ฐานการเรียนรู้ เรื่องกังหันลมซุปเปอร์แมน

ค่ายสนกุ จดั เตม็ กบั สะเตม็ ศึกษา เรื่อง กงั หันลมซปุ เปอรแ์ มน ศนู ย์วทิ ยาศาสตร์เพอ่ื การศึกษาสระแกว้ สานักงานปลดั กระทรวงศกึ ษาธิการ กระทรวงศกึ ษาธิการ

ฐานการเรยี นรู้ที่ 1 เรอื่ ง กังหันลมซุปเปอร์แมน ประกอบด้วยแผนการจดั กิจกรรมการเรียนร้ทู ่ี 1 เรอื่ งกงั หนั ลมซุปเปอรแ์ มน จานวน 2 ชั่วโมง

แผนการจดั กจิ กรรมการเรยี นรูท้ ่ี 1 เรอื่ ง กังหนั ลมซุปเปอรแ์ มน เวลา 2 ชวั่ โมง แนวคิด อากาศมแี รงท่กี ระทากับวตั ถุ เมอ่ื มีอากาศเคลอ่ื นไปกระทบกับใบพดั จะทาให้เกิดแรงกระทาตอ่ ใบพดั ทาใหเ้ กิดการเคลอื่ นไหวหรอื หมุน พลงั งานลมสามารถนามาใชผ้ ลติ ไฟฟ้าไดโ้ ดยใช้กงั หนั ลม ศกั ยภาพในการผลิตไฟฟา้ น้ันจะข้ึนอยกู่ บั รูปแบบ ของกงั หนั ลมและอตั ราเรว็ ลมแตล่ ะพืน้ ท่ี กังหันลมทีพ่ บทว่ั ไปมหี ลายรูปแบบ ท้งั แบบแกนหมนุ แนวตงั้ และ แกนหมุนแนวนอน ทง้ั น้ี การออกแบบและสรา้ งกงั หันลมควรคานึงถึงปัจจยั ตา่ งๆ ท่ีเกีย่ วขอ้ ง เช่น จานวน ขนาด มมุ ของใบพดั และวัสดทุ ่ีใช้ วัตถปุ ระสงค์ เม่อื ส้นิ สดุ แผนการจดั กจิ กรรมการเรียนร้แู ลว้ ผู้รับบรกิ ารสามารถ 1. อธิบายปจั จยั ทม่ี ผี ลตอ่ การหมุนของกงั หันลม 2. ออกแบบและสรา้ งกังหนั ลมเพอื่ แก้ปญั หาตามสถานการณ์ท่กี าหนด 3. ใช้เคร่ืองมอื ในการสรา้ งชนิ้ งานได้อย่างถกู ต้องและปลอดภยั เนือ้ หา 1. พลังงานหมนุ เวยี น 2. พลังงานลม 3. รูปแบบ ส่วนประกอบของกงั หนั ลม ขั้นตอนการจัดกจิ กรรมการเรียนรู้ ขนั้ ตอนที่ 1 กจิ กรรมการเรยี นรู้ประสบการณท์ างวิทยาศาสตร์ (S : Science Experience Activity) 1. ผจู้ ัดกิจกรรมทกั ทายผรู้ ับบรกิ ารและแนะนาตนเองกับผู้รบั บรกิ าร รวมท้งั ช้แี จงวัตถุประสงค์ของ ฐานการเรียนร้ทู ่ี 1 เรอื่ งกังหันลมซปุ เปอร์แมน ไดแ้ ก่ (1) อธบิ ายปจั จยั ที่มีผลต่อการหมนุ ของกงั หันลม (2) ออกแบบและสรา้ งกังหนั ลมเพือ่ แก้ปญั หาตามสถานการณ์ทก่ี าหนด (3) ใชเ้ คร่อื งมือในการสรา้ งชน้ิ งานไดอ้ ยา่ งถูกตอ้ งและปลอดภัย

