คู่มือฐานการเรียนรู้ เรื่อง ลำบากแค่ไหน กลไกช่วยได้

คู่มอื การจดั กจิ กรรมการเรยี นรคู้ า่ ยบรู ณาการ สนกุ จดั เตม็ กบั สะเตม็ ศกึ ษา เร่อื ง ลาบากแคไ่ หน กลไกช่วยได้ สแกนเพอ่ื อา่ น E-Book ศนู ยว์ ทิ ยาศาสตรเ์ พอ่ื การศกึ ษาสระแกว้ สานกั งานสง่ เสรมิ การศกึ ษานอกระบบและการศกึ ษาตามอธั ยาศยั สานักงานปลดั กระทรวงศกึ ษาธกิ าร กระทรวงศกึ ษาธกิ าร จัดทาโดย นายอาพร ทองอาจ

ก คำนำ คู่มือการจัดกิจกรรมการเรียนรู้ค่ายบูรณาการสนุกจัดเต็มกับสะเต็มศึกษา ฉบับน้ีจัดทาขึ้นเพื่อใช้เป็น แนวทางในการจัดกิจกรรมการเรียนรู้ค่ายบูรณาการสนุกจัดเต็มกับสะเต็มศึกษา ของศูนย์วิทยาศาสตร์ เพื่อการศึกษาสระแก้ว รายละเอียดของค่ายสนุกจัดเต็มกับสะเต็มศึกษานั้น ประกอบด้วยฐานการเรียนรู้ และ แผนการจัดกิจกรรมการเรียนรู้ของแต่ละฐาน ซ่ึงแผนการจัดกิจกรรมการเรียนรู้พัฒนาข้ึนโดยใช้รูปแบบการจัด กิจกรรมวิทยาศาสตร์ กศน. (ONIE SCI ACTIVITY MODEL) ท่ีเน้นการเรียนรู้อย่างมีส่วนร่วม ความรับผิดชอบ ความคดิ สร้างสรรค์ และคานงึ ถงึ ผูร้ บั บรกิ ารเปน็ สาคัญ ศูนย์วิทยาศาสตร์เพ่ือการศึกษาสระแก้วขอขอบคุณผู้ท่ีมีส่วนเก่ียวข้องในการจัดทาคู่มือการจัดกิจกรรม การเรียนรู้ค่ายบูรณาการสนุกจัดเต็มกับสะเต็มศึกษา ฉบับน้ี และหวังเป็นอย่างย่ิงว่า นอกจากประโยชน์ของ ผู้ปฏิบัติงานของศูนย์วิทยาศาสตร์เพ่ือการศึกษาสระแก้วโดยตรงแล้ว จะเป็นประโยขน์ต่อผู้ท่ีสนใจ ให้เกิดความรู้ ความเข้าใจกิจกรรมการเรียนรู้ค่ายทบ่ี รู ณาการองคค์ วามรูท้ างด้านวทิ ยาศาสตรแ์ ละศาสตรท์ เ่ี ก่ียวข้องเปน็ อย่างดี (นางยุวดี แจ้งกร) ผู้อานวยการศนู ย์วทิ ยาศาสตร์เพอื่ การศกึ ษาจังหวัดสระแก้ว มกราคม 2561

สำรบญั ข คำนำ หน้ำ สำรบญั ก ข ฐำนกำรเรยี นรู้ เรอ่ื ง ลำบำกแค่ไหน กลไกชว่ ยได้ 1 แผนกำรจัดกจิ กรรมกำรเรียนรู้ เรอ่ื ง ลำบำกแค่ไหน กลไกชว่ ยได้ 2 6 ใบความรสู้ าหรบั ผู้จัดกิจกรรม เรื่อง ลาบากแค่ไหน กลไกช่วยได้ 9 ใบความร้สู าหรบั ผู้รับบรกิ าร เร่ือง ลาบากแคไ่ หน กลไกชว่ ยได้ 12 ใบกจิ กรรม เรื่อง ลาบากแค่ไหน กลไกชว่ ยได้

