ขับเคลื่อน PLC เทศบาลเมืองมหาสารคาม _๑๑ : ฝึกอบรมเชิงปฏิบัติการเทศบาลบ้านวิทย์น้อย (๑)

วันที่ ๖ ธันวาคม ๒๕๕๗ PLC เทศบาลเมืองมหาสารคาม จัดฝึกอบรมปฏิบัติการบ้านวิทยาศาสตร์น้อย ณ ภาควิชาฟิสิกส์ คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหาสารคาม กลุ่มเป้าหมายเป็นครูอนุบาล ๔๐ ท่าน จาก ๗ โรงเรียนอนุบาลในสังกัดเทศบาลเมืองมหาสารคาม

การอบรม ผ่านไปด้วยดีครับ เว้นเสียแต่ว่าอาหารเที่ยงจะมาช้า ต้องกราบขออภัยมา ณ นี่นี้อีกทีครับ ผมเขียนบันทึกนี้เพื่อที่จะสรุปเนื้อหาสาระและกระบวนการที่สำคัญ ที่เราฝึกอบรมกันในวันนั้น เป็นการทบทวนความเข้าใจ นำไปใช้ หรือท่านอาจมีใครให้เล่าเรื่องบอกต่อในวาระแจ้งเพื่อทราบในการประชุมของ โรงเรียนต่อไปครับ

สิ่งที่ควรรู้สำหรับครูอนุบาล

อะไร คือสิ่งที่ครูควรรู้ก่อนจะสอนกิจกรรมบ้านวิทยาศาสตร์น้อย เรื่องแม่เหล็กและสนามแม่เหล็ก วิธีที่ดีที่สุดคือถามครู เราใช้กระดาษ Post-it ถามครูว่า "อะไรคือสิ่งที่เด็กอนุบาลจะถามเกี่ยวกับเรื่องแม่เหล็ก?" หรือ "อะไรที่ท่านสงสัยอยากรู้หรือควรรู้เรื่องแม่เหล็ก ก่อนจะสอนเด็กอนุบาล" มีคำถามตามนี้ครับ

• ทำไมแม่เหล็กจึงหนัก
• แม่เหล็กทำมาจากอะไร
• แม่เหล็กเกิดขึ้นได้อย่างไร
• สารอะไรอยู่ในแม่เหล็ก
• แม่เหล็กกับเหล็กต่างกันอย่างไร
• ทำไมแม่เหล็กดูดได้
• แม่เหล็กแต่ละอันดูดได้มากขนาดไหน
• ทำไมแม่เหล็กไม่ดูดทุกอย่าง
• แม่เหล็กดูดทองแดงไหมค่ะ
• ทำไมแม่เหล็กไม่ดูดไม้ ทำไมแม่เหล็กดูดได้เป็นบางอย่าง
• ทำไมถึงเรียกว่าแม่เหล็ก
• ทำไมแม่เหล็กจึงดูดเข้าหากัน ทำไมแม่เหล็กจึงผลักกัน
• แม่เหล็กมีรูปร่างอย่างไร
• แม่เหล็กมีความสำคัญหรือไม่ ประโยชน์และโทษของแม่เหล็กมีอะไรบ้าง
• แม่เหล็กมีสีอะไร
• แม่เหล็กขยายพันธุ์ได้ไหม

ก่อนจะตอบคำถามเหล่านี้ ขอยกองค์ความรู้ทฤษฎีด้านแม่เหล็กที่นักวิทยาศาสตร์ยอมรับแล้ว ซึ่งว่าไว้ใน ควอนตัมฟิสิกส์ (Quantum Physics) ดังนี้ครับ

