ดูคลิปประกอบ BioLab : ทำไมเรามองเห็นใบไม้เป็นสีเขียว

youtube.com/watch?v=61XVIreuQ-k

"การเป็นนักตั้งคำถาม...สำคัญเช่นเดียวกันกับการเป็นนักหาคำตอบ"

การจัดกิจกรรมการเรียนรู้เรื่องพืช โดยทั่วไปแล้ว นักเรียนจะได้รับความรู้จากการอ่านหนังสือหรือกิจกรรมการทดลองต่างๆ ตามที่หนังสือกำหนดไว้ หรือที่เรียกกันว่า hand on แต่กิจกรรมในครั้งนี้ จะนำพานักเรียนไปสู่การ Head on ถามให้สงสัยใคร่รู้ สร้างกระบวนการไปสู่นักเก็บหลักฐาน

1.ฝึกตั้งคำถาม

ครูพานักเรียนไปบริเวณลานม้านั่งที่มีต้นไม้น้อยใหญ่หลากหลาย เพื่อสังเกตและตั้งคำถามเกี่ยวกับต้นไม้ โดยถามให้ได้มากที่สุดใน 10 นาที ตัวอย่างคำถามที่นักเรียนตั้งคำถามมีดังนี้

ในระหว่างที่ทำกิจกรรม จะได้ยินคำพูดติดปากนักเรียนว่า ไม่รู้จะถามอะไรดี

2.ระบุวิธีการหาคำตอบ คำถามไหนที่ชอบและแบบไหนที่ยังไม่โดนใจ

(กิจกรรมครั้งนี้ เน้นเลือกคำถามที่หาคำตอบได้ด้วยกระบวนการทางวิทยาศาสตร์)

นักเรียนรวบรวมคำถามทั้งหมดทำเป็นตารางความสัมพันธ์ระหว่างคำถาม วิธีการหาคำตอบและระบุว่าอยากหาคำตอบและไม่อยากหาคำตอบเพราะอะไร โพสต์ลงใน FaceBook Group เพื่อโหวตคำถามที่ต้องการหาคำตอบ (สร้างความรู้สึกการเป็นเจ้าของคำถาม เพื่อจะได้ติดตามหาคำหลักฐานและคำตอบอย่างตั้งใจค่ะ)

3.เลือกคำถามที่ต้องการศึกษา

คำถามที่ได้รับการคัดเลือกนั้นก็คือ "ทำไมใบไม้มีสีเขียว" เพราะคนส่วนใหญ่ในห้องลงความเห็นว่าเป็นคำถามที่เหมือนจะง่ายๆ แต่ตอบไม่ง่ายเลย นักเรียนจะรวบรวมข้อมูลเพื่อตอบคำถามด้วยกิจกรรมการเรียนรู้ดังต่อไปนี้

กิจกรรมที่ 1 ดวงตาและการมองสี

การสังเกตผลการทดลองจำลอง (Lab stimulation) เรื่อง Color vision จากโปรแกรม Phet https://phet.colorado.edu/sims/html/color-vision/latest/color-vision_en.html

1. เลือกหลอดแสงไฟทีละสี (แดง เขียว น้ำเงิน) บันทึกสิ่งที่สายตาแปลค่าสี

แสงสีเขียว ตามองเห็นเป็นสี...........................................................................

แสงสีแดง ตามองเห็นเป็นสี...........................................................................

แสงสีน้ำเงิน ตามองเห็นเป็นสี...........................................................................

