06หน่วย3_ผลงานออกแบบและเทคโนโลยี

๓หน่วยการเรยี นรู้ท่ี ผลงานออกแบบและเทคโนโลยี สาระการเรียนรู้แกนกลาง • ใช้ความร้แู ละทักษะที่เกย่ี วกบั วสั ดุ อปุ กรณ์ เครอ่ื งมือ กลไก ไฟฟา้ และอเิ ล็กทรอนกิ ส์ เพอื่ แก้ปัญหาหรอื พฒั นางานได้อยา่ งถกู ตอ้ ง เหมาะสม และปลอดภัย

1 การเลอื กใช้วสั ดุ อุปกรณ์ และเครอ่ื งมอื ประเภทของวัสดุ 1 วสั ดุประเภทโลหะ เป็นสารอนนิ ทรีย์ที่ประกอบดว้ ยธาตทุ เ่ี ปน็ โลหะเพยี งชนดิ เดยี วหรอื หลายชนดิ กไ็ ด้ โลหะ แบง่ ออกเปน็ 2 กลุ่ม นอกจากนยี ังมีโลหะผสม หรอื อัลลอยด์ (alloy) คอื ของผสมของ โลหะตงั แต่ 2 ชนดิ หรอื มากกว่า 2 ชนดิ หรอื เป็นโลหะผสมกบั อโลหะ โลหะท่ีมเี หลก็ เปน็ องค์ประกอบ (ferrous) โลหะท่ไี ม่มีเหลก็ เปน็ องค์ประกอบ (non - ferrous) ตวั อยา่ งเช่น ทองเหลือง คอื สว่ นผสมของทองแดงกับสงั กะสี ใชใ้ น การท้าเหรยี ญกษาปณ์ กญุ แจ เคร่อื งประดบั • ประกอบด้วยเหล็กทีม่ ีเปอรเ์ ซ็นต์สูง • ไมม่ เี หลก็ ประกอบอยู่ หรือมีอยู่น้อย • ตวั อย่างเช่น เหล็กกลา้ เหล็กหลอ่ เป็นต้น • ตวั อยา่ งเชน่ อะลูมิเนียม ทองแดง สังกะสี ไทเทเนยี ม เป็นตน้ • ถกู ใชใ้ น ตวั ถงั รถ สะพาน เครอื่ งหนีบ • ถูกใชใ้ น ตวั ถงั เครอ่ื งบิน กระป๋องเครื่องด่ืม เคร่ืองประดบั หม้อน้า 2 วัสดพุ อลเิ มอร์ สว่ นมากเปน็ ตัวนาไฟฟา้ ที่ไมด่ ี บางชนิดเป็นฉนวนไฟฟ้าท่ีดมี าก จงึ ได้นามาประยุกต์ใชก้ บั งาน ดา้ นนอ้ี ยา่ งแพร่หลาย สว่ นมากประกอบดว้ ยสารอนิ ทรยี ม์ ีคารบ์ อนเปน็ องคป์ ระกอบทีม่ ีโมเลกุลเปน็ โซย่ าว ๆ หรือ เป็นโครงข่าย