• วัตถุต่างๆ ประกอบกันขึ้นอย่างสิ่งที่เล็กที่สุดเรียกว่า "อนุภาคมูลฐาน" เช่น อิเล็คตรอน นิวตรอน ควาร์ก อนุภาคมูลฐานต่างๆประกอบกันขึ้นเป็น "ธาตุ" เรียกหน่วยที่เล็กที่สุดของธาตุว่า "อะตอม" หลายๆ อะตอมประกอบกันเป็น "โมเลกุล" เรียกว่า "สสาร" ซึ่งประกอบกันขึ้นเป็นของแข็ง ของเหลว ก๊าซ สำหรับของแข็งอาจแบ่งได้เป็นแบบ "ผลึก" และแบบไม่เป็นผลึก เขาเรียก "อมอฟัส" (amorphous)
• สิ่งของต่างๆ เกิดจากการรวมตัวเป็นของแข็งของ "โมเลกุล" ต่างๆ กล่าวคือ หากนำเอามีดเหล็ก มาหักเป็นสองท่อน เราจะได้ท่อนเหล็ก หากนำมาหักเป็น ๒ ส่วนต่อไปเรื่อยๆ อาจได้ เศษเหล็ก ผงเหล็ก .... แต่ถ้าแบ่งเป็นสองส่วนไปเรื่อยๆ จะพบว่าสิ่งที่เล็กที่สุด ที่ยังคงความเป็นเหล็กคือ โมเลกุลของเหล็กนั่นเอง ถ้าแยกโมเลกุลจะได้อะตอมของธาตุเหล็ก
• คุณสมบัติ ประจำตัวของแต่ละอนุภาคมูลฐานซึ่งจะแตกต่างกันไปตามแต่ชนิด มี ๓ ประการ ได้แก่ มวล (หน่วยเป็นกิโลกรัม) ประจุไฟฟ้า และ "สปิน" ประการหลังสุดนั่นเองที่ใช้อธิบายความเป็นแม่เหล็กของสสาร
• อะตอมของธาตุต่างๆ สามารถรวมตัวกันเป็นสารผสมหรือโลหะผสมชนิดต่างๆ ได้หลากหลาย เช่น ทองเหลือง คือโลหะผสมระหว่างทองแดงกับสังกะสี เป็นต้น
• สปิน หรือ Spin หมายถึง "หมุน" หมุนอย่างมีทิศทาง อนุภาคมูลฐานต่างๆ จะไม่อยู่นิ่ง การมีสปินหมายคล้ายเหมือนมีการ "หมุนรอบตัวเอง" หากหมุนทวนเข็มนาฬิกาทิศทางของสปินจะชี้ขึ้น ถ้าหมุนทวนเข็มสปินจะชี้ลง ธาตุหรือโมเลกุลใดมีสปินชี้ไปทางเดียวกันอย่างเป็นระเบียบ จะทำให้กลายเป็น "แม่เหล็ก" นั่นเอง ....(ขอบคุณภาพจากหนังสือเรียนครับ)

• สนาม แม่เหล็กจะเกิดขึ้นรอบเส้นลวดโลหะที่มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน เรียกว่า แม่เหล็กไฟฟ้า เราเปรียบแม่เหล็กที่เกิดจากไฟฟ้านี้เป็นเหมือนแท่งแม่เหล็กเล็กๆ เรียกว่า "โมเมนต์แม่เหล็ก" (Magnetic Moment)

• สรุป แม่เหล็กคือสสารที่มีการเรียงตัวของ "สปิน" และ "โมเมนต์แม่เหล็ก" ไปทางเดียวกันอย่างเป็นระเบียบ

สิ่งที่เรียงตัวหรือวางตัวอย่างเป็นระเบียบจะมี "พลัง" เช่น ไม้ไผ่ซี่เดียว หักได้ง่าย ไม้ไผ่หลายซี่แต่วางห่างกันหรือไม่เป็นระเบียบก็ยังสามารถหักได้ แต่ถ้านำซี่ไม้ไผ่มาวางเรียงชิดติดกัน จะยากยิ่งที่จะถูกหัก ตัวอย่างนี้ทำให้รู้จัก ความสามัคคีคือพลัง ฉันใดฉันนั้น แม่เหล็กก็มี "พลัง" ที่จะดึงดูดเหล็ก จากการเรียงตัวอย่างเป็นระเบียบที่กล่าวข้างต้น

