Embed Size (px)
Citation preview
เรองเดนประจำ�ฉบบ
กจกรรม รถไฟเห�ะ รกษพล ธนานวงศ นกวชาการ สาขาวทยาศาสตรมธยมศกษาตอนตน สสวท. / e-mail: [email protected]
ในอนาคตอนใกล ประเทศไทยจะมการด�าเนนการพฒนาโครงสรางพนฐานดานการขนสงทางรางครงใหญ และจะตองการก�าลงคนทมความรความสามารถในดานทเกยวของเปนจ�านวนมาก การจดกจกรรมการเรยนรเกยวกบรถไฟ ระบบรางรถไฟ และเทคโนโลยทเกยวของ ใหกบนกเรยน นอกจากจะเปนการเชอมโยงหลกการทางวทยาศาสตรเขากบสถานการณในชวตจรงแลว ยงจะสามารถชวยจดประกายใหนกเรยนไดเกดความสนใจทจะคนควาหาความรเพมเตมเกยวกบรถไฟ ระบบรางรถไฟ และอาจเลอกเรยนหรอประกอบอาชพเกยวกบการคมนาคมขนสงทางราง ซงจะเปนอาชพทตองการมากในอนาคตอกดวย
กจกรรม “รถไฟเหาะ” เปนกจกรรมส�าหรบนกเรยนระดบมธยมศกษาตอนตน ทใหนกเรยนไดน�าความรความเขาใจเกยวกบ พลงงานกล กฎอนรกษพลงงานและแรงเสยดทาน มาบรณาการรวมกบความรและทกษะแกปญหาทางคณตศาสตรและทางเทคโนโลย เพอการออกแบบและสรางรางรถไฟเหาะจ�าลอง ภายใตเงอนไขและสถานการณทก�าหนด ซงเปนแนวทางการจดกจกรรมการเรยนรทเรยกวา “แนวทางการจดกจกรรมการเรยนรตามแนวทางสะเตมศกษา”
ภาพท 1 แผนภาพการใชแนวทางสะเตมศกษาในการท�ากจกรรมรถไฟเหาะ
กจกรรม “รถไฟเหาะ” ทจะกลาวถงในทน ไดมการน�าไปทดลองจดใหกบนกวชาการของ สสวท. ไดลองปฏบตมาแลว 1 ครง และไดมการปรบแกใหถกตองและสมบรณยงขน
แนวทางการจดการเรยนรกจกรรม “รถไฟเหาะ” ตามแนวทางสะเตมศกษามเนอหาโดยยอ ดงตอไปน
สถานการณทเกยวของประเทศไทยกบการพฒนาโครงสรางพนฐานระบบการ
ขนสงทางรางในระยะเวลา 5 ป เรมจากป พ.ศ. 2557 ประเทศไทยจะ
มการพฒนาโครงสรางพนฐานระบบรางครงใหญ ทงการสรางรางรถไฟค รางรถไฟฟา และรางของรถไฟความเรวสง รวมระยะทางกวา 2,000 กโลเมตร ซงจะชวยใหประเทศมระบบการคมนาคมการขนสงทมประสทธภาพ เชอมโยงพนทส�าคญทวประเทศ ชวยกระจายความเจรญ กระจายรายไดใหกบพนทตาง ๆ ลดความเหลอมล�าทางเศรษฐกจและสงคม ลดการใชพลงงาน ลดอบตเหตทางถนน และลดมลพษ อกทงเปนการเปดเสนทางในการเชอมโยงกบประเทศเพอนบาน ส�าหรบการกาวมาเปนผน�าของประชาคมอาเซยน (ASEAN) ไดเปนอยางด
การทองเทยวของประเทศไทยและนวตกรรมสงเสรมการทองเทยว
อตสาหกรรมการทองเทยวเปนภาคสวนทท�ารายไดใหกบคนไทยและประเทศไทยเปนจ�านวนมากตอป การเดนทางมาทองเทยวในประเทศไทยของคนตางชาตมแนวโนมทจะเพมขนอกมากในอนาคต แนวทางหนงในการเพมขดความสามารถในการแขงขนดานการดงดดนกทองเทยวใหเขาประเทศไทยมากยงขนคอการสรางสรรค “นวตกรรม” ดานการทองเทยว ซงการออกแบบและพฒนาลวนตองอาศยความรทางสะเตม ดงนนการไดฝกฝนการน�าความรความเขาใจดานสะเตม มาบรณาการกบศลปวฒนธรรมไทย จงเปนอกแนวทางหนง ทจะชวยเชอมโยงสงทไดเรยนรกบการท�างานและอาชพในชวตจรงดานการทองเทยว
รถไฟเหาะรถไฟเหาะ หรอ roller coaster เปนเครองเลนทมอยในสวน
สนก สรางความสนกสนานเพลดเพลนกบผเลนดวยการใหรถไฟทผเลนนงวงไปตามรางทมความชน ความโคง หมนเปนเกลยว หรอแมกระทงหมนเปนวงในแนวตง รถไฟเหาะในประเทศไทยลวนเปนรถไฟเหาะทใชความรและเทคโนโลยจากตางประเทศ
บรณ�ก�รคว�มรด�นวทย�ศ�สตร คณตศ�สตร และเทคโนโลยต�มแนวท�งสะเตมศกษ� สงเสรมก�รเรยนรด�นก�รคมน�คมขนสงท�งร�ง
สแกนโคดนเพอชมภาพเคลอนไหว
นตยสาร สสวท.38
ภาพท 2 รถไฟเหาะทสวนสยาม (ซายมอ) และรถไฟเหาะทสวนสนก Dream World (ขวามอ) (ทมา: http://www.siamparkcity.com/park_x-zone_vortex.