2. ผจู้ ัดกิจกรรมซักถามประสบการณ์เดิมของผู้รับบริการเก่ียวกับเร่ืองที่จะเรียนรู้ โดยสุ่มผู้รับบริการ จานวน 3 - 5 คน ตามความสมัครใจ ใหต้ อบคาถามในประเดน็ จานวน 3 ประเดน็ ดงั นี้ ประเด็นที่ 1 “มใี ครร้จู ักกังหันลมซปุ เปอร์แมนบ้าง” ประเด็นท่ี 2 “ท่านคดิ ว่า ปจั จัยทม่ี ีผลตอ่ การหมุนของกงั หนั คืออะไร” ประเดน็ ท่ี 3 “ท่านคดิ วา่ เคร่อื งมอื ในการสรา้ งชน้ิ งานมีอะไรบา้ ง” 3. ผูจ้ ัดกิจกรรมและผรู้ บั บรกิ าร แลกเปลีย่ นความคิดเหน็ และสรปุ สิง่ ท่ไี ดเ้ รียนร้รู ว่ มกนั ขน้ั ตอนท่ี 2 กจิ กรรมการเรยี นรวู้ ิทยาศาสตรท์ ี่ท้าทาย (C : Challenge Learning Activity) 1. ผจู้ ัดกิจกรรมเชือ่ มโยงเนือ้ หาในข้ันตอนที่ 1 เร่ือง ปจั จยั ทม่ี ีผลตอ่ การหมนุ ของกงั หนั ลม การ ออกแบบและสร้างกังหนั ลมเพื่อแกป้ ญั หาตามสถานการณท์ ี่กาหนด และการใชเ้ คร่อื งมือในการสรา้ งชิ้นงานได้ อยา่ งถูกตอ้ งและปลอดภัย 2. ผูจ้ ดั กิจกรรมดาเนนิ การจดั กิจกรรมการเรียนรู้ ตามข้นั ตอน ดงั น้ี ข้ันตอนที่ 1 การระบปุ ญั หา 1. แบง่ ผรู้ ับบริการออกเป็นกลุ่ม ๆ ละ 5 - 10 คน พร้อมแจกใบความรู้ ใบบันทึกกิจกรรม 2. ผจู้ ดั กิจกรรมใหค้ วามร้พู ้ืนฐานเกยี่ วกับกังหันลมซปุ เปอร์แมนแบบต่าง ๆ และยกตัวอย่าง การใชก้ ังหนั ลมจากสถานที่จริง เชน่ กังหันลมนาเกลือ กงั หันสูบนา้ 3. ผู้จดั กิจกรรมนาเสนอสถานการณ์ ตวั อย่างของการใช้กงั หันลมจากสถานทจี่ รงิ ดังนี้ ครอบครวั หนึ่งมีอาชีพทานาเกลอื ซึง่ การทานาเกลือจาเป็นตอ้ งผันนา้ เข้าสู่ที่นา โดยพบวา่ บริเวณ พืน้ ท่ีนานัน้ มลี มคอ่ นขา้ งแรงสมา่ เสมอตลอดทง้ั ปี ครอบครัวนต้ี อ้ งการประหยัดพลังงานจากการสบู น้าเข้านา ดว้ ยเคร่ืองสบู น้าทัว่ ไป จึงตอ้ งการสรา้ งกงั หนั ลมเพื่อใช้ในการผนั น้าเข้านา ภารกิจของผู้รับบริการแตล่ ะกลุ่ม คอื ออกแบบและสรา้ งกังหนั ลมทส่ี ามารถผันนา้ เขา้ นาได้เร็วท่ีสุด โดยจาลองเหตกุ ารณ์ดว้ ยการยกวัตถทุ ่ี กาหนดให้ไดเ้ รว็ ท่สี ดุ 4. ผจู้ ดั กิจกรรมให้ผ้รู ับบริการระบปุ ญั หาจากสถานการณ์ขา้ งตน้ เพอ่ื หาทางแกไ้ ขท่เี หมาะสม 5. ผจู้ ดั กิจกรรมชแี้ จงในการสรา้ งกงั หนั ลม ดงั น้ี 5.1 การทดสอบประสทิ ธิภาพของกงั หนั จะใหว้ างใบพัดกงั หนั ห่างจากพดั ลมที่ระยะ 50 เซนติเมตร 5.2 ระยะทางในการยกวัตถขุ นึ้ เทา่ กบั 60 เซนติเมตร 5.3 มวลของวัตถุถว่ งนา้ หนัก (ดนิ น้ามัน) เท่ากับ 100 กรมั 5.4 ตอ้ งใช้เวลาน้อยที่สุดในการยกน้าหนกั ขัน้ ตอนที่ 2 การค้นหาแนวคิดท่เี กี่ยวข้อง 6. ผ้รู ับบริการสบื ค้นข้อมูล และร่วมกันอภปิ รายปจั จยั ทมี่ ีผลทาให้กงั หนั ลมยกวัตถุได้ เชน่ จานวน ขนาด น้าหนัก และมมุ ของใบพดั

7. ผ้รู ับบริการแต่ละกลมุ่ อภปิ ราย และสรุปปจั จัยท่มี ีผลตอ่ การยกวัตถไุ ด้เร็ว พรอ้ มหา แนวทางในการสร้างกังหันเร็วไปถึงลกั ษณะและรปู แบบของกังหันทสี่ ามารถยกวตั ถุได้เรว็ ข้ันตอนท่ี 3 การวางแผนประดิษฐ์และพัฒนา 8. ผู้รับบรกิ ารออกแบบกงั หนั ลมโดยวาดร่างและระบุขนาดหรือสัดส่วนของกังหนั ลมอย่าง ชัดเจน พรอ้ มตอบคาถามลงในใบกจิ กรรม 9. ผู้รับบริการสร้างกงั หนั ลมตามที่ไดอ้ อกแบบไว้ โดยแล้วเสร็จภายในเวลา 30 นาที ขน้ั ตอนท่ี 4 การทดสอบและประเมินผล 10. ผูร้ บั บรกิ ารทดสอบกงั หนั ลมและปรับปรงุ ให้มีประสิทธิภาพมากทีส่ ุด 11. ผู้รบั บริการแตล่ ะกลุ่มนากังหันลมมาแขง่ ยกวตั ถใุ ห้เรว็ ท่ีสุด ขัน้ ตอนท่5ี การนาเสนอ 12. ผ้จู ดั กิจกรรมคดั เลอื กกงั หันลมซุปเปอร์แมนที่มปี ระสทิ ธภิ าพมากทส่ี ุด ออกมาสรุป ประเด็นต่าง ๆ ดงั น้ี ก. ลักษณะของใบพัดที่ทาให้กงั หนั ลมยกวตั ถไุ ดเ้ ร็ว เช่น รปู รา่ ง จานวน มมุ วัสดุท่ีใช้ ข. การประดษิ ฐ์ชิน้ งานตรงกบั การออกแบบ ค. ปัญหาของชนิ้ งานและแนวทางการปรับปรุงชิน้ งาน ขั้นตอนท่ี 3 กจิ กรรมการสรปุ ผลการนาวิทยาศาสตร์ไปใช้ในชีวิตประจาวัน (I : Implementation Conclusion Activity) 1. ใหผ้ ู้รับบรกิ ารตอบคาถามโดยสมุ่ ผรู้ บั บรกิ าร จานวน 3 - 5 คนตามความสมคั รใจ ให้ตอบคาถามใน ประเดน็ “ทา่ นจะนาความรู้เรอื่ ง กังหันลมซุปเปอร์แมนไปประยกุ ต์ใช้ในชวี ติ ประจาวันอย่างไร” 4. ผ้จู ัดกจิ กรรมและผู้รบั บรกิ ารสรุปสงิ่ ท่ไี ดเ้ รียนรรู้ ว่ มกัน สือ่ วสั ดุอปุ กรณ์ และแหล่งการเรียนรู้ 1. ใบความร้สู าหรบั ผู้จดั กจิ กรรมเรื่อง กังหันลมซุปเปอรแ์ มน 2. ใบความรูส้ าหรบั ผ้รู บั บริการเรอื่ ง กงั หนั ลมซปุ เปอร์แมน 3. ใบกจิ กรรมเรื่อง กังหันลมซุปเปอร์แมน 4. ขวดพลาสตกิ ใสขนาด 600 มิลลิลติ ร 5. หลอด 6. เชือกมดั กล่องพัสดุ 7. ดินนา้ มนั หรอื วัตถมุ วลประมาณ 50 กรัม 8. พลาสตกิ ลกู ฟูก ขนาด 30 ซม.× 30 ซม. 9. ตะเกียบไม้ 10. ไมเ้ สยี บลูกช้ิน 11. เทปใส

