การสร้างชุดคิด จำลองเทคโนโลยี fiber optic

การสร้างชุดคิด จำลองเทคโนโลยี fiber optic

1.มาตรฐานการเรียนรู้/ตัวชี้วัด

สาระที่ 5 พลังงาน

มาตรฐานการเรียนรู้  ว5.1 เข้าใจความสัมพันธ์ระหว่างพลังงานกับการดำรงชีวิต  การเปลี่ยนรูปพลังงานปฏิสัมพันธ์ระหว่างสารและพลังงาน ผลของการใช้พลังงานต่อชีวิตและสิ่งแวดล้อมมีกระบวนการสืบเสาะหาความรู้  สื่อสารสิ่งที่เรียนรู้และนำความรู้ไปใช้ประโยชน์

ตัวชี้วัด 

1.ทดลองและอธิบายการสะท้อนของแสง  การหักเหของแสง และนำความรู้ไปใช้ประโยชน์

2.อธิบายผลของความสว่างที่มีต่อมนุษย์และสิ่งมีชีวิตอื่นๆ

3.ทดลองและอธิบายการดูดกลืนแสงสี  การมองเห็นสีของวัตถุ  และนำความรู้ไปใช้ประโยชน์

สาระที่ 8  ธรรมชาติของวิทยาศาสตร์ และเทคโนโลยี

มาตรฐานการเรียนรู้ ว8.1 ใช้กระบวนการทางวิทยาศาสตร์ และจิตวิทยาศาสตร์ในการสืบเสาะหาความรู้  การแก้ปัญหา  รู้ว่าปรากฏการณ์ทางธรรมชาติที่เกิดขึ้นส่วนใหญ่มีรูปแบบที่แน่นอน สามารถอธิบายและตรวจสอบได้ภายใต้ข้อมูล  และเครื่องมือที่มีอยู่ในช่วงเวลานั้นๆ เข้าใจว่า วิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี  สังคม  และสิ่งแวดล้อมมีความเกี่ยวข้องสัมพันธ์กัน

ตัวชี้วัด

1.ตั้งคำถามที่กำหนดประเด็น หรือตัวแปรที่สำคัญในการสำรวจตรวจสอบ หรือศึกษาค้นคว้าเรื่องที่สนใจได้อย่างครอบคลุม  และเชื่อถือได้

2.สร้างสมมติฐานที่สามารถตรวจสอบได้  วางแผนการสำรวจตรวจสอบหลายๆ วิธี

3.เลือกเทคนิควิธีการสำรวจตรวจสอบทั้งเชิงปริมาณและเชิงคุณภาพที่ได้ผลเที่ยงตรงและปลอดภัย  โดยใช้วัสดุและเครื่องมือที่เหมาะสม

4.รวบรวมข้อมูล  จัดกระทำข้อมูลเชิงประมาณและคุณภาพ

5.วิเคราะห์และประเมินความสอดคล้องของประจักษ์พยาน  กับข้อสรุปทั้งที่สนับสนุนหรือขัดแย้งกับสมมติฐาน  และความผิดปกติของข้อมูลจากการสำรวจตรวจสอบ

6.สร้างแบบจำลอง หรือรูปแบบที่อธิบายผล  หรือแสดงผลของการสำรวจตรวจสอบ

7.สร้างคำถามที่นำไปสู่การสำรวจตรวจสอบในเรื่องที่เกี่ยวข้องและนำความรู้ที่ได้ไปใช้ในสถานการณ์ใหม่  หรืออธิบายเกี่ยวกับแนวคิด  กระบวนการและผลของโครงงาน หรือชิ้นงานให้ผู้อื่นเข้าใจ

8.บันทึกและอธิบายผลการสังเกต  การสำรวจตรวจสอบ  ค้นคว้าเพิ่มเติมจากแหล่งความรู้ต่างๆ ให้ได้ข้อมูลที่เชื่อถือได้  และยอมรับการเปลี่ยนแปลงความรู้ที่ค้นพบเมื่อมีข้อมูลและประจักษ์พยานใหม่เพิ่มขึ้น  หรือโต้แย้งจากเดิม

9.จัดแสดงผลงาน  เขียนรายงาน  และ/หรือ อธิบายเกี่ยวกับแนวคิด  กระบวนการ และผลของโครงงานหรือชิ้นงานให้ผู้อื่นเข้าใจ

