สอนความร้อน ด้วยช้อนกินข้าวและถังน้ำแข็ง

เคยไหม ตอนอากาศเย็น ๆ พอเราเอามือไปจับสิ่งของที่เป็นโลหะ ตกใจแทบสะดุ้ง ทำไมมันรู้สึกเย็นขนาดนี้ แต่พอไปจับหนังสือหรือวัสดุบางอย่าง เรากลับไม่รู้สึกว่ามันเย็นขนาดนั้น ทั้งๆที่อยู่ในอุณหภูมิเดียวกันแท้ๆ แล้วความรู้สึกที่เรารู้สึกว่าสิ่งนั้นมันร้อนหรือเย็น มันเกิดจากอะไรกันแน่นะ?

กิจกรรมนี้ สามารถทำได้ทั้ง Online ในสถานการณ์ปัจจุบัน หรือ Onsite ก็ได้ โดยเลือกนำสิ่งของใกล้ตัวและเหตุการณ์ในชีวิตประจำวันมาช่วยให้นักเรียนเห็นภาพและเข้าใจคอนเซ็ปต์ได้ง่ายขึ้น

ขั้นแรก เราจะพานักเรียนเข้าสู่ช่วง "กระตุ้นความสนใจ" เพื่อทำให้นักเรียนรู้สึกเข้าใจบริบทของเรื่องที่จะสอนจากเหตุการณ์ใกล้ตัวที่เกี่ยวข้องกับการนำความร้อน ไม่ว่าจะใช้การยกตัวอย่างเหมือนในย่อหน้าแรก หรือยกตัวอย่างอื่นๆเพิ่มเติม

ขั้นที่สอง เราจะเริ่มให้นักเรียนได้ "ลองสัมผัสด้วยตนเอง" เช่น ในห้องเรียนหรือห้องนอนที่เปิดแอร์ไว้ (กำหนดให้อุณหภูมิอากาศเย็นกว่าร่างกาย) ให้นักเรียนลองเอามือไปสัมผัสพื้นผิวที่ต่างๆกัน (โดยต้องอยู่ในห้องเดียวกัน เพื่อคุมตัวแปรอุณหภูมิ) เช่น เสาเตียงที่เป็นเหล็ก ช้อนโลหะ หนังสือ กล่องพลาสติก ช้อนพลาสติก ฯลฯ แล้วให้นักเรียนตอบว่า รู้สึกว่าสิ่งไหนเย็นกว่า ซึ่งคำตอบที่ได้ส่วนใหญ่ก็จะเป็น "รู้ว่าสิ่งที่เป็นโลหะเย็นกว่าหนังสือหรือสิ่งที่เป็นพลาสติกเยอะเลย"

ขั้นที่สาม เริ่มจากถามนักเรียนว่า คิดว่าถ้านำน้ำแข็งไปใส่ไว้ในภาชนะวัสดุ 2 แบบ ระหว่าง พลาสติก กับ โลหะ แบบไหนจะละลายเร็วกว่า โดยเราจะยังไม่เฉลย แต่จะ "ถามสะท้อนความคิด" นักเรียนที่ตอบต่างกันทั้งสองแบบ

• ถ้าตอบว่าในภาชนะโลหะละลายเร็วกว่า ก็ถามนักเรียนกลับไป เช่น "แต่ตอนเราสัมผัสโลหะในอุณหภูมิเดียวกัน เรารู้สึกว่ามันเย็นกว่าพลาสติกไม่ใช่หรอ? ทำไมมันถึงละลายเร็วกว่าล่ะ"
• ถ้าตอบว่าในภาชนะพลาสติกละลายเร็วกว่า ก็ถามนักเรียนกลับไป เช่น "ทำไมเราคิดว่าบนพลาสติกจะละลายก่อน เพราะตอนเราจับมันรู้สึกเย็นน้อยกว่าโลหะใช่ไหมหรือเพราะอะไร?"

ขั้นที่สี่ "ขั้นทดลองหาคำตอบด้วยตนเอง" ให้นักเรียนเตรียมช้อนกินข้าว 2 แบบ คือ ช้อนโลหะ และช้อนพลาสติก (เลือกใช้ช้อนเพราะหาได้ง่ายกว่าถังน้ำแข็ง มีทุกบ้าน) และเตรียมน้ำแข็งขนาดเท่า ๆ กันมา 2 ก้อน แล้วจับน้ำแข็งวางลงไปบนช้อนทั้งสองพร้อมๆกัน เพื่อสังเกตความเร็วในการละลาย ว่าอันไหนเริ่มละลายก่อน ให้นักเรียนสังเกตและสรุปผล ซึ่งจะสรุปได้ว่า ในช้อนโลหะเริ่มละลายก่อน คือละลายเร็วกว่า แต่ว่าเราจับโลหะแล้วเย็นไม่ใช่หรอ? แล้วทำไมมันถึงละลายเร็วกว่ากันนะ?

