีความถึ่เท่าไร

เมื่อความถี่ต่ำมากๆหรือสูงมากๆจนเราไม่ค่อยได้ยิน บางทีเราก็จะคิดไปเองว่าเราได้ยินครับ อย่างนี้ต้องให้อีกคนช่วยปรับความถี่ให้ หรือก็ต้องหลับตาขยับเปลี่ยนความถี่ไปมาว่าเริ่มได้ยินหรือยัง หรือไม่ก็เปิดปิดเสียงสลับไปดูว่าตอนปิดเสียงยังคิดว่าได้ยินหรือเปล่า ถ้าได้ยินก็แสดงว่าคิดไปเองครับ เราใช้โปรแกรม Sonic by Von Bruno (iOS) และ Physics Toolbox Tone Generator เป็นตัวสร้างความถี่ต่างๆครับ

ผลที่เด็กๆทดลองก็เป็นประมาณนี้ครับ:

หูคนที่ทำงานได้สมบูรณ์จะฟังเสียงได้ประมาณความถี่ 20 Hz ถึง 20,000 Hz ครับ เด็กๆเท่านั้นถึงจะฟังได้ช่วงกว้างอย่างนี้ คนยิ่งอายุเยอะขึ้นก็จะฟังความถี่สูงๆไม่ค่อยได้ จากการทดลองวันนี้เด็กๆประถมต้นฟังเสียงสูงได้ถึง 17,000-20,000+ Hz เลยครับ ส่วนคนอายุ 50 อย่างผมฟังได้ถึงแค่ 13,000-14,000 Hz ครับ

สัตว์ต่างๆสามารถฟังเสียงความถี่ต่างจากคนด้วยครับ ดังในรูปนี้

เข้าไปอ่านเพิ่มเติมเรื่องนี้ได้ที่ https://en.wikipedia.org/wiki/Hearing_range ครับ

สำหรับประถมปลาย เด็กๆได้เอาไม้บรรทัดอลูมิเนียมและไม้บรรทัดไม้มากดปลายข้างหนึ่งติดกับโต๊ะ แล้วจับปลายอีกข้างแล้วปล่อยให้สั่น แล้วใช้โปรแกรม FFTWave บน iOS และ SoundView บน Android ดูความถี่เสียงของการสั่นต่างๆครับ  หน้าจอ FFTWave จะเป็นประมาณนี้ครับ:

เด็กๆได้สังเกตว่าความยาวของไม้บรรทัดมีผลกับการสั่นของมัน ถ้ายาวก็จะสั่นด้วยความถี่ต่ำ ถ้าสั้นก็สั่นด้วยความถี่สูง เด็กๆบางกลุ่มเอาเครื่องดนตรีมาสังเกตด้วย พบว่าเส้นกีต้าร์ที่มีขนาดหรือความตึงต่างกันก็จะสั่นด้วยความถี่ไม่เหมือนกันครับ

ความถี่ที่วัตถุสั่นเองเมื่อเราไปเคาะ บิด หรือดีดมันเรียกว่าความถี่ธรรมชาติความถี่ธรรมชาติของวัตถุแต่ละชิ้นจะมีหลายความถี่ และขึ้นอยู่กับรูปทรง ขนาด และประเภทวัสดุครับ

สำหรับเด็กอนุบาลสามทับสามโรงเรียนอนุบาลบ้านพลอยภูมิ ผมให้ทดลองหัดเล่นกลน้ำไม่หกจากแก้วและน้ำไม่ผ่านตะแกรงครับ

วิธีทำกลน้ำไม่หกจากแก้วก็คือเอาแก้วใส่น้ำ เอาแผ่นพลาสติกหรือกระดาษแข็งเรียบๆมาปิด แล้วกลับแก้วให้คว่ำลง แผ่นพลาสติกหรือแผ่นโฟมบางๆหรือกระดาษแข็งที่ปิดไว้ก็จะติดอยู่และน้ำก็ไม่หกจากแก้วครับ เด็กพอรู้วิธีทำก็ลองเล่นเอง:

สำหรับกลน้ำไม่ไหลผ่านตะแกรง เราเอาตะแกรงร่อนแป้งที่เป็นรูๆมาให้เด็กๆทุกคนดูว่ามีรู เทน้ำใส่ก็ไหลผ่าน เป่าก็มีลมผ่าน แล้วเอาน้ำใส่แก้ว เอาตะแกรงวางข้างบน เอามือปิดด้านบนของตะแกรงให้คลุมปากแก้วด้านล่างไว้ แล้วพลิกเร็วๆให้แก้วใส่น้ำคว่ำอยู่ด้านบนตะแกรง เราจะพบว่าน้ำในแก้วไม่ไหลผ่านตะแกรงลงมาครับ ทั้งนี้ก็เพราะน้ำที่ติดกับตะแกรงมีแรงตึงผิวไม่แตกออกเป็นเม็ดน้ำเล็กๆ ทำให้ความดันอากาศภายนอกต้านไว้ไม่ให้น้ำไหลออกมาครับ ผมเคยทำคลิปวิธีทำไว้ที่ช่องเด็กจิ๋วและดร.โก้ครับ:

กลทั้งสองแบบมีหลักการคล้ายกันที่ว่าอากาศภายนอกแก้วมีความดันมากพอที่จะ รับน้ำหนักน้ำไม่ให้หกออกมาครับ ในกรณีตะแกรงจะใช้แรงตึงผิวของน้ำรับแรงจากความดันอากาศแทนแผ่นพลาสติกในอีกกรณีหนึ่งครับ

