หน่วย3_ผลงานออกแบบและเทคโนโลยี

การออกแบบและเทคโนSโlideลPPT6ย1-NEWี ช้ันมธั ยมศกึ ษาปีท่ี ๑ กล่มุ สาระการเรยี นรูว้ ิทยาศาสตร์ หน่วยการเรยี นรู้ที่ ๑ หน่วยการเรียนรทู้ ี่ ๒ หน่วยการเรียนรู้ที่ ๓ Slide PowerPoint_สอ่ื ประกอบการสอน บริษทั อักษรเจริญทัศน์ อจท. จำกดั : 142 ถนนตะนำว เขตพระนคร กรงุ เทพฯ 10200 Aksorn CharoenTat ACT.Co.,Ltd : 142 Tanao Rd. Pranakorn Bangkok 10200 Thailand โทรศัพท์ : 02 622 2999 โทรสำร : 02 622 1311-8 [email protected] / www.aksorn.com

๓หน่วยการเรยี นรู้ท่ี ผลงานออกแบบและเทคโนโลยี สาระการเรียนรแู้ กนกลาง • ใช้ควำมร้แู ละทักษะที่เกย่ี วกบั วสั ดุ อปุ กรณ์ เครอ่ื งมือ กลไก ไฟฟำ้ และอเิ ล็กทรอนกิ ส์ เพอื่ แก้ปัญหำหรอื พฒั นำงำนได้อยำ่ งถกู ตอ้ ง เหมำะสม และปลอดภัย

1 การเลือกใชว้ สั ดุ อปุ กรณ์ และเครื่องมอื ประเภทของวสั ดุ 1 วสั ดปุ ระเภทโลหะ เป็นสารอนนิ ทรยี ท์ ป่ี ระกอบด้วยธาตุท่เี ปน็ โลหะเพียงชนดิ เดียวหรือหลายชนดิ กไ็ ด้ โลหะ แบง่ ออกเปน็ 2 กลมุ่ นอกจำกนยี งั มโี ลหะผสม หรือ อัลลอยด์ (alloy) คือ ของผสมของ โลหะตังแต่ 2 ชนิด หรอื มำกกวำ่ 2 ชนิด หรือเปน็ โลหะผสมกบั อโลหะ โลหะท่มี เี หลก็ เปน็ องคป์ ระกอบ (ferrous) โลหะทีไ่ ม่มีเหลก็ เปน็ องคป์ ระกอบ (non - ferrous) ตวั อย่ำงเชน่ ทองเหลือง คอื สว่ นผสมของทองแดงกับสังกะสี ใชใ้ น กำรทำเหรยี ญกษำปณ์ กุญแจ เครอ่ื งประดบั • ประกอบดว้ ยเหล็กที่มเี ปอรเ์ ซ็นตส์ งู • ไม่มีเหล็กประกอบอยู่ หรอื มอี ยูน่ ้อย • ตวั อย่ำงเช่น เหล็กกลา้ เหล็กหล่อ เป็นต้น • ตัวอย่ำงเชน่ อะลูมิเนยี ม ทองแดง สงั กะสี ไทเทเนียม เป็นต้น • ถกู ใช้ใน ตัวถังรถ สะพำน เครื่องหนีบ • ถูกใช้ใน ตัวถงั เคร่ืองบนิ กระป๋องเครอ่ื งดมื่ เครื่องประดับ หม้อนำ 2 วสั ดพุ อลิเมอร์ สว่ นมากเป็นตวั นาไฟฟา้ ทไี่ มด่ ี บางชนดิ เป็นฉนวนไฟฟ้าทด่ี มี าก จึงไดน้ ามาประยุกต์ใช้กับงาน ดา้ นน้ีอยา่ งแพร่หลาย สว่ นมากประกอบด้วยสารอนิ ทรีย์มีคาร์บอนเป็นองค์ประกอบท่ีมโี มเลกลุ เป็นโซย่ าว ๆ หรือ เป็นโครงขา่ ย