12. โปรแทรกเตอร์ 13. กรรไกร 14. คัตเตอร์ 15. กระดาษบรฟู๊ 16. ปากกาเคมี . การวัดและประเมนิ ผล 1. สังเกตพฤติกรรมการมีส่วนรว่ ม ความตัง้ ใจ ความสนใจของผรู้ ับบรกิ าร 2. ตรวจใบกิจกรรม 3. รายการประเมินตามตาราง ดังน้ี รายงานการประเมนิ เครอื่ งมือสาหรับการประเมนิ คะแนน(รอ้ ยละ) การนาเสนอ 15 ความสาเรจ็ ของชนิ้ งาน แบบประเมินผลงานและการนาเสนอ 15 การออกแบบเชิงวิศวกรรม 10 แบบประเมินผลงานและการนาเสนอ ประสิทธิภาพของชน้ิ งาน 50 ภาพร่างกังหนั ลมโดยใช้แบบประเมินผลงานและการ การบรู ณาการความรู้ นาเสนอ 10 การแขง่ ขันยกวตั ถโุ ดยใชแ้ บบประเมินผลงานและการ นาเสนอ การตอบคาถามในใบกจิ กรรมโดยใชแ้ บบประเมินผลงาน และการนาเสนอ

บนั ทึกผลหลงั การจดั กิจกรรมการเรียนรู้ ผลการใชแ้ ผนการจัดกิจกรรมการเรยี นรู้ 1. จานวนเนื้อหากบั จานวนเวลา  เหมาะสม  ไมเ่ หมาะสม ระบเุ หตุผล……………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 2. การเรยี งลาดับเนอื้ หากับความเข้าใจของผู้รบั ริการ  เหมาะสม  ไม่เหมาะสม ระบุเหตุผล……………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 3. การนาเขา้ สูบ่ ทเรียนเนือ้ หาแต่ละหัวขอ้  เหมาะสม  ไมเ่ หมาะสม ระบุเหตผุ ล……………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 4. วธิ ีการจดั กจิ กรรมการเรยี นรกู้ บั เนอื้ หาในแตล่ ะข้อ  เหมาะสม  ไมเ่ หมาะสม ระบุเหตุผล……………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 5. การประเมินผลกับวตั ถปุ ระสงคใ์ นแต่ละเนอื้ หา  เหมาะสม  ไม่เหมาะสม ระบุเหตุผล……………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. ผลการเรยี นรูแ้ ละผูร้ บั บริการ ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ผลการจัดกิจกรรมการเรยี นร้ขู องผจู้ กั จิ กรรม ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ข้อเสนอแนะ ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

