สร้างหุ่นยนต์ กับ เด็กมัธยม สาธิตจุฬาฯ(1)

สร้างหุ่นยนต์ กับ เด็กมัธยม สาธิตจุฬาฯ(1)

ผมเป็นครูวิชางานช่างเพิ่งถูกบรรจุใหม่ ณ โรงเรียน ที่ถือว่าเป็นระดับ Top ของไทย จากประสบการณ์การได้เคยไปเป็นวิทยากรให้กับโรงเรียนต่างๆ เกือบทั้งประเทศ สามารถพูดได้ว่าไม่มีที่ไหน เหมือนกับ “ โรงเรียนสาธิตจุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย ฝ่ายมัธยม” ทั้งสภาพแวดล้อม นักเรียน ครูอาจารย์ ผู้บริหาร ทุกอย่างสอดประสานเอื้อต่อการเรียนการสอนเป็นอย่างดี

แต่ทั้งหลายทั้งปวงที่ได้ไปว่านั้น ผมคิดว่าสำคัญที่สุดคือ ตัวเด็กนักเรียน ในความคิดของผมนั้นเห็นว่าส่วนใหญ่ของเด็กที่นี่ เป็นเด็ก IQ อยู่ในระดับที่สูงทีเดียว หรือเรียกง่ายๆว่าเป็น “เด็กเก่ง” ซึ่งถ้าหากใครเป็นครูจะรู้ว่าถ้าได้สอนนักเรียนที่เรียนเก่งครูก็จะสบายขึ้นบ้าง ทำให้ไม่เครียดมากในการถ่ายทอดวิชาความรู้ให้ และ สามารถถ่ายทอดได้อย่างเต็มที่แต่เด็กเก่งที่ว่านั้นก็ดันเป็นพวกใฝ่รู้ใฝ่เรียน ทำให้ครูใหม่อย่างผมต้องรับภาระ
ความกดดัน และ ความท้าทายเพิ่มมากขึ้น ด้วยว่ามีเด็กกลุ่มหนึ่งเขามีความสนใจอยากจะทำหุ่นยนต์อัตโนมัติ จากการได้เห็นประกาศ รับสมัคร
“การแข่งขันหุ่นยนต์ยุวชนชิงแชมป์ประเทศไทย” ก็เอาเรื่องการแข่งขันดังกล่าวเข้ามาคุยกับผม ซึ่งก็ประจวบเหมาะกับการที่ผมมีความรู้ทางด้านนี้มาอยู่บ้างแล้ว และ อีกทางหนึ่งผมอยากใช้หุ่นยนต์และการเขียนโปรแกรมคอมพิวเตอร์ มาจับกับกระบวนการ STEM Education และ Active Learning
(ที่ได้ร่ำเรียนมาสมัยเรียน ป.ตรี) มาใช้กับเด็กเก่งดูว่าจะเป็นอย่างไร จึงตกปากรับอาสาแก่เด็กๆไปว่าจะเป็นเทรนเนอร์ให้ ก็เลยเป็นที่มาของการอยากเริ่มต้นเขียน Blog เพื่อถ่ายทอดและแบ่งปันประสบการณ์ในการสร้างทีมนักเรียนในระดับมัธยมศึกษา เพื่อไปแข่งขันเขียนโปรแกรมและสร้างหุ่นยนต์อัตโนมัติ ว่ามีขั้นตอนอย่างไร ต้องมีองค์ความรู้อะไรบ้าง

ครั้งนี้เป็นการเขียน Blog ครั้งแรกจึงได้เกริ่นมาซะยืดยาว ตอนนี้มาเข้าเรื่องกันครับ ก่อนอื่นต้องทำความเข้าใจคำว่า STEM Education กับ Active Learning จาก ดร.ปกรณ์ สุปินานนท์ อาจารย์ผู้เป็น Idol ของผมในหลายๆด้าน แถมด้วยลิ้งที่อาจารย์เคยเขียนถึงกิจกรรมของผมสมัยเรียนป.ตรี http://www.oknation.net/blog/learning/2014/03/04/entry-1

