สะเต็มศึกษา (วิทยาศาสตร์) ป.4 หน่วย 5 เรื่อง จำแนกวัตถุที่เป็นตัวกลางของแสง

จุดประสงค์ : การมองเห็นแสงจากแหล่งกำเนิด ผ่านตัวกลางต่างๆ

อุปกรณ์ :
1. กล่องเปล่าเหลือใช้
2. กรรไกร
3. เทปหลากสี
4. พลาสติกห่ออาหาร
5. กระดาษขาวบาง
6. สก็อตช์เทป

วิธีทำ :
1. นำกล่องมาตัดฝาออกทั้งด้านบนและล่างดังรูป
2. ตกแต่งกล่องให้สวยงามห่อด้านล่างของกล่องด้วยกระดาษขาวบาง
3. จากนั้นนำแผ่นพลาสติกห่ออาหารทำเป็นแท่งวงกลมความสูงให้เท่ากับกล่อง ติดปลายทั้งสองด้านให้ติดกันด้วยสก็อตช์เทป
4. จากนั้นนำแผ่นพลาสติกที่ม้วนไว้ทั้งหมดมาใส่ในกล่องเรียงสลับกันตามจินตนาการ
5. ห่ออีกด้านด้วยพลาสติกใสห่ออาหารแล้วนำไปส่องกับแสงของทีวีหรือแสงจากไฟฉายหลากสี

1. อะไรคือตัวกลางที่แสงส่องผ่าน
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..
และเป็นตัวกลางประเภทใด
[ ] ตัวกลางโปร่งใส [ ] ตัวกลางโปร่งแสง [ ] วัตถุทึบแสง
2. ให้ยกตัวอย่าง แหล่งกำเนิดแสง 2 ชนิดพร้อมอธิบายลักษณะความแตกต่างของแหล่งกำเนิดแสงทั้งสอง
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..

แสงมาจากไหน
แสง (light) เป็นพลังงานชนิดหนึ่งมีลักษณะเป็นคลื่นรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า โดยแสงที่ตามนุษย์มองเห็นได้ มีความยาวคลื่นอยู่ในช่วง 400–700 นาโนเมตร แหล่งกำเนิดแสงที่สำคัญที่สุดก็คือ ดวงอาทิตย์ เนื่องจากแสงจากดวงอาทิตย์ช่วยให้เรามองเห็น ช่วยให้พืชเกิดการสังเคราะห์ด้วยแสงเพื่อสร้างอาหาร ทำให้เกิดวัฏจักรของน้ำ โดยแหล่งกำเนิดแสง สามารถแบ่งออกได้เป็น 2 อย่างคือ

1. แหล่งกำเนิดแสงที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ (Natural Light)
แหล่งกำเนิดแสงที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาตินั้น จะเกิดจากวัตถุที่มีแสงในตัวเอง เช่น แสงจากดวงอาทิตย์ แสงจากดาวฤกษ์ หรือแม้แต่แหล่งกำเนิดแสงจากก้นของแมลงหิ่งห้อย ฟ้าแลบ ฟ้าผ่า เป็นต้น

2. แหล่งกำเนิดแสงที่มนุษย์สร้างขึ้น (Artificial light)
มนุษย์สามารถสร้างแหล่งกำเนิดแสงเองได้เช่นกัน โดยสามารถแยกได้เป็น

1. การเผาไหม้เชื้อเพลิง การจุดเทียนไข การก่อกองไฟจากไม้ตะเกียงน้ำมันก๊าดหรือก๊าซ จุดพลุ เป็นต้น
2. จากแหล่งพลังงานแบตเตอรี่ หรือปลั๊กไฟ เช่น ไฟฉาย หรือโคมไฟต่างๆ โดยการใช้แสงที่เกิดจากหลอดไฟ ยังมีหลายรูปแบบ เช่น จากวัตถุที่มีอุณหภูมิสูงมาก คือ หลอดไฟฟ้าแบบไส้สีใส เกิดจากวัตถุที่มีสารเรืองแสง ดังนี้ หลอดฟลูออเรสเซนต์หรือเกิดจากหลอดบรรจุก๊าซบางชนิด เช่นหลอดไฟฟ้านีออนให้สีส้มที่ใช้ทำป้ายโฆษณา

แสงคืออะไร
1.แสง (light) เป็นพลังงานในรูปแบบหนึ่ง ที่สามารถรับรู้ได้ด้วยการมองเห็นแสงมีลักษณะเป็นคลื่น เป็นรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า (electromagnetic radiation)