ใบความรู้สาหรบั ผูจ้ ดั กิจกรรม เร่ือง กังหันลมซุปเปอรแ์ มน พลงั งานหมุนเวยี น พลังงานหมุนเวยี น (Renrwable Energy) คอื พลงั งานท่ีมาจากแหลง่ พลงั งานทเ่ี กดิ ขึ้นโดยกระบวนการ การทางธรรมชาตอิ ย่างต่อเนอื่ ง เชน่ แสงอาทิตย์ ลม ฝน กระแสน้า คลืน่ และความร้อนใต้พิภพ ดังน้นั พลังงานหมุนเวียนจงึ เปน็ พลังงานทดแทนประเภทหน่ึงที่มคี วามย่งั ยืนเนือ่ งจากใช้แล้วไม่หมดไป อีกทง้ั มี ผลกระทบต่อสิง่ แวดลอ้ มนอ้ ย บางคร้งั จึงเรียกว่า พลังงานสีเขียว (Green Energy) หรอื พลงั งานสะอาด (Clean Energy) พลงั งานลม ลม คือ อากาศทเ่ี คลอื่ นท่ี การเคลอื่ นท่ีของอากาศเปน็ ผลเน่ืองจากความแตกต่างของอุณหภมู สิ องแห่งหรอื ความแตกตา่ งของความกดอากาศสองแห่ง โดยลมจะพดั จากบริเวณทมี่ ีความกดอากาศสงู ไปสูบ่ รเิ วณท่ีมีความ กดอากาศต่า ในธรรมชาติลมอาจเกิดไดจ้ ากหลายสาเหตุ เชน่ ลมฝนเกิดจากพายุฝนฟา้ คะนอง ลมประจาถิน่ เกิดจากพนื้ ผิวไดร้ ับความรอ้ นแตกตา่ งกัน ลมทั่วโลกเกดิ จากความแตกต่างในการดดู กลนื พลังงานแสงอาทิตย์ ระหว่างเขตภมู อิ ากาศบนโลก สองสาเหตหุ ลักของการไหลเวียนขนาดใหญใ่ นบรรยากาศโลก คอื ความแตกต่าง ความรอ้ นระหวา่ งเส้นศูนย์สตู รและขั้วโลกและการหมนุ ของโลก มนษุ ยเ์ ราใช้ประโยชนจ์ ากพลงั งานลมมานานหลายพันปี ในการอานวยความสะดวกสบายแก่ชีวิต เชน่ การแล่นเรอื ใบเพ่อื ขนส่งส้นิ ค้า การหมนุ กังหนั วดิ นา้ การสบู นา้ การบดเมล็ดพืช ในปัจจุบันมนษุ ย์ไดใ้ ห้ ความสาคัญกับการใชป้ ระโยชนจ์ ากพลังงานลมมากข้นึ โดยนามาใช้ผลติ กระแสไฟฟ้าด้วยอุปกรณ์ที่เรยี กวา่ “กังหนั ลม” กังหนั ลม กังหันลมเป็นอปุ กรณท์ ี่ใชใ้ นการเปลี่ยนพลังงานจากลมไปเป็นพลงั งานอนื่ ท่สี ามารถนามาใชป้ ระโยชน์ใน ชีวติ ประจาวันได้ เช่น การสูบน้า การผนั นา้ เขา้ นาเกลอื การผลติ ไฟฟา้ กงั หนั ลมมีหลายรูปแบบ ทงั้ แบบแกน หมุนแนวตงั้ และแกนหมนุ แนวนอน ส่วนประกอบของระบบกงั หนั ลม กังหันลมมสี ว่ นประกอบหลักๆ ดังต่อไปนี้

1.) ใบกงั หัน เปน็ ส่วนประกอบท่ีสาคัญที่สุดซึ่งเปน็ ตัวทาใหเ้ กิดพลังงานกลท่ีเพลาของกังหนั จานวนใบ กงั หนั อาจมตี ัง้ แตห่ นงึ่ ถึงหลายสิบใบ ข้ึนอยู่กบั การออกแบบและใช้งา 2.) เพลาแกนหมนุ ซ่ึงรับแรงจากแกนหมุนใบพดั และสง่ ผา่ นระบบกาลังเพอื่ หมนุ และป่นั 3.) หอคอย หอคอยทาหน้าทีย่ ึดตวั กงั หันลมใหอ้ ย่ใู นระดบั สูง เพื่อรบั กระแสลมไดม้ ากขึ้นทุกทิศทาง หอคอยอาจเปน็ ทอ่ ตรงทม่ี สี ายยึดหรืออาจเปน็ โครงสร้างเหลก็ หรอื ไม้ ท่ีสามารถรับน้าหนกั และการสั่นสะเทอื น จากตวั กงั หนั ได้ รูปแบบของกงั หันลม กังหนั ลมสามารถแบ่งออกตามลักษณะการจัดวางแกนของใบพัดได้ 2 รปู แบบ คอื 1.) กงั หนั ลมแนวแกนตง้ั เป็นกงั หันลมทมี่ ีแกนหมนุ และใบพัดตงั้ ฉากกบั การเคลอื่ นที่ของลมในแนวราบ ซึ่งทาให้สามารถรับลมในแนวราบไดท้ ุกทิศทาง 2.) กงั หันลมแนวแกนนอน เปน็ กงั หนั ลมที่มีแนวแกนหมนุ ขนานกบั ทศิ ทางของลมโดยมใี บพดั เป็นตัวตั้ง ฉากรับแรงลม มีอุปกรณค์ วบคุมกังหนั ให้หันไปตามทิศทางของกระแสลม กังหนั ลมแนวแกนนอน(HAWT) กงั หันลมแนวแกนตง้ั (VAWT) ตวั อย่าง กังหันลมแบบต่างๆ ในปัจจุบนั กังหันลมสบู น้าในโครงการส่วนพระองค์ ประเทศไทย กงั หนั ลมผลิตกระแสไฟฟา้ ประเทศไทย