หน้า |1 ฐานการเรียนรู้ เรอื่ ง ลาบากแคไ่ หน กลไกชว่ ยได้

หน้า |2 กิจกรรมการเรยี นรู้ เรือ่ ง ลาบากแคไ่ หน กลไกช่วยได้ เวลา 2 ช่ัวโมง แนวคดิ ลำบำกแค่ไหน กลไกช่วยได้ เป็นกำรเรยี นรูว้ ทิ ยำศำสตรเ์ กี่ยวกบั เฟอื งน่ำรู้ และเกยี ร์สงู เกยี รต์ ่ำ เมื่อรถยนต์ และรถจักรยำนยนต์เริ่มเคล่ือนท่ีหรือข้ึนที่สูงชันต้องใช้แรงมำกในกำรขับเคลื่อนแต่กำรเพิ่มอัตรำเร็วของรถ ในขณะทีร่ ถกำลังแลน่ นัน้ จะใชแ้ รงน้อยกว่ำเมอื่ เทียบกับขณะรถเร่ิมเคลอื่ นทรี่ ถยนต์ และรถจกั รยำนยนต์จึงต้องมี ระบบเฟอื งเปน็ อปุ กรณใ์ นกำรปรับแรงและเปล่ียนอตั รำเรว็ อุปกรณ์หลักของระบบเฟอื งอย่ำงง่ำยประกอบด้วยเฟืองสองอันสบกัน ทำหน้ำท่ีเป็นเฟืองขับและเฟือง ตำมหมุนในทิศทำงตรงกันข้ำม ดังนั้นในกำรออกแบบและสร้ำงรถจำลองเพ่ือให้สำมำรถแล่นได้บนทำงเรียบ ขึ้นเนิน จะต้องใช้ควำมรู้เรื่องระบบเฟือง อตั รำทดของเฟอื ง และกำรเลือกใช้เฟืองที่เหมำะสมในกำรสรำ้ งชิน้ งำน วตั ถปุ ระสงค์ เมอื่ สิ้นสดุ แผนกำรจัดกจิ กรรมกำรเรยี นรู้น้แี ลว้ ผู้รับบริกำรสำมำรถ 1. อธบิ ำยหลักกำรทำงวิทยำศำสตรท์ ่เี ก่ียวกับระบบเฟืองที่นำมำใช้ในกำรสรำ้ งรถจำลองท่สี อดคลอ้ ง กบั สถำนกำรณ์ทีก่ ำหนดให้ 2. ออกแบบและสร้ำงรถจำลองใหส้ ำมำรถว่งิ ได้บนทำงเรยี บ เนอ้ื หา 1. เฟืองน่ำรู้ 2. เกยี ร์สงู เกียร์ตำ่ 3. กำรประดษิ ฐ์รถจำลอง ขน้ั ตอนการดาเนนิ กิจกรรมการเรียนร้ขู องผู้รบั บรกิ าร ใหผ้ ้รู ับบรกิ ำรตอบคำถำม จำนวน 2 ประเดน็ ดังนี้ ประเดน็ ที่ 1 “ทำ่ นคิดว่ำ รถจะวง่ิ ได้ต้องมีองค์ประกอบอะไรบำ้ ง” ประเดน็ ท่ี 2 “ทำ่ นคดิ วำ่ เฟืองมีผลกับกำรเคล่อื นท่ีของรถหรอื ไม่ เพรำะเหตุใด” แนวกำรตอบ ประเดน็ ท่ี 1 “ทำ่ นคิดว่ำ รถจะวิ่งได้ตอ้ งมอี งค์ประกอบอะไรบ้ำง” รถจะวิง่ ได้ตอ้ งมีองค์ประกอบ เครื่องยนต์ ลอ้ เชอ้ื เพลิง เกียร์ คนขบั เพลำ ประเด็นที่ 2 “ทำ่ นคิดว่ำ เฟอื งมผี ลกับกำรเคล่อื นทีข่ องรถหรอื ไม่ เพรำะเหตุใด” เฟืองมีผลกับกำรเคลื่อนทีข่ องรถ เพรำะว