ท

เมื่อรู้จัก STEM Education และ Active Learning แล้ว จะเข้าใจว่าทำไมผมถึงเลือกที่ตกปากรับคำเด็กๆไป นั่นก็เพราะว่าหุ่นยนต์เป็น
เครื่องมืออย่างดีในการ ดึงดูดให้เด็กให้มีความอยากรู้ อยากลอง และส่งผลให้เขา อยากเรียน ในศาสตร์ต่างๆที่เกี่ยวข้องกับมัน ซึ่งในมุมของผม
“การทำหุ่นยนต์นั้นมันคือ STEM ชัดๆ”

วกมาที่โจทย์ที่นักเรียนจะทำการแข่งขันกันครับ หุ่นยนต์ SUMO คือสิ่งที่นักเรียนจะแข่งขัน กติกาก็ว่ากันง่ายๆ คือ มีวงกลมอยู่ ให้หุ่นยนต์สองตัวดันกันอยู่ภายในวงนั้น ใครออกก่อนแพ้ โดยมีข้อจำกัดคือ น้ำหนักไม่เกิน 1 kg และ ขนาดไม่เกิน 30x30 cm ใช้ไฟกระแสตรงไม่เกิน 12V

รูปภาพตัวอย่างlสนามและหุ่นยนต์ Sumoจาก http://www.ee.ucr.edu

ขั้นเริ่มแรก เราต้องรู้ก่อนว่า หุ่นยนต์อัตโนมัติ มันประกอบด้วย 3 ส่วนใหญ่ๆ คือ Mechanic , Electronic และ Programing (โครงสร้างและกลไก+ไฟฟ้าอิเล็กทรอนิกส์+การเขียนโปรแกรมควบคุม) ผมก็เลยเริ่มด้วยเรื่องที่เป็นรูปธรรมที่สุดคือ Mechanic นักเรียนต้องเรียนเรื่องใหญ่ๆที่เกี่ยวข้องก็เช่น การเคลื่อนที่ โมเมนต์ แรงเสียดทาน จุดศุนย์กลางมวล จุดศูนย์ถ่วง รวมถึง กำลังของวัสดุ โดยวิธีการนั้น
ผมไม่ได้สอนให้นั่งท่องสูตร แล้วแก้โจทย์เหมือนการเรียนในคาบเรียนวิทยาศาสตร์ แต่จะใช้หุ่นยนต์นี่แหละครับ เป็นตัวดึงดูดให้เขาต้องรู้เรื่องเหล่านี้เองเพราะในความคิดของผมถ้าเป็นเรื่องที่เขาสนใจ เขาจะเรียนรู้เองได้อย่างรวดเร็ว

ยกตัวอย่างวิธีการสอนเรื่องเหล่านี้ โดยผมไม่แยกเรื่องสอน ผมจะใช้การโยนโจทย์ไปที่นักเรียนว่า“เรารู้อยู่ว่าหุ่นยนต์ต้องไปชนกับหุ่นยนต์อีกตัวหนึ่งโครงสร้างของหุ่นยนต์ต้องเป็นยังไง” แน่นอนว่านักเรียนต้องตอบโดยไม่ต้องคิดมากว่า“หุ่นยนต์ต้องแข็งแรง” และคำตอบนั้นทำให้นักเรียนต้องไปค้นเรื่อง กำลังของวัสดุ ความเค้น ความเครียด คุณสมบัติของวัสดุต่างๆ ว่ารับแรงดึง แรงเค้น แรงบิด แรงเฉือน อย่างไร เพราะ ไม้ อะคลิลิค สังกะสี อลูมิเนียม มีความสามารถในการรับแรงแต่ละแบบแตกต่างกัน

