ฟอร์มูล่าม้ง กับแรงเสียดทาน

"ปกติเรื่องแรงเสียดทานจะเน้นท่องจำ นักเรียนไม่เห็นภาพ แรงเสียดทานยิ่งกลายเป็นเรื่องจับต้องยากขึ้นไปอีก"

เราได้รับโจทย์ว่าให้สอนเรื่องแรงเสียดทาน แบบ STEM ศึกษา คือมีการบูรณาการวิชาวิทยาศาสตร์ คณิตศาสตร์ เทคโนโลยี และการออกแบบทางวิศวกรรม 

ปกติเรื่องแรงเสียดทานจะเน้นท่องจำเอาว่า พื้นผิวขรุขระ จะมีแรงเสียดทานที่กระทำต่อพื้นผิวมากกว่าผิวเรียบ หรือน้ำหนักมากก็จะมีแรงเสียดทานเกิดขึ้นมากกว่าน้ำหนักน้อย การท่องจำแบบนี้นักเรียนไม่เห็นภาพ แรงเสียดทานยิ่งกลายเป็นเรื่องจับต้องยากขึ้นไปอีก 

ทำให้นักเรียนเห็นภาพแรงเสียดทานก่อน

เราเริ่มสอนโดยการให้นักเรียนดูการไหลของรถของเล่น ลงบนทางลาดที่ทำจากพื้นไม้ว่าไหลไปตามรางที่ทำไว้ได้ไกลแค่ไหน จากนั้นเราเปลี่ยนจากล้อพื้นผิวไม้เป็นพื้นผิวชนิดอื่น และให้นักเรียนร่วมกันเดาว่า รถของเล่นจะไหลไปหยุดที่ตรงไหน เช่น พื้นผิวกระดาษทราย รถจะไหลได้ไกลขึ้นกว่าพื้นผิวที่เป็นไม้หรือไม่ หรือไหลแล้วหยุดใกล้กว่าเดิม 

เราให้นักเรียนได้ทำนายเอาเองจากการสังเกต พื้นผิวที่เรานำมาทดลอง มีพื้นผิวไม้ กระดาษทราย แผ่นยาง แผ่นฟอยล์ เป็นต้น หลังจากที่นักเรียนได้ลองทำนายและทดลองดูแล้ว ก็มาร่วมกันสรุปผลการทดลองว่าตรงกับที่เราทำนายไว้หรือไม่ เพื่อให้ทุกคนได้คอนเซ็ปของแรงเสียดทานไปในทางเดียวกัน 

เช่น นักเรียนเอทำนายว่าพื้นผิวกระดาษทราย รถจะไหลได้ไม่ไกล เพราะพื้นผิวขรุขระ ทำให้รถมีแรงเสียดทานเพิ่ม แบบนี้ถูกต้อง นักเรียนบีทำนายว่าพื้นแผ่นฟอยล์รถจะไหลไปได้ไม่ไกล แต่ผลการทดลองออกมาว่ารถไหลได้ไกลกว่าที่คิดไว้ ตรงนี้เราจะนำมาอธิบายถึงเหตุผลให้นักเรียนได้เข้าใจตรงกัน 

จัดการแข่งขันรถฟอร์มูล่าม้ง 

หลังจากที่ผ่านช่วงการทำนายไปแล้ว เราจะเล่นเหตุการณ์ให้ฟังว่า ที่หมู่บ้านของเราจะมีการจัดการแข่งขันรถฟอร์มูล่าม้ง โดยปีนี้จะแข่งกันว่า รถของใครจะไหลลงมายังจุดที่กำหนดได้ใกล้เคียงหรือถูกต้องมากกว่ากัน 

โดยมีเงื่อนไขสามข้อคือ 

1. รถต้องสร้างจากอุปกรณ์ที่ครูกำหนดให้เท่านั้น 2.รถจะต้องมีส่วนประกอบเป็นรูปเรขาคณิต

3. รถจะต้องไหลลงไปยังจุดที่กำหนดแบบพอดีถึงจะได้คะแนน ถ้าไหลไม่ถึงหรือเลยไปจะไม่ได้คะแนน 

หลังจากนั้นก็จะแบ่งกลุ่มนักเรียนแล้วลงมือสร้างรถฟอร์มูล่าม้งกัน โดยในตอนเริ่มต้นจะให้นักเรียนแต่ละกลุ่มปรึกษากันก่อน ว่าจะทำรถออกมาในรูปลักษณ์แบบไหน มีการออกแบบลงในกระดาษไว้ก่อนสร้าง และเมื่อนักเรียนสร้างรถจนเสร็จ สามารถมาลองปล่อยได้สามครั้ง ซึ่งในแต่ละครั้งถ้ารถไปไม่ถึงจุดที่กำหนด หรือเลยไป สามารถแก้ไขได้ โดยจะนับครั้งที่ดีที่สุดเป็นคะแนน 