หน้า |3 ขั้นตอนท่ี 2 กิจกรรมการเรยี นรวู้ ิทยาศาสตรท์ ี่ท้าทาย (C : Challenge Learning Activity) 1. ผู้จัดกิจกรรมเช่ือมโยงเน้ือหำในข้ันตอนท่ี 1 เรื่อง ลำบำกแค่ไหน กลไกช่วยได้ โดยให้ผู้รับบริกำรศึกษำ ใบควำมรู้สำหรับผู้รับบริกำร เร่ือง ลำบำกแค่ไหน กลไกช่วยได้ หลังจำกน้ันให้ตัวแทนผู้รับบริกำร จำนวน 2 คน ทสี่ มคั รใจ นำเสนอ และสรุปผลกำรเรียนรรู้ ่วมกนั 2. ผู้จัดกิจกรรมบรรยำยเร่ืองเฟืองนำ่ รู้ และวิธีกำรสร้ำงส่ิงประดิษฐ์รถจำลอง ตำมใบกิจกรรม เรื่อง ลำบำก แคไ่ หน กลไกช่วยได้ โดยมรี ำยละเอียด ดงั น้ี 2.1 แบ่งกลุม่ ผูร้ ับบริกำรออกเป็นกลมุ่ ๆ ละ 5 - 10 คน 2.2 แจกอุปกรณใ์ ห้กับผูร้ ับบริกำร 2.3 ผู้จัดกิจกรรมให้ผู้รับบริกำรแต่ละกลุ่ม สำรวจเฟืองขับ–เฟืองตำม เพื่อหำควำมสัมพันธ์ระหว่ำง จำนวนฟันของเฟืองขับและจำนวนฟันของเฟอื งตำม และหำควำมสัมพันธ์ระหว่ำงจำนวนรอบของเฟืองขับ เม่ือเทียบกับจำนวนรอบของเฟืองตำม โดยจำนวนรอบท่ีพิจำรณำจะเป็นจำนวนเต็มรอบ จำกนั้นบันทึก ขอ้ มูลตำมใบกจิ กรรม เรื่อง ลำบำกแค่ไหน กลไปช่วยได้ 2.4 ให้แต่ละกลุ่มสรำ้ งส่งิ ประดิษฐ์รถจำลอง ตำมเง่ือนไขทีก่ ำหนดดงั น้ี 1. ใหผ้ ู้รับบรกิ ำรแต่ละกลุม่ สร้ำงรถจำลอง ใหเ้ วลำ 30 นำที 2. ให้ใช้วสั ดุทม่ี อี ยจู่ ำกดั ใหเ้ กิดประโยชน์สงู สุด 3. ให้นำรถจำลองของแต่ละกล่มุ มำทดสอบ จำกนั้นใหท้ กุ กล่มุ นำกลบั ไปแกไ้ ขเพิม่ เติม ให้เวลำ 10 นำที เมือ่ ครบเวลำทีก่ ำหนดให้ทกุ กลมุ่ นำมำแข่งขันกนั โดยเริ่มว่งิ จำกจุดเดียวกัน ระยะทำง 2 เมตร จำกน้ันจบั เวลำของรถแตล่ ะกลมุ่ ท่ใี ช้ในกำรเคล่อื นท่ี และบนั ทกึ ผล 4. ใหแ้ ตล่ ะกลุ่มวิเครำะหห์ ำควำมเชอื่ มโยง STEM เขยี นลงในกระดำษบรุ๊ฟ 1. เขียนชอื่ กจิ กรรม 2. วำดรปู ภำพสิง่ ประดษิ ฐ์ 3. หำควำมเช่ือมโยง STEM (ใชห้ ลกั การใดเขา้ มาเกย่ี วขอ้ ง) • S = .................................................................. • T = .................................................................. • E = .................................................................. • M= .................................................................. 5. ผู้จัดกิจกรรมคัดเลือกคัดเลือกรถท่ีวิ่งเร็วท่ีสุด ใช้เวลำน้อยที่สุด ออกมำนำเสนอรถจำลอง ทส่ี รำ้ งขึน้ แนวคิดในกำรสรำ้ ง เหตุผลในกำรเลือกเฟือง รวมทง้ั ผลกำรทดสอบและกำรปรบั ปรุง แกไ้ ขรถจำลองจนมีประสิทธผิ ลที่ต้องกำร 6. ผู้จัดกิจกรรมและผู้รับบรกิ ำรแลกเปลยี่ นควำมคิดเหน็ และสรปุ สิ่งทไ่ี ดเ้ รียนรู้รว่ มกนั

หน้า |4 ขั้นตอนท่ี 3 กิจกรรมการสรุปผลการนาวิทยาศาสตร์ไปใชใ้ นชีวติ ประจาวัน (I : Implementation Conclusion Activity) 1. ให้ผรู้ บั บริกำรตอบคำถำมโดยสุ่มผ้รู ับบรกิ ำร จำนวน 3 – 5 คน ตำมควำมสมัครใจ ใหต้ อบคำถำมในประเด็น “ท่ำนจะนำควำมรู้ เรอื่ ง ลำบำกแค่ไหน กลไกชว่ ยได้ ไปใช้ประโยชน์ในชวี ติ ประจำวนั ไดอ้ ยำ่ งไร” 2. ผจู้ ัดกจิ กรรมและผู้รับบรกิ ำรสรปุ ส่ิงท่ไี ด้เรยี นรู้ร่วมกนั สอ่ื วสั ดอุ ุปกรณ์ และแหลง่ เรียนรู้ 1. ใบควำมรู้สำหรับผู้จัดกจิ กรรม เรื่อง ลำบำกแคไ่ หน กลไกชว่ ยได้ 2. ใบควำมรสู้ ำหรบั ผรู้ ับบรกิ ำร เรอ่ื ง ลำบำกแค่ไหน กลไกช่วยได้ 3. ใบกิจกรรม เร่อื ง ลำบำกแค่ไหน กลไกชว่ ยได้ 4. วัสดอุ ปุ กรณ์มดี งั นี้ 1. โครงรถจำลอง 1 ชุด 2. ลอ้ และเพลำ 1 ชุด 3. ชุดเฟอื งทม่ี ีจำนวนฟนั ต่ำงกนั 4. มอเตอรข์ นำด 3,000 รอบต่อนำที 3 V 5. ถำ่ นอัลคำไลน์ AA 6. รำงถำ่ นแบบ 2 ก้อน มีสวติ ซ์ เปดิ – ปิด 7. ชุดสำรวจเฟอื งขบั -เฟอื งตำม 8. ถนนจำลองเส้นทำงเรียบ ระยะทำง 2.5 เมตร 9. กระดำษกำว เทปใส กำวสองหนำ้ 10. คตั เตอร์ กรรไกร 11. กระดำษบรุ๊ฟ 12. ปำกกำเคมี การวัดและประเมินผล 1. สงั เกตกระบวนกำรมีสว่ นรว่ ม ไดแ้ ก่ อภิปรำย ตอบคำถำม 2. ตรวจใบกิจกรรม 3. ชิ้นงำน/ผลงำน