พร้อมจะตอบคำถามแล้วครับ บอกไว้ก่อนนะครับว่าตอบตามภูมิรู้ของตนเอง

• สาเหตุที่แม่เหล็กหนัก เพราะโมเลกุลของแม่เหล็กวางตัวอย่างเป็นระเบียบและมีความหนาแน่นสูงมาก
• แม่เหล็กทำมาจากอะไร .... ทำจากสารประกอบที่มีเหล็ก เช่น แม่เหล็กเฟอร์ไรท์ M(Fe2O4) หรือโลหะมีตะกูล

• แม่เหล็กเกิดขึ้นได้อย่างไร .... แม่เหล็กมีสองแบบคือ แม่เหล็กถาวร และแม่เหล็กไฟฟ้า แม่เหล็กถาวรอาจเกิดจากธรรมชาติ หรือมนุษย์สร้างขึ้น ส่วนแม่เหล็กไฟฟ้าเกิดจากการเคลื่อนที่ในขดลวดของกระแสไฟฟ้า
• สารอะไรอยู่ในแม่เหล็ก ... หลากหลายแบบครับ เช่น เหล็ก นิเกิล โคบอล หรือโลหะมีตะกูล เช่น นีโอไดเมี่ยม กาโดลิเนียม เป็นต้น
• แม่เหล็กกับเหล็กต่างกันอย่างไร.... ต่างกันตรงที่แม่เหล็กออกแรงดูดเหล็กแต่เหล็กไม่ เพราะทิศทางของโมเมนต์แม่เหล็กและสปินหันไปทางเดียวกันในแม่เหล็ก แต่ในเหล็กจะหันสลับกลับทิศทางกันจนหักล้างกัน... นักวิทยาศาสตร์เรียกบริเวณที่โมเมนต์แม่เหล็กหันไปทางเดียวกันว่า "โดเมน" แม่เหล็กมีโดเมนเดียว ส่วนเหล็กจะมีหลายโดเมนหันทิศหักล้างกันนั่นเอง
• ทำไมแม่เหล็กดูดได้.... เพราะมีพลังงานแผ่ออกมาจากความสามัคคีของโมเมนต์แม่เหล็ก
• แม่เหล็กแต่ละอันดูดได้มากขนาดไหน.. แตกต่างกันไปตามชนิดของแม่เหล็ก แม่เหล็กถาวรจากโลหะมีตระกูลจะมีแรงดึงดูดมากกว่า
• ทำไม แม่เหล็กไม่ดูดทุกอย่าง...แม่เหล็กจะดูดเฉพาะสารแม่เหล็กเท่านั้น ที่อุณหภูมิห้อง มีเพียง ๓ ธาตุเท่านั้นที่เป็นสารแม่เหล็กได้แก่ เหล็ก (Fe) นิเกิล (Ni) และ โคบอล์ (Co)
• แม่เหล็กดูดทองแดงไหมค่ะ ... ไม่ดูดครับ
• ทำไมแม่เหล็กไม่ดูดไม้ ทำไมแม่เหล็กดูดได้เป็นบางอย่าง .... อันนี้ต้องบอกว่า มันเป็น "เช่นนั้นเอง" ครับ เราเรียกสิ่งที่แม่เหล็กดูดว่าสารแม่เหล็กครับ..
• ทำไมถึงเรียกว่าแม่เหล็ก... ดร.กฤษกร ตอบว่า เพราะเป็นเหล็กที่สมบูรณ์มากๆ คือจัดเรียงตัวเป็นระเบียบมาก เรียกได้ว่าเป็น "แม่ของเหล็ก" เลยทีเดียว .... อันนี้ผมไม่รู้จริงๆ ครับ ....
• ทำไมแม่เหล็กจึงดูดเข้าหา กัน ทำไมแม่เหล็กจึงผลักกัน.... คล้ายกับไฟฟ้าที่ขั้วเดียวกันจะผลักกัน ขั้วต่างกันจะดูดกัน แต่ต่างกันตรงที่ไม่มีแม่เหล็กขั้นเดี่ยว เมื่อไหร่มีขั้วเหนือเมื่อนั้นต้องมีขั้วใต้เสมอ เปรียบเหมือนเหรียญสองด้าน
• แม่เหล็กมีรูปร่างอย่างไร ...มีหลากหลายครับ ตามรูปนี้ (ขอบคุณภาพจากอินเตอร์เน็ตครับ)

