นิตยสาร สสวท. ฉบับที่ 258

ปีที่ 54 ฉบับที่ 258 มกราคม - กุมภาพันธ์ 2569 | 21 ภาพ 4 ตัวอย่างการทดลองกิจกรรม Quark Puzzle หลังจากนักเรียนแต่ละกลุ่มทำ�การทดลองและบันทึกผลแล้ว ครู นำ�เข้าสู่ขั้นตอนการวิเคราะห์และสรุปผลโดยใช้คำ�ถามว่า “เมื่อพิจารณา ข้อมูลในตารางบันทึกผล นักเรียนค้นพบรูปแบบการรวมตัวกันของโปรตอน และนิวตรอนอย่างไรบ้าง” ซึ่งนักเรียนจะค้นพบข้อสรุปสำ�คัญสองประการ ได้แก่ กรณีโปรตอน จะพบว่า โปรตอนประกอบด้วยควาร์กสามชิ้น คือ u u d ซึ่งให้ผลรวมของประจุไฟฟ้าเป็น (+ ) + (+ ) + (- ) = +1 และต้องจัดสีให้มีครบสามสี ได้แก่ แดง เขียว น้ำ�เงิน ตามรูปแบบ การรวมกันได้ของควาร์กที่ค้นพบในช่วงแรก ตัวอย่างเช่น u (แดง) u (เขียว) d (น้ำ�เงิน) สามารถรวมกันได้ แต่ u (แดง) u (แดง) d (เขียว) แม้จะให้ผลรวมประจุเป็น +1 ชิ้นส่วนก็ไม่สามารถรวมกันได้ เพราะมีสีแดงซ้ำ�กันสองชิ้น นักเรียนจะเห็นว่ารูปแบบอื่นๆ เช่น u u u หรือ d d d แม้จะต่อลงล็อกได้และมีสีครบสามสี แต่ก็ให้ผลรวม ประจุไฟฟ้าไม่ตรงกับโปรตอน กรณีนิวตรอน นักเรียนจะพบว่า นิวตรอนประกอบด้วยควาร์ก สามชิ้น คือ udd ซึ่งให้ผลรวมของประจุไฟฟ้าเป็น (+ ) + (- ) + (- ) = 0 และเช่นเดียวกับโปรตอน ต้องจัดสีให้มีครบสามสี ได้แก่ แดง เขียว น้ำ�เงิน เช่น u (แดง) d (เขียว) d (น้ำ�เงิน) จึงจะสามารถรวมกันได้ แต่ u (แดง) d (แดง) d (เขียว) แม้จะให้ผลรวมประจุเป็นศูนย์ชิ้นส่วน ก็ไม่สามารถรวมกันเพราะมีสีแดงซ้ำ�กันสองชิ้น นักเรียนยังสังเกตได้ว่า u u d ซึ่งเป็นโครงสร้างของโปรตอนจะให้ประจุ +1 ไม่ใช่ศูนย์ จึงไม่ใช่ นิวตรอน ครูให้แต่ละกลุ่มนำ�เสนอผลการทดลองโดยใช้คำ�ถาม “แต่ละกลุ่ม มีข้อสรุปเหมือนหรือแตกต่างกันอย่างไร” และ “หลักฐานที่มีเพียงพอหรือไม่” และ “มีกรณีใดที่ควรทดสอบเพิ่มหรือไม่” นักเรียนบางกลุ่มอาจเสนอว่า ควรทดสอบรูปแบบอื่นๆ เพิ่มเติม เช่น u d u หรือ d u d เพื่อพิจารณาว่า ได้ผลรวมประจุเท่าใด และยังควรทดสอบการจัดสีในรูปแบบอื่นๆ เพื่อ ยืนยันว่าชิ้นส่วนต้องมีครบสามสีไม่ซ้ำ�กันเท่านั้น จากนั้นครูให้นักเรียน สรุปข้อค้นพบการรวมกันของชิ้นส่วนควาร์กสำ�หรับโปรตอนและนิวตรอน ดังนี้ (1) โปรตอน ประกอบด้วยควาร์ก u u d ซึ่งให้ผลรวมประจุเป็น +1 และต้องรวมกันระหว่างชิ้นส่วนที่มีสีครบสามสี (2) นิวตรอน ประกอบด้วย ควาร์ก u d d ซึ่งให้ผลรวมประจุเป็น 0 