หน้า |5 บันทกึ ผลหลังการจัดกิจกรรมการเรียนรู้ ผลการใชแ้ ผนการจดั กิจกรรมการเรยี นรู้ 1. จำนวนเน้อื หำกับจำนวนเวลำ เหมำะสม ไมเ่ หมำะสม ระบเุ หตุผล .................................................................................................................................................................... ............................................................................................................................................................ 2. กำรเรยี งลำดับเนอื้ หำกบั ควำมเขำ้ ใจของผ้รู บั บริกำร เหมำะสม ไม่เหมำะสม ระบุเหตุผล .................................................................................................................................................................... ........................................................................................................................................................... 3. กำรนำเขำ้ สู่บทเรยี นกับเน้ือหำแต่ละหวั ขอ้ เหมำะสม ไมเ่ หมำะสม ระบุเหตุผล .................................................................................................................................................................... ........................................................................................................................................................... 4. วิธีกำรจัดกจิ กรรมกำรเรียนร้กู ับเนื้อหำในแต่ละขอ้ เหมำะสม ไมเ่ หมำะสม ระบเุ หตผุ ล .................................................................................................................................................................... ........................................................................................................................................................... 5. กำรประเมินผลกบั วตั ถปุ ระสงคใ์ นแต่ละเนื้อหำ เหมำะสม ไมเ่ หมำะสม ระบเุ หตุผล .................................................................................................................................................................... ........................................................................................................................................................... ผลกำรเรียนร้ขู องผ้รู บั บรกิ ำร ........................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................... ผลกำรจัดกิจกรรมกำรเรียนรู้ของผ้จู ดั กิจกรรม ........................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................... ข้อเสนอแนะ ................................................................................................................................................................................... ...........................................................................................................................................................

หน้า |6 ใบความรู้สาหรบั ผ้จู ัดกิจกรรม เรอื่ ง ลาบากแคไ่ หน กลไกชว่ ยได้ วัตถุประสงค์ เมือ่ ส้ินสุดแผนกำรจดั กิจกรรมกำรเรยี นรนู้ ้ีแลว้ ผู้รับบริกำรสำมำรถ 1. อธิบำยหลกั กำรทำงวิทยำศำสตรท์ เ่ี กย่ี วกับระบบเฟอื งทีน่ ำมำใชใ้ นกำรสร้ำงรถจำลองท่ีสอดคล้อง กับสถำนกำรณท์ ่ีกำหนดให้ 2. ออกแบบและสรำ้ งรถจำลองใหส้ ำมำรถวิ่งได้บนทำงเรียบ เนื้อหา 1. เฟืองน่ำรู้ 2. เกียร์สงู เกยี ร์ตำ่ 5. กำรประดิษฐ์รถจำลอง วัสดุ อุปกรณ์ 1. โครงรถจำลอง 1 ชุด 2. ล้อและเพลำ 1 ชดุ 3. ชดุ เฟืองท่ีมีจำนวนฟนั ต่ำงกัน 4. มอเตอรข์ นำด 3,000 รอบตอ่ นำที 3 V 5. ถ่ำนอลั คำไลน์ AA 6. รำงถำ่ นแบบ 2 กอ้ น มีสวติ ซ์ เปิด – ปิด 7. ชุดสำรวจเฟอื งขบั -เฟอื งตำม 8. ถนนจำลองเสน้ ทำงเรยี บ ระยะทำง 2.5 เมตร 9. กระดำษกำว เทปใส กำวสองหน้ำ 10. คัตเตอร์ กรรไกร 11. กระดำษบร๊ฟุ 12. ปำกกำเคมี

