กิจกรรมการออกแบบการทดลอง

กิจกรรมการออกแบบการทดลอง

 

กิจกรรมย่อย  : การกำหนดและควบคุมตัวแปร

(เวลาที่ใช้ประมาณ 70 นาที)

            หลังจากที่ผู้เรียน ได้ทำความเข้าใจกับการกำหนดปัญหาเพื่อให้เกิดเป็นต้นทางของการเริ่มโครงงานวิทยาศาสตร์ และการกำหนดสมมติฐานที่ถูกต้องแล้ว กิจกรรมต่อไปนี้เป็นกิจกรรมที่มีจุดประสงค์เพื่อฝึกทักษะกระบวนการทางวิทยาศาสตร์ ขั้นที่เรียกว่า “การกำหนดและควบคุมตัวแปร”

            สาเหตุที่ต้องมีความเข้าใจในกิจกรรมนี้อย่างชัดเจน เนื่องเพราะในการทำโครงงานวิทยาศาสตร์หรือการทดลองวิทยาศาสตร์เรื่องใดเรื่องหนึ่งนั้นจะต้องมีตัวแปรเข้ามาเกี่ยวข้องเสมอ ฉะนั้น การกำหนดตัวแปร และการควบคุมตัวแปรได้นั้น จึงเป็นทักษะหนึ่งที่จำเป็นต้องทราบเมื่อมีการทดลองทางวิทยาศาสตร์

 

จุดประสงค์

1.      เพื่อให้ผู้เรียนเข้าใจความหมาย และชนิดของตัวแปรที่เกี่ยวข้องกับการออกแบบการทดลอง

2.      หลังสิ้นสุดกิจกรรม ผู้เรียนสามารถบอกความหมาย และบ่งชี้ตัวแปรจากข้อความที่กำหนดให้ได้

3.      สามารถระบุ ตัวแปรต้น ตัวแปรตาม และตัวแปรที่ต้องการควบคุมให้คงที่จากการทดลอง

 

แนวคิด

            ตัวแปร มีความหมายถึง สิ่งที่มีการเปลี่ยนแปลงหรือแตกต่างไปจากที่เคยเป็นอยู่เดิม เมื่ออยู่ในสถานการณ์ใดสถานการณ์หนึ่ง ตัวแปรที่เกี่ยวข้องกับการทดลองทางวิทยาศาสตร์นั้น แบ่งออกได้เป็น 3 ประเภท คือ

            1. ตัวแปรต้น คือ สิ่งที่เป็นสาเหตุที่ทำให้เกิดผลต่างๆ หรือสิ่งที่เราต้องการทดลองดูว่าเป็นสาเหตุที่ก่อให้เกิดผลเช่นนั้นจริงหรือไม่

            2. ตัวแปรตาม คือ สิ่งที่เป็นผลเนื่องมาจากตัวแปรต้น เมื่อตัวแปรต้นหรือสิ่งที่เป็นสาเหตุเปลี่ยนไป ตัวแปรตามหรือสิ่งที่เป็นผลจะแปรตามไปด้วย และ

            3. ตัวแปรควบคุม คือ สิ่งอื่นๆที่นอกเหนือจากตัวแปรต้น ที่จะทำให้ผลการทดลองคลาดเคลื่อนหากว่าไม่มีการควบคุมให้เหมือนกัน ฉะนั้นการควบคุมตัวแปร จึงเป็นการควบคุมตัวแปรอื่นๆ ให้เหมือนๆกันนอกเหนือจากตัวแปรต้น เพื่อจะทำให้ผลการทดลองไม่คลาดเคลื่อน

 

อุปกรณ์ประกอบกิจกรรม

            1. อุปกรณ์ชุดที่ 1 ประกอบด้วย (ต่อ 1 กลุ่ม กลุ่มละ 5 คน)

                        - แก้วพลาสติกใสบนสายการบิน ขนาดเท่ากัน 4 ใบ

                        - เทอร์โมมิเตอร์ 1 อัน

                        - ช้อนพลาสติกเบอร์ 1 จำนวน 2 คัน

                        - แก้วพลาสติกใสใหญ่สำหรับเติมน้ำ

                        - น้ำขวดขนาด 500 มล. 1 ขวด

                        - แคลเซียมคลอไรด์ (CaCl₂)

                        - แท่งแก้วคนสาร/ที่คนครื่องดื่ม 1 อัน

                        - กระดาษทิชชู่แผ่นเล็ก ใช้เช็ดเทอร์โมมิเตอร์

                        - ใบงานกิจกรรม 1 แผ่น

                        - หลอดฉีดยาขนาด 50 มล.