การเช่ือมโยงกงั หนั ลมซปุ เปอรแ์ มนกบั สะเต็มศกึ ษา สาระสาคัญ อากาศมแี รงทีก่ ระทากบั วัตถุ เม่ือมีอากาศเคลือ่ นไปกระทบกบั ใบพัดจะทาให้เกดิ แรงกระทาตอ่ ใบพัด ทา ให้เกดิ การเคลอื่ นไหวหรอื หมุน พลังงานลมสามารถนามาใช้ผลติ ไฟฟ้าไดโ้ ดยใช้กังหันลม ศกั ยภาพในการผลติ ไฟฟา้ น้ันจะข้นึ อยกู่ ับรูปแบบ ของกงั หันลมและอตั ราเร็วลมแต่ละพื้นที่ กงั หันลมทีพ่ บท่วั ไปมีหลายรูปแบบ ทง้ั แบบแกนหมนุ แนวตงั้ และ แกนหมนุ แนวนอน ทั้งน้ี การออกแบบและสร้างกงั หันลมควรคานึงถึงปัจจยั ต่างๆ ท่ีเก่ยี วขอ้ ง เช่น จานวน ขนาด มมุ ของใบพัดและวสั ดทุ ี่ใช้ ตัวชี้วัด วิทยาศาสตร์ (S) เทคโนโลยี (T) คณติ ศาสตร์ (M) ทดลองและอธิบายความดนั อากาศ นาความรู้และทักษะในการสร้าง วดั ขนาดของมุม หมายเหตุ ชิน้ งานไปประยกุ ต์ในการสรา้ ง ใชค้ วามรูท้ ักษะและกระบวนการ ส่งิ ของเคร่อื งใช้ ทางคณิตศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี เลอื กใช้เทคโนโลยีใน แก้ปญั หาในสถานการณต์ ่างๆได้ ชีวิตประจาวนั อย่างสร้างสรรคต์ อ่ อยา่ งเหมาะสม ชีวติ สังคมและมีการจักการสง่ิ ของ ให้เหตุผลประกอบการตดั สินใจ เครื่องใช้ด้วยการแปรรูปและนา และสรปุ ผลไดอ้ ย่างเหมาะสม กลับมาใชใ้ หม่ *เทคโนโลยี(T) รวมตัวชว้ี ัดสาระการออกแบบและเทคโนโลยี และสาระเทคโนโลยสี าระสนเทศและการส่อื สาร ในขณะที่ วิศวกรรมศาสตร(์ E) ไม่ปรากฏในหลักสตู รหลักสูตรแกนกลางการศกึ ษาข้ันพื้นฐาน ปี 2551 แตก่ ระบวนการออกแบบเชิง วศิ วกรรม สามารถเทียบเคียงไดจ้ ากกระบวนการเทคโนโลยใี นตวั ชีว้ ัดสาระการออกแบบและเทคโนโลยี สาระการเรียนรู้ วทิ ยาศาสตร์ อากาศมแี รงกระทาตอ่ วัตถุ แรงที่อากาศตงั้ ฉากต่อหน่งึ หน่วยพนื้ ท่ี เรียกวา่ ความดนั อากาศ เทคโนโลยี (เทคโนโลยีสาระสนเทศและการส่อื สาร และการออกแบบเทคโนโลยี )

การสรา้ งสงิ่ ของเคร่อื งใชอ้ ยา่ งเปน็ ข้ันตอน ตง้ั แต่กาหนดปัญหาหรือความตอ้ งการ รวบรวมขอ้ มูล เลือกวธิ ีการ ออกแบบโดยถ่ายทอดความคดิ เปน็ ภาพร่าง 3 มิติ หรอื แผนที่ความคดิ ก่อนลงมือสร้างและประเมนิ ผล ทาให้ ผู้เรียนทางานอย่างเป็นกระบวนการ ภาพรา่ ง 3 มติ ิ ประกอบด้วย ดา้ นกว้าง ด้านยาวและดา้ นสูง เป็นการ ถา่ ยทอดความคิดหรอื จินตนาการ ความรใู้ นการสรา้ งชิน้ งานต้องอาศยั ความรู้ท่ีเกีย่ วขอ้ งกับชิ้นงานอน่ื อีก เชน่ กลไกลและการควบคุมไฟฟา้ อเิ ล็กทรอนกิ ส์ ทักษะการสร้างช้นิ งานอ่ืนๆ ทีต่ ้องใชเ้ พ่มิ อีก เช่น ทกั ษะการตดั การเจาะ การประกอบช้นิ งาน แตล่ ะสว่ นเข้าดว้ ยกนั คณิตศาสตร์ การวดั ขนาดของมมุ โดยโปรแทรกเตอร์ การเชือ่ มโยงความร้ตู า่ งๆในคณติ ศาสตร์ และนาความรู้ หลักการ กระบวนการทางคณติ ศาสตรไ์ ปเช่ือมโยงกับ ศาสตรอ์ นื่ จะทาให้ผเู้ รยี นสามารถใหเ้ หตุผลประกอบการตัดสนิ ใจ สรุปผลและแกป้ ญั หาในสถานการณ์ต่างๆได้ อยา่ งเหมาะสม ผงั มโนทศั น์ S : วทิ ยาศาสตร์ T : เทคโนโลยี แรงจาการเคล่อื นท่ี ทักษะการสรา้ งชิน้ งาน กงั หันลมซุปเปอรแ์ มน E : วศิ วกรรมศาสตร์ M : คณิตศาสตร์ การเชือ่ มโยงความรู้ในวิชาคณิตศาสตร์ การทางานตามกระบวนการออกแบบ เชอื่ มโยงกบั ศาสตร์อ่นื ๆเพอ่ื แก้ปัญหา เชงิ วศิ วกรรม การวัดขนาดของมมุ