หน้า |7 ใบความรู้ เรอื่ ง ลาบากแคไ่ หน กลไกช่วยได้ เฟอื งนา่ รู้ รถยนต์และจกั รยำนยนต์ทกุ ชนิด จะมเี ฟอื งหรอื เรียกเป็นภำษำองั กฤษวำ่ เกียร์ในกำรสง่ กำลัง จำกแหล่ง ต้นกำลัง (เชน่ เคร่ืองยนต์ มอเตอรไ์ ฟฟ้ำ) ไปยงั เพลำขับเคลอ่ื น เฟืองอย่ำงง่ำยประกอบด้วย เฟือง 2 อันสบกัน เฟืองอันหน่ึงยึดติดกับแกนของแหล่งต้นกำลัง เรียกว่ำ เฟืองขับ ทำหน้ำที่ขับเคล่ือนเฟืองอีกตัวหน่ึงให้หมุนในทิศทำงตรงข้ำม และเฟืองอันท่ีสองยึดติดกับเพลำ ขับเคลื่อน เรยี กว่ำ เฟอื งตาม อตั รำทดของเฟอื งหรือเกียร์จะมีผลตอ่ แรงท่ใี ชใ้ นกำรขบั เคลอื่ นรถ เฟืองมหี ลำยชนดิ แต่ในกิจกรรมนี้จะใช้เฉพำะเฟอื งตรงซง่ึ เป็นเฟอื งทีม่ ีฟันขนำนกบั แกนหมุน ระบบเฟืองท่ีมีเฟืองขับและเฟืองตำมทำงำนร่วมกัน หำกเฟืองขับมีขนำดเล็กกว่ำเฟืองตำมจะทำให้ได้ แรงบิดมำกขึ้นซ่ึงอธบิ ำยได้ด้วยหลักกำรของ ทอร์ค (Torque) หรือแรงบิด ทำให้วัตถุเกิดกำรหมุน เช่น ถ้ำกำหนด ให้ r1 แทนรัศมีของเฟืองขับ r2 แทนรัศมีของเฟืองตำม และ F1 และ F2 แทนแรงท่ีเฟืองท้ังสองอันกระทำต่อกัน ในแนวตั้งฉำกดงั รปู ซงึ่ แรงทงั้ สองนีม้ ีขนำดเท่ำกันตำมกฎข้อที่ 3 ของนิวตนั จะได้วำ่ τ1 = r1F1 และ τ2 = r2F2 โดยท่ี F1 = F2 ดังนั้น จงึ ได้ว่ำ ทอรค์ (Torque) ของเฟืองตำมมีค่ำมำกกว่ำเฟืองขับ ซง่ึ มีผลทำใหร้ ะบบเฟอื งน้ไี ดแ้ รงบดิ มำกข้นึ นัน่ เอง

หน้า |8 เกยี รส์ ูง – เกียรำ์ต่ เกียร์สูง – เกียรำ์ตส่ ำคัญอย่างไร เกียร์ที่มีอัตรำทดสูงจะให้แรงบิดมำก เช่น เกียร์ 1 เกียร์ 2 ในรถยนต์หรือรถจักรยำนยนต์ เรำนิยม เรียกว่ำ “เกยี ร์ต่า” และเกยี ร์ทมี่ อี ัตรำทดของเฟืองต่ำจะให้แรงบิดน้อย เช่น เกยี ร์ 4 และเกยี ร์ 5 เรำนยิ มเรียกว่ำ “เกียรส์ ูง” เรำจะใช้เกยี ร์ต่ำเม่อื เวลำรถออกตวั หรือขน้ึ ที่ลำดชนั และจะใชเ้ กียร์สูงเมือ่ เวลำท่ีเรำขับรถด้วยอัตรำเร็ว พอสมควรอยู่แล้วและต้องกำรเพ่ิมอัตรำเร็วให้สูงข้ึน เน่ืองจำกกำรทำให้รถเร่ิมเคล่ือนท่ีต้องอำศัยแรงมำกกว่ำ กำรทำให้รถแล่นต่อไปหลังจำกออกรถแล้ว รวมทั้งกำรขับรถข้ึนท่ีลำดชันก็ต้องใช้แรงมำกกว่ำกำรขับรถบนพื้น รำบน่ันเอง จากรถยนต์เกียร์ธรรมดาส่รู ถยนต์เกียร์อตั โนมัตไิ ดอ้ ย่างไร รถยนต์ในปัจจุบันใช้ระบบเกียร์หลัก 2 แบบ คือ เกียร์ธรรมดา (Manual Transmission) และ เกียร์ อตั โนมตั ิ (Automatic Transmission) ซง่ึ แต่เดมิ รถยนต์รนุ่ แรก ๆ ของโลกถกู ผลิตขนึ้ โดยใช้ระบบเกยี ร์ธรรมดำ เทำ่ นนั้ แต่เนือ่ งจำกเกยี ร์ธรรมดำมคี วำมซบั ซ้อนในกำรใชง้ ำนหลำยอย่ำง เช่น กำรใชเ้ วลำในกำรเปลยี่ นเกียร์ กำร ผอ่ นคนั เร่ง กำรเหยียบคลัตช์ วศิ วกรจึงคิดค้นระบบเกียร์อัตโนมตั ิขึน้ และพัฒนำมำจนถงึ ปัจจบุ ัน รถยนต์เกียร์อัตโนมัติในปัจจุบันเป็นรถที่ใช้ระบบอิเล็กทรอนกิ ส์เข้ำมำช่วยควบคุมกำรทำงำนของเกยี ร์ น่ันคือรถจะมีกำรเปลี่ยนเกียรเ์ องในขณะท่ีรถถูกขับเคล่ือนไปข้ำงหนำ้ โดยที่ผู้ขับขี่เข้ำเกียร์เพยี งครง้ั เดียวเท่ำน้นั กำรเปล่ียนตำแหน่งเกียร์จะมกี ำรตั้งโปรแกรมกำรทำงำนให้เหมำะสมกับควำมเร็วรอบของเคร่ืองยนต์ และมกี ำร ใช้แรงดันในระบบน้ำมันเกียร์ซึ่งมีปั๊มสร้ำงแรงดันเช่นเดียวกับระบบไฮดรอลิกซ่ึงแรงดันที่เพิ่มข้ึนตำมควำมเร็ว รอบเครอื่ งยนต์จะถูกนำมำใชใ้ นกำรเปลี่ยนตำแหน่ง