            2. แบทดสอบการระบุและควบคุมตัวแปร (1 ชุด / 1 คน)

            3. แผ่นสไลด์สำหรับฉาย กลุ่มละ 3 แผ่น

            4. ปากกาเขียนแผ่นสไลด์ 1 ชุด

 

ขั้นตอนการดำเนินกิจกรรม

            1. ขั้นนำกิจกรรม (7 นาที)

            - ทบทวนว่าจากการเรียนรู้ที่ผ่านมา ทักษะกระบวนการทางวิทยาศาสตร์มีอะไรบ้าง การควบคุมและระบุตัวแปรเป็น 1 ใน 13 ทักษะกระบวนการทางวิทยาศาสตร์

            -   ก่อนทำกิจกรรมต่อไป ให้แบ่งผู้เรียนออกเป็นกลุ่มๆ ละ 5 คน

            - กำหนดให้ผู้เรียนแต่ละกลุ่มนั่งประจำโต๊ะที่ผู้นำกิจกรรมจัดให้ ซึ่งแต่ละโต๊ะ วางกระดาษหนังสือพิมพ์กันเปื้อนไว้

            2. ขั้นกิจกรรม (23 นาที)

            - ให้คำสั่งว่าแต่ละกลุ่มจะได้อุปกรณ์ชุด 1 กลุ่มละ 1 ชุด ให้ผู้เรียนหยิบออกจากกล่อง และให้ทำตามใบงานกิจกรรมพร้อมบันทึกผลลงบนแผ่นสไลด์สำหรับเขียนให้ ให้ใช้เวลาสำหรับการทำการทดลองประมาณ 20 นาที

            - เมื่อพร้อมแล้ว ให้ทุกคนสำหรับอุปกรณ์ให้ครบ และ ให้สัญญาณ เริ่มลงมือทำกิจกรรม

            -ในระหว่างผู้เรียนทำกิจกรรม ให้สังเกตพฤติกรรมของแต่ละกลุ่ม เพื่อนำมาใช้ประกอบการอภิปราย

            3. ขั้นอภิปราย (25 นาที)

            - เมื่อหมดเวลาแล้ว ให้ทุกๆกลุ่ม หยุดทำกิจกรรม

            - สุ่มเลือกกลุ่มที่จะนำผลออกมาเสนอหน้าชั้นจำนวน 5 กลุ่ม (กลุ่มละ 4 นาที)

            - ให้แต่ละกลุ่มที่ออกมาอภิปราย อภิปรายกันในหัวข้อต่อไปนี้

                        - อุณหภูมิของน้ำในแก้วใบเล็กก่อนและหลังใส่แคลเซียมคลอไรด์ 1 ช้อนเบอร์ 1 ต่างกันหรือไม่อย่างไร

                        - อุณหภูมิของน้ำในแก้วใบเล็กก่อนและหลังใส่แคลเซียมคลอไรด์ 2 ช้อนเบอร์ 1, 3 ช้อนเบอร์ 1 และ 4 ช้อนเบอร์ 1 ต่างกันหรือไม่อย่างไร

                        - อุณหภูมิของน้ำในแก้วใบเล็กก่อนใส่แคลเซียมคลอไรด์ 1 ช้อนเบอร์ 1, 2 ช้อนเบอร์ 1, 3 ช้อนเบอร์ 1 และ 4 ช้อนเบอร์ 1 ต่างกันหรือไม่อย่างไร

                        - อุณหภูมิของน้ำในแก้วใบเล็กหลังใส่แคลเซียมคลอไรด์ 1 ช้อนเบอร์ 1, 2 ช้อนเบอร์ 1, 3 ช้อนเบอร์ 1 และ 4 ช้อนเบอร์ 1 ต่างกันหรือไม่อย่างไร

            ในการอภิปรายผลตามใบกิจกรรมของแต่ละกลุ่ม ให้ผู้นำกิจกรรมบันทึกผลบนกระดานด้วย เพื่อให้เกิดการติดตามอย่างเข้าใจ

 

            หลังจากทำครบ 5 กลุ่มแล้ว ให้อภิปรายร่วมกันทั้งห้องตามหัวข้อต่อไปนี้

            - การทดลองนี้เกี่ยวข้องกับอะไรบ้าง

            (อุณหภูมิของน้ำ และปริมาณของแคลเซียมคลอไรด์)

            - สิ่งที่เกี่ยวข้องในการทดลองทางวิทยาศาสตร์เรียกว่าอะไร

            (ตัวแปร)

            - การทดลองนี้ได้จัดให้มีอะไรเหมือนกันบ้าง

            (ขนาดของแก้วน้ำใสเล็ก ปริมาณของน้ำ ขนาดของช้อนตักสาร เทอรืโมมิเตอร์ ชนิดของสาร)

          - สิ่งที่ได้จัดเอาไว้ให้เหมือนกันนี้เราเรียกว่าอะไร

            (ตัวแปรควบคุม)

            - การทดลองนี้ทำไมต้องใช้แก้วใสใบเล็กขนาดเท่ากัน

(ขนาดภาชนะเป็นตัวแปรที่ต้องควบคุมให้คงที่)

- การทดลองนี้จัดอะไรให้มีความแตกต่างกันบ้าง

(ปริมาณของแคลเซียลคลอไรด์ที่ใส่ลงไปในแก้วใสใบเล็ก)

- สิ่งที่จัดให้แตกต่างกันนี้เรียกว่าอะไร

(ตัวแปรต้น หรือ ตัวแปรอิสระ)

- การทดลองนี้ เราต้องคอยติดตามและดูอะไรบ้าง

(อุณหภูมิของน้ำ “ก่อน” และ “หลัง” การใส่แคลเซียมคลอไรด์)

- สิ่งที่ต้องตามดูอันเนื่องมาจากการเปลี่ยนแปลงตัวแปรต้นนั้น  เรียกว่าอะไร

(ตัวแปรตาม)

- ท่านมีวิธีวัดอุณหภูมิของน้ำหลังจากเติมแคลเซียมคลอไรด์อย่างไร?