ใบความรู้สาหรับผู้รับบรกิ าร เร่อื ง กงั หนั ลมซปุ เปอร์แมน พลงั งานหมุนเวียน พลงั งานหมนุ เวียน (Renrwable Energy) คอื พลงั งานทีม่ าจากแหล่งพลงั งานทีเ่ กดิ ขนึ้ โดยกระบวนการ การทางธรรมชาตอิ ยา่ งตอ่ เนื่อง เชน่ แสงอาทิตย์ ลม ฝน กระแสน้า คลน่ื และความร้อนใต้พิภพ ดังนั้น พลังงานหมนุ เวียนจงึ เป็นพลังงานทดแทนประเภทหนึ่งทม่ี ีความยั่งยืนเนอ่ื งจากใชแ้ ลว้ ไมห่ มดไป อีกทงั้ มี ผลกระทบตอ่ ส่งิ แวดลอ้ มนอ้ ย บางคร้ังจงึ เรยี กวา่ พลงั งานสีเขยี ว (Green Energy) หรือพลงั งานสะอาด (Clean Energy) พลงั งานลม ลม คอื อากาศที่เคลอื่ นท่ี การเคลอ่ื นท่ขี องอากาศเปน็ ผลเน่ืองจากความแตกต่างของอณุ หภมู ิสองแห่งหรอื ความแตกตา่ งของความกดอากาศสองแห่ง โดยลมจะพดั จากบริเวณที่มีความกดอากาศสูงไปส่บู รเิ วณทมี่ ีความ กดอากาศต่า ในธรรมชาติลมอาจเกิดไดจ้ ากหลายสาเหตุ เช่น ลมฝนเกิดจากพายฝุ นฟ้าคะนอง ลมประจาถ่นิ เกดิ จากพ้ืนผิวไดร้ บั ความร้อนแตกต่างกนั ลมทั่วโลกเกดิ จากความแตกต่างในการดูดกลืนพลงั งานแสงอาทติ ย์ ระหวา่ งเขตภูมิอากาศบนโลก สองสาเหตหุ ลักของการไหลเวยี นขนาดใหญ่ในบรรยากาศโลก คือ ความแตกต่าง ความร้อนระหวา่ งเสน้ ศนู ยส์ ตู รและขั้วโลกและการหมนุ ของโลก มนษุ ย์เราใชป้ ระโยชนจ์ ากพลงั งานลมมานานหลายพนั ปี ในการอานวยความสะดวกสบายแก่ชีวิต เช่น การแลน่ เรือใบเพอ่ื ขนสง่ สิ้นค้า การหมนุ กงั หันวิดนา้ การสูบนา้ การบดเมล็ดพืช ในปัจจบุ นั มนษุ ยไ์ ดใ้ ห้ ความสาคัญกับการใช้ประโยชนจ์ ากพลังงานลมมากข้นึ โดยนามาใช้ผลติ กระแสไฟฟา้ ดว้ ยอุปกรณท์ ่ีเรียกวา่ “กงั หนั ลม” กงั หันลม กงั หนั ลมเป็นอปุ กรณท์ ีใ่ ช้ในการเปลีย่ นพลงั งานจากลมไปเป็นพลงั งานอื่นทีส่ ามารถนามาใชป้ ระโยชน์ใน ชีวิตประจาวันได้ เชน่ การสบู นา้ การผันนา้ เข้านาเกลอื การผลิตไฟฟ้า กังหนั ลมมีหลายรูปแบบ ท้งั แบบแกน หมุนแนวตง้ั และแกนหมุนแนวนอน ส่วนประกอบของระบบกังหันลม กังหันลมมสี ่วนประกอบหลักๆ ดังตอ่ ไปน้ี

1.) ใบกงั หัน เปน็ ส่วนประกอบท่ีสาคัญที่สุดซ่ึงเปน็ ตัวทาใหเ้ กิดพลังงานกลท่ีเพลาของกังหนั จานวนใบ กงั หนั อาจมตี ัง้ แตห่ นงึ่ ถึงหลายสิบใบ ข้ึนอยู่กบั การออกแบบและใช้งา 2.) เพลาแกนหมนุ ซ่ึงรับแรงจากแกนหมุนใบพัด และสง่ ผา่ นระบบกาลังเพอื่ หมนุ และป่ัน 3.) หอคอย หอคอยทาหน้าทีย่ ึดตวั กงั หันลมใหอ้ ย่ใู นระดบั สูง เพื่อรบั กระแสลมไดม้ ากขึ้นทกุ ทิศทาง หอคอยอาจเปน็ ทอ่ ตรงทม่ี สี ายยึดหรืออาจเปน็ โครงสร้างเหลก็ หรอื ไม้ ท่ีสามารถรับน้าหนักและการสั่นสะเทือน จากตวั กงั หนั ได้ รูปแบบของกงั หันลม กังหนั ลมสามารถแบ่งออกตามลักษณะการจัดวางแกนของใบพัดได้ 2 รปู แบบ คอื 1.) กงั หนั ลมแนวแกนตง้ั เป็นกงั หันลมทีม่ ีแกนหมุนและใบพัดตงั้ ฉากกบั การเคลอื่ นท่ีของลมในแนวราบ ซึ่งทาให้สามารถรับลมในแนวราบไดท้ ุกทิศทาง 2.) กงั หันลมแนวแกนนอน เปน็ กงั หนั ลมที่มีแนวแกนหมนุ ขนานกบั ทศิ ทางของลมโดยมีใบพัดเปน็ ตัวตั้ง ฉากรับแรงลม มีอุปกรณค์ วบคุมกังหนั ให้หันไปตามทิศทางของกระแสลม กังหนั ลมแนวแกนนอน(HAWT) กงั หันลมแนวแกนตง้ั (VAWT) ตวั อย่าง กังหันลมแบบต่างๆ ในปัจจุบนั กังหันลมสบู น้าในโครงการส่วนพระองค์ ประเทศไทย กงั หนั ลมผลิตกระแสไฟฟ้า ประเทศไทย

