การจัดการเรียนรู้แบบสะเต็มศึกษา ตึกระฟ้า(skyscraper)

การจัดการเรียนรู้แบบสะเต็มศึกษา(STEM Education) อาศยั กระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรม(engineering design process) กิจกรรมสะเต็มศึกษา เรอ่ื ง ตกึ ระฟ้า(skyscraper) จุดประสงค์ของกจิ กรรม 1. เพ่ือใหน้ ักเรียนฝกึ ทักษะการแก้ปัญหา 2. เพอ่ื ใหน้ ักเรยี นเข้าใจกระบวนการออกแบบเชงิ วศิ วกรรม 3. เพื่อใหน้ ักเรียนทางานรว่ มกันเปน็ ทมี อุปกรณ์ 1. ไม้จม้ิ ฟัน 100 ก้าน (ตอ่ กลุ่ม) 2. ดนิ นา้ มันหนกั 150 กรมั 1 กอ้ น (ตอ่ กลมุ่ ) รูปแบบการจดั กิจกรรม 1. นักเรียนปฏบิ ตั ิกจิ กรรมเป็นกลุม่ ไม่เกินกลุม่ ละ 5 คน 2. ครทู ปี่ รึกษา 2 คน และนักเรยี นผชู้ ว่ ย 5-6 คน (ตามความเหมาะสม) แนวทางการจัดกิจกรรม 1. นักเรยี นผู้ชว่ ยแบ่งนกั เรยี นออกเปน็ กล่มุ ๆ ละ 5 คน แล้วเกริ่นนากิจกรรมตกึ ระฟา้ เพอ่ื ฝกึ ทกั ษะการ แก้ปัญหาและการทางานเปน็ ทมี โดยจะดาเนนิ กิจกรรมตามกระบวนการออกแบบเชงิ วศิ วกรรม ซง่ึ ประกอบดว้ ย 5 ขนั้ คอื ระบปุ ญั หา คน้ หาแนวคิดที่เกี่ยวขอ้ ง วางแผนและพัฒนา ทดสอบและประเมินผล นาเสนอผลลพั ธ์ ขัน้ ที่ 1 ระบุปญั หา 2. ครูทปี่ รึกษาตั้งคาถามว่าตึกระฟา้ คืออะไร มปี ระโยชน์อยา่ งไร โดยยกตวั อย่างภาพตกึ ที่สูงทส่ี ุดในโลก และ ร่วมอภิปรายกับนักเรยี น ซึ่งควรได้ข้อสรุปว่า ตกึ ระฟ้า เป็นโครงสร้างที่ผ่านการออกแบบด้วยวิศวกร สถาปนิก รวมถงึ ผูเ้ ช่ยี วชาญในด้านต่าง ๆ มากมาย ที่สาคัญยังตอ้ งคานงึ ถึงสภาพอากาศ และภูมปิ ระเทศเพ่ือรองรบั ภยั ธรรมชาติ หนึง่ ในภัยธรรมชาติท่ีสาคญั กค็ อื ภยั จากแผ่นดนิ ไหว ดังน้ันทาใหห้ ลายประเทศในโลกได้ทาการ สรา้ งตึกที่สูงทีส่ ุดในโลกข้นึ เพื่อแสดงใหเ้ หน็ ถึง ศักยภาพของประเทศนน้ั ทีม่ คี วามเจรญิ ในดา้ นต่าง ๆ เช่น ความรู้ ความเช่ียวชาญ นวตั กรรม และเทคโนโลยีต่าง ๆ ทที่ นั สมัย รวมไปถึงศักยภาพทางด้านเศรษฐกจิ และ การเงินท่เี ขม้ แข็งอกี ด้วย 3. ยกตวั อยา่ งภาพ 10 อันดับตกึ ระฟ้าทวั่ โลก แต่ในประเทศไทยยังไมม่ ศี ักยภาพเพยี งพอต่อการกอ่ สร้างตึก ระฟา้ ให้ตดิ อนั ดับโลก

