กิจกรรมเรื่อง “กำเนิดดวงจันทร์” ถูกพัฒนาขึ้นมาให้สอดคล้องกับสาระการเรียนรู้แกนกลางของตัวชี้วัด ว 7.1 ม.3/1 ที่ว่า “ดวงอาทิตย์ โลก และดวงจันทร์ อยู่เป็นระบบได้ภายใต้แรงโน้มถ่วง (โดย)แรงโน้มถ่วงระหว่างโลกกับดวงจันทร์ ทำให้ดวงจันทร์โคจรรอบโลก (ในขณะที่)แรงโน้มถ่วงระหว่างดวงอาทิตย์กับบริวาร ทำให้บริวารเคลื่อนรอบดวงอาทิตย์ (และ)กลายเป็นระบบสุริยะ” กิจกรรมนี้มีจุดเน้นอยู่ที่การโน้มน้าวและการโต้แย้งทางวิทยาศาสตร์ ซึ่งเป็นลักษณะสำคัญของการสืบเสาะทางวิทยาศาสตร์ ที่ยังไม่ปรากฏให้เห็นบ่อยนักในห้องเรียนวิทยาศาสตร์ทั่วไป
ผมใคร่ขอเรียนว่า การโน้มน้าวและการโต้แย้งทางวิทยาศาสตร์เป็นลักษณะสำคัญประการหนึ่งของการสืบเสาะทางวิทยาศาสตร์ที่สำคัญมาก มันสำคัญถึงขนาดที่ว่า นักวิทยาศาสตร์ศึกษาบางคนเสนอให้เป็น “บรรทัดฐาน” (norm) ของห้องเรียนวิทยาศาสตร์ [ผู้ที่สนใจลองอ่านบทความเรื่อง “Establishing the Norms of Scientific Argumentation in Classrooms” เพิ่มเติมครับ] ผมและทีมงานจึงตกลงกันว่า เราลองพัฒนากิจกรรมที่เน้นการโน้มน้าวและการโต้แย้งทางวิทยาศาสตร์กันดูบ้าง เพราะเราเองก็อยากเห็นเหมือนกันว่า กิจกรรมแบบนี้จะมีหน้าตาเป็นอย่างไร เราก็หวังว่า กิจกรรมนี้อาจเป็นแนวทางสำหรับการพัฒนากิจกรรมแนวเดียวกันนี้ในเนื้อหาอื่นๆ ต่อไปครับ
สิ่งสำคัญที่ผมต้องย้ำไว้ก่อน ณ ที่นี้คือว่า การโน้มน้าวและการโต้แย้งทางวิทยาศาสตร์มักเกิดขึ้น เมื่อนักวิทยาศาสตร์มีประเด็นข้อถกเถียงอะไรบางอย่างที่ยังไม่ข้อสรุปที่ชัดเจน โดยเฉพาะการพิจารณาเพื่อตัดสินว่า ความรู้ใหม่ใดๆ ควรจะได้รับการยอมรับหรือไม่ โดยการยอมรับนี้จะขึ้นอยู่กับ (1) ความหนักแน่นของหลักฐาน และ (2) ความสอดคล้องกับความรู้ทางวิทยาศาสตร์อื่นๆ ที่เกี่ยวข้อง กล่าวคือ การโน้มน้าวและการโต้แย้งทางวิทยาศาสตร์เกี่ยวข้องกับการประเมินว่า ความรู้ใหม่ใดๆ มีหลักฐานและความรู้วิทยาศาสตร์อื่นๆ สนับสนุนหรือไม่ และมากน้อยเพียงใด
ดังนั้น ผมและทีมงานจึงหยิบยกประเด็นหนึ่ง ซึ่งยังหาคำตอบที่ชัดเจนยังไม่ได้ เพื่อเป็นสถานการณ์ในการจัดการเรียนการสอนวิทยาศาสตร์ ประเด็นที่ว่านี้ก็คือคำถามที่ว่า “ดวงจันทร์เกิดขึ้นได้อย่างไร” [ดวงจันทร์ในที่นี้หมายถึงดวงจันทร์ของโลกนะครับ] กิจกรรมนี้เริ่มต้นด้วยการให้นักเรียนชมวีดิทัศน์เกี่ยวกับดวงจันทร์ ดังนี้ครับ