Action Bias, หัดใช้คาลิเปอร์, รู้จัก Mean & Standard Deviation

วันนี้เด็กๆเรียนเรื่อง action bias จากหนังสือ The Art of Thinking Clearly โดยคุณ Rolf Dobelli ให้ระวังว่าบางทีเราจะอยู่เฉยๆไม่เป็น อยากจะทำอะไรซักอย่าง เพราะการทำอะไรบางอย่างทำให้รู้สึกดีขึ้น ทั้งๆที่ด้วยเหตุผลแล้วถ้าอยู่เฉยๆจะมีประโยชน์กว่า

จากนั้นเด็กๆก็หัดใช้คาลิเปอร์วัดขนาดเหรียญบาทกันครับ

เด็กๆเห็นว่าการวัดขนาดเหรียญหลายเหรียญ ด้วยเครื่องมือหลายอัน และคนหลายคนได้ตัวเลขที่ใกล้เคียงกันแต่ไม่เหมือนกันเป๊ะ เราจึงรายงานผลการวัดของเราในรูป ค่าเฉลี่ย ± ค่าเบี่ยงเบนมาตราฐาน หรือ mean ± standard deviation ครับ

เด็กๆได้เห็นวิธีคำนวณค่าเฉลี่ยและค่าเบี่ยงเบนมาตรฐานประมาณนี้:

ได้เห็นตัวอย่างโค้ดไพธอนที่คำนวณ:

ดูเหมือนว่าเด็กๆจะตื่นเต้นกับตัวอักษรกรีกด้วย

และมีการบ้านไปอ่านเรื่องเลขนัยสำคัญที่นี่และที่นี่ครับ

อัลบั้มบรรยากาศชั้นเรียนอยู่ที่นี่ครับ

วิทย์ม.ต้น: เขียนโปรแกรมไพธอนแก้ปัญหาแบบควายถึก, โปรแกรมเข้ารหัส Caesar Cipher, และเว็บฝึกเขียนไพธอน

ผมเอาโจทย์เลขนี้มาให้เด็กๆดูครับ:

โจทย์คือ a, b, c, d เป็นจำนวนเต็มบวก ผลรวมของ a, b, c, d เท่ากับ 63 ให้หาค่าที่มากที่สุดของ ab + bc + cd ในวิดีโอแสดงวิธีทำด้วยรูปภาพ แต่สมมุติว่าเด็กๆไม่รู้ว่าจะทำอย่างไรแต่มีคอมพิวเตอร์อยู่ก็สามารถเขียนโปรแกรมให้คอมพิวเตอร์ไล่ตัวเลข a, b, c, d ดูได้

ผมบอกเด็กๆว่าเดี๋ยวนี้คอมพิวเตอร์เร็วมาก ถ้ามีของสักพันล้านชิ้นก็ยังให้มันไล่ดูให้เราได้โดยรอไม่นานนัก ในโจทย์นี้ค่าที่เป็นไปได้ของ a, b, c จะประมาณ 60 แบบของแต่ละตัว และค่าของ d จะเท่ากับ 63-(a+b+c) ดังนั้นค่าที่เป็นไปได้ทั้งหมดจะประมาณ 60x60x60 หรือประมาณ 200,000 เท่านั้น คอมพิวเตอร์ไล่ให้ได้ในเวลาไม่ถึงวินาที

หน้าตาโปรแกรมก็เป็นประมาณนี้ครับ:

วิธีให้คอมพิวเตอร์ช่วยคิดนี้ทำให้เราสามารถถามคำถามมากขึ้นไปอีกได้เช่นสำหรับค่า ab + bc + cd แต่ละค่าจะมีชุด (a, b, c, d) กี่แบบ เอามาวาดฮิสโตแกรมดูดีไหม มีค่าไหนที่เป็นไปไม่ได้บ้าง ฯลฯ

สำหรับการบ้านที่ผมให้เด็กๆม.2-3 ไปพยายามเขียนฟังก์ชั่นเข้ารหัสแบบเลื่อนตัวอักษร (Caesar Cipher) ผมก็มาเขียนเฉลยให้เด็กๆดูสดๆว่าผมเขียนอย่างไร เจอปัญหาและบั๊กอย่างไร เขียนไปตรวจสอบไปอย่างไรครับ หน้าตาจอตอนเขียนก็เป็นประมาณนี้:

โหลด Jupyter Notebook ที่บันทึกการเฉลยที่นี่ครับ หรือเปิดดูในเบราเซอร์ได้ที่นี่ครับ: https://nbviewer.jupyter.org/urls/witpoko.com/wp-content/uploads/2019/06/2019-06-07_G8-9.ipynb

สำหรับเด็กๆม.1 ผมให้ทำแบบฝึกหัดกับเว็บเรียนไพธอนสองเว็บครับ ให้เขาทดลองทำแล้วเลือกดูว่าชอบอันไหนระหว่าง https://www.w3schools.com/python/ และ https://www.learnpython.org ขณะที่ทำแล้วมีปัญหาผมก็เข้าไปแนะนำ มีกระดาษทดตอนแนะนำเป็น Jupyter Notebook ให้โหลดไปดูได้ที่นี่ หรือเปิดดูในเบราเซอร์ได้ที่นี่ครับ: https://nbviewer.jupyter.org/urls/witpoko.com/wp-content/uploads/2019/06/2019-06-07_G7.ipynb

ผมไปพบลิงก์สำหรับเรียนรู้ภาษาไพธอนถ้าอ่านภาษาอังกฤษไม่คล่องด้วยครับ เข้าไปดูได้ที่ https://phyblas.hinaboshi.com/saraban/python (แต่อย่างไรก็ตามผมแนะนำให้หัดอ่านภาษาอังกฤษไปเรื่อยๆนะครับ จะได้เก่งภาษาขึ้นเรื่อยๆ)