การระบุปัญห1

การระบุปัญหา คำชแ้ี จง : ใหน้ ักเรียนออกแบบโครงงานสะเต็มเกี่ยวกบั เรื่องทีส่ นใจในขั้นตอนการระบปุ ัญหา โดยตอบคำถาม ดังน้ีต่อไปนี้ 1. โครงงานสะเต็ม เรอ่ื ง การสร้างและทดสอบกงั หันลมแกนนอนขนาดเล็ก 2. ท่ีมาและความสำคญั ของโครงงาน พลังงานลมถูกนำไปใช้ในการแลน่ เรือและเป็นกงั หนั ลมในการถา่ ยทอดพลงั งาน ซง่ึ แบ่งออกเปน็ 2 ชนิด คอื กังหนั ลมแกนตง้ั และกงั หันลมแกนนอน โดยกงั หันลมสามารถเปลี่ยนเปน็ พลงั งานไฟฟา้ โดยการใช้ พลงั งานลมในการหมุนไดนาโมหรือเคร่ืองกำเนิดไฟฟา้ ใหเ้ กิดเป็นพลงั งานไฟฟ้า ในการทดลองจะทำการ สร้างกงั หนั ลมขนาดเลก็ สามารถใชร้ ่วมกับชดุ แผงวงจร IPST Link ซงึ่ เป็นชดุ อปุ กรณ์ทใ่ี ช้ประกอบกับการ เขยี นโปรแกรม Scratch ทีส่ ามารถนำไปสร้างชิ้นงานทบ่ี ูรณาการกับวชิ าวทิ ยาศาสตร์ เทคโนโลยี และ คณิตศาสตร์ได้ 3. วัตถุประสงค์ของโครงการ 1. เพ่อื ศึกษาการออกแบบกังหนั ลมแกนนอนขนาดเลก็ 2. เพือ่ ศึกษาปัจจยั ท่มี ีผลต่อประสทิ ธภิ าพการผลิตพลงั งานไฟฟ้าของกังหนั ลมแกนนอนขนาดเลก็ ท้ังจำนวนใบพัดและรูปแบบของใบพดั ของกังหันลมแกนนอนขนาดเล็ก 4. ความรทู้ ต่ี ้องศกึ ษาเพิม่ เติม 1. ความรู้เร่ืองกังหันลม 2. ความรเู้ รอ่ื งชดุ แผงวงจร IPST Link 3. ความรเู้ รื่องโปรแกรม Scratch และสครปิ ต์ชดุ คำสั่ง 4. ความรูเ้ รื่องไดนาโมหรือเคร่ืองกำเนิดไฟฟา้ พลังงานจลน์

