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
VIDEO
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