จากนั้น นักเรียนจะได้ตอบคำถามอย่างเกี่ยวกับดวงจันทร์ ซึ่งคำตอบก็มีอยู่แล้วในวีดิทัศน์ ในการนี้ ครูอาจอภิปรายร่วมกับนักเรียน เพื่อให้นักเรียนเห็นความแตกต่างระหว่าง “ข้อเท็จจริง” และ “ความคิดเห็นส่วนตัว” โดยในวีดิทัศน์นี้ นักเรียนจะเห็นว่า ผู้พูดได้กล่าวถึงข้อเท็จต่างๆ เกี่ยวกับดวงจันทร์ เช่น รูปร่างของดวงจันทร์ ระยะทางระหว่างโลกกับดวงจันทร์ อุณหภูมิของดวงจันทร์ และอื่นๆ ซึ่งไม่มีการใส่ความคิดเห็นส่วนตัวลงไป เพื่อให้เนื้อหาวีดิทัศน์มีความน่าเชื่อถือ แต่ในตอนท้ายของวีดิทัศน์นี้ ผู้พูดก็ใส่ความคิดเห็นส่วนตัวลงไปว่า “ดวงจันทร์อาจเป็นผลงานการสร้างของพระเจ้าก็ได้” เพื่อโน้มน้าวให้ผู้ฟังคล้อยตาม ดังนั้น นักเรียน(ในฐานะผู้ฟัง)ควรแยกแยะให้ได้ว่า อะไรคือข้อเท็จจริง และอะไรเป็นเพียงความคิดเห็นส่วนตัวของผู้พูด
ในการนี้ ครูจึงอภิปรายกับนักเรียนต่อไปว่า แล้วนักเรียนมีความคิดเห็นอย่างไรกับคำกล่าวอ้างที่ว่า “พระเจ้าเป็นผู้สร้างดวงจันทร์” นักเรียนเชื่อหรือไม่เชื่อคำกล่าวอ้างนี้ ซึ่งนักเรียนส่วนใหญ่รู้ดีอยู่แล้วว่า คำกล่าวอ้างนี้ยังขาดความน่าเชื่อถือ [ผมและทีมงานไม่มีเจตนาลบหลู่เรื่องพระเจ้าในศาสนาต่างๆ นะครับ เราแค่อยากช่วยให้นักเรียนเป็นผู้รู้วิทยาศาสตร์จริงๆ เท่านั้น] จากนั้น ครูก็อาจถามนักเรียนต่อไปว่า เหตุใดคำกล่าวอ้างนี้จึงขาดความน่าเชื่อถือ จากประสบการณ์ของผมเอง นักเรียนมักบอกได้ครับว่า อะไรดูน่าเชื่อถือ อะไรดูไม่น่าเชื่อถือ แต่นักเรียนให้เหตุผลไม่ค่อยได้ว่า ทำไมคำกล่าวอ้างบางอย่างจึงน่าเชื่อถือ ทำไมคำกล่าวอ้างบางอย่างจึงไม่น่าเชื่อถือ ในท้ายที่สุดของการอภิปรายในช่วงนี้ ครูอาจจำเป็นต้องชี้ประเด็นว่า “หลักฐาน” คือสิ่งจำเป็นที่นักเรียนจะใช้ตัดสินว่า อะไรน่าเชื่อถือ และอะไรไม่น่าเชื่อถือ วิทยาศาสตร์เป็นเรื่องของการว่าด้วยหลักฐานเป็นสำคัญครับ