ผสมสีในปริมาณต่างๆ สังเกตผลและบันทึกผลการสังเกต

นำไปสู่ข้อสรุปที่ว่า "เมื่อแสงจากแหล่งกำเนิดเข้าสู่ตาเรา ตาและสมองของเราจะทำงานร่วมกันเพื่อแปลงข้อมูลของแสงที่ได้รับให้กลายเป็นสีต่าง ๆ ที่เรารับรู้"

นักเรียนค้นคว้าข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับการมองเห็นสี จะได้หลักการทางวิทยาศาสตร์ที่ว่า "การมองเห็นสีของสิ่งของเกิดจากการที่แสงจากแหล่งกำเนิดตกกระทบกับวัตถุก่อนที่จะสะท้อนมายังตาของเรา จากนั้นตาและสมองของเราจะทำงานร่วมกันเพื่อแปลงข้อมูลของแสงที่ได้รับให้กลายเป็นสีต่าง ๆ ที่เรารับรู้ เช่น การมองเห็นสีแดง เพราะตาเรารับคลื่นแสงช่วงที่เป็นสีแดงซึ่งสะท้อนออกมาจากวัตถุส่วนคลื่นแสงที่มีความยาวคลื่นช่วงอื่น ๆ ยังคงอยู่ที่วัตถุนั้น ดังนั้น สีขาวที่เราเห็นก็เกิดจากการสะท้อนแสงทุกช่วงคลื่นที่สามารถมองเห็นได้จากผิววัตถุเข้าตาของเรา ส่วนสีดำของวัตถุเกิดจากการดูดกลืนแสงทุกช่วงคลื่นเอาไว้และไม่มีช่วงคลื่นใดที่เราเห็นได้ด้วยเซลล์ประสาทรับแสงภายในดวงตา และด้วยเหตุนี้เอง การจ้องมองวัตถุซึ่งเรามองเห็นเป็นสีขาวจึงมักทำให้เราแสบตามากกว่าวัตถุสีดำ ในทางกลับกันวัตถุที่มีสีดำอย่างเสื้อสีดำสามารถเก็บความร้อนได้ดีเพราะดูดซับคลื่นแสงไว้มากกว่าเสื้อสีขาว (อ้างอิงข้อมูลจาก trueplookpanya.com)

กิจกรมที่ 2 หลักฐานการสะท้อนและการดูดซับของแสง

ครูตั้งคำถามว่า “เพราะเหตุใดนักเรียนจึงมองเห็นใบไม้ส่วนใหญ่เป็นสีเขียว อะไรจะเป็นหลักฐานในการตอบคำถามนี้” เนื่องจากข้อจำกัดเรื่องเครื่องมือตรวจการดูดซับแสง ครูจึงประยุกต์ใช้อุปกรณ์ที่สามารถหาได้ จากนั้นอธิบายอุปกรณ์ที่ใช้ในการสาธิต “เรื่องการสะท้อนและการดูดซับแสง” มีอุปกรณ์ดังนี้

         1. เจลลี่สีเขียว   2. เจลลี่สีแดง 3. เจลลี่ขาว 4. เนื้อเฉาก๊วย 5. แสงเลเซอร์สีแดง 6. แสงเลเซอร์สีเขียว

จากหลักการนำไปสู่สมมติฐานของการทดลองดังนี้ "ถ้าการมองเห็นวัตถุสีเขียว เกิดจากการสะท้อนแสงสีเขียว

ดังนั้น เมือส่องแสงสีเขียวไปยังวัตถุสีเขียว จะเกิดการสะท้อนแสงสีเขียว"

         จากนั้นดำเนินการทดลอง ดังต่อไปนี้

         1.1. นำแสงเลเซอร์ดีแดง มาส่องไปยัง เจลลี่สีเขียว   เจลลี่สีแดง เจลลี่ขาว และ เนื้อเฉาก๊วย สังเกตผลที่เกิดขึ้น

        1.2 นำเลเซอร์สีเขียวส่องมาส่องไปยัง เจลลี่สีเขียว   เจลลี่สีแดง เจลลี่ขาว และ เนื้อเฉาก๊วย สังเกตผลที่เกิดขึ้น