หน้า |9 ใบความรสู้ าหรบั ผ้รู ับบริการ เรอื่ ง ลาบากแค่ไหน กลไกชว่ ยได้ วัตถุประสงค์ เมือ่ สิน้ สุดแผนกำรจดั กิจกรรมกำรเรียนรนู้ แี้ ลว้ ผู้รบั บรกิ ำรสำมำรถ 1. อธบิ ำยหลักกำรทำงวทิ ยำศำสตร์ท่ีเกย่ี วกบั ระบบเฟอื งทนี่ ำมำใช้ในกำรสร้ำงรถจำลองท่สี อดคล้อง กับสถำนกำรณท์ กี่ ำหนดให้ 2. ออกแบบและสร้ำงรถจำลองใหส้ ำมำรถว่งิ ไดบ้ นทำงเรยี บ เนอ้ื หา 1. เฟอื งน่ำรู้ 2. เกยี ร์สงู เกียร์ตำ่ 5. กำรประดิษฐ์รถจำลอง วัสดุ อปุ กรณ์ 1. โครงรถจำลอง 1 ชุด 2. ล้อและเพลำ 1 ชดุ 3. ชุดเฟอื งทม่ี จี ำนวนฟันตำ่ งกนั 4. มอเตอรข์ นำด 3,000 รอบต่อนำที 3 V 5. ถ่ำนอัลคำไลน์ AA 6. รำงถ่ำนแบบ 2 กอ้ น มีสวิตซ์ เปิด – ปดิ 7. ชดุ สำรวจเฟอื งขบั -เฟอื งตำม 8. ถนนจำลองเส้นทำงเรียบ ระยะทำง 2.5 เมตร 9. กระดำษกำว เทปใส กำวสองหน้ำ 10. คัตเตอร์ กรรไกร 11. กระดำษบรุฟ๊ 12. ปำกกำเคมี

ห น ้ า | 10 ใบความรู้ เร่อื ง ลาบากแค่ไหน กลไกชว่ ยได้ เฟอื งนา่ รู้ รถยนต์และจักรยำนยนต์ทุกชนิดจะมีเฟืองหรือเรียกเป็นภำษำอังกฤษว่ำเกียร์ในกำรส่งกำลังจำกแหล่ง ตน้ กำลัง (เช่น เครอื่ งยนต์ มอเตอรไ์ ฟฟำ้ ) ไปยงั เพลำขบั เคลื่อน เฟืองอย่ำงง่ำยประกอบด้วย เฟือง 2 อันสบกัน เฟืองอันหน่ึงยึดติดกับแกนของแหล่งต้นกำลัง เรียกว่ำ เฟืองขับ ทำหน้ำที่ขับเคล่ือนเฟืองอีกตัวหน่ึงให้หมุนในทิศทำงตรงข้ำม และเฟืองอันท่ีสองยึดติดกับเพลำ ขบั เคล่อื น เรียกว่ำ เฟืองตาม อตั รำทดของเฟอื งหรอื เกยี ร์จะมีผลต่อแรงทีใ่ ช้ในกำรขับเคลื่อนรถ เฟอื งมีหลำยชนดิ แต่ในกิจกรรมน้ีจะใชเ้ ฉพำะเฟอื งตรงซ่งึ เปน็ เฟืองทม่ี ฟี นั ขนำนกับแกนหมุน ระบบเฟืองที่มีเฟืองขับและเฟืองตำมทำงำนร่วมกัน หำกเฟืองขับมีขนำดเล็กกว่ำเฟืองตำมจะทำให้ได้ แรงบิดมำกขึ้นซ่ึงอธิบำยได้ด้วยหลักกำรของ ทอร์ค (Torque) หรือแรงบิด ทำให้วัตถุเกิดกำรหมุน เช่น ถ้ำ กำหนดให้ r1 แทนรศั มีของเฟืองขับ r2 แทนรศั มขี องเฟอื งตำม และ F1 และ F2 แทนแรงทเ่ี ฟอื งท้งั สองอันกระทำต่อ กนั ในแนวตงั้ ฉำกดังรูป ซึ่งแรงทั้งสองนีม้ ีขนำดเท่ำกนั ตำมกฎข้อที่ 3 ของนวิ ตนั จะไดว้ ่ำ τ1 = r1F1 และ τ2 = r2F2 โดยท่ี F1 = F2 ดังน้ัน จึงได้ว่ำ ทอร์ค (Torque) ของเฟืองตำมมคี ่ำมำกกว่ำเฟืองขับ ซ่ึงมีผลทำให้ระบบเฟอื งน้ไี ด้แรงบดิ มำกขน้ึ นนั่ เอง