3 วัสดเุ ซรามกิ เปน็ สารอนนิ ทรียท์ ปี่ ระกอบด้วยธาตุท่ีเป็นโลหะและธาตุท่เี ป็นอโลหะรวมตัวกันดว้ ยพนั ธะเคมี มีโครงสรา้ งเปน็ ได้ทัง้ แบบมรี ูปร่างผลกึ และไมม่ รี ูปร่างผลึกหรือ เปน็ ของผสมของท้ังสองแบบ ข้อดีของวัสดุเซรามิก กำรนำวัสดุเซรำมกิ ไปใชง้ ำนทำงอวกำศ คอื ใชก้ ระเบืองเซรำมิกบุผนัง กระสวยอวกำศ (space shuttle) ชว่ ยกันควำมรอ้ นไม่ใหผ้ ่ำนเข้ำไป 1 นา้ หนกั เบา ถึงโครงสรำ้ งอะลูมิเนียมภำยในกระสวยอวกำศ เมือ่ ขณะบินออกและ กลับเขำ้ สู่บรรยำกำศของโลก 2 มีความแขง็ แรงสงู 3 มคี วามแข็งสูง ทนความร้อน และทนต่อการขัดสีได้ดี 4 ลดการเสียดทานและมสี มบตั ิเป็นฉนวน 4 วสั ดผุ สม เป็นของผสมทไ่ี ด้จากวสั ดุ 2 ชนิด หรือมากกวา่ 2 ชนิดมาผสมกัน วัสดุผสมส่วนมากประกอบด้วย วัสดุผสมท่ีวศิ วกรใช้กนั มากมี 2 ชนิด • ใชเ้ ส้นใยแก้วเสรมิ แรงในพอลิเอสเทอร์หรืออีพอกซี สารเติม (filler) หรือวัสดุเสริมแรงท่ีเหมาะสมกับตัวประสานพวกเรซิน สามารถจาแนกออกได้หลายประเภท • ใชเ้ สน้ ใยคำร์บอนเสรมิ แรงในเนอื อพี อกซี บางประเภทมีเส้นใยเป็นองค์ประกอบหลัก มีเส้นใยเสริมแรงในเนื้อของวัสดุปนกับอนุภาค บางชนิดมีอนุภาค กระจายอยู่ในเน้อื ของวสั ดุ

สมบัติและการเลือกใช้วสั ดุ สมบตั ิของวสั ดุ สมบตั ทิ างเคมี สมบตั ิเชงิ กล เป็นสมบตั ิทบี่ อกลักษณะเฉพาะตัว เปน็ สมบตั เิ ฉพาะตัวของวัสดุทถี่ กู กระทาด้วยแรง ทเี่ กีย่ วกบั โครงสรา้ งและองคป์ ระกอบของธาตตุ า่ ง ๆ โดยทัว่ ไปจะเกี่ยวกับการยืดและหดตัวของวสั ดุ ความแข็ง ทีเ่ ปน็ วสั ดุนั้น ความสามารถในการรบั นา้ หนัก ความสึกหรอ และการดดู กลืนพลงั งาน สมบตั ทิ างกายภาพ สมบัติเชิงมติ ิ (ขนาด) เปน็ สมบัติเฉพาะของวัสดุท่เี ก่ียวกับอตั ราการเกิดปฏกิ ิรยิ าของ ใชใ้ นการพจิ ารณาในการเลอื กใช้วสั ดุ เชน่ ขนาด รปู ร่างความคงทน วัสดุนัน้ กับพลังงานในรปู ตา่ ง ๆ กนั เช่น ลกั ษณะของสี ความหนาแน่น การหลอมเหลว ปรากฏการณท์ ี่เกดิ เกย่ี วกับ ตลอดจนลักษณะของผิวว่าหยาบละเอียด หรือเรียบ เป็นตน้ สนามแมเ่ หล็กหรือสนามไฟฟ้า เป็นต้น

2 กรณศี กึ ษาผลงานการออกแบบและเทคโนโลยี กรณีศกึ ษาที่ 1 หมวกจักรยานอัจฉริยะ ขั้นตอนที่ 1 ระบปุ ญั หา หรอื ความตอ้ งการ ในปัจจุบนั กำรป่ันจักรยำนไดร้ บั ควำมชน่ื ชอบจำกผ้คู นเป็นอยำ่ งมำก ทำให้ปญั หำหนึง่ ได้เพม่ิ ตำมขนึ มำเช่นกนั คือ กำรเกดิ อบุ ตั เิ หตุจำกกำรปนั่ จักรยำน โดยมสี ำเหตุมำจำกกำรทจี่ กั รยำนนันไม่มีสญั ญำณไฟเลยี วหรอื ถ้ำผปู้ น่ั จะใช้ภำษำมอื ในกำรส่ง สญั ญำณเพอ่ื ขอทำงกต็ อ้ งนำมอื ออกจำกมอื จบั จกั รยำน อำจทำให้เสยี หลกั ในกำรทรงตัวและลม้ ลงได้ ดังน้นั ปญั หาท่ตี อ้ งแก้ไข คือ การส่งสญั ญาณมือ เพ่ือขอทางของผปู้ ั่นจักรยานทาใหอ้ าจเกดิ อบุ ตั เิ หตไุ ด้ เน่ืองจากผู้ป่ันต้องปลอ่ ยมือออกจากที่จบั สง่ ผล ให้จกั รยานอาจเสียหลักและล้มลงได้