3 วสั ดเุ ซรามิก เปน็ สารอนินทรียท์ ่ีประกอบดว้ ยธาตุทเ่ี ป็นโลหะและธาตทุ เี่ ปน็ อโลหะรวมตวั กันด้วยพันธะเคมี มโี ครงสรา้ งเปน็ ไดท้ ง้ั แบบมรี ูปร่างผลกึ และไมม่ ีรปู ร่างผลกึ หรือ เปน็ ของผสมของทั้งสองแบบ ข้อดีของวสั ดุเซรามกิ การนา้ วัสดเุ ซรามิกไปใช้งานทางอวกาศ คือ ใช้กระเบอื งเซรามกิ บุผนัง กระสวยอวกาศ (space shuttle) ช่วยกันความรอ้ นไม่ให้ผา่ นเขา้ ไป 1 น้าหนกั เบา ถงึ โครงสรา้ งอะลมู ิเนยี มภายในกระสวยอวกาศ เม่ือขณะบนิ ออกและ กลบั เข้าสบู่ รรยากาศของโลก 2 มคี วามแขง็ แรงสูง 3 มีความแขง็ สงู ทนความร้อน และทนตอ่ การขดั สไี ด้ดี 4 ลดการเสียดทานและมสี มบัติเปน็ ฉนวน 4 วัสดผุ สม เป็นของผสมทไี่ ดจ้ ากวสั ดุ 2 ชนดิ หรอื มากกว่า 2 ชนิดมาผสมกัน วสั ดุผสมสว่ นมากประกอบด้วย วัสดผุ สมท่ีวิศวกรใช้กนั มากมี 2 ชนิด • ใชเ้ สน้ ใยแก้วเสริมแรงในพอลเิ อสเทอร์หรอื อีพอกซี สารเติม (filler) หรือวสั ดุเสรมิ แรงท่เี หมาะสมกับตัวประสานพวกเรซิน สามารถจาแนกออกได้หลายประเภท • ใช้เส้นใยคาร์บอนเสรมิ แรงในเนืออพี อกซี บางประเภทมีเส้นใยเป็นองค์ประกอบหลัก มีเส้นใยเสริมแรงในเน้ือของวัสดุปนกับอนุภาค บางชนิดมีอนุภาค กระจายอยู่ในเนือ้ ของวสั ดุ

สมบัตแิ ละการเลอื กใช้วสั ดุ สมบตั ิของวสั ดุ สมบัตทิ างเคมี สมบัตเิ ชิงกล เปน็ สมบตั ิท่บี อกลกั ษณะเฉพาะตวั เปน็ สมบัตเิ ฉพาะตัวของวัสดุท่ีถูกกระทาด้วยแรง ท่เี กี่ยวกบั โครงสรา้ งและองคป์ ระกอบของธาตตุ า่ ง ๆ โดยท่ัวไปจะเกี่ยวกับการยืดและหดตวั ของวัสดุ ความแข็ง ท่เี ปน็ วสั ดุนน้ั ความสามารถในการรบั น้าหนกั ความสกึ หรอ และการดูดกลนื พลังงาน สมบตั ทิ างกายภาพ สมบัตเิ ชิงมิติ (ขนาด) เปน็ สมบัติเฉพาะของวัสดุท่เี ก่ียวกับอตั ราการเกิดปฏกิ ิรยิ าของ ใชใ้ นการพิจารณาในการเลอื กใช้วสั ดุ เช่น ขนาด รปู รา่ งความคงทน วัสดุนัน้ กับพลังงานในรปู ตา่ ง ๆ กัน เช่น ลกั ษณะของสี ความหนาแน่น การหลอมเหลว ปรากฏการณท์ ี่เกดิ เกย่ี วกบั ตลอดจนลักษณะของผิววา่ หยาบละเอยี ด หรอื เรยี บ เปน็ ตน้ สนามแมเ่ หล็กหรือสนามไฟฟา้ เป็นต้น

2 กรณศี ึกษาผลงานการออกแบบและเทคโนโลยี กรณศี ึกษาที่ 1 หมวกจักรยานอัจฉริยะ ขั้นตอนที่ 1 ระบปุ ญั หา หรอื ความตอ้ งการ ในปจั จุบนั การป่ันจักรยานไดร้ ับความชนื่ ชอบจากผคู้ นเปน็ อยา่ งมาก ทา้ ใหป้ ัญหาหนง่ึ ได้เพิ่มตามขนึ มาเช่นกนั คือ การเกดิ อบุ ตั เิ หตุจากการปัน่ จกั รยาน โดยมสี าเหตมุ าจากการทีจ่ ักรยานนนั ไมม่ ีสัญญาณไฟเลยี วหรอื ถ้าผปู้ น่ั จะใช้ภาษามอื ในการส่ง สญั ญาณเพอ่ื ขอทางก็ต้องนา้ มือออกจากมอื จบั จักรยาน อาจท้าให้เสียหลกั ในการทรงตวั และลม้ ลงได้ ดังน้นั ปญั หาท่ตี อ้ งแกไ้ ข คือ การสง่ สัญญาณมือ เพื่อขอทางของผปู้ ั่นจกั รยานทาให้อาจเกดิ อบุ ตั เิ หตไุ ด้ เน่ืองจากผู้ป่ันต้องปลอ่ ยมือออกจากที่จบั สง่ ผล ให้จกั รยานอาจเสยี หลักและล้มลงได้