เมื่อถึงตรงนี้ นักเรียนคงทราบแล้วว่า หลักฐานมีบทบาทสำคัญมากในการที่จะกำหนดว่า ความรู้ใดๆ จะได้รับการยอมรับหรือไม่ และระดับใด จากนั้น ครูจึงอภิปรายกับนักเรียนต่อไปว่า หากเราไม่เชื่อว่า พระเจ้าสร้างดวงจันทร์ แล้วนักเรียนคิดว่า ดวงจันทร์เกิดขึ้นได้อย่างไร ครูอาจเปิดโอกาสให้นักเรียนแสดงความคิดเห็นสักพัก พร้อมทั้งถามด้วยว่า สิ่งที่นักเรียนคิดนั้นมีหลักฐานอะไรสนับสนุนหรือไม่ และอย่างไร เมื่อนักเรียนอภิปรายกันพอหอมปากหอมคอแล้ว ครูจึงค่อยนำเสนอความคิดของนักวิทยาศาสตร์ต่างๆ บ้างว่า แล้วนักวิทยาศาสตร์มีแนวคิดอย่างไรเกี่ยวกับการเกิดดวงจันทร์ จากนั้น ครูจึงให้นักเรียนชมวีดิทัศน์อีกเรื่องหนึ่ง ดังนี้
วีดิทัศน์นี้กล่าวถึงชื่อทฤษฎีที่อธิบายการเกิดดวงจัทร์ 4 แบบด้วยกัน ซึ่งก็คือ (1) ทฤษฎีฟิชชัน (2) ทฤษฎีแคปเจอร์ (3) ทฤษฎีเนบิวลา และ (4) ทฤษฎีไจแอนท์โคลิสชัน ครูอาจถามนักเรียนนิดหน่อยว่า นักเรียนคนใดรู้จักทฤษฎีเหล่านี้บ้าง จากนั้น ครูค่อยให้นักเรียนศึกษาใบความรู้ที่บรรยายรายละเอียดของแต่ละทฤษฎี ซึ่งผมขอสรุปไว้ ณ ที่นี้ ดังนี้ครับ
- ทฤษฎีฟิชชันอธิบายไว้ว่า ดวงจันทร์เกิดจากการที่โลก (ซึ่งตอนนั้นยังเป็นของหนืดร้อน) หมุนรอบตัวเอง ซึ่งทำให้มวลส่วนหนึ่งหลุดออกมา และยังคงโคจรรอบโลก เมื่อมวลนี้เย็นตัวลง มันก็กลายเป็นดวงจันทร์
- ทฤษฎีแคปเจอร์อธิบายไว้ว่า ดวงจันทร์เป็นเทหวัตุที่บังเอิญเคลื่อนที่ผ่านมายังโลก (เช่นเดียวกับดางหางฮัลเลย์) แล้วบังเอิญโดนโลกนั้นดึงดูดเอาไว้ ให้โคจรอยู่รอบโลก
- ทฤษฎีเนบิวลาอธิบายไว้วว่า ดวงจันทร์เกิดขึ้นพร้อมๆ กับโลก และดวงเคราะห์ดวงอื่นๆ ในระบบสุริยะ นั่นคือ การที่มวลขนาดเล็กต่างๆ ค่อยๆ เคลื่อนที่มารวมกันจนเป็นดวงจันทร์
- ทฤษฎีไจแอนท์โคลิสชันอธิบายว่า ดวงจันทร์เกิดขึ้นจากการที่โลกถูกเทหวัตถุขนาดใหญ่ชน แล้วทำให้มวลของโลกและมวลของเทหวัตถุนั้นฟุ้งกระจายปนกันโดยรอบโลก แล้วมวลเหล่านั้นค่อยๆ กลับมารวมกันเป็นดวงจันทร์
เมื่อนักเรียนอ่านใบความรู้แล้ว ครูอาจสุ่มให้นักเรียนบางสรุปแนวคิดของแต่ละทฤษฎี ทั้งนี้เพื่ออภิปรายกับนักเรียนเกี่ยวกับความแตกต่างระหว่างทฤษฎีเหล่านี้ [ขั้นตอนนี้สำคัญครับ เพราะหากนักเรียนเข้าใจไม่ตรงกัน หรือไม่เข้าใจความแตกต่างระหว่างทฤษฎีเหล่านี้ การโน้มน้าวและโต้แย้งกันอย่างมีความหมายจะเกิดขึ้นลำบากครับ] จากนั้น ครูอาจสำรวจโดยการให้นักเรียนยกมือแสดงความคิดเห็นว่า นักเรียนคนใดเชื่อในทฤษฎีใดมากที่สุด เพราะเหตุใด ครูก็จดผลการสำรวจนี้ไว้