ข้นั ตอนที่ 2 รวบรวมขอ้ มลู ท่ีเกีย่ วข้องกับปัญหา 2 3 1 สมั ภาษณ์ สงั เกต ร่วมประสบการณ์ • พูดคุยกบั ผ้ปู ่ันจกั รยำนเพ่ือเขำ้ ใจถึง • ตดิ ตำมกำรปั่นจกั รยำน • ทดลองปั่นจักรยำน ประสบกำรณแ์ ละอุปสรรคในกำรส่ง • สังเกตวธิ ีกำรส่งสญั ญำณ • ทดลองสง่ สัญญำณเลียวรถด้วยสญั ญำณมอื สัญญำณเลยี วรถ • ประเมนิ ควำมเหมำะสมและควำมปลอดภยั ของวิธกี ำรส่งสัญญำณ เมื่อเข้ำใจปญั หำของกำรปัน่ จักรยำนแล้ว เรำสำมำรถใช้ “แผนผงั ความเขา้ ใจ” (Empathy Map) ในกำรสรปุ ควำมเข้ำใจของปญั หำได้ ดังนี เวลาเลย้ี วรถตอ้ งคอย SAY ไม่มที างเลือกอื่นๆ ส่งสญั ญาณมอื THINK ตอ้ งใชส้ ัญญาณมอื ถือ แผนผังความเข้าใจ ใช้มอื สง่ สญั ญาณเวลาเลี้ยวรถ DO FEEL ไมป่ ลอดภัย ทาให้จบั จักรยานลาบาก

ข้นั ตอนท่ี 3 เลอื กวธิ กี ารปญั หา ปัญหา ? รถจกั รยำนส่วนใหญ่ไมม่ ีสญั ญำณไฟเลยี ว ทำให้ผปู้ นั่ จักรยำนตอ้ งปลอ่ ยมือออกจำกที่จับเพ่อื สง่ สัญญำณมอื ในกำรขอทำงเพอ่ื เลยี ว ส่งผลใหอ้ ำจ เกดิ อบุ ตั ิเหตุไดถ้ ้ำรถจักรยำนเสียหลกั และลม้ ลง เราจะ...ไดอ้ ย่างไร เรำจะทำให้ผู้ปนั่ จกั รยานไม่ตอ้ งสง่ สญั ญาณด้วยมือได้อย่ำงไร เรำจะทำให้การส่งสญั ญาณมือปลอดภยั มากขึ้นไดอ้ ยำ่ งไร เรำจะทำให้การสง่ สัญญาณมือสะดวกและชัดเจนมากขนึ้ ได้อย่ำงไร จำกกำรตงั คำถำมดงั กลำ่ ว ทำให้เกิดควำมคดิ ทีห่ ลำกหลำย ซ่ึงหนึง่ ในนันทีน่ ำมำ 1 ส่งเสรมิ ใหผ้ ้ปู น่ั จกั รยานและผสู้ ญั จรไดร้ ับความปลอดภยั เพิ่มขึ้น ทดลองปฏิบัติ คือ “การสรา้ งหมวกจกั รยานอัจฉริยะ” ท่ีสำมำรถส่งสญั ญำณ 2 สง่ เสรมิ ให้ผ้ปู น่ั จกั รยานไดร้ ับความสะดวกสบายเพ่มิ ข้นึ เลยี วซำ้ ยและขวำได้โดยผำ่ นรโี มตควบคุม กำรสรำ้ งเทคโนโลยชี ินนมี ีจดุ ประสงค์ 3 ส่งเสรมิ ให้เกดิ การออกกาลังกาย เพ่ือนำมำแกป้ ัญหำ ดังนี