ข้นั ตอนท่ี 2 รวบรวมขอ้ มลู ท่ีเก่ยี วขอ้ งกับปญั หา 1 23 สมั ภาษณ์ สังเกต รว่ มประสบการณ์ • พูดคุยกับผ้ปู ั่นจกั รยานเพ่อื เข้าใจถึง • ติดตามการป่ันจักรยาน • ทดลองปนั่ จักรยาน ประสบการณ์และอุปสรรคในการสง่ • สงั เกตวธิ ีการส่งสญั ญาณ • ทดลองสง่ สญั ญาณเลียวรถด้วยสญั ญาณมอื สัญญาณเลยี วรถ • ประเมินความเหมาะสมและความปลอดภยั ของวธิ ีการส่งสญั ญาณ เม่ือเขา้ ใจปัญหาของการป่นั จกั รยานแล้ว เราสามารถใช้ “แผนผงั ความเขา้ ใจ” (Empathy Map) ในการสรุปความเขา้ ใจของปัญหาได้ ดังนี เวลาเลีย้ วรถตอ้ งคอย SAY THINK ไมม่ ที างเลอื กอื่นๆ สง่ สัญญาณมือ ตอ้ งใช้สัญญาณมือถอื แผนผงั ความเขา้ ใจ ใช้มือสง่ สญั ญาณเวลาเลี้ยวรถ DO FEEL ไม่ปลอดภัย ทาให้จับจกั รยานลาบาก

ข้นั ตอนท่ี 3 เลือกวิธกี ารปญั หา ปัญหา ? รถจกั รยานส่วนใหญ่ไม่มีสัญญาณไฟเลียว ท้าให้ผ้ปู ่ันจักรยานต้องปล่อยมือออกจากท่จี บั เพ่อื ส่งสญั ญาณมอื ในการขอทางเพ่ือเลียว ส่งผลใหอ้ าจ เกิดอุบัติเหตุได้ถ้ารถจกั รยานเสียหลักและลม้ ลง เราจะ...ไดอ้ ย่างไร เราจะท้าให้ผปู้ ั่นจักรยานไมต่ อ้ งสง่ สัญญาณดว้ ยมือไดอ้ ยา่ งไร เราจะทา้ ให้การสง่ สัญญาณมือปลอดภยั มากข้นึ ไดอ้ ยา่ งไร เราจะทา้ ให้การส่งสญั ญาณมอื สะดวกและชดั เจนมากขึ้นได้อย่างไร จากการตังค้าถามดงั กล่าว ทา้ ให้เกิดความคดิ ท่ีหลากหลาย ซ่งึ หนงึ่ ในนนั ที่นา้ มา 1 สง่ เสรมิ ใหผ้ ู้ปั่นจกั รยานและผู้สัญจรได้รับความปลอดภยั เพิ่มข้ึน ทดลองปฏบิ ตั ิ คือ “การสรา้ งหมวกจักรยานอจั ฉรยิ ะ” ที่สามารถสง่ สญั ญาณ 2 ส่งเสริมใหผ้ ู้ปนั่ จกั รยานได้รับความสะดวกสบายเพิม่ ขนึ้ เลยี วซ้ายและขวาไดโ้ ดยผ่านรโี มตควบคุม การสรา้ งเทคโนโลยชี นิ นีมีจุดประสงค์ 3 ส่งเสริมให้เกิดการออกกาลงั กาย เพ่อื น้ามาแก้ปัญหา ดังนี

ข้นั ตอนท่ี 4 ออกแบบวธิ กี ารแกป้ ัญหา หลกั การสาคัญในการออกแบบวธิ ีการแก้ปญั หา คอื การสรา้ งต้นแบบเพ่อื ทดสอบความคดิ ในกรณนี อี้ ุปกรณ์ต่าง ๆ ถกู นามาใชเ้ พื่อสรา้ ง ต้นแบบของหมวกจักรยานอจั ฉริยะ เช่น ทรานซิสเตอร์ ตวั ต้านทาน สายไฟ LED บลอ็ กใสว่ งจร เป็นต้น หมวกจกั รยานอจั ฉริยะน้ี สามารถเปิดไฟหน้า ไฟเลยี้ ว และไฟฉกุ เฉนิ ไดโ้ ดยการสง่ั ผ่านรีโมตไร้สาย นอกจากนี้ไฟเลีย้ วของหมวกยังสามารถเปิด ไดน้ านถงึ 5 วินาที หมวกจักรยานอจั ฉรยิ ะมนี ้าหนักรวมทั้งหมด 375 กรมั