การรวบรวมขอ้ มลู และแนวคิดท่เี กี่ยวขอ้ ง คำชีแ้ จง : ให้นกั เรียนออกแบบโครงงานสะเต็มในข้นั ตอนการรวบรวมขอ้ มลู และแนวคดิ ที่เก่ียวข้อง โดยตอบคำถาม ดังต่อไปนี้ 1. จงบอกวธิ ีการรวบรวมขอ้ มูลความรู้ว่าขอ้ มลู ทีไ่ ด้รวบรวมมาอยา่ งไร 1. รวบรวมขอ้ มูลจากหนงั สือ วารสารต่างๆ 2. สำรวจตวั อยา่ งในทอ้ งตลาด 3. สมั ภาษณพ์ ูดคุยกับคนอน่ื 4. ระดมสมองหาความคิด 5. สบื ค้นจากอินเทอร์เน็ต และจากแผน่ ซีดีเสริมความรู้ 2. ข้อมลู ความรู้ที่เก่ียวข้องกบั ปัญหา (อธบิ ายโดยละเอยี ด) ข้อมูลที่ 1 ความรูเ้ รอ่ื งกังหันลม กังหันลมเป็นเครื่องจักรกลอย่างหนึ่งท่สี ามารถรบั พลังงานจลนจ์ ากการเคล่ือนที่ของลมแลว้ เปลีย่ นเปน็ พลังงานกลได้ จากนั้นจึงนำพลังงานกลมาใชป้ ระโยชน์ เช่น ใชใ้ นการสูบนำ้ การผลติ พลังงาน ไฟฟ้า โดยในการใช้พลังงานลมเพ่ือการผลติ ไฟฟา้ จะต้องมีความเรว็ ลมสมำ่ เสมอ หรือมีกำลังลมเฉลยี่ ท้งั ปี ไมน่ ้อยกว่าระดับ 6:4-70 เมตรตอ่ วนิ าที ท่คี วามสงู 50 เมตร จึงจะสามารถผลิตไฟฟา้ จากกังหนั ลมได้ดี ซ่ึง กงั หนั ลมสามารถจำแนกตามลักษณะแนวแกนหมุนของกังหันจะได้ 2 แบบ คอื กังหันลมแนวแกนนอน (Horizontal Axis Wind Turbine) และกังหนั ลมแนวแกนตัง้ (Vertical Axis Wind Turbine) ปจั จยั ทมี่ ีผลตอ่ การออกแบบกงั หันลมแกนนอนเพอ่ื ผลิตไฟฟา้ มี 2 ประการไดแ้ ก่ จำนวนใบและ รปู แบบหรอื รปู ทรงของใบ 1.1) จำนวนใบ ถ้าหากจำนวนใบของกงั หนั ลมย่งิ มีจำนวนมาก จะทำให้พ้ืนท่ีของใบมาก ข้ึนและจะตา้ นทานการหมนุ ของกังหันส่งผลให้ความเร็วรอบของกงั หนั ลดลง แตจ่ ะสรา้ งกำลังได้มาก 1.2) รปู แบบหรือรูปทรงของใบกังหันลม หากทำการออกแบบให้ใบกังหนั ลมมีรปู ทรง เสมอกันตั้งแต่โคนจนถึงปลายของใบกงั หันลมหรือปลายใบกงั หันลมใหญ่กว่าโคนใบกังหันลมพ้ืนทใ่ี นการรบั ลมมีมาก เหมาะสำหรบั การฉุดเครอ่ื งสบู นำ้ ในทางการเกษตร และหากออกแบบรูปทรงใบกงั หันลมแบบ โคนใบใหญ่กวา่ ปลายใบกังหัน ความเรว็ ลมจะมาก เหมาะสำหรบั การผลติ กระแสไฟฟา้ ขอ้ มูลที่ 2 ความร้เู รอ่ื งโปรแกรม Scratch และสครปิ ตช์ ุดคำสง่ั โปรแกรม Scratch คือ โปรแกรมภาษา ที่ผเู้ รยี นสามารถสรา้ งช้ินงานได้อย่างงา่ ยเช่น นิทานที่ สามารถโต้ตอบกับผู้อ่านได้ ภาพเคลื่อนไหว เกมดนตรี และศิลปะ และเม่ือสร้างเปน็ ชน้ิ งานเสร็จ แลว้ สามารถนำช้ินงานท่ีสร้างสรรคน์ ี้ แสดง และแลกเปลีย่ นความคดิ เห็นรว่ มกบั ผอู้ ืน่ บนเว็บไซตไ์ ด้

ทำให้ผ้เู รียนไดเ้ รยี นรู้หลกั การทางคณิตศาสตร์ และแนวคิดการโปรแกรมไปพร้อมๆ กับการคิดอยา่ ง สรา้ งสรรค์ มีเหตุผลเป็นระบบ และเกิดการทำงานรว่ มกนั สครปิ ต์ คือชุดคำสง่ั สำหรับตัวละครหรือเวที เพ่ือสั่งใหต้ วั ละครหรือเวทีทำงานตามวัตถปุ ระสงค์ที่ ตอ้ งการโดยการเลือกสคริปต์จากกลุ่มบล็อก ซง่ึ แบ่งเป็นกลุ่ม ดงั น้ี กลุ่มบล็อก การทำงาน Motion การเคลอ่ื นไหว เช่น เคล่ือนที่ไปข้างหนา้ หมนุ ไปทางซ้ายหรือขวา Control การควบคมุ เช่น การวนซ้ำ การตรวจสอบเงอื่ นไข Looks การแสดง เชน่ พูด คิด เปลย่ี นขนาด Sensing การรับรู้ เช่น สมั ผสั กบั ขอบ คลิกเมาส์ จับเวลา Sound การแสดงเสียง เชน่ เลน่ เสยี งสตั ว์ กลอง โนต้ Operators ตวั ดำเนินการ เช่น บวก และ หรอื Pen ปากกา เชน่ ยกปากกาขน้ึ ตง้ั ค่าสปี ากกา Variable ตวั แปร เชน่ สร้างค่าตวั แปร ข้อมูลที่ 3 ความรเู้ รอื่ งชุดแผงวงจร IPST Link เป็นแผงวงจรสำหรบั การควบคมุ หลักมีไมโครคอนโทรลเลอร์เบอร์ ATmega644P เป็นหัวใจใน การควบคุมการทำงานโดยการเขยี นโปรแกรม จะทำงานผา่ นคอมพวิ เตอร์ด้วยโปรแกรมภาษา C/C++ จากซอฟต์แวร์ Arduino IDE ส่งขอ้ มลู มายงั ตวั บอร์ดดว้ ยพอรต์ USB บนแผงวงจรควบคมุ นี้ มีจดุ ตอ่ เพ่ือรบั สัญญาณจากตัวตรวจจับภายนอกท้งั แบบแอนะลอ็ กและดิจิทลั เพอ่ื ช่วยให้แผงวงจร สามารถรับข้อมูลจากส่งิ แวดลอ้ ม เช่น แสง อุณหภูมิ ระยะหา่ งจากวตั ถุของตวั ตรวจจับ เปน็ ต้น นอกจากน้ันยังมจี ุดต่อเพ่อื ส่งสัญญาณออกไปควบคมุ อุปกรณ์ภายนอก เช่น ไดโอดเปล่งแสง ลำโพง มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง และเซอรโ์ วมอเตอร์ ในดา้ นการแสดงผล แผงวงจร IPST-SE มจี อแสดงผล แบบกราฟกิ LCD สี ขนาด 1.8 น้วิ ในตวั มีความละเอียด 128 x 160 จุด แสดงตวั อกั ษรได้สงู สดุ 21 ตวั อกั ษร 16 บรรทัด แสดงภาพกราฟิกสีได้ และเลือกทศิ ทางในการแสดงผลได้