2.จุดประสงค์การเรียนรู้

1.ทดลองและอธิบายการสะท้อนของแสง  การหักเหของแสง  การเกิดภาพจากการสะท้อนและการหักเหของแสง  รวมทั้งการใช้ประโยชน์

2.อธิบายส่วนประกอบที่สำคัญของนัยน์ตาของเรา  ทดลองและอธิบายเกี่ยวกับผลของปริมาณแสงกับการมองเห็นวัตถุ

3.อธิบายการมองเห็นสีของวัตถุ  ทดลองและอธิบายการดูดกลืนแสงสีของวัตถุและการนำไปใช้ประโยชน์

3.สาระสำคัญ

การที่เรามองเห็นวัตถุต่างๆได้  เพราะมีแสงเดินทางจากวัตถุเข้าสู่ตา  แสงเกิดจากวัตถุเองหรือเกิดจากการสะท้อนและการหักเหของแสง  การสะท้อนของแสงจะเป็นไปตามกฎการสะท้อน  คือมุมตกกระทบเท่ากับมุมสะท้อน  เมื่อรังสีสะท้อนตัดกันจะเกิดภาพ  ถ้ารังสีสะท้อนตัดกันจริงภาพที่เกิดจะเป็นภาพจริง  แต่ถ้าตัดกันไม่จริงจะเกิดภาพเสมือน  ภาพที่เกิดจากกระจกเงาระนาบเป็นภาพเสมือนขนาดเท่าวัตถุ  ภาพที่เกิดจากกระจกนูนก็เป็นภาพเสมือนแต่มีขนาดเล็กกว่าวัตถุ  ส่วนภาพที่เกิดจากกระจกเว้าเป็นได้ทั้งภาพจริงและภาพเสมือน ในตัวกลางเดียวกันแสงจะเดินทางเป็นเส้นตรง  แต่ถ้าแสงผ่านจากตัวกลางหนึ่งไปอีกตัวกลางหนึ่ง  อัตราเร็วของแสงจะเปลี่ยนไป  ทำให้แสงเปลี่ยนทิศทางการเคลื่อนที่เรียกปรากฏการณ์นี้ว่า  การหักเห ของแสง  แสงขาวเมื่อผ่านอากาศเข้าไปในปริซึม  จะมีการกระจายแสงออกเป็นสีต่างๆ เพราะแต่ละสีมีการหักเหไม่เท่ากัน  เมื่อรังสีหักเหไปตัดกันจะทำให้เกิดภาพได้  ถ้ารังสีหักเหตัดกันจริงจะเกิดภาพจริง  ถ้าตัดกันไม่จริงจะเกิดภาพเสมือน  ภาพจากเลนส์เว้าเป็นภาพเสมือน  ส่วนภาพจากเลนส์นูนเป็นได้ทั้งภาพจริงและภาพเสมือน  ในการหักเหของแสงบางครั้งแสงไม่สามารถเดินทางผ่านจากตัวกลางหนึ่งไปอีกตัวกลางหนึ่งได้  เนื่องจากมุมตกกระทบโตกว่ามุมวิกฤติ ทำให้เกิดการสะท้อนกลับหมดของแสง  การสะท้อนและการหักเหของแสงสามารถนำมาใช้ประโยชน์ในทัศนูปกรณ์ได้มากมาย  การที่คนมองเห็นวัตถุได้ต้องมีแสงที่มีความเข้มที่เหมาะสมหักเหไปรวมกันบนเรตินาซึ่งทำหน้าที่เป็นฉากรับภาพ

4.สาระการเรียนรู้

ความรู้

เมื่อแสงตกกระทบผิววัตถุหรือตัวกลางอีกตัวกลางหนึ่ง  แสงจะเปลี่ยนทิศทางการเคลื่อนที่โดยการสะท้อนของแสงหรือการหักเหของแสง

-การนำความรู้เกี่ยวกับการสะท้อนของแสง  และการหักเหของแสงไปใช้อธิบายแว่นตา ทัศนูปกรณ์  กระจก  เส้นใยนำแสง