2.แสงที่เรามองเห็นนี้ เป็นบางส่วนของสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้า คำนี้ปกติหมายถึงแสงที่มองเห็นได้ (Visible Light) ซึ่งตามนุษย์สามารถมองเห็นได้และทำให้เกิดการสัมผัส รับรู้ภาพ แสงที่มองเห็นได้ปกติมีความยาวคลื่นอยู่ในช่วง 400 – 700 นาโนเมตร ซึ่งอยู่ระหว่างอินฟราเรด (Infrared radiation) (ที่มีความยาวคลื่นยาวกว่านี้) และอัลตราไวโอเลต (Ultraviolet) (ที่มีความยาวคลื่นน้อยกว่านี้) ความยาวคลื่นนี้หมายถึงความถี่ช่วงประมาณ 430 – 750 เทระเฮิรตซ์
3. สัตว์บางชนิดสามารถมองเห็นแสงบางชนิดที่มนุษย์ไม่สามารถมองเห็นได้ เช่นแมลงสามารถมองเห็นแสงอัลตราไวโอเลต (Ultraviolet หรือ UV Light) ซึ่งแสงนี้ใช้ในการสืบสวนสอบสวน (Forensic Scientists)

4. เซอร์ ไอแซก นิวตัน เป็นผู้สังเกตเห็นว่า ถ้าเรานำปริซึมมาวางระหว่างแสงในมุมที่เหมาะสมจะทำให้สามารถแยกสีของแสงออกได้เป็นสีของรุ้ง (ROYGBIV) red, orange, yellow, green, blue, indigo and violet หรือที่เรียกว่า สเปกตรัมของแสง

5. แสงเคลื่อนที่ได้เร็วมาก โดยแสงสามารถเดินทางได้ที่ความเร็ว 3 แสนกิโลเมตรต่อวินาทีในตัวกลางที่เป็นสุญญากาศหรือแสงจากดวงอาทิตย์สามารถเดินทางมาถึงโลกได้ภายใน 8 นาที

วิธีการทดลอง :
1.ให้นักเรียนนำวัตถุมาสังเกตว่าเป็นตัวกลางชนิดใด
2.วิธีการสังเกตคือการนำเอาวัตถุวางไว้ด้านหลังวัสดุที่จะทำการส่องผ่าน
3.จากนั้นส่องผ่านวัสดุแล้วให้นักเรียนสังเกตว่าวัสดุเป็นตัวกลางชนิดใด
4.โดยนำคำตอบที่ได้ใส่ลงในตารางให้ถูกต้องจากนั้นออกมารายงานผลหน้าชั้นเรียน

1. ตัวกลางโปร่งใสมีลักษณะที่แตกต่างกันอย่างไรกับวัตถุโปร่งแสง
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..
2. ตัวกลางโปร่งใสมีลักษณะที่แตกต่างกันอย่างไรกับวัตถุทึบแสง
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..
3. ผลการมองวัตถุผ่านตัวกลางส่งผลอย่างไรต่อลักษณะของวัสดุ
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..

01 Inspiration & Engagement
วันนี้เกิดไฟดับลิปดามองไม่เห็นอะไรเลย ลิปดาจึงสงสัยว่าอะไรทำให้เรามองเห็นสิ่งต่าง ๆ ได้ โพล่าจึงบอกว่า แสงไง ลิปดาจึงถามต่อว่าแล้วแสงทำให้เรามองเห็นได้อย่างไร

02 Problem & Question
แสงทำให้เรามองเห็นสิ่งต่างๆ ได้อย่างไร

03 Definition
แสงและการมองเห็น เราสามารถมองเห็นสิ่งต่างๆ ได้เนื่องจากแสงไปตกกระทบที่วัตถุแล้วเกิดการสะท้อนเข้าหาดวงตา ดวงตาของเราทำหน้าที่ในการรับแสงหรือภาพเข้ามา

04 Hands – On Activity
ให้นักเรียนสำรวจภายในห้องมืดหรือกล่องดำ สังเกตว่าเห็นอะไรบ้างบันทึกผลในตาราง
จากนั้นนำไฟฉายส่องเข้าไปและสังเกตพร้อมบันทึกผลลงในตาราง

05 Materials
1. กล่องดำหรือห้องมืด 2. กล้องถ่ายภาพ-กล้องวีดิทัศน์ 3. ไฟฉาย-โคมไฟ 4. วัตถุชนิดต่างๆ 12 ชิ้น

06 Data Collection

07 Analysis & Discussion
เปรียบเทียบการมองเห็นในห้องหรือกล่องที่มีไฟฉายและไม่มีไฟฉายแตกต่างกันอย่างไร
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..