4. กาหนดสถานการณ์ในการทากิจกรรม คอื วิศวกรต้องการออกแบบและทดสอบตกึ ระฟ้าท่สี งู ท่สี ุดใหต้ ิด อนั ดับโลก รวมถึงต้องมคี วามแขง็ แรงสามารถรับมอื กับแผน่ ดนิ ไหวได้ภายในเวลา 30 วินาที โดยที่ตึกระฟา้ ไม่ พงั ทลายตัวลง ข้ันท่ี 2 คน้ หาแนวคดิ ท่เี กย่ี วข้อง 5. ศึกษารปู ทรงและความแข็งแรงของรปู ทรงต่างๆ โดยให้นกั เรยี นสรา้ งรูปทรงส่เี หลี่ยมลูกบาศก์ โดยใช้ไม้จ้ิมฟนั และดนิ น้ามนั จากนนั้ ตงั้ คาถาม ตามประเด็นดงั ตอ่ ไปนี้ โครงสรา้ งนใ้ี ชไ้ มจ้ ิ้มฟันก่กี ้าน ใช้ดนิ นา้ มันก่กี ้อน มที งั้ หมดกี่ด้าน แตล่ ะด้านเปน็ รปู อะไร โครงสรา้ งน้เี รียกวา่ รูปทรงอะไร และโครงสรา้ งนี้มีความ แข็งแรงหรือไม่ โดยการทดสอบใช้มือส่นั โครงสร้าง โครงแบบไหนท่นี า่ จะมีความแข็งแรงทีส่ ดุ และ เหมาะสมท่จี ะนามาทาตึกระฟ้า 6. ทากจิ กรรมเชน่ เดียวกับขอ้ 6 แต่เปล่ียนให้นักเรียนสรา้ งรปู ทรงพีระมิดฐานสามเหลีย่ ม และพรี ะมดิ ฐานส่ีเหลยี่ มตามลาดับ 7. เปรยี บเทยี บรปู ทรงลูกบาศก์ รปู ทรงพีระมดิ ฐานสามเหล่ยี ม พรี ะมดิ ฐานสีเ่ หล่ียม วา่ รูปทรงใดมี ความแข็งแรงมากทสี่ ุดและรูปทรงใดแข็งแรงนอ้ ยทส่ี ดุ เพราะเหตุใด ซึง่ ควรได้ขอ้ สรปุ วา่ รปู ทรงลูกบาศกจ์ ะ สามารถรบั แรงในแนวดง่ิ ได้ดแี ต่จะไม่สามารถรับแรงท่อี ยูใ่ นแนวระดบั ได้ในขณะท่รี ปู ทรงพรี ะมดิ จะสามารถ รับแรงทมี่ ากระทาทงั้ แนวด่งิ และแนวระดับไดด้ ี 8. ต้ังคาถามกับนักเรยี นต่อว่าหากต้องเสรมิ ความแข็งแรงให้กบั รปู ทรงลกู บาศกจ์ ะมีวิธกี ารอย่างไร โดยใหน้ กั เรียนไดท้ ดลองนาไม้จ้มิ ฟนั มาเสริมกบั โครงสร้างเดมิ ท่มี ีอยใู่ นรปู แบบตา่ งๆ แล้วรว่ มกนั อภปิ รายถงึ รปู แบบการเสรมิ โครงสร้างทรงลูกบาศก์ให้แขง็ แรงจะเพม่ิ ความแข็งแรงให้ตึกระฟา้ ไดอ้ ยา่ งไร

9. สรปุ สิ่งท่ีได้เรียนรูจ้ ากกจิ กรรมว่า ในกิจกรรมนเ้ี ป็นการเรยี นรู้เร่อื งรปู ทรงตา่ งๆ และได้ ทาการศกึ ษาว่ารปู ทรงแบบใดท่ีมคี วามแข็งแรงมากท่ีสุด ซึ่งจะนาไปสกู่ ารใชอ้ งค์ความรใู้ นการแกป้ ัญหาตาม สถานการณท์ ี่กาหนด ข้นั ที่ 3 วางแผนและพฒั นา 10. ทบทวนสถานการณใ์ นการทากิจกรรมอกี ครั้ง วิศวกรต้องการออกแบบและทดสอบตกึ ระฟ้า ท่สี งู ที่สุดใหต้ ิดอนั ดบั โลก รวมไปถงึ จะต้องมคี