-นัยน์ตาของคนเราเป็นอวัยวะใช้มองดูสิ่งต่างๆ นัยน์ตามีองค์ประกอบสำคัญหลายอย่าง

-ความสว่างมีผลต่อนัยน์ตามนุษย์   จึงมีการนำความรู้เกี่ยวกับความสว่างมาช่วยในการจัดความสว่างให้เหมาะสมกับการทำงาน
- ออกแบบวิธีการตรวจสอบว่าความสว่างมีผลต่อสิ่งมีชีวิตอื่น
-ความสว่างมีผลต่อนัยน์ตามนุษย์  จึงมีการนำความรู้เกี่ยวกับความสว่างมาช่วยในการจัดความสว่างให้เหมาะสมกับการทำงานออกแบบวิธีการตรวจสอบว่าความสว่างมีผลต่อสิ่งมีชีวิตอื่น

-เมื่อแสงตกกระทบวัตถุ  วัตถุจะดูดกลืนแสงสีบางสีไว้  และสะท้อนแสงสีที่เหลือออกมาทำให้เรามองเห็นวัตถุเป็นสีต่างๆ

-การนำความรู้เกี่ยวกับการดูดกลืนแสงสีการมองเห็นสีของวัตถุไปใช้ประโยชน์ในการถ่ายรูปและในการแสดง

ในตัวอย่างนี้เราจะยกตัวอย่างเรื่องเทคโนโลยี fiber optic อย่างง่ายนะครับ ซึ่งเราจะใช้ บอร์ด ของ micro bit และ ชิวล์ สำเร็จรูปเพื่อให้ง่ายต่อการสร้าง ไม่ซับซ้อนและสามารถเรียนวิชาวิทยาการคำนวณไปพร้อมๆกันครับ ซึ่งคุณครูต้องเตรียม เครื่องคอมพิวเตอร์ และอุปกรณ์ให้นักเรียน เป็นการเรียนการสอนในศตวรรษที่ 21 ที่มีสีสันทันสมัยโดนใจวัยรุ่นนะครับ เริ่มกันที่ makecode.com นะครับ

ขั้นตอนที่ 1 เข้าไป ที่ตั้งค่า แล้วเลือก Extension ค้นหาคำว่า Neopixel และเขียนโปรแกรมตามภาพครับ

เมื่อจำลองการทำงาน ด้วย บอร์ด หุ่นยนต์ micro bit จะได้ แสงที่มีลักษณะต่างๆตามค่าสี RGB คล้ายๆในภาพ


 
 
 
 

เมื่อเขียนโปรแกรมให้แสดงค่า RGB  Color และนำแท่งกาวมาพันด้วยวัสดุทึบแสงเพื่อให้เกิดการสะท้อนกลับหมด จะสามารถส่งแสงไปตามท่อและแปรค่าแสงกลับมาในค่าเลขฐานแปดหรือฐานสิบหก

คลิปตัวอย่างการผลทดลอง
https://youtu.be/qYbTvNhWI5U

ใบงาน การจำลองเส้นใยแก้วนำแสงด้วย ด้ายไนลอนหรือกาวแท่ง

ขั้นนำ

ทบทวนความรู้ใน ใบความรู้ 1  ครูเกริ่นนำการประยุกต์ใช้ประโยชน์ของใยแก้วนำแสงมีด้วยกันมากมาย ไม่ว่าจะเป็นทางการสื่อสารโดยใช้ใยแก้วนำแสงในการส่งข้อมูล เช่น สัญญาณอินเตอร์เน็ต หรือในทางการแพทย์ที่ใช้ใยแก้วส่องอวัยวะภายในของผู้ป่วย เป็นต้น

ขั้นจัดกิจกรรม

เปิดคลิปวีดีโอ และให้นักเรียนมีส่วนร่วมในการค้นหาคลิปวีดีโอ เส้นใยแก้วนำแสง

ขั้นสรุป

ให้นักเรียนร่วมกันอภิปรายหลักการของเส้นใยแก้วนำแสง การสะท้อนกลับหมด และการรับส่งข้อมูลโดยใช้แสงผ่านโหมด  RGB หรือ HEXCODE  ใน fiber optic

หมายเหตุ  """"  ตัวอย่างบอร์ดติดต่อได้ที่ เพจ www.facebook.com/krustemdotcom