08 Conclusion
เรามองเห็นสิ่งต่าง ๆ ด้วยเหตุผลใด
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..
อะไรคือแหล่งกำเนิดแสงที่ใช้ในการทดลองนี้
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..
นักเรียนคิดว่าแสงเคลื่อนที่จากแหล่งกำเนิดแสงมายังตาเราผ่านตัวกลางอะไรมา
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..
จากการทดลองนักเรียนเห็นเงาหรือไม่ [ ] เห็น [ ] ไม่เห็น
ให้นักเรียนอธิบายว่าทำไมถึงเกิดเงาขึ้นมาได้
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..

09 Knowledge Tank
ดวงตาของเราสามารถมองเห็นได้เพราะเหตุใด เคยสังเกตกันหรือไม่ ในเวลากลางคืนเมื่อเราปิดไฟ แล้วจะมืดมาก เช่นเดียวกับเวลาเราอ่านหนังสือในเวลากลางคืน หากเราต้องการมองเห็นวัตถุให้ชัดเจน จะต้องส่องไฟไปยังวัตถุ จึงจะสามารถมองเห็นวัตถุนั้นได้ทำไมเราถึงมองเห็นวัตถุ

การมองเห็นจะเกิดขึ้นได้เมื่อมีแสงจากแหล่งกำเนิดแสง วิ่งไปหาวัตถุหนึ่งแล้ว กระทบกับตัวกลาง (ตัวกลางโปร่งแสง ตัวกลางโปร่งใส วัตถุทึบแสง) ของวัตถุต่างๆ และเกิดการสะท้อนของแสงจากวัตถุที่เรากำลังมองอยู่มาตกกระทบกับตัวรับภาพในดวงตา ผ่านกระจกตา ทางเลนส์ตา (Lens) ผ่านเข้ามาทางรูม่านตา (Pupil) ในลูกตา ทำให้เกิดภาพบนเรตินา (Retina) ที่อยู่ด้านหลังของลูกตาและส่งข้อมูลไปยังสมอง สมองส่วนรับภาพจะจัดเรียงข้อมูลและสร้างเป็นภาพให้รู้สึกและมองเห็นได้

01 Inspiration & Engagement
ลิปดากับโพล่าเล่นละครเงามือกันอยู่ โพล่าสังเกตเห็นเงาของขวดน้ำ จึงสงสัยว่า เพราะเหตุใดขวดน้ำจึงมีเงาที่จางกว่าเงาของมือกันนะ ดร.วีจึงบอกว่าเป็นเพราะตัวกลางของแสงไงล่ะ

02 Problem & Question
ตัวกลางแต่ละชนิดทำให้แสงผ่านได้อย่างไร

03 Hypothesis
ถ้าแสงผ่านตัวกลางประเภทต่าง ๆ จะทำให้เกิดผลอย่างไร
ตัวแปรต้น คือ ฉากกันแสง 3 อัน พร้อมเจาะรู
ตัวแปรควบคุม คือ แสงจากแหล่งกำเนิดแสงไฟฉาย
ตัวแปรตาม คือ ลักษณะของแสงที่ผ่านตัวกลางแบบต่าง ๆ

04 Hands – On Activity
1. ให้เลือกวัตถุมาทีละอย่าง วางไว้บนโต๊ะใกล้ฉากรับแสง
2. จุดเทียนหรือตั้งไฟฉายส่องไปยังวัตถุ
3. สังเกต เงาบนผนัง ว่า เข้ม จาง หรือเห็นแสงผ่านได้
4. ให้ก้มสังเกตว่าเห็นไฟฉายหรือไม่ โดยให้ระดับสายตาอยู่แนวเดียวกับวัตถุและไฟฉายที่ส่องมา

05 Materials
1. ฉากรับแสง 2. ไฟฉายหรือเทียนไข 3. วัตถุต่างๆ 5 ชนิด เช่น กระดาษ ลูกบอล

06 Data Collection
ให้สำรวจ และนับจำนวนสิ่งต่าง ๆ ที่อยู่ในห้องมืดหรือกล่องดำ บันทึกลงในตาราง

07 Analysis & Discussion
วัตถุที่แสงส่องผ่านแล้วเกิดเงาชัดเจนมีอะไรบ้าง
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..
วัตถุที่แสงส่องผ่านแล้วเกิดเงาจางๆ มีอะไรบ้าง
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..
วัตถุที่แสงส่องผ่านแล้วไม่เกิดเงามีอะไรบ้าง
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..