ข้นั ตอนท่ี 4 ออกแบบวิธกี ารแกป้ ัญหา หลักการสาคัญในการออกแบบวธิ ีการแกป้ ญั หา คอื การสรา้ งต้นแบบเพอ่ื ทดสอบความคดิ ในกรณนี อี้ ุปกรณ์ต่าง ๆ ถกู นามาใชเ้ พื่อสรา้ ง ตน้ แบบของหมวกจักรยานอจั ฉริยะ เช่น ทรานซิสเตอร์ ตัวตา้ นทาน สายไฟ LED บลอ็ กใสว่ งจร เป็นต้น หมวกจกั รยานอจั ฉริยะน้ี สามารถเปิดไฟหน้า ไฟเลยี้ ว และไฟฉกุ เฉินได้โดยการสง่ั ผ่านรีโมตไร้สาย นอกจากนี้ไฟเลีย้ วของหมวกยงั สามารถเปิด ไดน้ านถงึ 5 วินาที หมวกจักรยานอจั ฉรยิ ะมนี ้าหนักรวมทง้ั หมด 375 กรมั

ข้นั ตอนท่ี 5 ทดสอบ เมือ่ ได้ต้นแบบของหมวกจกั รยำนอัจฉริยะแลว้ ขันตอนต่อไปของกระบวนกำรเทคโนโลยี คอื กำรทดสอบว่ำกำรทำงำนของหมวกนนั ถูกต้องและตอบโจทย์ ของผใู้ ช้หรือไม่ และมสี ่วนใดทต่ี อ้ งพัฒนำหรอื แกไ้ ขบำ้ ง สง่ิ ท่ีชอบ สง่ิ ทีพ่ ัฒนาได้ • สะดวกสบายมากขึ้นในการสง่ • อายขุ องแบตเตอรที่ ่ีใช้งานได้นานข้นึ สัญญาณเลยี้ ว ไอเดยี ใหม่ๆ เพม่ิ เติม • รู้สกึ ปลอดภยั เวลาปนั่ • ปรับระบบสัญญาณไฟให้หลากหลาย ? เหมาะกับการใช้งาน เช่น มีสัญญาณเสียง ไซเรน เปน็ ตน้ ส่งิ ที่ยังไมเ่ ขา้ ใจ • การใชง้ านของรีโมท

ข้นั ตอนท่ี 6 ปรบั ปรงุ แกไ้ ข ประเมนิ แม้วา่ หมวกจักรยานอจั ฉรยิ ะจะสามารถส่งสัญญาณได้ตามที่ออกแบบ แต่ยงั มีความจาเปน็ ท่จี ะตอ้ งใหค้ นมาทดลองใชห้ มวกจกั รยานอจั ฉริยะ เพมิ่ เติมเพื่อหาโอกาสในการพัฒนาให้ตอบโจทย์การใชง้ านมากขึ้น

ข้นั ตอนที่ 7 นาเสนอผลงาน เมอ่ื ชนิ งำนและควำมคดิ ทงั หลำยได้ผ่ำนกระบวนกำรเทคโนโลยที ัง 6 ขันตอนแล้ว ก็จะต้องนำชนิ งำนทีไ่ ด้มำนำเสนอ โดยหมวกจักรยำนอัจฉรยิ ะนีจะ นำเสนอให้เห็นในรูปแบบของ Storyboard เพอื่ ให้เหน็ ลำดบั ขันตอนกำรสร้ำงสรรคช์ ินงำน Storyboard หมวกจักรยานอจั ฉรยิ ะ 12 3 ปัญหาท่ีตอ้ งการแก้ ขอ้ มูลที่พบเกยี่ วกับปญั หา แนวทางการแก้ปัญหา • กำรเกิดอุบัตเิ หตขุ องผู้ปน่ั • กำรสง่ สญั ญำณดว้ ยมือไม่สะดวก • สรำ้ งหมวกจักรยำนท่ีสำมำรถส่ง จกั รยำนจำกกำรใชส้ ญั ญำณมอื และไมป่ ลอดภยั สญั ญำณไฟเลยี วได้ ในกำรเลยี ว • รถจักรยำนไม่มสี ญั ญำณไฟเลยี ว 4 56 การทดลอง ผลการทดลองและการประเมินผล เทคโนโลยที ี่พฒั นาสาเรจ็ • ตดิ ตังระบบไฟ LED ที่ • ปรบั แบตเตอรีแ่ ละระบบสญั ญำณ • หมวกจกั รยำนที่สำมำรถเปิด หมวกจกั รยำน และเขียน ไฟใหเ้ หมำะสมกับกำรใชง้ ำน ไฟหน้ำ ไฟเลยี ว และไฟ โปรแกรมควบคมุ กำร ฉุกเฉนิ ไดโ้ ดยสั่งกำรผ่ำน ทำงำนของระบบไฟ รโี มตไรส้ ำย