นิตยสาร สสวท. ฉบับที่ 258

20 | นิตยสาร สสวท. การต่อชิ้นส่วนสามมิติแบบใดที่สามารถรวมกันได้ นักเรียนจะออกแบบ แนวทางการทดลองอย่างไร” และ “ปริมาณใดในการทดลองที่นักเรียนจะ กำ�หนดให้คงที่และปรับเปลี่ยนเพื่อเปรียบเทียบรูปแบบการต่อชิ้นส่วน” ตัวอย่างแผนการทดลองที่นักเรียนอาจออกแบบ ได้แก่ ทดลองต่อชิ้นส่วน สองชิ้นที่มีสีแตกต่างกันแต่ชิ้นส่วนทั้งสองมีชนิดของควาร์กแบบเดียวกัน ทดลองต่อชิ้นส่วนสองชิ้นที่มีชนิดของควาร์กแตกต่างกันแต่ชิ้นส่วน ทั้งสองมีสีเดียวกัน ทดลองต่อชิ้นส่วนสามชิ้นที่มีสีแตกต่างกันสามสีแต่ ชิ้นส่วนทั้งสามมีชนิดของควาร์กแบบเดียวกัน ทดลองต่อชิ้นส่วนสามชิ้น ที่มีชนิดของควาร์กแตกต่างกันแต่ชิ้นส่วนทั้งสามมีสีเดียวกัน จากนั้น ครูให้นักเรียนออกแบบตารางบันทึกผลการทดลองด้วยตนเอง ลงมือ ทดลองและรวบรวมข้อมูล โดยมีตัวอย่างตารางบันทึกผลการทดลองของ นักเรียน ดังภาพ 2 หลังจากนักเรียนแต่ละกลุ่มลงมือทดลองและบันทึกข้อมูล ครบถ้วนแล้ว ครูนำ�เข้าสู่ขั้นตอนการวิเคราะห์และสรุปผลโดยใช้คำ�ถาม ดังนี้ “เมื่อพิจารณาข้อมูลในตารางบันทึกผล นักเรียนเห็นรูปแบบการรวมกัน ได้อย่างไรบ้าง” ซึ่งนักเรียนจะค้นพบรูปแบบสำ�คัญสองประการ ได้แก่ กรณีการรวมกันของชิ้นส่วนควาร์กสองชิ้นจะพบว่า ชิ้นส่วน สามารถรวมกันได้เมื่อชิ้นส่วนทั้งสองมีชนิดของควาร์กแตกต่างกันคือ ชิ้นหนึ่งเป็นควาร์ก ( u หรือ d ) อีกชิ้นเป็นแอนติควาร์ก ( หรือ ) ไม่ว่าจะมีสีเดียวกันหรือต่างสีก็ตาม ตัวอย่างเช่น u (แดง) + (แดง) สามารถรวมกันได้ และ u (แดง) + (เขียว) ก็สามารถรวมกันได้ ในทางตรงกันข้าม หากเป็นควาร์กทั้งคู่หรือแอนติควาร์กทั้งคู่ เช่น u (แดง) + u (แดง) หรือ (แดง) + (เขียว) จะรวมกันไม่ได้ กรณีการรวมกันของชิ้นส่วนควาร์กสามชิ้น นักเรียนจะพบว่า ชิ้นส่วนสามารถรวมกันได้เมื่อชิ้นส่วนทั้งสามเป็นควาร์กทั้งหมดหรือ แอนติควาร์กทั้งหมด และต้องมีสีครบทั้งสามสี (แดง เขียว น้ำ�เงิน) โดย ภาพ 2 ตัวอย่างตารางบันทึกผลการทดลองกรณีการต่อชิ้นส่วนควาร์กสองชิ้นและสามชิ้น ภาพ 3 ตัวอย่างตารางบันทึกผลการทดลองการต่อชิ้นส่วนควาร์กเพื่อสร้างโปรตอน (บน) และนิวตรอน (ล่าง) ไม่ซ้ำ�กัน เช่น u (แดง) + u (เขียว) + d (น้ำ�เงิน) รวมกันได้ แต่ u (แดง) + u (แดง) + d (เขียว) รวมกันไม่ได้เพราะสีแดงซ้ำ�สองชิ้น ครูให้แต่ละกลุ่มนำ�เสนอผลการทดลองโดยใช้คำ�ถาม ดังนี้ “แต่ละกลุ่มมีข้อสรุปเหมือนหรือแตกต่างกันอย่างไร” และ “หลักฐานที่มี เพียงพอหรือไม่” “มีกรณีที่ควรทดสอบเพิ่มหรือไม่” ซึ่งนักเรียนบางกลุ่ม อาจเสนอว่าควรทดสอบกรณีสี่ชิ้นเพื่อยืนยันว่ามีเพียงสองรูปแบบเท่านั้น ที่สามารถรวมได้ ต่อจากนั้นครูให้นักเรียนสรุปข้อค้นพบการรวมกันของ ชิ้นส่วนควาร์ก ดังนี้ 1) กรณีการรวมกันของชิ้นส่วนควาร์กสองชิ้น สามารถรวมกันได้เมื่อชิ้นหนึ่งเป็นควาร์กและอีกชิ้นเป็นแอนติควาร์ก