php และ http://www.dreamworld.co.th)
รถไฟเหาะทมการออกแบบใหมลกษณะทแตกตางจากรถไฟเหาะทมอยทวไป ถอวาเปนนวตกรรมอยางหนง โดยเฉพาะอยางยงถาเปนการสรางรถไฟเหาะแบบไทยทไมเคยมมากอน เปนสงแปลกใหมทนาสนใจ และถาหากมการสรางขนจรงสามารถเปนนวตกรรมทสงเสรมการทองเทยวไดอกแบบหนง การใหนกเรยนไดลองออกแบบรถไฟเหาะจะสงเสรมการเรยนรเกยวกบหลกการทางวทยาศาสตรทเกยวของกบการวงของรถไฟเหาะทส�าคญ นนคอเรองของพลงงานจลน พลงงานศกย กฎการอนรกษพลงงาน และแรงเสยดทาน ซงเปนหวขอในเนอหาวชาวทยาศาสตรระดบมธยมศกษาตอนตน
แนวทางการจดกจกรรมการเรยนรเรยนรความหมายของ งาน พลงงาน และ กฎอนรกษ
พลงงาน (1 ชวโมง 30 นาท)กอนทนกเรยนจะไดออกแบบและสรางรางรถไฟเหาะ
นกเรยนตองไดเรยนรหลกการพนฐานทางดานวทยาศาสตร ทเกยวของนนคอเรองพลงงานกล และ กฎอนรกษพลงงาน ซงครอาจตงค�าถามทสรางความสนใจใหกบนกเรยนจากสงทใกลตวเพอน�าไปสการอภปรายรวมกนถงสงทท�าใหรถไฟเหาะวงได เชน ค�าถามวา “ท�าไมรถยนตจงวงได” หรอ “ท�าไมรถไฟจงวงได” ซงในทายทสดครและนกเรยนควรไดขอสรปวา รถทกชนดจะวงไดจะตองอาศย “พลงงาน” (energy)
ภาพท 3 การปลอยรถของเลนบนพนเอยง
จากนนครพยายามเชอมโยงถงพลงงานศกย โดยน�านกเรยนอภปรายเกยวกบการปลอยใหรถไหลลงมาตามทางลาด เพอใหไดขอสรปวาพลงงานทเกยวของกบต�าแหนง และเปนพลงงานทสะสมอยในวตถ ในทางวทยาศาสตรใหชอเรยกวา “พลงงานศกย” (potential energy) ตอมาใหครตงประเดนค�าถามเพมเตมเพอน�าไปสการเรยนรเรอง “พลงงานจลน” โดยอาจใชค�าถามวา “ถาครปลอยรถใหไหลลงจากทสงตางกน รถทวงลงมาทพนในแนวระดบจะวงไดไกลใกลตางกนหรอไม เพราะเหตใด” หรอค�าถาม “เมอรถวงลงมาจากทสง พลงงานศกยทรถใชวงหายไปไหน”
เมอนกเรยนไดรจกกบความหมายของค�าวา “พลงงานศกย” และ “พลงงานจลน” แลว ใหครเชอมโยงไปถงการท�าความเขาใจเกยวกบความหมายของค�าวา “พลงงาน” ในเชงวทยาศาสตร กอนจะใหความรเพมเตมกบนกเรยนวา พลงงานจลนกบพลงงานศกยนรวมกนเรยกวา พลงงานกล (mechanical energy) ซงนกวทยาศาสตรไดคนพบวาพลงงานกลมธรรมชาตทส�าคญคอ พลงงานกลไมสามารถถกสรางขนมาใหมหรอท�าใหสญหายไปได แตสามารถถกถายโอนไปเปนพลงงานทมลกษณะปรากฏเปนพลงงานชนดอนได เชน พลงงานความรอน พลงงานแสง พลงงานไฟฟา ธรรมชาตทส�าคญของพลงงานดงกลาวน นกวทยาศาสตรไดเรยกวา “กฎอนรกษพลงงาน”
หลงจากนกเรยนไดเรยนรเกยวกบหลกการทางวทยาศาสตรของพลงงานและกฎการอนรกษพลงงานแลว ในชวงตอไปจะเปนการใหนกเรยนไดออกแบบและสรางรางรถไฟเหาะจ�าลอง ซงครอาจบอกใหนกเรยนทราบลวงหนา กอนการเรยนในครงตอไป