• แม่เหล็กมีความสำคัญหรือไม่ ประโยชน์และโทษของแม่เหล็กมีอะไรบ้าง ... มีประโยชน์มากๆ ครับ ขอเล่าด้วยภาพนะครับ สิ่งแรกเลยคือ แม่เหล็กโลก ช่วยป้องกันเราจากรังสีคอสมิกส์ รังสีอันตรายต่างๆ จากนอกโลก ปรากฎการณ์ที่เห็นจากเหตุนี้คือแสงเหนือแสงใต้ ... ถ้าไม่มีแม่เหล็กเราตายหมดโลกแน่ครับ

ใช้ดูดติดสิ่งต่างๆ ไว้ด้วยกัน เช่น กระดานแม่เหล็กติดของเล่น

รถไฟฟ้า ความเร็วสูงมาก เรียกว่า Mag Lev ย่อมาจาก Magnetic Levitation แปลว่ายกด้วยแม่เหล็ก เพราะไม่มีแรงเสียดทานจากการเสียดสี จึงวิ่งด้วยความเร็วกว่า ๓๐๐ กิโลเมตรต่อชั่วโมงได้

เตาแม่เหล็ก ต้มได้ ทอดได้ แต่ขอเพียงต้องใช้กระทะหรือหม้อที่ทำจากเหล็ก

ใช้แม่เหล็กไฟฟ้ายกเศษเหล็กหรือเหล็กขนาดใหญ่ เพียงแต่ปล่อยกระแสไฟเข้าไปในขดลวด มันจะกลายเป็นแม่เหล็กขนาดยักษ์

ถ่ายภาพสมอง กระดูก เขาเรียกเครื่อง MRI ย่อมาจาก Magnetoresistance Imaging ไม่แพงครับ ถ่ายภาพครั้งละ ๔,๐๐๐ ...ฮา

ต้องไม่ไม่มีใคร ไม่รู้จัก ฮาร์ดดิสก์ เก็บข้อมูล

และสุดท้าย ลืมไม่ได้ เข็มทิศครับ อุปกรณ์ที่ทำให้ไอสไตน์หลงไหลฟิสิกส์เอามากๆ ตอนเป็นเด็ก

• แม่เหล็กมีสีอะไร ... สีดำถ้าเป็นพวกเหล็ก สีเงินๆ ถ้าเป็นพวกนิเกล แล้วแต่ครับแตกต่างไปตามชนิดของสสาร และโครงผลึก
• แม่เหล็กขยายพันธุ์ได้ไหม..... เป็นคำถามที่น่ารักมาก ครูที่เขียนคำถามนี้ ต้องถือว่าท่านรู้และเข้าใจนักเรียนอนุบาลอย่างยิ่ง อีกทั้งยังเป็นคำถามที่แสดงถึงจินตนาการที่ไร้เดียงสาของนักเรียน ที่เราไม่อาจมองข้าม ... คำตอบคือ ได้ "ขยายพันธุ์" ได้ด้วยการเหนี่ยวนำด้วยการถู หรือแบบที่ครูทำให้เห็นว่า เมื่อตะปูติดกับแม่เหล็ก ตะปูจะเป็นแม่เหล็กดูดสิ่งอื่นได้ ... นี่ก็อาจเรียกได้ว่า "ขยายพันธุ์" ....

บันทึกหน้า ค่อยมาว่าเรื่อง เนื้อหา การทดลอง และกระบวนการเรียนรู้ด้วยการทำโครงงานครับ