วัตถุใดเมื่อมองแล้วเห็นเทียนไขชัดเจน มีอะไรบ้าง
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..
วัตถุใดเมื่อมองแล้วเห็นเทียนไขจางๆ มีอะไรบ้าง
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..
วัตถุใดเมื่อมองแล้วไม่เห็นเทียนเลย มีอะไรบ้าง
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..

08 Conclusion
ตัวกลางโปร่งใสเมื่อนำมาส่องผ่านวัตถุจะมองเห็นได้ในลักษณะใด
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..
ตัวกลางโปร่งแสงเมื่อนำมาส่องผ่านวัตถุจะมองเห็นได้ในลักษณะใด
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..
วัตถุทึบแสงเมื่อนำมาส่องผ่านวัตถุจะมองเห็นได้ในลักษณะใด
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..

09 Knowledge Tank
ตัวกลางของแสงแสงเดินทางเป็นแนวเส้นตรงออกจากแหล่งกำเนิดแสงทุกทิศทางแสงจะเคลื่อนที่ผ่านอากาศหรือเคลื่อนที่ผ่านสิ่งต่าง ๆ เราเรียกว่า ตัวกลาง สามารถแบ่งออกเป็น 3 ชนิด ดังนี้

1. ตัวกลางโปร่งใส (Transparent) คือ ตัวกลางที่ยอมให้แสงผ่านได้หมดซึ่งทำให้มองเห็นสิ่งต่าง ๆ ได้ชัดเจน เช่น กระจกใส อากาศ แก้ว ขวดโหลใส พลาสติกใส น้ำที่ใสสะอาด เป็นต้น

2. ตัวกลางโปร่งแสง (Translucent) คือ ตัวกลางที่ยอมให้แสงผ่านได้บ้างบางส่วน ทำให้มองเห็นสิ่งต่าง ๆ ได้ไม่ชัดเจน เช่น กระดาษไข กระจกฝ้า หมอก แผ่นฟิล์มกรองแสง เป็นต้น

3. วัตถุทึบแสง (Opaque) คือ ตัวกลางที่ไม่ยอมให้แสงผ่านได้ ทำให้มองไม่เห็นสิ่งต่าง ๆ เช่น กระจกเงา กระดาษแข็ง แผ่นไม้กระเบื้อง แผ่นเหล็ก ก้อนอิฐ เป็นต้น

เมื่อแสงเคลื่อนที่ผ่านตัวกลางที่ โปร่งแสง และทึบแสง จะเกิดเงาขึ้นมา ซึ่งเงาของแสงที่เกิดจาก วัตถุทึบแสง จะเรียกว่า เงามืด และเงาของแสงที่เกิดจากวัตถุโปร่งแสง จะเรียกว่า เงามัว

เมื่อมองสิ่งต่างๆ โดยมีวัตถุต่างชนิดกันมากั้นแสงจะทำให้ลักษณะการมองเห็นสิ่งนั้นๆ ชัดเจนต่างกัน จึงจำแนกวัตถุที่มากั้นออกเป็น ตัวกลางโปร่งใส ซึ่งทำให้มองเห็นสิ่งต่างๆ ได้ชัดเจน ตัวกลางโปร่งแสง ทำให้มองเห็นสิ่งต่างๆ ได้ไม่ชัดเจน และวัตถุทึบแสง ทำให้มองไม่เห็นสิ่งต่างๆ นั้น ลิปดาจึงอยากทำของเล่นที่นำตัวกลางของแสงมาใช้ประโยชน์ หรือนำมาสร้างเป็นหุ่นเงา

Missons :

1. ให้นักเรียนตอบคำถามจากข้อมูลที่ครูกำหนดให้
2. ให้นักเรียนสร้างละครหุ่นจากเงา 1 เรื่องตามที่คุณครูกำหนดให้
3. ให้นักเรียนสร้างเงา จากวัตถุทึบแสง หรือตัวกลางโปร่งแสงที่กำหนดให้
4. ให้นำเสนอพร้อมนำอธิบายการเกิดเงามืด เงามัว และระยะของแหล่งกำเนิดแสงกับวัตถุตัวกลางมีผลต่อภาพที่ปรากฏอย่างไร