ออกแบบและสรางรางรถไฟเหาะ (3 ชวโมง)กอนเรมการท�ากจกรรม ครแบงนกเรยนออกเปนกลม กลมละ
4 - 5 คน และใหแตละกลมตงชอของกลม จากนนครอธบายใหนกเรยนทราบวากจกรรม “รถไฟเหาะ” เปนกจกรรมทนกเรยนจะไดน�าความรทไดเรยนรเกยวกบพลงงานกลและกฎการอนรกษพลงงานมาใชในการออกแบบและสรางรางรถไฟเหาะจ�าลอง โดยมจดประสงคเพอใหนกเรยนไดฝกฝนทกษะการน�าความรไปประยกตแกปญหาทเกยวของกบชวตจรง การพฒนาทกษะการคดดานตาง ๆ ไดแก การคดวเคราะห คดสงเคราะห คดสรางสรรค การพฒนาทกษะดานการสอสาร และการท�างานรวมกนกบผอน
ปท 42 | ฉบบท 185 | พฤศจกายน-ธนวาคม 2556 39
เงอนไขการสรางรางรถไฟเหาะก�าหนดใหนกเรยน ออกแบบรางรถไฟเหาะ โดยใชอปกรณ
ทจดหามาให รวมกบสงแวดลอมทมอยในหองเรยน เชน โตะ เกาอ ก�าแพง และก�าหนดใหการออกแบบและสรางรางรถไฟเหาะอยภายในเงอนไขและรายการวสดอปกรณ ดงตอไปน
รายการวสดและอปกรณและราคา
เกณฑการใหคะแนน
รายละเอยดเกณฑการใหคะแนนการหยดของรถไฟทสถานปลายราง
• ถารถไฟตกราง ได 0 คะแนน• ถารถไฟเลยจากรางไปถกเขมท�าใหลกโปงแตก
ได 0 คะแนนเมอทกกลมไดประดษฐรางรถไฟเหาะเสรจเรยบรอยแลว
ใหแตละกลมไดน�าเสนอ จากนนครใหแตละกลมไดเรมทดสอบการปลอยรถไฟ (ลกแกว) ไปตามราง
ภาพท 4 นกวชาการ สสวท. ทดลองท�ากจกรรม “รถไฟเหาะ”
เมอทกกลมไดปลอยรถไฟรอบท 2 หมดทกกลมแลว ใหครท�าการรวบรวมคะแนนทแตละกลมท�าได และประกาศชอกลมทไดคะแนนสงสด (อาจจะมรางวลใหเลกนอย) จากนนครน�าอภปรายและสรปการท�ากจกรรม “รถไฟเหาะ” ตามแนวทางสะเตมศกษา
อภปรายและสรปผลการท�ากจกรรมครน�านกเรยนอภปรายถงสงทไดเรยนรจากการสรางราง
รถไฟเหาะ โดยอาจตงค�าถามตอไปน• จากกจกรรมการออกแบบและสรางรางรถไฟเหาะ
นกเรยนไดเรยนรอะไรบาง• ถาหากมการเปลยนใหรถไฟหรอลกแกวมน�าหนกมาก
ขน การเคลอนทของลกแกวไปตามรางรถไฟเหาะจะเปลยนแปลงไปอยางไร
• ในการเลยวโคงของรถไฟ นกเรยนคดวาจะตองมการออกแบบและสรางรางอยางไร
ล�าดบท
รายการวสดราคา /หนวย
(ลานบาท)หนวย
1 รางรถไฟ (ฉนวนหมทอแอรทผาครงตามยาว) 10 ราง2 เสาค�าราง (แทงไมยาว 50 cm) 2 เสา3 คานวางราง (ตะเกยบ) 2 คาน4 ฐานวางเสาค�าราง (แผนฟวเจอรบอรดเจาะร) 0.1 แผน5 กระดาษกาว 5 มวน6 เชอก 0.5 เมตร7 ฟวเจอรบอรดแผนไมเจาะ 0.1 แผน8 ลวด 1 ฟต9 กระดาษทรายแบบละเอยด 0.1 แผน10 กระดาษทรายแบบหยาบ 0.5 แผน11 ผาก�ามะหย 0.2 ผน
รายการ คะแนนการหยดของรถไฟทสถานปลายราง
(ดวยการปลอยรถไฟ 2 รอบ)40
การน�าเสนอ 30ความคดสรางสรรค 20
การสงเสรมการทองเทยวเมองไทย 10รวม 100
การหยดของรถไฟทสถานปลายราง
รอบท 1
ชวงท 10-15 cm
จากปลายราง20 คะแนน
ชวงท 215-30 cm