ขั้นที่ห้า "เพิ่มความชัดเจน" เนื่องด้วยการทดลองด้วยช้อนอาจเห็นภาพไม่ชัดและมีผลคลาดเคลื่อน จากปัจจัยเรื่องพื้นที่ผิวที่สัมผัสอากาศมากกว่าการทดลองในถังน้ำแข็ง เราจึงมาชวนนักเรียนตั้งสมมติฐาน คิดวิเคราะห์ และสรุปความรู้ต่อไปกับคำถามว่า "เวลาไปกินข้าวนอกบ้าน แล้วสั่งน้ำแข็งเป็นถังๆมา คิดว่าน้ำแข็งในถังแบบโลหะหรือพลาสติกจะละลายไวกว่า เพราะอะไร หรือนักเรียนเคยสังเกตเห็นความแตกต่างบ้างไหม" เมื่อ Discuss กันเสร็จ ก็เปิดคลิปเปรียบเทียบความเร็วในการละลายของถัง 2 แบบในลิงค์นี้ youtu.be/ENR7WEeMxFQ (เครดิต BossKerati) ซึ่งจะเห็นว่า น้ำแข็งในถังแบบโลหะละลายไวกว่าในถังพลาสติกมาก มันเป็นเพราะอะไรกันแน่นะ ลองให้นักเรียนมีเวลาคิด โดยเราจะยังไม่เฉลยคำตอบให้กับนักเรียน

ในขั้นที่ห้านี้ สามารถเปลี่ยนจากการดูการทดลองในคลิปเป็นเราทำการทดลองให้นักเรียนดู หรือให้นักเรียนไปทำการทดลองเองเป็นการบ้านก็ได้ แต่จะใช้เวลาและอุปกรณ์มากขึ้น

ขั้นที่หก "วิเคราะห์ หาข้อสรุป และนำเสนอ" ให้นักเรียนจับกลุ่ม 3 - 5 คน เพื่อสรุปความรู้ว่าทำไม เราจับโลหะแล้วมันเย็นกว่าพลาสติก แต่น้ำแข็งกลับละลายเร็วกว่า เนื้อหาวิทยาศาสตร์เรื่องไหนสามารถนำมาอธิบายเรื่องนี้ได้บ้าง และให้นักเรียนมานำเสนอตามความคิดของแต่ละกลุ่ม โดยไม่ตัดสินถูกผิด

ขั้นที่เจ็ด "ขั้นเฉลยและสอนคอนเซ็ปต์"

หากเราวัดอุณหภูมิของของสิ่งของ 2 ประเภท ที่เป็นโลหะหรือพลาสติก ที่อยู่ในสภาพแวดล้อมทั่วไปที่มีอุณหภูมิเดียวกันเป็นเวลานาน จะพบว่า จริงๆของสองสิ่งนั้นมีอุณหภูมิเท่าๆกันเลย แต่การที่เราไปจับแล้วรู้สึกว่าโลหะมันเย็นกว่า มันเป็นเพราะ ของสองสิ่งนั้นมีค่าการนำความร้อน หรือ Thermal Conductivity ที่ไม่เท่ากัน โดยพลาสติกนั้นนำความร้อนได้แย่ แต่โลหะนำความร้อนได้ดี แล้วการที่เรารู้สึกเย็นมือ ก็เพราะว่า เราสูญเสียความร้อนให้กับวัตถุอื่นๆ ซึ่งในที่นี่คือ โลหะที่นำความร้อนได้ดีกว่าสามารถดึงความร้อนออกจากมือเราได้เร็วกว่าพลาสติก นั่นเป็นสาเหตุที่ทำให้เรารู้สึกเย็นกว่านั่นเอง หรือถ้าเปลี่ยนเป็นไปจับอะไรร้อนๆก็สามารถอธิบายได้เช่นกัน โดยทิศทางของความร้อนจะนำเข้ามาสู่มือเราแทน ทำให้เรารู้สึกร้อน

ซึ่งกับน้ำแข็งก็เช่นกัน เนื่องจากน้ำแข็งมีความเย็นกว่าถัง ความร้อนจึงเคลื่อนจากจุดที่ร้อนไปเย็น หรือก็คือถังนำความร้อนไปหาน้ำแข็ง ซึ่งน้ำแข็งในถังโลหะละลายไวกว่าถังพลาสติก เพราะถังโลหะสามารถน้ำความร้อนไปหาน้ำแข็งได้เร็วกว่านั่นเอง! (จินตนาการตามอากาศประเทศไทยก็พอน้า เพราะถ้าอากาศติดลบ น้ำแข็งก็คงไม่ละลาย)

ขั้นที่แปด "ต่อยอดความรู้และแก้ปัญหาใหม่" เพื่อให้เกิดการเรียนรู้สูงสุดและเป็นการเชคคอนเซ็ปต์ว่านักเรียนเข้าใจจริง เราก็จะจัดกิจกรรมที่ให้นักเรียนลองหาวิธีที่ทำให้น้ำแข็งในถังโลหะอยู่นานกว่าถังพลาสติก ลองทดสอบและพัฒนาวิธีการของแต่ละคน แล้วสรุปผลเพื่อนำเสนอและพูดคุยกันต่อไป

จากคอนเซ็ปต์ในเรื่องนี้ เรายังสามารถต่อยอดไปสู่การสอนเรื่องความร้อนในหัวข้ออื่น ๆ รวมถึงประยุกต์การใช้สูตรคำนวณต่าง ๆ เข้ามาได้ด้วย

ผมเชื่อว่า การเรียนการสอนแบบนี้ จะทำให้นักเรียนเข้าใจคอนเซ็ปต์อย่างแท้จริงจากการสร้างความรู้ด้วยตนเองเป็นขั้น ๆ และสามารถจดจำความรู้ได้นานกว่าเพียงการสอนแบบท่องจำอย่างแน่นอน

แล้วทุกคนจะมองถังน้ำแข็งโลหะที่ร้านอาหารเปลี่ยนไปครับ 555