ห น ้ า | 11 เกยี ร์สูง – เกียรำ์ต่ เกียร์สูง – เกียรำต์ ่สำคัญอยา่ งไร เกียร์ที่มีอัตรำทดสูงจะให้แรงบิดมำก เช่น เกียร์ 1 เกียร์ 2 ในรถยนต์หรือรถจักรยำนยนต์ เรำนิยม เรยี กวำ่ “เกียรต์ ่า” และเกยี รท์ ่มี อี ัตรำทดของเฟืองต่ำจะใหแ้ รงบิดนอ้ ย เช่น เกยี ร์ 4 และเกยี ร์ 5 เรำนิยมเรยี กวำ่ “เกียร์สูง” เรำจะใช้เกียร์ต่ำเม่ือเวลำรถออกตัวหรือขึ้นที่ลำดชัน และจะใช้เกียร์สูงเมื่อเวลำท่ีเรำขับรถด้วย อัตรำเร็วพอสมควรอยู่แล้วและต้องกำรเพ่ิมอัตรำเร็วให้สูงข้ึน เน่ืองจำกกำรทำให้รถเริ่มเคล่ือนท่ีต้องอำศัยแรง มำกกวำ่ กำรทำให้รถแลน่ ต่อไปหลงั จำกออกรถแล้ว รวมทงั้ กำรขับรถข้ึนท่ลี ำดชันก็ตอ้ งใช้แรงมำกกว่ำกำรขับรถ บนพื้นรำบน่ันเอง จากรถยนต์เกยี รธ์ รรมดาสู่รถยนต์เกียร์อตั โนมัตไิ ดอ้ ยา่ งไร รถยนต์ในปัจจุบันใช้ระบบเกียร์หลัก 2 แบบ คือ เกียร์ธรรมดา (Manual Transmission) และ เกียร์ อัตโนมตั ิ (Automatic Transmission) ซ่งึ แต่เดมิ รถยนตร์ นุ่ แรก ๆ ของโลกถกู ผลิตขึ้นโดยใช้ระบบเกียร์ธรรมดำ เท่ำนนั้ แตเ่ นือ่ งจำกเกียรธ์ รรมดำมคี วำมซับซ้อนในกำรใชง้ ำนหลำยอยำ่ ง เชน่ กำรใช้เวลำในกำรเปลี่ยนเกยี ร์ กำร ผ่อนคนั เร่ง กำรเหยยี บคลัตช์ วศิ วกรจึงคิดคน้ ระบบเกยี รอ์ ัตโนมัติข้นึ และพัฒนำมำจนถงึ ปัจจุบัน รถยนต์เกียร์อัตโนมัติในปัจจุบันเป็นรถท่ีใช้ระบบอิเล็กทรอนิกส์เข้ำมำช่วยควบคุมกำรทำงำนของเกียร์ นั่นคือรถจะมีกำรเปลี่ยนเกียร์เองในขณะที่รถถูกขับเคล่ือนไปข้ำงหนำ้ โดยท่ีผู้ขับข่ีเข้ำเกียร์เพยี งครั้งเดียวเทำ่ นั้น กำรเปล่ียนตำแหนง่ เกียร์จะมีกำรต้งั โปรแกรมกำรทำงำนใหเ้ หมำะสมกับควำมเร็วรอบของเครื่องยนต์ และมกี ำร ใช้แรงดันในระบบน้ำมันเกียร์ซ่ึงมีป๊ัมสร้ำงแรงดันเช่นเดียวกับระบบไฮดรอลิกซ่ึงแรงดันท่ีเพ่ิมขึ้นตำมควำมเร็ว รอบเคร่ืองยนต์จะถกู นำมำใชใ้ นกำรเปลยี่ นตำแหนง่