จากนั้น ครูจึงถามนักเรียนว่า ในสถานการณ์เช่นนี้ ซึ่งนักวิทยาศาสตร์มีความคิดแตกต่างกันในเรื่องเดียวกัน (ซึ่งในที่นี้คือการเกิดดวงจันทร์) นักวิทยาศาสตร์ควรทำอย่างไร เพื่อหาข้อสรุปร่วมกัน ครูควรเปิดโอกาสให้นักเรียนแสดงความคิดเห็นเกี่ยวกับวิธีการที่นักวิทยาศาสตร์ควรใช้ จากนั้น ครูยกตัวอย่างกรณีศึกษาของดาวพลูโต ที่ในท้ายที่สุดแล้ว นักวิทยาศาสตร์จำเป็นต้องโหวตกันว่า ดาวพลูโตควรถูกจัดให้เป็นดาวเคราะห์หรือไม่ ในการนี้ ครูควรย้ำกับนักเรียนว่า การโหวตนี้ไม่ใช่แค่การยกมือเพื่อแสดงความคิดเห็นส่วนตัวเท่านั้น หากแต่นักวิทยาศาสตร์ต้องพิจารณาหลักฐานและความรู้ทางวิทยาศาสตร์ต่างๆ เกี่ยวกับดาวพลูโต (ไม่ว่าจะเป็นรูปร่างของดาวพลูโต วงโคจรของดาวพลูโต และบริวารของดาวพลูโต เป็นต้น) ก่อนที่นักวิทยาศาสตร์จะตัดสินใจลงคะแนนเกี่ยวกับสถานะของดาวพลูโต [การโหวตนี้เป็นไปเพื่อลดอคติของนักวิทยาศาสตร์คนใดคนหนึ่งครับ]
จากกรณีศึกษาเกี่ยวกับสถานะของดาวพลูโต ครูก็ดึงความสนใจของนักเรียนกลับมายังประเด็นของการเกิดดวงจันทร์ จากนั้น ครูก็ให้นักเรียนพิจารณาหลักฐานเกี่ยวกับดวงจันทร์ ซึ่งผมและทีมงานเตรียมไว้ให้ 7 ชิ้นด้วยกัน ได้แก่
- รูปร่างของดวงจันทร์ (ซึ่งเป็นทรงกลม)
- การหมุนรอบตัวเองของดวงจันทร์ (ซึ่งมีทิศเดียวกับการหมุนรอบตัวเองของโลกและการหมุนรอบตัวเองของดวงอาทิตย์ โดยการหมุนนี้มีทิศทวนเข็มนาฬิกา หากเรามองสังเกตมายังด้านขั้วโลกเหนือ)
- การโคจรรอบโลกของดวงจันทร์ (ซึ่งมีทิศเดียวกับการโคจรของโลกรอบดวงอาทิตย์ โดยการโคจรนี้มีทิศทวนเข็มนาฬิกา หากเรามองสังเกตมายังด้านขั้วโลกเหนือ)
- ข้อมูลทั่วไปเกี่ยวกับดวงจันทร์ (ไม่ว่าจะเป็นขนาดของดวงจันทร์ ระยะห่างระหว่างโลกกับดวงจันทร์ ระนาบการโคจรของดวงจันทร์ แกนมุนรอบตัวเองของดวงจันทร์ เป็นต้น)
- องค์ประกอบของหินจากดวงจันทร์ (เมื่อเทียบกับองค์ประกอบของหินในโลก)
- ความหลากหลายของดวงจันทร์ของดาวเคราะห์อื่นๆ (ที่ไม่ใช่โลก)
- หลุมที่เกิดจากอุกกาบาตพุ่งชนโลก
ในการนี้ นักเรียนก็ต้องพิจารณาว่า หลักฐานเหล่านี้สนับสนุน/ไม่สนับสนุน/ขัดแย้งทฤษฎีใดบ้าง และอย่างไร โดยครูต้องเวลานักเรียนในการอ่าน ทำความเข้าใจ และประเมินหลักฐานเหล่านี้
ต่อมา ครูจึงค่อยให้นักเรียนโน้มน้าวและโต้แย้งกันว่า ทฤษฎีควรได้รับการยอมรับมากที่สุด ซึ่งการโน้มน้าวและการโต้แย้งนี้ต้องตั้งอยู่บนพื้นฐานของหลักฐานและความรู้ทางวิทยาศาสตร์ที่เกี่ยวข้อง ตัวอย่างเช่น