วามแขง็ แรงสามารถรับรับมอื กับแผ่นดินไหวได้ภายในเวลา 1 นาที โดยทตี่ ึกระฟ้าไม่พงั ทลายลง โดยมีเงื่อนไขของการสรา้ งตึกระฟ้าว่า จะต้องอยู่ภายในฟวิ เจอร์บอร์ดที่กาหนดให้ และตึกระฟา้ จะตอ้ งสงู ที่สุด และรบั มอื กับแผ่นดินไหวได้ภายใน เวลา 30 วินาที โดยกาหนดใหแ้ ต่ละกลมุ่ ใชไ้ มจ้ ิ้มฟัน 300 กา้ น และดนิ นา้ มนั หนัก 300 กรมั 2 กอ้ น 11. แตล่ ะกลมุ่ ระดมความคดิ เพอื่ หาวธิ กี ารและรูปแบบของการสร้างตึกระฟา้ ร่วมกัน จากน้นั ลงมอื สร้าง ช้ินงาน เงื่อนไข: - ตึกระฟา้ ตั้งอยูบ่ นฟิวเจอร์บอร์ดที่กาหนดให้ - ตกึ ระฟา้ สูงทส่ี ดุ จะได้มโี อกาสทดสอบความสามารถรับมอื กับแผ่นดนิ ไหวได้หรือไม่ ขน้ั ที่ 4 ทดสอบและประเมินผล 12. แตล่ ะกลุ่มทดสอบความสามารถรับมือกบั แผ่นดินไหวของตกึ ระฟา้ ว่าสามารถรบั ได้หรือไม่ ข้นั ที่ 5 นาเสนอผลลพั ธ์ 13. ใหแ้ ต่ละกล่มุ ออกมานาเสนอชิน้ งาน (หรอื ส่มุ กลมุ่ ที่มตี กึ ระฟา้ ทส่ี งู ท่ีสุดกอ่ น)) โดยหัวข้อในการนาเสนอ คอื แนวคดิ ในการสร้างตกึ ระฟ้า รปู แบบของโครงสรา้ ง ความสาเรจ็ ของช้ินงาน ช่ือผลงาน และแนวทางการ ปรบั ปรงุ ชิน้ งานใหม้ ปี ระสทิ ธภิ าพดีขึ้น 14. สรุปและอภิปรายรว่ มกนั เก่ยี วกบั กิจกรรมวา่ กิจกรรมนเ้ี ป็นตวั อยา่ งของการฝกึ ทักษะ การ แกป้ ัญหาโดยผ่านกระบวนการออกแบบเชงิ วิศวกรรม ซง่ึ ในระหวา่ งการทากิจกรรมนั้นจะไดฝ้ กึ การคิด วิเคราะห์และเปรยี บเทยี บเกย่ี วกบั ความแขง็ แรงของรูปทรงต่าง ๆ มีการวางแผนการทางาน มีการทางานเป็น ทมี มีการเชือ่ มโยงความร้ทู ่ไี ด้จากการทากจิ กรรมยอ่ ยมาใช้ในการแกป้ ัญหาตามสถานการณท์ ก่ี าหนด มีการ แก้ปญั หาโดยปรบั ปรงุ ชิน้ งานใหด้ ขี ้นึ และฝึกการนาเสนอชนิ้ งาน ซงึ่ ทกั ษะตา่ ง ๆ เหลา่ นีจ้ ะเปน็ พื้นฐาน ในการ นาไปใช้แกป้ ัญหาท่เี กิดขน้ึ ในชีวติ ประจาวนั ได้

E:วิศวกรรม การออกแบบโครงสร้างทม่ี ี ความสูงทส่ี ุดและความ แขง็ แรงท่สี ามารถรบั มือกับ แผ่นดนิ ไหวได้ เป็นเวลา 30 วินาที S:วทิ ยาศาสตร์ T:เทคโนโลยี แรงและการสน่ั สะเทอื นของ การใช้อุปกรณ์ในการวดั ตัด วตั ถุ ยดึ ติด อย่างถูกตอ้ งและ ปลอดภยั M:คณติ ศาสตร์ รปู ทรงตา่ ง ๆ การวดั และการ ช่งั น้าหนัก