         1.3. ครูถามนักเรียนว่า สังเกตเห็นอะไรบ้าง นักเรียนสังเกตและช่วยกันระดมความคิด จนนำไปสู่คำตอบดังนี้เมื่อใช้เลเซอร์สีเขียวและสีแดงส่องไปยังเจลลี่สีขาว จะเกิดลักษณะเหมือนเรืองแสง (สะท้อนแสง) แต่เมื่อนำไปส่องที่เนื้อเฉาก๊วยจะเกิดจุดแสงบนผิวเฉาก๊วย (การดูดซับแสง) เมื่อนำเลเซอร์สีเขียวส่องเจลลี่สีเขียวจะเกิดการการส่องผ่านและการสะท้อนแสงสีเขียว เช่นเดียวกันกับเมื่อใช้เลเซอร์สีแดงส่องผ่านเจลลี่สีแดงแต่เมื่อนำเลเซอร์สีแดงส่องเจลลี่สีเขียว จะพบจุดสีแดง (เพราะวัตถุสีเขียวดูดซับเลเซอร์แสงสีแดง)

         1.4. นักเรียนจะสรุปผลการทดลองนี้ว่าอย่างไร นักเรียนควรได้ ข้อสรุปที่ว่า “แสงสีขาวประกอบด้วยสีหลายๆสี (ทบทวนจากการทดลองของเองเกลมันที่ใช้สเปกตรัมแยกแสงสีขาว) เมื่อส่องแสงสีขาวผ่านเจลลีสีแดง จะเกิดการสะท้อนแสงสีแดง และดูดซับสีอื่นๆนักเรียนจึงมองเห็นสีแดง ในขณะที่เมื่อส่องแสงสีขาวผ่านเจลลีเขียว จะเกิดการสะท้อนแสงสีเขียวและดูดซับสีอื่นๆนักเรียนจึงมองเห็นสีเขียว

1.5. นักเรียนทราบแล้วว่า “คลอโรฟิลล์มีสีเขียว ทำให้มองเห็นคลอโรพลาสต์มีสีเขียว จากความรู้ที่ว่า รงควัตถุมีทั้งสีเขียว สีส้ม สีแดง นักเรียนคิดว่ามีเม็ดสีอื่นๆอยู่ในพืชที่นักเรียนมองเห็นเป็นสีเขียวหรือไม่อย่างไร”

การทดลองที่ 1 น้ำสี

ชุดควบคุม วัตถุสีขาวจะสะท้อนทุกแสง วัถตุสีดำดูดซับทุกสี

เปรียบเทียบความแตกต่างเมื่อส่องเลเซอร์สีเขียวไปที่น้ำสีเขียวและสีแดง

การทดลองที่ 2 ปีโป้สี

ชุดควบคุมของปีโป้

เปรียบเทียบเมื่อส่องเลเซอร์สีแดงไปที่วัตถุสีเขียวและสีแแดง

การทดลองที่ 3 เจลลี่สี

ชุดควบคุม

เปรียบเทียบเมื่อส่องเลเซอร์สีเขียวไปที่วัตถุสีเขียวและสีแแดง

จากการทดลองทำให้นักเรียนได้หลักฐานตามหลักการที่ว่า "การมองเห็นสีเขียว เพราะตาเรารับคลื่นแสงช่วงที่เป็นสีเขียวซึ่งสะท้อนออกมาจากวัตถุส่วนคลื่นแสงที่มีความยาวคลื่นช่วงอื่น ๆ ยังคงอยู่ที่วัตถุนั้น"

ซึ่งนักเรียนจะได้ทบทวนและหาความรู้เพิ่มเติมว่า สีเขียวที่ใบของพืชเกิดจากรงควัตถุที่ชื่อว่าคลอโรฟิลล์ สเปคตรัมของทั้งคลอโรฟิลล์ a และ b ดูดแสงได้ดีที่ความยาวคลื่นประมาณ 420-460 nm คือในช่วงแสงสีน้ำเงิน และ 630-660 nm คือในช่วงแสงสีแดง และมีลักษณะเป็นที่ราบซึ่งหมายถึงการดูดแสงได้ไม่ดีในช่วงคลื่น 480-620 nm ซึ่งเป็นช่วงคลื่นแสงสีเขียว-เหลือง (รายละเอียดดังรูปที่ 1.8) ฉะนั้น สารคลอโรฟิลล์จึงมีสีเขียวอมเหลือง เพราะดูดแสงนี้ (เขียว-เหลือง) ได้ไม่ดี แต่ดูดแสงสีน้ำเงินและแดงไว้ได้หมดหรือเกือบหมด ส่วนแสงสีเขียว-เหลืองจะถูกสะท้อนออกไปหรือทะลุผ่านใบไม้ไป (อ้างอิงข้อมูลจาก il.mahidol.ac.th/e-media/photosynthesis/cloroplast/cloroplast5.htm)