ห น ้ า | 12 ใบกิจกรรม เรือ่ ง ลาบากแค่ไหน กลไกชว่ ยได้ วัตถุประสงค์ เมอ่ื สิ้นสดุ แผนกำรจดั กจิ กรรมกำรเรียนรนู้ ีแ้ ล้ว ผู้รับบริกำรสำมำรถ 1. อธิบำยหลกั กำรทำงวทิ ยำศำสตร์ท่ีเก่ยี วกบั ระบบเฟืองที่นำมำใชใ้ นกำรสร้ำงรถจำลองทส่ี อดคลอ้ ง กับสถำนกำรณท์ กี่ ำหนดให้ 2. ออกแบบและสร้ำงรถจำลองให้สำมำรถวงิ่ ไดบ้ นทำงเรยี บ เน้ือหา 1. เฟืองน่ำรู้ 2. เกยี ร์สูง เกยี ร์ตำ่ 5. กำรประดิษฐ์รถจำลอง คาช้แี จง รายละเอียดกิจกรรมการสร้างรถจาลอง 1. แบ่งกล่มุ ผู้รับบริกำรออกเปน็ กลุ่ม ๆ ละ 5 - 10 คน 2. แจกอปุ กรณใ์ หก้ ับผู้รับบรกิ ำรแต่ละกลมุ่ 3. ผู้จัดกิจกรรมให้ผ้รู บั บริกำรแต่ละกลุ่ม สำรวจเฟืองขบั –เฟอื งตำม เพ่ือหำควำมสัมพนั ธร์ ะหว่ำงจำนวน ฟันของเฟอื งขบั และจำนวนฟนั ของเฟืองตำม และหำควำมสัมพนั ธร์ ะหวำ่ งจำนวนรอบของเฟอื งขับเม่ือเทยี บ กบั จำนวนรอบของเฟอื งตำม โดยจำนวนรอบท่ีพจิ ำรณำจะเป็นจำนวนเตม็ รอบ จำกน้นั บันทึกข้อมลู ตำมใบ กิจกรรม เรื่อง ลำบำกแคไ่ หน กลไปช่วยได้

ห น ้ า | 13 ภาพการใช้อุปกรณช์ ุดเฟืองขบั – เฟืองตาม จำนวนฟันของเฟอื งตำม = จำนวนรอบของเฟอื งขบั จำนวนฟนั ของเฟืองขบั จำนวนรอบของเฟืองตำม อัตรำสว่ นทีไ่ ด้ เรยี กว่ำ อัตรำทดเฟอื ง หรืออตั รำทดเกียร์

ห น ้ า | 14 4. ใหแ้ ต่ละกลมุ่ สร้ำงส่งิ ประดิษฐร์ ถจำลอง ตำมเงื่อนไขทกี่ ำหนดดังนี้ 1. ใหผ้ ู้รบั บริกำรแต่ละกลุ่มสร้ำงรถจำลอง ใหเ้ วลำ 30 นำที 2. ใหใ้ ช้วสั ดทุ ี่มอี ยู่จำกดั ให้เกดิ ประโยชนส์ ูงสดุ 3. ให้นำรถจำลองของแต่ละกลุม่ มำทดสอบ จำกนั้นใหท้ กุ กลุ่มนำกลับไปแกไ้ ขเพิ่มเติม ใหเ้ วลำ 10 นำที เมือ่ ครบเวลำทีก่ ำหนดให้ทุกกลมุ่ นำมำแขง่ ขนั กนั โดยเรมิ่ ว่ิงจำกจุดเดยี วกนั ระยะทำง 2 เมตร จำกนนั้ จับเวลำของรถแต่ละกลมุ่ ทีใ่ ชใ้ นกำรเคลื่อนที่ และบนั ทึกผล เวลำท่ใี ช้ในกำรเคลอื่ นที่.....................................................วินำที ระยะทำง............................................................................เมตร รถเคลือ่ นท่ดี ้วยอตั รำเรว็ ....................................................เมตร 4. ใหแ้ ต่ละกลมุ่ วิเครำะห์หำควำมเชอ่ื มโยง STEM เขียนลงในกระดำษบรฟุ๊ 1. เขยี นชอ่ื กจิ กรรม 2. วำดรูปภำพสง่ิ ประดษิ ฐ์ 3. หำควำมเชอื่ มโยง STEM (ใชห้ ลักการใดเขา้ มาเกีย่ วข้อง) • S = .................................................................. • T = .................................................................. • E = .................................................................. • M= .................................................................. 5. ผู้จัดกิจกรรมคัดเลือกรถที่ว่ิงเร็วที่สุด ใช้เวลำน้อยท่ีสุด ออกมำนำเสนอรถจำลองท่ีสร้ำงขนึ้ แนวคิดในกำรสร้ำง เหตุผลในกำรเลือกเฟือง รวมทั้งผลกำรทดสอบและกำรปรับปรุงแก้ไขรถ จำลองจนมีประสิทธิผลทต่ี อ้ งกำร 6. ผูจ้ ดั กจิ กรรมและผ้รู บั บรกิ ำรแลกเปลย่ี นควำมคดิ เห็น และสรปุ สิง่ ทีไ่ ดเ้ รียนรูร้ ่วมกัน