ขอ้ มูลท่ี 4 ความรู้เร่ืองไดนาโมหรือเครื่องกำเนดิ ไฟฟ้าพลงั งานจลน์ ไดนาโม (Dynamo) หรือเครื่องกำเนิดไฟฟ้าพลังงานจลน์คืออุปกรณ์ทีเ่ ปล่ยี นพลงั งานจลนใ์ ห้ เป็นพลงั งานไฟฟ้า โดยอาศยั หลกั การ คือ ให้ขดลวดเหน่ียวนำเคลื่อนทต่ี ดั สนามแม่เหล็ก ทำให้เกิด กระแสไฟฟา้ เคล่ือนทีใ่ นขดลวดตวั นำได้ ซึ่งไดนาโมจะทำงานตรงกันขา้ มกับมอเตอร์ คือมอเตอร์ จะ ทำหนา้ ท่ีเปลย่ี นพลงั งานไฟฟ้าเปน็ พลงั งานจลน์ ไดนาโมถูกนำมาใชป้ ระโยชน์ในอุตสาหกรรมตา่ งๆ เช่น เครือ่ งกำเนิดไฟฟา้ ตดิ รถยนต์ เพ่ือจ่ายไฟฟ้ากระแสตรงใหก้ ับรถยนต์ เคร่อื งกำเนดิ ไฟฟา้ พลังงานลมจากกังหันลม เป็นตน้ ออกแบบวิธกี ารแกป้ ัญหา คำช้แี จง : ให้นักเรียนออกแบบโครงงานสะเต็มในขั้นตอนออกแบบวธิ ีการแก้ปญั หา โดยตอบคำถาม ดงั ต่อไปน้ี 1. แผนผงั กรอบแนวคดิ ของโครงงานสะเต็ม (STEM) S : วิทยาศาสตร์ T : เทคโนโลยี การเปล่ียนพลงั งานกลเปน็ พลังงานไฟฟา้ โปรแกรม Scratch แผงวงจร IPST Link กงั หนั ลมผลติ ไฟฟ้า ทักษะการสรา้ งชน้ิ งาน M : คณิตศาสตร์ E : วิศวกรรมศาสตร์ - ประพจนแ์ ละตัวเชื่อม กระบวนการออกแบบเชงิ วศิ วกรรม - การนาเสนอข้อมลู เชงิ คุณภาพและปรมิ าณ - การวเิ คราะห์และแปลความหมายผลลัพธ์ (การออกแบบและสร้างกังหันลมผลิตไฟฟ้า ไดม้ ากทส่ี ดุ ) 2. ตวั แปรท่ศี ึกษา 1) ตวั แปรตน้ คอื ………-…จ…ำ…น…วน…ใ…บ…พดั…………………………………………………………………………………............... ………………………………-…ร…ูป…ทร…ง…ขอ…ง…ใบ…พ…ัด…ก…งั ห…นั…ล…ม…………………………………………………………………………… 2) ตวั แปรตาม คือ ………พ.…ล…ังง…าน…ไ…ฟ…ฟ…า้ …………………………………………………………………………….................. …………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………