กิจกรรมที่ 3 ถ้าใบสีเขียวของพืชมีเฉพาะสีเขียวแล้วทำไมเวลาเหี่ยวจึงมีส้สม สีแดง

ครูให้นักเรียนตั้งคำถามเกี่ยวกับใบไม้ชนิดเดียวกัน แต่มีสีต่างกัน สีเขียวอ่อน เขียวเข้ม เริ่มเหี่ยว และเหี่ยว

จนนำไปสู่การหาคำตอบของคำถามที่ว่า ในใบไม้แต่ละสี มีรงควัตถุสีใดอยู่บ้าง นักเรียนช่วยกันสืบส้นหาวิธีการศึกษาเรื่องการแยกสี และตัดสินใจเลือกหลักการโครมาโทกราฟี ที่ใช้หลักการของตัวทำละลายต่างชนิดกันจะแยกสารได้แตกต่างกันสารแต่ละชนิดเคลื่อนที่ไปบนตัวกลาง หรือตัวดูดซับได้ต่างกัน ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับความสามารถในการถูกดูดซับของสารบนตัวดูดซับนั้น และความสามารถในการละลายของสารนั้นในตัวทำละลายถ้าสารผสมเนื้อเดียวที่นำมาแยกมีองค์ประกอบมากกว่าหนึ่งชนิด องค์ประกอบที่เคลื่อนที่ไปกับตัวทำละลายได้เร็วกว่าจะเคลื่อนที่บนตัวดูดซับไปได้ไกลกว่า ส่วนองค์ประกอบที่ถูกดูดซับไว้ได้มากจะเคลื่อนที่ไปได้ช้า จึงทำให้เห็นสารที่เป็นองค์ประกอบแยกออกจากกัน ด้วยข้อจำกัดของกระดาษโครมาโทกราฟี จึงประยุกใช้กระดาษทิชชู่ในการศึกษา

วิธีการดำเนินการ

1. ตัดกระดาษทิชชู่ชนิดม้วนใหญ่ ให้มีขนาดเท่าๆกัน
2. นำแอลกอฮอล์ใส่ในขวดแก้ว
3. นำใบไม้มาตำจนมีน้ำสีเขียวออกมาใช้ไม้จิ้มฟันจุ่มสีที่สกัดได้จากใบไม้มาแตะตรงกึ่งกลางของปลายกระดาษด้านใดด้านหนึ่งของแต่ละแผ่นโดยห่างจากปลายกระดาษประมาณ 1 cm รอให้แห้ง แล้วทำการใส่สีที่จุดเดิมซํ้าหลายๆครั้ง จนได้จุดสีที่เข้มขึ้น

ซึ่งเมื่อนักเรียนรู้วิธีการโครมาโทกราฟีแล้วให้นักเรียนเลือกศึกษาและตั้งสมมติฐานตามความสนใจ เช่น

1. ใบไม้ชนิดใดจะมีคลอโรฟิลล์มากกว่ากัน

2. ในไม้ไม่ผลัดใบ (มีสีเขียวตลอดปี) มีสารสีชนิดอื่นหรือไม่อย่างไร 3. ใบไม้เขียว เริ่มเหี่ยวและเหี่ยว ชนิดใดจะมีคลอโรฟิลล์มากกว่ากัน