จากปลายราง16 คะแนน
ชวงท 330-45 cm
จากปลายราง12 คะแนน
ชวงท 445-60 cm
จากปลายราง8 คะแนน
การหยดของรถไฟทสถานปลายราง
รอบท 2
ชวงท 10-15 cm
จากปลายราง20 คะแนน
ชวงท 215-30 cm
จากปลายราง16 คะแนน
ชวงท 330-45 cm
จากปลายราง12 คะแนน
ชวงท 445-60 cm
จากปลายราง8 คะแนน
รวมคะแนนเตม 40 คะแนน
♣ ใชหลกการทางวทยาศาสตร และ คณตศาสตร ใน การออกแบบและสราง
♣ ใชความยาวราง (ฉนวนหมทอแอร) ตามทก�าหนด คอ 5.4 เมตร (ฉนวนหม 3 เสน)
♣ รถไฟ ตองหยดทสถาน ซงอยบรเวณปลายของราง รถไฟทหางจากจดเรมตนในแนวราบ 3 เมตร
♣ มการออกแบบใหสงเสรมการทองเทยวของไทย ♣ ใชเวลาสราง 40 นาท และเมอปลอยรถไฟรอบท 1
แลว ใหเวลา 15 นาท ส�าหรบการปรบแกกอนจะ ปลอยรถไฟรอบท 2
♣ สรางภายใตตนทน 150 ลานบาท
นตยสาร สสวท.40
• ในการท�าใหรถไฟหยดทสถานปลายราง จะออกแบบอยางไรโดยไมตองใชวสดส�าหรบเพมแรงเสยดทาน
จากค�าถาม ครและนกเรยนรวมกนอภปรายเพอใหไดขอสรป ซงตวอยางของสาระส�าคญทสามารถสรปไดจากการท�ากจกรรมคอ
• เมอรถไฟมน�าหนกมากขน การเลยวโคงตองใชความเรวนอยกวารถไฟทมน�าหนกนอย ไมเชนนนรถไฟอาจตกราง
• การออกแบบใหรางรถไฟในสวนทมการเลยวโคง ใหมการเอยงของราง รถไฟจะสามารถเลยวโคงไดโดยไมตองชะลอความเรวมากนก
• การออกแบบรางรถไฟทบรเวณสถาน ซงเปนบรเวณทรถไฟตองหยดเพอรบสงผโดยสาร ผออกแบบสามารถประหยดการใชวสดในการชวยหยด (เบรก) และประหยดพลงงานทใชในการหยดได ดวยการยกรางใหสงขนเลกนอย ซงท�าใหพลงงานจลนของรถทวงเขามาจอดเปลยนเปนพลงงานศกยสวนหนง สงผลใหรถชะลอความเรวลงโดยไมตองใชการเบรก
ภาพท 5 แสดงการออกแบบรางรถไฟฟาบทเอสทสถานใหมระดบสงขนเลกนอย เพอชวยชะลอความเรวขณะเขาจอด
ครอาจใหความรเพมเตมเกยวกบวทยาศาสตรและเทคโนโลยทใชในการออกแบบและสรางรางรถไฟในปจจบน รวมถง วทยาศาสตรและเทคโนโลยทเกยวของกบการขบเคลอนและการท�างานสวนตาง ๆ ของรถไฟโดยสาร เพอเปนการกระตนความอยากรอยากเหนและสรางความนาสนใจใหทงกบการเรยนวทยาศาสตรและการคมนาคมขนสงระบบราง
นอกจากน เพอเปนการแสดงการเชอมโยงใหเหนถงการน�าความรทไดเรยนรไปใชในการศกษาตอและการประกอบ
อาชพ ครอาจน�าเสนอสถาบนทเปดการสอนหลกสตรทเกยวของ หรออาจตดตอวศวกรจากการรถไฟแหงประเทศไทย หรอวศวกรของรถไฟฟาบทเอส ใหมาเปนทตสะเตม (STEM ambassador) บอกเลาประสบการณและตอบขอซกถามตาง ๆ เกยวกบการ ท�างาน เสนทางของอาชพ (career path) สาขาวชาทเกยวของเมอตองการศกษาตอ ฯลฯ
ภาพท 6 สถาบนทเปดสอนหลกสตรวศวกรรมขนสงทางราง (ซายมอ)และทตสะเตม ส�าหรบกจกรรม “รถไฟเหาะ” (ทมา: http://www.bts.co.th)