การเช่ือมโยงกงั หันลมซปุ เปอรแ์ มนกบั สะเตม็ ศกึ ษา สาระสาคัญ อากาศมแี รงทีก่ ระทากับวัตถุ เม่ือมีอากาศเคลอ่ื นไปกระทบกบั ใบพัดจะทาใหเ้ กดิ แรงกระทาตอ่ ใบพัด ทา ให้เกดิ การเคลอื่ นไหวหรอื หมนุ พลังงานลมสามารถนามาใช้ผลติ ไฟฟ้าไดโ้ ดยใชก้ ังหันลม ศักยภาพในการผลิตไฟฟ้านั้นจะข้นึ อยกู่ ับรูปแบบ ของกงั หันลมและอตั ราเร็วลมแต่ละพื้นท่ี กงั หันลมทพ่ี บท่วั ไปมหี ลายรปู แบบ ท้ังแบบแกนหมุนแนวตง้ั และ แกนหมนุ แนวนอน ทั้งน้ี การออกแบบและสร้างกังหันลมควรคานงึ ถงึ ปจั จยั ต่างๆ ทเ่ี กยี่ วข้อง เช่น จานวน ขนาด มมุ ของใบพัดและวัสดทุ ี่ใช้ ตัวชี้วัด วิทยาศาสตร์ (S) เทคโนโลยี (T) คณติ ศาสตร์ (M) ทดลองและอธิบายความดัน อากาศ นาความรูแ้ ละทกั ษะในการสร้าง วดั ขนาดของมุม หมายเหตุ ชิน้ งานไปประยุกต์ในการสร้าง ใช้ความรูท้ ักษะและกระบวนการ ส่งิ ของเคร่ืองใช้ ทางคณิตศาสตร์และเทคโนโลยี เลอื กใช้เทคโนโลยีใน แกป้ ัญหาในสถานการณ์ต่างๆได้ ชีวติ ประจาวันอยา่ งสร้างสรรคต์ ่อ อย่างเหมาะสม ชีวิต สังคมและมกี ารจกั การสิง่ ของ ใหเ้ หตุผลประกอบการตดั สินใจ เครื่องใชด้ ้วยการแปรรปู และนา และสรุปผลได้อย่างเหมาะสม กลับมาใชใ้ หม่ *เทคโนโลยี(T) รวมตัวชว้ี ัดสาระการออกแบบและเทคโนโลยี และสาระเทคโนโลยสี าระสนเทศและการสอื่ สาร ในขณะท่ี วิศวกรรมศาสตร(์ E) ไม่ปรากฏในหลักสตู รหลักสูตรแกนกลางการศกึ ษาข้นั พื้นฐาน ปี 2551 แตก่ ระบวนการออกแบบเชิง วศิ วกรรม สามารถเทียบเคียงไดจ้ ากกระบวนการเทคโนโลยีในตัวชวี้ ดั สาระการออกแบบและเทคโนโลยี สาระการเรียนรู้ วทิ ยาศาสตร์ อากาศมแี รงกระทาตอ่ วัตถุ แรงที่อากาศตงั้ ฉากต่อหนง่ึ หน่วยพน้ื ท่ี เรียกวา่ ความดันอากาศ เทคโนโลยี (เทคโนโลยีสาระสนเทศและการสือ่ สาร และการออกแบบเทคโนโลยี )

การสรา้ งสงิ่ ของเคร่อื งใชอ้ ยา่ งเปน็ ข้ันตอน ตง้ั แต่กาหนดปัญหาหรือความต้องการ รวบรวมขอ้ มลู เลือกวิธีการ ออกแบบโดยถ่ายทอดความคดิ เปน็ ภาพร่าง 3 มิติ หรอื แผนที่ความคดิ กอ่ นลงมือสรา้ งและประเมนิ ผล ทาให้ ผู้เรียนทางานอย่างเป็นกระบวนการ ภาพรา่ ง 3 มติ ิ ประกอบด้วย ดา้ นกวา้ ง ดา้ นยาวและดา้ นสูง เปน็ การ ถา่ ยทอดความคิดหรอื จินตนาการ ความรใู้ นการสรา้ งชิน้ งานต้องอาศยั ความรู้ท่ีเกีย่ วขอ้ งกับชิ้นงานอน่ื อีก เช่น กลไกลและการควบคุมไฟฟ้า อเิ ล็กทรอนกิ ส์ ทักษะการสร้างช้นิ งานอ่ืนๆ ทีต่ ้องใชเ้ พ่มิ อีก เช่น ทกั ษะการตัด การเจาะ การประกอบชิน้ งาน แตล่ ะสว่ นเข้าดว้ ยกนั คณิตศาสตร์ การวดั ขนาดของมมุ โดยโปรแทรกเตอร์ การเชือ่ มโยงความร้ตู า่ งๆในคณติ ศาสตร์ และนาความรู้ หลักการ กระบวนการทางคณิตศาสตรไ์ ปเช่ือมโยงกับ ศาสตรอ์ นื่ จะทาให้ผเู้ รยี นสามารถใหเ้ หตุผลประกอบการตัดสนิ ใจ สรุปผลและแก้ปญั หาในสถานการณ์ต่างๆได้ อยา่ งเหมาะสม ผงั มโนทศั น์ S : วทิ ยาศาสตร์ T : เทคโนโลยี แรงจาการเคล่อื นท่ี ทักษะการสรา้ งชนิ้ งาน กงั หันลมซุปเปอรแ์ มน E : วศิ วกรรมศาสตร์ M : คณิตศาสตร์ การเชือ่ มโยงความรใู้ นวชิ าคณิตศาสตร์ การทางานตามกระบวนการออกแบบ เชอื่ มโยงกับศาสตรอ์ ืน่ ๆเพอ่ื แก้ปัญหา เชงิ วศิ วกรรม การวดั ขนาดของมุม