โดยไม่ขึ้นกับว่าสีจะเหมือนหรือแตกต่างกัน 2) กรณีการรวมกันของชิ้นส่วน สามชิ้นสามารถรวมกันได้เมื่อทั้งสามชิ้นเป็นควาร์กทั้งหมดหรือ แอนติควาร์กทั้งหมด และต้องมีสีแตกต่างกันครบทั้งสามสี (แดง เขียว น้ำ�เงิน) โดยไม่มีสีใดซ้ำ� ตอนที่ 2 ภารกิจสร้างโปรตอนและนิวตรอน ครูทบทวนความรู้เดิมว่าโปรตอนมีประจุ +1 และนิวตรอน มีประจุ 0 พร้อมตั้งคำ�ถาม “หากนักเรียนต้องการสร้างโปรตอนและ นิวตรอนจากชิ้นส่วนควาร์ก นักเรียนจะมีวิธีการอย่างไร” โดยใช้ความรู้ จากกิจกรรมตอนแรกร่วมกับข้อมูลประจุไฟฟ้าบนชิ้นส่วนภายใต้ เงื่อนไขเดิมคือ ชิ้นส่วนต่อแล้วต้องลงล็อก ครูกระตุ้นให้นักเรียนวางแผน การทดลองและระบุตัวแปร โดยใช้คำ�ถาม “รูปแบบการรวมควาร์กแบบใด ที่ให้ผลรวมประจุไฟฟ้าตรงกับโปรตอนและนิวตรอน” และ “ปริมาณใด ที่จะกำ�หนดให้คงที่และปรับเปลี่ยนเพื่อเปรียบเทียบ” นักเรียนออกแบบ การทดลองด้วยตนเอง เช่น ทดลองรวมชิ้นส่วนสามชิ้นในรูปแบบต่างๆ แล้วคำ�นวณผลรวมประจุไฟฟ้า พิจารณารูปแบบที่ต่อแล้วลงล็อกและ มีผลรวมประจุเท่ากับ +1 (โปรตอน) และ 0 (นิวตรอน) จากนั้นทดลอง และรวบรวมข้อมูลโดยมีตัวอย่างตารางบันทึกผลการทดลองของนักเรียน ดังภาพ 3 ชนิด u + u + u + u d + u + d สีชิ้นที่ 1 แดง แดง แดง เขียว แดง สีชิ้นที่ 2 แดง เขียว แดง แดง เขียว ผล รวมกันได้ รวมกันได้ รวมกันไม่ได้ รวมกันได้ รวมกันไม่ได้ ข้อสังเกต ควาร์ก-แอนติควาร์ก สีเดียวกัน ควาร์ก-แอนติควาร์ก คนละสี ควาร์กเหมือนกัน สีเดียวกัน ควาร์ก-แอนติควาร์ก คนละสี ควาร์กเหมือนกัน สีต่างกัน ชนิด u + u + d u + d + d u + u + u u + u + d + + + + สีชิ้นที่ 1 แดง แดง แดง แดง แดง แดง สีชิ้นที่ 2 เขียว เขียว เขียว แดง เขียว แดง สีชิ้นที่ 3 น้ำ�เงิน น้ำ�เงิน น้ำ�เงิน เขียว น้ำ�เงิน เขียว ผล รวมกันได้ รวมกันได้ รวมกันได้ รวมกันไม่ได้ รวมกันได้ รวมกันไม่ได้ ข้อสังเกต ควาร์ก สามสี ควาร์ก สามสี ควาร์ก สามสี ควาร์ก สีแดงซ้ำ� แอนติควาร์ก สามสี แอนติควาร์ก สีแดงซ้ำ� ครั้งที่ ชิ้นส่วน ควาร์ก การจัดสี ตามลำ�ดับ ผลรวมประจุ ผล ข้อสังเกต 1 2 4 3 u u d u u d d d d u u u แดง แดง เขียว แดง เขียว น้ำ�เงิน แดง เขียว น้ำ�เงิน แดง เขียว น้ำ�เงิน + + - - = +1 + + - - = +1 - - - - - - ) = -1 + + + = +2 รวมกันไม่ได้ รวมกันได้ รวมกันได้ แต่ไม่ใช่โปรตอน รวมกันได้ แต่ไม่ใช่โปรตอน สีแดงซ้ำ� สีครบสามสี ประจุไม่ถูกต้อง ประจุไม่ถูกต้อง ครั้งที่ ชิ้นส่วน ควาร์ก การจัดสี ตามลำ�ดับ ผลรวมประจุ ผล ข้อสังเกต 1 2 4 3 u u d u d d d d d u d d แดง เขียว น้ำ�เงิน แดง แดง เขียว แดง เขียว น้ำ�เงิน แดง เขียว น้ำ�เงิน + + - - = +1 + - - - = 0 - - - - - - = -1 + - - = 0 รวมกันได้ แต่ไม่ใช่นิวตรอน รวมกันไม่ได้ รวมกันได้ แต่ไม่ใช่นิวตรอน รวมกันได้ ประจุไม่ถูกต้อง สีแดงซ้ำ� ประจุไม่ถูกต้อง สีครบสามสี