จากข้อมูลลต่างๆจะนำไปสู่ข้อสรุปที่ว่า ในเซลล์พืชนอกจากสารสีคลอโรฟิลล์ที่ทำให้พืชมีสีเขียวแล้ว ยังมีสารสีแคโรทีนอยด์ (carotenoid) ซึ่งเป็นสารสีแดงหรือสีส้ม หากมีสารสีคลอโรฟิลล์และสารสีแคโรทีน อยู่ในใบเดียวกัน จะสะท้อนแสงสีแดง เขียวแกมน้ำเงินและแสงสีน้ำเงิน ทำให้ใบมีสีเขียว แซนโทฟิลล์ (xantrophyll) เป็นสารสีเหลืองหรือสีน้ำตาล    ในเซลล์พืชโดยปกติมีสารสีทั้ง 3 ชนิด แต่ถ้ามีสารสีชนิดใดมากกว่า พืชชนิดนั้นก็จะปรากฏให้เห็นสี ของสารสีชนิดนั้น ๆ เช่น ใบของต้นมะม่วงสีเขียว เนื่องจากมีคลอโรฟิลล์อยู่มาก  เมื่อพืชสร้างคลอโรฟิลล์น้อยลงและคลอโรฟิลล์ที่มีอยู่ตัวอยู่ตัวตลอดเวลา ใบไม้ที่มีสีเขียว จึง เริ่มมีการเปลี่ยนจากสีเขียวเป็นสีเหลืองหรือส้ม แดง จนในที่สุดเปลี่ยนเป็นสีน้ำตาลและร่วงลงสู้พื้นดิน (อ้างอิงข้อมูลจาก biology.ipst.ac.th/?p=826)

ทั้ง 3 กิจกรรมนี้ นักเรียนมีโอกาสที่จะลงข้อสรุปจากหลักฐานที่แตกต่างออกไป อย่างไรก็ตาม การลงข้อสรุปขึ้นอยู่กับหลักฐานและหลักการในการสร้างข้อสรุป ครูจะเป็นผู้ช่วยในการเชื่อมโยงข้อมูล หลักฐาน กับหลักการทางวิทยาศาสตร์ เพื่อให้นักเรียนสร้างองค์ความรู้ด้วยตนเอง

จะเห็นได้ว่า รูปแบบของการศึกษาเรื่อง "ทำไมใบไม้จึงมีสีเขียว เป็นการใช้การสังเกตข้อมูล อฺธิบายข้อมูลที่ได้ ศึกษาความรู้เพิ่มเติมและลงข้อสรุป ด้วยข้อจำกัดเรื่องอุปกรณ์ทำให้เราต้องปรับกิจกรรมการเรียนสอนในลักษณะที่นำเสนอข้างต้น แต่เมื่อเทคโนโลยีก้าวหน้าขึ้น สมาร์ทโฟนสามารถเป็นห้องแล็บทางวิทยาศาสตร์ได้

จะเป็นอย่างไรตามไปดูคลิปนี้กันค่ะ

FizziQ ห้องทดลองวิทยาศาสตร์ในมือถือ App ที่ครูวิทย์ต้องมี แนะนำเลยค่ะ

นักเรียนจะได่้ใช้ Fuction Colorimeter ในการศึกหัวข้อเดิม ด้วยเครื่องมือที่แตกต่างไปจากเดิม มาดูกันว่าจะเป็นอย่างไร

คำถามที่ 1 สีของพืชต่างชนิดกัน ให้ผลการศึกษาแตกต่างกันหรือไม่ อย่างไร

การออกแบบการทดลองให้ขึ้นอยู่กับนักเรียน ว่าจะมีวิธีการออกแบบการศึกษาอย่างไร ทดลองกี่ครั้ง และสร้างข้อสรุปได้อย่างไรบ้าง

จากนั้นใช้ Fuction Green Absorbance

การออกแบบการทดลองให้ขึ้นอยู่กับนักเรียน ว่าจะมีวิธีการออกแบบการศึกษาอย่างไร ทดลองกี่ครั้ง และสร้างข้อสรุปได้อย่างไรบ้าง