- เนื่องจากการหมุนรอบตัวเองทั้งของดวงจันทร์และของโลกมีทิศทางเดียวกัน [หลักฐานที่ 2] รวมทั้งการโคจรของดวงจันทร์รอบโลกก็มีทิศทางเดียวกับการโคจรของโลกรอบดวงอาทิตย์ [หลักฐานที่ 3] ดังนั้น การกำเนิดดวงจันทร์จึงน่าจะมีส่วนเกี่ยวข้องกับโลก (ไม่ทางใดก็ทางหนึ่ง) ซึ่งทฤษฎีแคปเจอร์ไม่น่าจะเป็นไปได้ มันเป็นเรื่องบังเอิญเกินไปที่อุกกาบาตจากนอกโลกจะผ่านเข้ามาในทิศทางที่พอดีขนาดนี้
- เนื่องจากแกนหมุนรอบตัวเองของดวงจันทร์ไม่ได้ตั้งฉากกับระนาบการโคจรของดวงจันทร์รอบโลก [หลักฐานที่ 4] ดังนั้น ดวงจันทร์จึงไม่น่าจะเกิดจากการหลุดออกจากโลกตามทฤษฎีฟิชชัน เพราะหากเป็นเช่นนั้นจริง มันก็ควรจะตั้งฉากกัน
- เนื่องจากระนาบการโคจรรอบโลกของดวงจันทร์ไม่ได้อยู่ในระนาบเดียวกับระนาบการโคจรรอบดวงอาทิตย์ของโลกและของดาวเคราะห์อื่นๆ ในระบบสุริยะ [หลักฐานที่ 4] ดังนั้น ดวงจันทร์จึงไม่น่าจะเกิดขึ้นพร้อมๆ กับโลกและดาวเคราะห์เหล่านั้นตามทฤษฎีเนบิวลา
- เนื่องจากองค์ประกอบของดวงจันทร์มีบางส่วนคล้ายกับองค์ประกอบของโลก แต่ก็ยังมีความแตกต่างเล็กน้อย [หลักฐานที่ 5] ดังนั้น ดวงจันทร์อาจเกิดจากการที่อุกกาบาตพุ่งชนโลก แล้วทำให้มวลของโลกและมวลของอุกกาบาตฟุ้งกระจายปนกัน ก่อนที่มวลเหล่านั้นจะกลับมารวมกันเป็นดวงจันทร์ตามทฤษฎีไจแอนท์โคลิสชัน องค์ประกอบของดวงจันทร์จึงมีบางส่วนคล้ายและบางส่วนต่างกับองค์ประกอบของโลก
ที่ผมยกมานี้เป็นเพียงตัวอย่างนะครับ นักเรียนสามารถให้เหตุผลได้หลากหลาย ตราบเท่าที่นักเรียนมองเห็นความสัมพันธ์/ความขัดแย้งระหว่างหลักฐานและทฤษฎีครับ
เมื่อนักเรียนโน้มน้าวและโต้แย้งด้วยหลักฐานและเหตุผลกันพอสมควรแล้ว ครูจึงให้นักเรียนโหวตกันอีกครั้ง ซึ่ง ณ ตรงนี้ ครูเองอาจไม่จำเป็นต้องคาดหวังนะครับว่า นักเรียนทุกคนจะเปลี่ยนใจไปเชื่อทฤษฎีไจแอนท์โคลิสชัน (ซึ่งเป็นทฤษฎีที่นักวิทยาศาสตร์ส่วนใหญ่ยอมรับมากที่สุด ณ เวลานี้) การที่นักเรียนได้ฝึกพิจารณาหลักฐาน และใช้หลักฐานในการให้เหตุผลได้ก็เป็นสิ่งที่ครูสามารถภูมิใจได้แล้ว และไม่ว่าผลการโหวตจะออกมายังไง ครูก็ควรสรุปว่า ณ ปัจจุบันนี้ นักวิทยาศาสตร์ส่วนใหญ่มองประเด็นนี้อย่างไร หลักฐานอะไรทำให้นักวิทยาศาสตร์ยอมรับทฤษฎีไจแอนท์โคลิสชันมากกว่าทฤษฎีอื่นๆ ครูควรสรุปด้วยว่า เนื่องจากหลักฐานในปัจจบันยังไม่เพียงพอ นักวิทยาศาสตร์จึงยังไม่มั่นใจว่า ดวงจันทร์เกิดขึ้นได้อย่างไร ดังนั้น การศึกษาเพิ่มเติมเพื่อรวบรวมหลักฐานจากดวงจันทร์จึงยังคงต้องมีต่อไป