3) ตัวแปรควบคมุ คือ…-…ค…ว…าม…เ…รว็…ล…ม……………………………………………………………………..………................... …………………………………- ร…ะ…ย…ะห…่า…ง…ใน…ก…าร…ว…าง…ก…ังห…นั…ล…ม………………………………………………………………………… 3. ขัน้ ตอนการออกแบบวิธแี กป้ ัญหา ………1)……ออ…ก…แ…บ…บ…ใบ…พ…ดั …ขอ…ง…ก…ังห…ัน…ล…ม…แ…นว…น…อ…น…แบ…บ……3…แ…บ…บ…ค…ือ………………………………………………………………… ……………แบ…บ……A…ใ…บ…พ…ดั จ…า…ก…กร…ะ…ด…าษ…แ…ข…ง็ ………………………………………………………………………………………………… ……………แบ…บ……B…ใ…บ…พ…ัดพ…ล…า…ส…ตกิ……แบ…บ……3…ใบ……(ใ…บ…ให…ญ…)่ ……………………………………………………………………………… ……………แบ…บ……C…ใ…บ…พ…ัดพ…ล…า…ส…ตกิ……แ…บบ……3…ใบ……(ใ…บ…เล…็ก…) ……………………………………………………………………………… ………2)…อ…อ…ก…แบ…บ…โ…ป…รแ…ก…ร…มน…ำ…เส…น…อ…พ…ล…งั ง…าน…ไ…ฟ…ฟ…า้ จ…า…ก…กัง…ห…นั …ล…ม………………………………………………………………… ……………เพ…่ือ…ต…่อเ…ข…้าก…ับ…ช…ดุ …แผ…ง…วง…จ…ร…IP…S…T…L…in…k………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

วางแผนและดำเนินการแก้ปัญหา คำชแ้ี จง : ให้นักเรียนออกแบบโครงงานสะเต็มในขั้นตอนวางแผนและดำเนินการแกป้ ัญหา โดยตอบคำถาม ดงั ตอ่ ไปน้ี 1. รายการวสั ดุอปุ กรณท์ ใ่ี ชใ้ นโครงงาน ที่ รายการ จำนวนต่อกลมุ่ 1 ชุดอปุ กรณ์ IPST Link 1 ชดุ 1 เครอ่ื ง 2 คอมพวิ เตอร์ที่ติดต้ังโปรแกรม Scratch และโปรแกรมวดั พลงั งานไฟฟ้า stdWindpower.sb 1 เส้น 1 ตวั 3 สายตอ่ UCON-2F สำหรบั เช่อื มต่อกบั คอมพิวเตอร์ ผ่านพอรต์ USB 1 ชดุ 4 ไดนาโมขนาดเล็ก 1 เล่ม 1 อัน 5 ใบพัด 3 แบบ 1 แผน่ แบบ A ใบพัดจากกระดาษแข็ง 1 ตวั แบบ B ใบพดั พลาสติก แบบ 3 ใบ (ใบใหญ่) แบบ C ใบพัดพลาสติก แบบ 3 ใบ (ใบเล็ก) 6 กรรไกร 7 คตั เตอร์ 8 แผน่ รองตัด 9 พดั ลมตั้งโตะ๊ 2. ข้นั ตอนการดำเนินงาน ขั้นตอนการประกอบกงั หันลมกบั อุปกรณ์ IPST Link 1) นำสายไฟจากไดนาโมเสียบต่อกับแผงวงจร ชอ่ ง A ของอปุ กรณ์ IPST Link และใชไ้ ขควงหมนุ ให แน่น 2) นำใบพดั เสยี บเข้ากบั ไดนาโม 3) ทดสอบโดยหมุนใบพัดโดยโปรแกรม Scratch จะแสดงผลคา่ พลังงาน และค่าพลังงานสูงสุด 4) ตอ่ สายตอ่ UCON-2F กับคอมพวิ เตอร์ ผ่านพอร์ต USB และเสยี บหวั ต่อเข้ากบั อุปกรณ์ IPST Link เมอ่ื ตดิ ตั้งเรียบรอ้ ยจะมีไฟสแี ดงและไฟสีฟา้ ติด 5) ตดิ ตง้ั ไดนาโมพร้อมใบพัดกับแท่นเพ่ือทดสอบ