บทสงทายการเรยนรจากการท�ากจกรรมตามแนวทางสะเตม เปนการ
ท�าใหนกเรยนไดน�าสงทไดเรยนรทางวทยาศาสตร คณตศาสตร และเทคโนโลยมาบรณาการเพอแกปญหาทมบรบทเชอมโยงกบชวตจรง แตกตางจากการเรยนดวยการฟงบรรยาย การฝกฝนท�าขอสอบ หรอการท�ากจกรรมสบเสาะหาความรทางวทยาศาสตรทมงสรางองคความร การไดเรยนรทนกเรยนไดคดวเคราะห ลงมอปฏบต ไดมการน�าความรและทกษะทางวทยาศาสตร คณตศาสตร และเทคโนโลย มาออกแบบและสรางชนงานภายใตสถานการณทก�าหนด ไดเรยนรจากการท�าผดพลาด ไดมการอภปราย ซกถาม โตแยงกนระหวางสมาชกในกลม เปนการเรยนรทสงเสรมใหนกเรยนเกดความเขาใจหลกการทางวทยาศาสตรและคณตศาสตรไดอยางลกซงยงขน (Pellegrino, 2012) ไดเกดความสนใจเนอหาวชาทางดานสะเตมมากยงขน (Schnittka, 2009) (Schnittka et al. 2010) ไดฝกการน�าความรทคอนขางเปนนามธรรมมาใชแกปญหา ฝกการใหเกยรตแนวคดของผอนทแตกตางจากของตนเอง ฝกทกษะการสอสาร และทกษะดานการคดขนสง ซงลวนเปนทกษะส�าคญในการศกษาตอและประกอบอาชพในโลกศตวรรษท 21
บรรณานกรมPellegrino, James W. & Hilton, Margaret L. (2012). Education for Life and Work: Developing Transferable Knowledge and Skills in the 21st Century. New York: National Academy Press.Schnittka, C. G. (2009). Engineering design activities and conceptual change in middle school science. PhD diss., University of Virginia.Schnittka, C. G., Evans, M. A., Jones, B. & Brandt, C. (2010). Studio STEM: Networked engineering projects in energy for middle school girls and boys. Proceedings of the American Society of Engineering Education, Louisville, Kentucky. Retrieved April 2, 2013, from http://soa.asee.org/paper/conference/ paper-view.cfm?id=23015ศนยสารสนเทศยทธศาสตรภาครฐ. ส�านกงานสถตแหงชาต. (2556). Tourism Hub โอกาสทองของไทย. สบคนเมอ 10 กนยายน 2556, จาก http://www.nic.go.th/gsic/uploadfile/ Tourism-Hub.pdfสถาบนสงเสรมการสอนวทยาศาสตรและเทคโนโลย. กระทรวงศกษาธการ. (2555). หนงสอเรยนรายวชาพนฐานวทยาศาสตร วทยาศาสตร 5 ชนมธยมศกษาปท 3 เลม 1 กลมสาระการเรยนรวทยาศาสตร ตามหลกสตรแกนกลางการศกษาขนพนฐาน พทธศกราช 2551. กรงเทพมหานคร: โรงพมพ สกสค. ลาดพราว. ส�านกนโยบายและแผนการขนสงและจราจร. (2556). สรางอนาคตประเทศไทย กาวไกลดวยรถไฟความเรวสง. สบคนเมอ 10 กนยายน 2256, จาก http://www.thaihispeedtrain.com/
ปท 42 | ฉบบท 185 | พฤศจกายน-ธนวาคม 2556 41