ผมก็ถามต่อไปว่า “แข็งแรงแล้วมันอยู่เฉยๆหรอ” นักเรียนก็ตอบว่า “ต้องพุ่งแบบแบบแรงๆไปชนมันไง” คำตอบนี้ดึงเขาเข้าสู่เรื่องการเคลื่อนที่ และ แรงเสียดทาน ว่าการที่จะทำให้วัตถุเคลื่อนที่ ต้องมีแรงใดมาประกอบบ้าง เช่นแรงบิดจากมอเตอร์ส่งมาสู่ล้อ ผิวสัมผัสระหว่างล้อกับพื้นทำให้เกิดแรงเสียดทานซึ่งมันจะส่งผลต่อความคล่องตัวในการเคลื่อนที่

จากนั้นถามต่อไปอีกว่า “เวลาชนกันหุ่นยนต์เราควรชนเขาที่จุดไหนแบบไหน” คราวนี้นักเรียนนิ่งไปพักใหญ่ ผมจึงบอกชื่อหัวข้อไปเองเลยว่า “เราต้องรู้เรื่อง โมเมนต์ จุดเซนทรอย์หรือจุดศูนย์กลางของวัตถุ จุดศูนย์ถ่วง” ที่จะช่วยเรื่องการทรงตัวของหุ่นยนต์ และ เป็นตัวช่วยในการเคลื่อนที่ของหุ่นยนต์ ซึ่งหลังจากที่นักเรียนรู้สิ่งที่ต้องรู้เบื้องต้นแล้ว ผมก็ให้นักเรียน ออกแบบมาให้ดูหน่อยว่าหุ่นยนต์sumo ที่จะไปเอาชนะคู่แข่งต้องเป็นแบบไหน

กระดาษจากนักเรียนใบนี้เป็นใบสุดท้ายหลังจากกลั่นกรองกันมา 20 กว่าแผ่น นักเรียนก็เขียนรูปมาให้ดูพร้อมทั้งอธิบายต่างๆนานาๆ ซึ่งทำให้คนเป็นครูอย่างผม มีความสุขกับการเรียนรู้ด้วยตนเองของพวกเขา จนอธิบายได้เป็นฉากๆ และจากรูปที่เขาวาดมาจะเห็นได้ว่า นักเรียนต้องสัมผัสกับเรื่อง น้ำหนัก มวล จุดศูนยน์กลาง ซึ่งส่งผลต่อ กำลัง แรง แรงเสียดทาน แรงบิด การเลือกใช้แผ่นโลหะในการดัดโค้งเป็นตัวงัดใต้ท้องคู่ต่อสู้ (เพราะเป็นวัสดุที่มีความยืดหยุดดัดได้ และแข็๋งแรง มีความคงตัว) รวมถึงเรื่องความสัมพันธ์ของสมการ ทางคณิตสาสตร์ด้วย

ผมถามต่อไปว่านักเรียนคิดหรือยังว่า “ที่เราออกแบบไปนั้นมันจะมีน้ำหนักเกินจากข้อกำหนด 1 kg และขนาดจะเกินกำหนดไหม” นักเรียนก็ตอบว่า “ไม่ทราบบครับ แต่ผมรู้ว่าต้องทำให้มันเตี้ยๆและหนักที่สุดเท่าที่จะทำได้” แน่นอนว่าผมต้องขอคำอธิบายจากคำตอบของเขา

“คำตอบจะเป็นอย่างไร และกว่าจะสร้างทีมหุ่นยนต์ได้ต้องทำอะไรต่อโปรดติดตามต่อในตอนต่อไปนะครับ”

ฝากกดติดตาม และอ่านต่อในตอนต่อๆไปนะครับ

ชัชรินทร์ เลิศยศบดินทร์ (ไช้)

https://facebook.com/chaichy.ahha

[นายเฉลิมลาภ ทองอาจ]

ขอให้อาจารย์ถ่ายทอดประสบการณ์เหล่านี้ต่อไปครับ จะเป็นประโยชน์ต่อสังคมในวงกว้าง

[https://sites.google.com/view/chacharin]

ขอบพระคุณสำหรับความเห็นครับอาจารย์?