ใบกจิ กรรม เรอื่ ง กังหันลมซุปเปอรแ์ มน วตั ถปุ ระสงค์ เมือ่ ส้ินสดุ แผนการจัดกจิ กรรมการเรยี นรูแ้ ล้ว ผู้รับบริการสามารถ 1. อธบิ ายปจั จัยท่มี ีผลตอ่ การหมุนของกังหนั ลม 2. ออกแบบและสร้างกงั หนั ลมเพ่ือแก้ปญั หาตามสถานการณ์ทกี่ าหนด 3. ใช้เครื่องมือในการสร้างชน้ิ งานไดอ้ ย่างถูกต้องและปลอดภัย เนื้อหา 1. พลังงานหมุนเวียน 2. พลังงานลม 3. รูปแบบ สว่ นประกอบของกังหนั ลม คาช้ีแจง : ให้ผรู้ บั บรกิ ารประดิษฐ์กังหันลมซปุ เปอร์แมนโดยมีข้ันตอน ดงั น้ี ขน้ั ตอนท่ี 1 ใหผ้ ้รู บั บรกิ ารสืบคน้ ขอ้ มูล และร่วมกนั อภปิ รายปัจจัยท่ีมีผลทาใหก้ ังหนั ลมยกวัตถุได้ เช่น จานวน ขนาด น้าหนกั และมุมของใบพดั ขนั้ ตอนที่ 2 ผ้รู ับบริการแตล่ ะกลุ่มอภิปราย และสรปุ ปจั จัยที่อาจมีผลตอ่ การยกวตั ถุไดเ้ รว็ พรอ้ มหา แนวทางในการสร้างกงั หัน รวมไปถึงลกั ษณะและรูปแบบของกังหันท่ีสามารถยกวตั ถไุ ด้เร็ว ขนั้ ตอนที่ 3 ผู้รับบริการออกแบบกงั หันลมโดยวาดร่างและระบุขนาดหรือสัดส่วนของกังหนั ลมอย่าง ชัดเจน โดยมีเกณฑพ์ จิ ารณา ดังน้ี 1. การทดสอบประสิทธิภาพของกังหนั จะให้วางใบพัดกงั หนั หา่ งจากพดั ลมทรี่ ะยะ 50 เซนตเิ มตร 2. ระยะทางในการยกวตั ถุขน้ึ เท่ากับ 60 เซนติเมตร 3. มวลของวัตถุถ่วงนา้ หนกั (ดินนา้ มนั ) เทา่ กบั 100 กรมั 4. ต้องใชเ้ วลานอ้ ยสดุ ในการยกน้าหนกั ขน้ั ตอนที่ 4 ผูร้ บั บรกิ ารสรา้ งกงั หนั ลมตามท่ไี ดอ้ อกแบบไว้ โดยใหแ้ ล้วเสรจ็ ภายในเวลา 30 นาที ขน้ั ตอนที่5 ผูร้ ับบริการทดสอบกงั หันลมและปรับปรงุ ให้มีประสิทธิภาพมากทีส่ ุด ขน้ั ตอนที่6 ผรู้ บั บริการแต่ละกลมุ่ นากังหนั ลมมาแขง่ ยกวตั ถุให้เรว็ ท่ีสุด

ใบบนั ทกึ กจิ กรรม เรอ่ื ง กงั หนั ลมซุปเปอร์แมน 1. จงระบุปญั หาและเงือ่ นไข จากสถานการณ์ท่ีกาหนด .............................................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................................. 2. ยกตัวอย่างความรู้ทีน่ ามาใชใ้ นการออกแบบและสรา้ งกังหันลม .............................................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................................. 3. ร่างแบบกังหนั ลมท่ีจะสร้างพรอ้ มระบุขนาด สัดส่วนของช้นิ งาน รวมทัง้ อธบิ ายรายละเอยี ดอ่ืนๆ ชือ่ ช้นิ งาน.........................................................................................................

4. บันทกึ ผลการทดสอบการใช้กงั หันลมยกวัตถดุ ว้ ยความเรว็ ลมระดับ 2 ครัง้ ท่ี เวลาที่ใช(้ วนิ าท)ี 1 2 3 เวลาเฉลี่ย 5. บนั ทกึ ผลการทดสอบการใชก้ ังหนั ลมยกวตั ถุด้วยความเร็วลมระดบั 3 คร้ังท่ี เวลาที่ใช้(วินาท)ี 1 2 3 เวลาเฉล่ยี 6. อธบิ ายการปรับปรงุ การทางานของกงั หนั ลม (กรณที ีผ่ ลการทดสอบไม่บรรลุผลตามท่ตี ้องการหรือมกี าร ปรบั ปรุงช้ินงาน) .............................................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................................. 7. บันทกึ ผลการแข่งขันของกลุ่มตนเอง รายการ ผลการแขง่ ขัน เวลาทใี่ ช้ ลาดบั ทไ่ี ด้

คาถามทา้ ยกจิ กรรม 1. ปจั จัยใดบา้ งที่มีผลต่อการหมนุ ของกังหันลม .............................................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................................. ...................... ...................................................................................................................................................... .............................................................................................................................................................................. 2. ถ้าหากตอ้ งการใหก้ ังหนั ลมยกของได้เรว็ ข้ึนจะตอ้ งทาอยา่ งไรบ้าง .............................................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................................. 3. ให้ระบุความร้แู ละทกั ษะของวชิ าตา่ ง ๆ ท่ใี ชใ้ นการสรา้ งช้นิ งานลงในผังความคิดตอ่ ไปนี้ .............................................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................................. ..............................................................................................................................................................................