ทดสอบ ประเมนิ ผลและปรบั ปรุงแก้ไขวธิ กี ารแก้ปญั หา คำชแี้ จง : ใหน้ ักเรยี นออกแบบโครงงานสะเต็มในขนั้ ตอนทดสอบ ประเมนิ ผลและปรับปรงุ แกไ้ ขวธิ กี าร แกป้ ัญหาโดยตอบคำถาม ดังต่อไปนี้ 1. ข้นั ตอนการทดสอบ ประกอบกังหันลมกับอุปกรณ์ PST Link โดยให้มกี ารทดสอบ ดังน้ี 1) เปิดพดั ลมต้ังโต๊ะท่ีระดับ 1 หา่ งจากกังหันลมผลิตไฟฟ้าประมาณ 1 ฟุต 2) บันทึกคา่ พลงั งานไฟฟ้าสงู สุดทไ่ี ด้จากโปรแกรม Scratch 3) เปลี่ยนใบพดั เปน็ แบบ B และ C ทำข้อ 1) และ 2) ซำ้ บันทึกค่าพลงั งาน 2. แสดงผลการทดสอบ ลำดับท่ี แบบใบพดั ของกังหันลม ค่าพลงั งานไฟฟ้าสงู สุด xxx 1A yyy zzz 2B 3C

นำเสนอวธิ ีการแกป้ ญั หา ผลการแก้ปัญหา คำชีแ้ จง: ให้นักเรยี นออกแบบโครงงานสะเต็ม ในขั้นตอนนำเสนอวิธีการแก้ปัญหา ผลการแกป้ ญั หา โดยตอบ คำถาม ดงั ต่อไปนี้ 1. ประเดน็ ในการนำเสนอวิธกี ารแกป้ ัญหา ผลการแกป้ ญั หาหรอื ช้นิ งาน อภปิ รายเกยี่ วกบั การทดสอบใบพดั กังหนั ลมทั้ง 3 แบบ ในประเดน็ ต่างๆ ดังน้ี 1) จำนวนใบพดั ที่มผี ลต่อคา่ พลงั งานไฟฟ้า 2) รปู ทรงของใบพัดกังหนั ลมทีม่ ีผลต่อคา่ พลังงานไฟฟ้า 3) ทิศทางและตำแหน่งการรบั ลมมีผลตอ่ ค่าพลังงานไฟฟ้า 4) ปัญหาท่เี กดิ ขึ้นของชิน้ งาน 5) การปรบั ชนิ้ งานเพ่ือแก้ปญั หาที่เกดิ ขน้ึ และผลติ คา่ พลงั งานไฟฟ้าไดส้ ูงขึ้น ภาพช้นิ งานท่ปี รบั ปรุงใหม่ 2. ผลการทดสอบชนิ้ งานทีป่ รบั ปรงุ ใหม่ ลำดบั ท่ี แบบใบพดั ของกังหนั ลม คา่ พลงั งานไฟฟา้ สงู สุด xxx 1A yyy zzz 2B www 3C 4 ชนิ้ งานทป่ี รบั ปรงุ ใหม่

เรือ่ ง โครงงานการออกแบบและเทคโนโลยี คำชีแ้ จง : ให้นักเรยี นออกแบบแผนผงั กรอบแนวคิดของโครงงานสะเต็ม (STEM) ที่เกีย่ วข้องกบั “อนิ เตอร์เน็ตทุกสรรพส่ิง (IoT : Internet of Thing)” S : วิทยาศาสตร์ T : เทคโนโลยี เรื่อง ไฟฟา้ กระแสตรง - บอรด์ ไมโครคอนโทรเลอร์ Raspberry Pi - กฎของโอหม์ V = IR , R = V/I - ระบบปฏบิ ตั กิ าร Raspbian - การต่อวงจรไฟฟ้าแบบอนุกรม - การเขยี นโปรแกรมภาษา Python - กำลงั ไฟฟา้ (วัตต์) = แรงดันไฟฟ้า (V) x กระแสไฟฟ้า (I) โครงงานสะเตม็ เรอื่ ง ระบบแจง้ เตือนเปิดปดิ ประตู M : คณติ ศาสตร์ ป้องกนั ขโมยแบบประหยดั คา่ ไฟE : วศิ วกรรมศาสตร์ การคำนวณคา่ ไฟฟ้า - สวิทซ์แม่เหลก็ แบบ NO (Normal Open) - การออกแบบแผงวงจรไฟฟ้าสำหรบั ระบบ กำลังไฟฟ้า (วตั ต์) x จำนวนเครอ่ื งใช้ไฟฟ้า ควบคุมแจ้งเตือน ÷ 1000 x จำนวนชว่ั โมงท่ีใชใ้ น 1 วัน = จำนวนหน่วยต่อวนั (ยนู ิต)