และต้องรวมกันระหว่างชิ้นส่วน ที่มีสีครบสามสี กิจกรรม Quark Puzzle สามารถพัฒนาองค์ประกอบย่อยของ สมรรถนะทางวิทยาศาสตร์ด้านที่ 2 ตามกรอบการประเมิน PISA 2025 ได้ ดังต่อไปนี้ 1) การระบุคำ�ถามในการศึกษาทางวิทยาศาสตร์ที่กำ�หนดให้ เริ่มจากการสำ�รวจชิ้นส่วนควาร์กที่ระบุชนิดควาร์ก ประจุไฟฟ้า สี และ โครงสร้างที่สามารถรวมกันได้ ครูกระตุ้นให้นักเรียนตั้งคำ�ถามที่สามารถ นำ�ไปสู่การสืบเสาะทางวิทยาศาสตร์ได้ เช่น “ชิ้นส่วนควาร์กสามารถรวมกัน ได้หรือไม่” เพื่อนำ�ไปสู่การตั้งคำ�ถามว่า ควาร์กรวมตัวกันตามกฎใด เมื่อเข้าสู่ภารกิจสร้างโปรตอนและนิวตรอน ครูทบทวนความรู้เดิมและ ชวนตั้งคำ�ถามว่า “หากนักเรียนต้องการสร้างโปรตอนและนิวตรอนจาก ชิ้นส่วนควาร์ก นักเรียนจะมีวิธีการอย่างไร” เพื่อนำ�ไปสู่การระบุคำ�ถาม ในการสืบเสาะว่า ควาร์กชนิดใดและจำ�นวนเท่าใดที่สามารถรวมตัวกัน เป็นโปรตอนและนิวตรอน 2) การออกแบบการทดลองที่เหมาะสมเพื่อตอบคำ�ถาม หลังจาก กำ�หนดคำ�ถามของกิจกรรมแล้ว ครูใช้คำ�ถามกระตุ้นให้นักเรียนออกแบบ การทดลองด้วยตนเอง เช่น “หากต้องการศึกษาว่ารูปแบบการต่อชิ้นส่วน แบบใดที่สามารถรวมกันได้ นักเรียนจะออกแบบแนวทางการทดลอง อย่างไร” และ “หากนักเรียนต้องการศึกษาว่ารูปแบบการรวมกันของ ควาร์กแบบใดที่ให้ผลรวมประจุไฟฟ้าตรงกับโปรตอน และนิวตรอน นักเรียนจะออกแบบแนวทางการทดลองอย่างไร” และ “ปริมาณใดใน การทดลองที่นักเรียนจะกำ�หนดให้คงที่และปรับเปลี่ยนเพื่อเปรียบเทียบ รูปแบบการรวมกันของควาร์ก” คำ�ถามเหล่านี้ช่วยสร้างนั่งร้านทางความคิด ให้นักเรียนคิดเกี่ยวกับตัวแปรในการทดลอง การออกแบบการทดลอง ที่เปลี่ยนทีละตัวแปรและคงตัวแปรอื่นไว้ทำ�ให้นักเรียนสามารถลงข้อสรุป ได้อย่างมีเหตุผลว่าตัวแปรใดมีผลต่อการรวมตัวกันของชิ้นส่วน การให้ นักเรียนออกแบบตารางบันทึกผลการทดลองด้วยตนเองยังทำ�ให้นักเรียน เข้าใจว่าการออกแบบการเก็บรวบรวมข้อมูลที่ดีมีความสำ�คัญต่อ การวิเคราะห์ผลการทดลองและการเก็บรวบรวมข้อมูลที่แตกต่างกันก็ จะนำ�ไปสู่การลงข้อสรุปที่แตกต่างกัน 3) การประเมินว่าการทดลองที่ได้ออกแบบไว้นั้นเหมาะสมที่สุด สำ�หรับการตอบคำ�ถามหรือไม่ หลังจากนักเรียนลงมือทดลองและได้ข้อมูล เบื้องต้นแล้ว ครูใช้คำ�ถามว่า “หลักฐานที่นักเรียนมีเพียงพอหรือไม่ มีกรณีใด ที่ควรทดสอบเพิ่มเติมบ้างหรือไม่” เพื่อกระตุ้นให้นักเรียนสะท้อนคิดและ