Materials :
1. กล่อง 2. กระดาษ 3. ไม้ไผ่เหลา 4. วัตถุทึบแสง วัตถุโปร่งแสง และโปร่งใส

Plan & Design
ออกแบบชิ้นงานโดยเข้าใจหลักการ การเกิดเงามืด เงามัวเกิดจากแสงเคลื่อนที่ผ่านตัวกลางอย่างไร ขนาดของเงามีผลต่อระยะของแหล่งกำเนิดแสงกับตัวอย่างอย่างไร

Challenge Activity

Investigate : วันนี้เกิดไฟดับลิปดามองไม่เห็นอะไรเลยโพล่าจึงแนะนำว่าเรามาประดิษฐ์แหล่งกำเนิดแสงจากพลังงานแบตเตอรี่กันดีกว่า นั้นก็คือไฟฉาย ซึ่งสามารถเก็บไว้ใช้งานในครั้งต่อไปและไม่ต้องซื้ออีกด้วย

Missions : ให้นักเรียนประดิษฐ์แหล่งกำเนิดแสงจากพลังงานแบตเตอรี่จากวัสดุที่มีให้ครูกำหนดให้

Materials :
1. ไดคัตไฟฉาย 2. แก้วกระดาษ 3. สวิตช์ไฟ 4. รังถ่าน 5. ถ่าน AA 2 ก้อน 6. หลอด LED 7. สายไฟ 8. เทปพันสายไฟ 9. ปืนกาว 10. สก๊อตช์เทป 11. อุปกรณ์ตกแต่ง

Plan & Design
จากอุปกรณ์ที่มีให้วางแผนออกแบบให้สวยงาม (Engineering & Art)

Building & Testing
นักเรียนสามารถใช้เครื่องมือประดิษฐ์ชิ้นงานออกมาได้ตามต้องการหรือไม่

Evaluation & Redesign
1. ชิ้นงานของนักเรียนสามารถใช้งานได้ตามข้อกำหนดหรือไม่
2. นักเรียนพบปัญหาในการทำกิจกรรมนี้หรือไม่
3. เมื่อพบปัญหานักเรียนมีวิธีการแก้ไขปัญหาอย่างไร

Investigate : โพล่าสังเกตเห็นช่องหน้าต่างที่โบสถ์คริสต์มีกระจกสีสันสวยงาม บางช่องมีไว้กั้นแสง บางช่องมีแสงลอดออกมา คุณพ่อจึงอธิบายให้โพล่าฟังว่าที่เป็นแบบนี้เพราะเกิดจากตัวกลางของแสง เป็นวัตถุโปร่งแสง โปร่งใส และทึบแสง เด็กๆ จึงอยากลองทำวัตถุกั้นแสงที่มีสีสันสวยงามบ้าง

Missions :
1. ให้สร้างฉากกั้นแสงที่นำไปติดบนบานกระจกโดยมีส่วนประกอบจากวัสดุที่โปร่งแสง  โปร่งใส และทึบแสง โดยเป็นรูปทรงทางเรขาคณิตที่สามารถบอกขนาดของพื้นที่ได้
2. ให้อยู่ในขนาดกระดาษที่ไม่เกินขนาด A4
3. งบประมาณไม่เกิน 20 บาท

Materials :
1. กระดาษแข็ง 2. แผ่นใส 3. กระดาษแก้ว 4. กระดาษโปสเตอร์ 5. กาว 6. คัตเตอร์ กรรไกร 7. วัสดุตกแต่งเพิ่มเติม

Plan & Design
ให้นักเรียนค้นหาข้อมูลว่า วัตถุใดเป็นตัวกลาง ประเภทใด เช่น ตัวกลางโปร่งใส ตัวกลางโปร่งแสงหรือวัตถุทึบแสง และออกแบบให้เหมาะสมกับชิ้นงาน

Building & Testing
ให้นักเรียนลงมือประดิษฐ์ชิ้นงาน พร้อมทั้งทดสอบการทำชิ้นงานสามารถใช้งานได้ตามที่วางแผนไว้หรือไม่

Evaluation & Redesign
1. นักเรียนสามารถทำภารกิจนี้ได้สำเร็จหรือไม่
2. ส่วนที่ยากที่สุดของภารกิจนี้คืออะไร
3. นักเรียนใช้แนวความคิดด้านสมบัติของวัสดุในการประดิษฐ์อย่างไร