คำถามที่ 2 พืชชนิดเดียวกัน ใบเขียว ใบเริ่มเหี่ยว ใบเหี่ยว มีสีแตกต่างกันอย่างไร

การออกแบบการทดลองให้ขึ้นอยู่กับนักเรียน ว่าจะมีวิธีการออกแบบการศึกษาอย่างไร ทดลองกี่ครั้ง และสร้างข้อสรุปได้อย่างไรบ้า'

สิ่งที่น่าสนใจมากกว่าการยืนยันความรู้หรือหลักการ (Comfirm Inquiry)

กิจกรรมถูกออกแบบจาก Comfirm Inquiry เพื่อทบทวนความรู้ Strcuture Inquiry เพื่อเรียนรู้วิธีการออกแบบการทดลองทางวิทยาศาสตร์ เข้าสู่การ Guided Inquiry เมื่อใช้ Application สามารถจะทำให้เกิด Open Inquiry ได้ นั้นคือการให้โอกาสนักเรียนได้เป็นผู้ตั้งคำถามและหาคำตอบดก้วยตนเอง

App ช่วยให้นักเรียนเห็นข้อมูลเชิงปริมาณ ในรูปแบบของตัวเลข กราฟ ซึ่งจะช่วยฝึกให้นักเรียนได้ลงข้อสรุปจากข้อมูลที่ค้นพบ และจากการทดลองใช้ App ด้วยตนเองเบื้องต้น ทำให้พบข้อมูลบางอย่างที่ไใม่สอดคล้องกับความรู้เดิม กระตุ้นให้อยากรู้คำตอบเพิ่มเติมมากขึ้น

จนนำไปสู่การค้นหาข้อมูลเพิ่มเติม ซึ่งเป็นประเด็นที่น่าสนใจในการเรียนเรื่องพืชไม่น้อยเลยทีเดียว

เช่น ตัวอย่างเปเปอร์นี้ ที่บอกว่า คลอโรฟิลล์ไม่ได้สะท้อนแสงสีเขียว อ้าวววว แล้วที่เรียนรู้มา เกิดอะไรขึ้น ความรู้ทางวิทยาศาสตร์เปลี่ยนแปลงได้ เมื่อมีหลักฐษนที่เพียงพอมากขึ้นนะคะ ดังนั้น เราควรชวนนักเรียนไปวิเคราะห์หลักฐานในเอกสารชิ้นนี้แล้วช่วยกันลงข้อสรุปค่ะ

การสอนวิทยาศาสตร์ ไม่ใช่เพียงการหาคำตอบ แต่ยังเป็นการฝึกตั้งคำถาม เพื่อนำไปสู่การหาคำตอบด้วยกระบวนการทางวิทยาศาสตร์

กรบะวนการทางความคิด กระบวนการรวบรวมหลักฐาน กระบวนการลงข้อสรุป ต้องใช้เวลา กิจกรรม และความสม่ำเสมอในการสร้างประสบการณ์การเรียนรู้ให้กับผู้เรียน ครูปุ้มหวังว่ากิจกรรมนี้จะเป็นตัวอย่างเล็กๆ ให้คุณครูได้ลองนำไปใช้พัฒนานักเรียน

แต่เอ๊ะ พืชสังเคราะห์ด้วยแสงเพื่อสร้างอาหาร ถ้าชอบแสงขนาดนั้น ทำไมใบไม้ไม่มีสีดำไปเลยน้า เพราะสีดำดูดซับทุกช่วงแสงเลยนะ...

คำถามนี้น่าสนใจเพียงพอที่จะหาคำตอบไหมคะ หรือมีท่านใดมีคำถามอยากจะชวนครูปุ้มหาคำตอบร่วมกันเรื่องพืช ก็ยินดีนะคะ

หากนำไปใช้แล้ว ได้ผลอย่างไร นำมาแลกเปลี่ยนเรียนรู้กับครูปุ้มบ้างนะคะ ^^