หลังจากที่ทุกทีมสร้างรถและปล่อยรถจนเสร็จก็จะประกาศคะแนน และสะท้อนผลความรู้จากการสร้างรถฟอร์มูล่าม้ง ว่าได้ใช้ความรู้เรื่องแรงเสียดทานในตอนไหนบ้าง

หลังจากสอน…

สิ่งที่ผู้เรียนได้รู้สึกคือความสนุกจากการสร้างสรรค์รถฟอร์มูล่าม้ง ให้เป็นไปตามเงื่อนไขของเรา ในตอนที่นักเรียนได้ปรึกษาหารือกันภายในกลุ่ม ว่าจะสร้างรถออกมายังไงเป็นการเพิ่มทักษะการทำงานเป็นทีม บวกกับฝึกฝนกระบวนการออกแบบทางวิศวกรรมไปด้วย เพราะนักเรียนได้จดบันทึกการออกแบบลงในกระดาษ นักเรียนได้ลงมือทำจริง ๆ ได้ทดลองจริง ๆ เป็นการเรียนแบบเห็นภาพ ทำให้นักเรียนรู้สึกสนุกและได้รับความรู้ไปแบบไม่ทันรู้ตัว ยิ่งถ้ารถที่ตนเองและเพื่อนๆสร้างไหลไปยังจุดที่กำหนด ยิ่งสร้างความภูมิใจให้กับเขา ทำให้เจตคติต่อวิชาวิทยาศาสตร์ของเขาเพิ่มขึ้นด้วย

"ใช้ความรู้เรื่องแรงเสียดทานไปแบบไม่รู้ตัว"

การที่นักเรียนได้มาออกแบบและสร้างรถฟอร์มูล่าม้ง ทำให้นักเรียนได้ใช้ความรู้เรื่องแรงเสียดทานไปแบบไม่รู้ตัว

เช่น กลุ่มแรกสร้างรถแล้วไหลครั้งแรกพบว่ารถไหลเลยจุดที่กำหนด สิ่งที่นักเรียนทำก็คือ เขาเอากระดาษทรายมาพันรอบล้อรถไว้ หลังจากนั้นเอามาลองปล่อยอีกครั้งพบว่ารถไหลเลยอยู่ดี แต่ไหลเลยไปไม่ไกลกว่าครั้งแรก ตรงจุดนี้เด็กเกิดความรู้แล้วว่ากระดาษทรายทำให้รถไหลช้าลง นั่นเป็นเพราะกระดาษทรายผิวขรุขระ ตรงจุดนี้ครูต้องเสริมว่ายิ่งขรุขระแรงเสียดทานก็จะยิ่งมาก ทำให้รถไหลช้าลง 

คราวนี้นักเรียนที่ได้ความรู้เพิ่มขึ้น เพื่อนำไปปรับปรุงรถของเขาให้ไหลตรงจุดที่กำหนดให้ได้ 

แต่ละกลุ่มจะได้เรียนรู้ไม่เหมือนกัน

สิ่งที่เราประทับใจก็คือในแต่ละกลุ่มจะได้เรียนรู้ไม่เหมือนกัน เพราะบางกลุ่มปล่อยครั้งแรกอาจจะเลยจุดที่กำหนด บางกลุ่มอาจจะไหลไปไม่ถึง บางกลุ่มอาจจะไม่ไหลเลย เป็นต้น แต่ละกลุ่มก็จะต้องหาวิธีแก้ไขรถตัวเองในแบบที่แตกต่างกัน แต่กระบวนการที่เด็กแก้ไขจะอยู่บนพื้นฐานความรู้เดียวกันเสมอ เช่น เด็กที่รถไหลไปไม่ถึง เขาก็ต้องมานั่งคิดว่าทำไม เป็นเพราะอะไร ลองทำแบบนี้ดีไหม เมื่อทำแล้วรถของเขาไปถึง ก็แสดงว่าสิ่งที่เขาทำเป็นการลดแรงเสียดทาน เป็นต้น ในตอนท้ายคาบที่ต้องมาสรุปผลกัน เด็กแต่ละคนจะมีความรู้ที่มาแชร์กันหลากหลายมากขึ้น แต่ยังคงอยู่บนพื้นฐานเรื่องแรงเสียดทานนั่นเอง 

สิ่งประทับใจอย่างสุดท้ายคือ การที่ได้เห็นนักเรียนสนุกไปกับการสร้างรถแล้วไหลลงมา บางคนผิดหวังแต่ไม่ยอมแพ้ นำไปแก้ไขจนสามารถไหลไปยังจุดที่กำหนดได้ บางคนสนุกไปกับโจทย์ที่ท้าทาย สนุกไปกับการลองผิดลองถูก ถึงจะได้ความรู้ไปไม่มาก แต่แค่สนุก เราก็ดีใจแล้ว