ข้นั ตอนท่ี 5 ทดสอบ เมือ่ ไดต้ ้นแบบของหมวกจกั รยานอัจฉรยิ ะแลว้ ขนั ตอนตอ่ ไปของกระบวนการเทคโนโลยี คอื การทดสอบวา่ การท้างานของหมวกนนั ถูกต้องและตอบโจทย์ ของผใู้ ชห้ รือไม่ และมีส่วนใดทต่ี ้องพัฒนาหรือแก้ไขบา้ ง ส่งิ ทีช่ อบ สง่ิ ทพี่ ัฒนาได้ • สะดวกสบายมากขน้ึ ในการส่ง • อายขุ องแบตเตอรท่ี ใี่ ช้งานไดน้ านข้นึ สญั ญาณเลี้ยว ไอเดยี ใหม่ๆ เพมิ่ เติม • รสู้ กึ ปลอดภยั เวลาป่นั • ปรับระบบสัญญาณไฟให้หลากหลาย ? เหมาะกับการใช้งาน เช่น มีสัญญาณเสียง ไซเรน เปน็ ตน้ สงิ่ ทย่ี ังไมเ่ ข้าใจ • การใชง้ านของรีโมท

ข้นั ตอนท่ี 6 ปรบั ปรงุ แกไ้ ข ประเมนิ แม้วา่ หมวกจักรยานอจั ฉรยิ ะจะสามารถส่งสัญญาณไดต้ ามท่อี อกแบบ แต่ยงั มีความจาเปน็ ท่จี ะตอ้ งใหค้ นมาทดลองใชห้ มวกจกั รยานอจั ฉริยะ เพมิ่ เติมเพื่อหาโอกาสในการพัฒนาให้ตอบโจทย์การใช้งานมากขึ้น

ข้นั ตอนที่ 7 นาเสนอผลงาน เม่อื ชนิ งานและความคดิ ทงั หลายได้ผ่านกระบวนการเทคโนโลยีทัง 6 ขันตอนแลว้ ก็จะตอ้ งน้าชนิ งานที่ได้มานา้ เสนอ โดยหมวกจักรยานอจั ฉริยะนีจะ น้าเสนอให้เหน็ ในรปู แบบของ Storyboard เพือ่ ให้เหน็ ล้าดับขนั ตอนการสรา้ งสรรค์ชนิ งาน Storyboard หมวกจักรยานอจั ฉรยิ ะ 1 23 ปญั หาทตี่ อ้ งการแก้ ขอ้ มลู ท่ีพบเกี่ยวกบั ปัญหา แนวทางการแก้ปญั หา • การเกิดอุบัตเิ หตขุ องผปู้ ัน่ • การส่งสญั ญาณด้วยมอื ไมส่ ะดวก • สรา้ งหมวกจกั รยานที่สามารถสง่ จกั รยานจากการใช้สัญญาณมอื และไม่ปลอดภยั สัญญาณไฟเลยี วได้ ในการเลียว • รถจกั รยานไมม่ ีสญั ญาณไฟเลียว 4 56 การทดลอง ผลการทดลองและการประเมนิ ผล เทคโนโลยที ่พี ฒั นาสาเรจ็ • ตดิ ตงั ระบบไฟ LED ที่ • ปรับแบตเตอร่ีและระบบสญั ญาณ • หมวกจักรยานที่สามารถเปิด หมวกจกั รยาน และเขยี น ไฟใหเ้ หมาะสมกับการใช้งาน ไฟหนา้ ไฟเลียว และไฟ โปรแกรมควบคุมการ ฉกุ เฉินได้โดยส่ังการผ่าน ทา้ งานของระบบไฟ รโี มตไร้สาย