หลังจากนั้น ครูอาจถามนักเรียนต่อไปว่า ทฤษฎีเหล่านี้มีจุดร่วมอะไรกันบ้าง ซึ่งจากใบความรู้ นักเรียนจะสังเกตได้ว่า ทฤษฎีทั้งหมดนี้จะอธิบายการเกิดดวงจันทร์บนพื้นฐานของ “แรงโน้มถ่วงระหว่างมวล” หรือ “แรงดึงดูดระหว่างมวล” ในการนี้ ครูจึงค่อยดึงความสนใจของนักเรียนเพื่อศึกษาสมบัติต่างๆ ของแรงดึงดูดระหว่างมวล โดยครูอาจให้นักเรียนลองเล่นโปรแกรมเสมือนจริงของ PhET ดังภาพข้างล่าง เพื่อศึกษาว่า แรงโน้มถ่วงระหว่างมีมวลนี้มีทิศทางอย่างไร และขนาดของมันมีค่าขึ้นอยู่กับอะไรบ้าง
| Click to Run |
จากการเล่นกับโปรแกรมเสมือนจริงนี้ ร่วมกับการทำใบงานที่เราเตรียมไว้ให้ นักเรียนควรมีความเข้าใจ ดังนี้ครับ
- การโคจรของโลกรอบดวงอาทิตย์และการโคจรรอบดวงจันทร์รอบโลกมีลักษณะคล้ายกัน นั่นคือ ดาวที่มีมวลน้อยจะโคจรรอบดาวที่มีมวลมาก
- แรงโน้มถ่วงทำให้โลกโคจรรอบดวงอาทิตย์ หากไม่มีแรงโน้มถ่วง โลกจะหลุดลอยออกจากดวงอาทิตย์
- แรงโน้มถ่วงทำให้ดวงจันทร์โคจรรอบโลก หากไม่มีแรงโน้มถ่วง ดวงจันทร์จะหลุดลอยออกจากโลก
- แรงโน้มถ่วงระหว่างคู่ดาวใดๆ ประกอบด้วย 2 แรง ซึ่งมีขนาดเท่ากัน และมีทิศทางตรงกันข้าม แต่ละแรงกระทำต่อดวงแต่ละดวง
- แรงโน้มถ่วงระหว่างคู่ดาวใดๆ มีค่าขึ้นอยู่กับมวลของดาวคู่นั้น หากดาวดวงใดดวงหนึ่งหรือทั้งสองดวงมีมวลมากขึ้น แรงโน้มถ่วงก็จะมีค่ามากขึ้น
- แรงโน้มถ่วงระหว่างคู่ดาวใดๆ มีค่าขึ้นอยู่กับระยะห่างระหว่างดาวคู่นั้น หากดาวคู่นั้นอยู่ใกล้กัน แรงโน้มถ่วงจะมีค่ามาก แต่หากดาวคู่นั้นอยู่ไกลกัน แรงโน้มถ่วงจะมีค่าน้อย
ผมและทีมงานคาดหวังให้นักเรียนชั้น ม. 3 มีความเข้าใจเหล่านี้ โดยไม่จำเป็นต้องทราบสูตรการคำนวณหาค่าแรงดึงดูดระหว่างมวลครับ
หมายเหตุ: กิจกรรมเรื่อง “กำเนิดดวงจันทร์” ควรมาก่อนกิจกรรมเรื่อง “น้ำขึ้นน้ำลง” เพราะนักเรียนจะได้นำความรู้เกี่ยวกับแรงโน้มถ่วงระหว่างโลกกับดวงจันทร์ในการอธิบายการเกิดปรากฏการณ์น้ำขึ้นน้ำลงครับ