(วัดอุณหภูมิของน้ำเมื่อสารที่เติมลงไปละลายทั้งหมดแล้ว)

- อุณหภูมิที่เปลี่ยนแปลงไปของน้ำเป็นผลเนื่องมาจากอะไร

(สารแคลเซียมคลอไรด์ ทำให้เกิดการรบกวนระบบสมดุลของระบบ ระบบจึงมีการปรับสมดุลโดยมีการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ)

- อุณหภูมิของน้ำหลังจากที่มีการเติมสารแคลเซียมคลอไรด์แตกต่างกัน เป็นผลสืบเนื่องมาจากอะไร

(“ปริมาณ” ของแคลเซียมคลอไรด์ที่ใส่ลงไปในน้ำ)

 

อธิบายให้ฟังว่าในการทำการทดลองทางวิทยาศาสตร์เรื่องใดเรื่องหนึ่งนั้น มักจะมีตัวแปรเข้ามาเกี่ยวข้องกับการทดลองอยู่เสมอ และตัวแปรที่เกี่ยวข้องกับการทดลองนั้น จะมี 3 ชนิด คือ

1. ตัวแปรต้น เป็นตัวแปรที่ก่อให้เกิดผลเช่นนั้นจริงหรือไม่ ซึ่งได้แก่ ปริมาณของแคลเซียมคลอไรด์ที่เติมลงไป

 2. ตัวแปรตาม คือตัวแปรที่เป็นผลเนื่องมาจากการเปลี่ยนแปลงของตัวแปรต้น ซึ่งได้แก่อุณหภูมิของน้ำหลังจากที่ใส่แคลเซียมคลอไรด์ลงไปในปริมาณที่แตกต่างกัน

 3. ตัวแปรควบคุม คือสิ่งอื่นๆนอกเหนือจากตัวแปรต้นที่อาจทำให้ผลการทดลองคลาดเคลื่อนได้หากว่าไม่มีการควบคุมให้เหมือนกัน  ได้แก่ ขนาดของแก้วใส ปริมาณของน้ำ ขนาดของช้อนตักสาร เป็นต้น

 

ถามผู้เรียนว่ากิจกรรมครั้งนี้ ใช้ทักษะพื้นฐานอะไรบ้าง  

1. การสังเกต คือสังเกตลักษณะสารสะลาย อุณหภูมิของน้ำ ก่อนและหลังเติมสารละลาย

2. การวัด คือ การใช้ช้อนตักสาร การตวงปริมาตรน้ำโดยหลอดฉีดยา การวัดอุณหภูมิ

3. การสื่อความหมายข้อมูล คือการนำผลการทดลองที่ได้ใส่ลงในตารางได้ถูกต้อง

4. การคำนวณ คือการหาผลต่างของอุณหภูมิก่อนและหลังการใส่แคลเซียมคลอไรด์

5. การพยากรณ์ คือ การทำนายว่าจะเกิดอะไรขึ้นหากใส่สารลงไป 6 ช้อน

 

พยายามชี้ให้เห็นว่า ทักษะกระบวนการทางวิทยาศาสตร์ขั้นผสมผสานนั้น ต้องอาศัยทักษะขั้นพื้นฐาน เพื่อให้ได้ผลการทดลองตามที่ต้องการ

 

4. ขั้นสรุป (5 นาที)

- ผู้นำและผู้เรียน ช่วยกันสรุปว่า ความหมายของการกำหนดและควบคุมตัวแปรคืออะไร

 

            การกำหนดและควบคุมตัวแปร คือ การสามารถชี้ระบุ ตัวแปรต้น ตัวแปรตาม และตัวแปรที่ต้องควบคุม ให้คงที่ในการทดลองหนึ่งๆ

            ตัวแปรต้น หมายถึง สิ่งที่เป็นสาเหตุที่ทำให้เกิดผลต่างๆ  หรือสิ่งที่เราต้องการทอลองดูว่าเป็นสาเหตุที่ก่อให้เกิดผลเช่นนั้นจริงหรือไม่

            ตัวแปรตาม หมายถึง สิ่งที่เป็นผลสืบเนื่องมาจากตัวแปรต้นมีการเปลี่ยนแปลงไป ตัวแปรตามก็จะเปลี่ยนตามไปด้วย

            ตัวแปรควบคุม หมายถึง สิ่งอื่นๆ นอกเหนือจากตัวแปรต้นซึ่งจะทำให้ผลการทดลองคลาดเคลื่อน หากไม่มีการควบคุมให้เหมือนกัน