การบอกลักษณะคุณภาพน้ำในชุมชนของเรา

สุทธินันท์  เเต่ยธรพกุล

บทความที่เรียบเรียงขึ้นนี้เป็นตัวอย่างหนึ่งของการจัดกิจกรรมการเรียนรู้วิทยาศาสตร์สาระที่ 3 ช่วงชั้นที่ 3-4     ผู้เรียบเรียงมีความเห็นว่าคงจะดีไม่น้อย ถ้าสามารถนำเอากิจกรรมที่นำเสนอนี้มาทดลองใช้ในโรงเรียนมัธยมศึกษา เพื่อให้นักเรียนมีความสนใจวิทยาศาสตร์มากขึ้น โดยสามารถนำไปประยุกต์ใช้ได้ในชีวิตจริง ซึ่งผู้เขียนมีจุดประสงค์หลัก 5 ประการ ในการจัดกิจกรรมเกี่ยวกับการศึกษาคุณภาพน้ำผิวดิน ดังนี้คือ

1. ฝึกให้นักเรียนได้ทำการวิเคราะห์คุณภาพน้ำ และสอนให้นักเรียนสามารถใช้อุปกรณ์ทางเคมีและเรียนรู้พารามิเตอร์เกี่ยวกับการทดสอบต่าง ๆ เช่น ค่าพีเอช, ฟอสเฟต, ไนเตรท, การนำไฟฟ้า, ออกซิเจนละลาย และ ความขุ่น
2. สอนให้นักเรียนได้รู้จักหาแนวทางการแก้ปัญหา นักเรียนจะเรียนรู้การวิจัยที่ไม่มีคำตอบใดที่ถูกต้องเพียงคำตอบเดียว โดยนักเรียนจะทำการวิเคราะห์ทุกค่าพารามิเตอร์
3. นักเรียนจะเรียนรู้วิธีการสื่อสารในสิ่งที่ค้นพบจากการวิจัยของพวกเขาในชั้นเรียน โดยให้มีการนำเสนอวิธีการวิเคราะห์ผลการทดลอง
4. ตรวจสอบคุณภาพน้ำที่ได้รับผลกระทบจากชุมชนเมือง โดยเปิดโอกาสให้นักเรียนรายงานเกี่ยวกับประเด็นเรื่องสิ่งแวดล้อม
5. ประเมินการได้รับความรู้ของนักเรียนด้วยการทำการทดสอบก่อน และหลังการศึกษา

คุณภาพของน้ำที่ได้รับอิทธิพลจากชุมชนเมืองเป็นปัญหาที่ให้นักเรียนร่วมมือกันทำการวิเคราะห์ นักเรียนจะมีการตัดสินใจด้วยตนเองเกี่ยวกับตำแหน่งที่จะทำการศึกษา ปริมาณตัวอย่าง และตารางการบันทึกผลที่เหมาะสม รวมถึงการพิสูจน์ลักษณะต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้อง รวมถึงการอ้างอิงเกี่ยวกับข้อมูลการทดลอง

นักเรียนมีความเข้าใจว่าคุณภาพน้ำจะส่งผลถึงสุขภาพและการกินดีอยู่ดีของประชาชนในท้องถิ่น  ความสามารถในการทำความเข้าใจว่าน้ำที่สะอาดประกอบด้วยอะไร และการรักษาระดับคุณภาพน้ำที่ดีเป็นสิ่งสำคัญซึ่งไม่เพียงแต่เป็นน้ำดื่มเท่านั้น แต่รวมถึงประโยชน์ในทางอุตสาหกรรมต่าง ๆ ภายในท้องถิ่นด้วย ในการทำความเข้าใจผลกระทบของสิ่งแวดล้อมที่มีต่อคุณภาพน้ำ ทำให้นักเรียนตระหนักถึงความจำเป็นที่จะอนุรักษ์ และเก็บรักษาคุณภาพน้ำให้อยู่ในสภาพแหล่งน้ำที่ดี

การทดลองโดยลงมือปฏิบัติด้วยวิธีการสร้างสรรค์นั้นเป็นสิ่งที่น่าท้าทาย และทำให้นักเรียนได้เรียนรู้สภาพที่แท้จริงของสิ่งแวดล้อมในท้องถิ่น การบอกลักษณะคุณภาพของน้ำในสังคมของตนนั้นเป็นกิจกรรมส่งเสริมให้นักเรียนคิดทำการทดลองด้วยตนเองเมื่อเปรียบเทียบกับการทดลองที่คัดมาแล้วอย่างสำเร็จ โดยเป็นการสำรวจภาคสนามของนักเรียนเพื่อให้นักเรียนมีความสนใจมากขึ้น เป็นอิสระในการคิด และเสริมสร้างทักษะการคิดอย่างวิพากษ์วิจารณ์

รายละเอียดโดยย่อของการศึกษา

-  การทดลองเพื่อวิเคราะห์คุณภาพน้ำจะใช้เวลา 10 สัปดาห์   นักเรียนจะใช้เวลาในสัปดาห์แรกในการเรียนรู้เพื่อศึกษาการใช้ชุดทดสอบภาคสนามและหาแหล่งน้ำที่ใช้ในการศึกษา

-  นักเรียนจะทำการเลือกสถานที่ในการศึกษา 2-3 แห่ง บริเวณเหล่านี้ควรเป็นพื้นที่ที่เพิ่งมีสภาพความเป็นชุมชนเมือง และ อีกแห่งหนึ่งเป็นพื้นที่ที่ไม่ได้รับผลกระทบจากความเป็นเมือง  โดยตารางที่ 1 เป็นตัวอย่างผลการศึกษาที่ได้จากการสุ่มตัวอย่างในแม่น้ำ Great Miami ในเมือง Tipp ซึ่งเป็นพื้นที่ชุมชนเมือง  สำหรับผลการศึกษาจากการสุ่มตัวอย่างในลำธาร  Wolf ในเมือง Clayton ซึ่งเป็นพื้นที่ชนบท แสดงดังตารางที่ 2

-  ผู้เขียนได้แนะนำว่าในแต่ละชั้นเรียนควรแลกเปลี่ยนข้อมูลในทุก ๆ ส่วน เพื่อทำการเปรียบเทียบจำนวนครั้งของการสุ่มตัวอย่าง และสถานที่ที่ทำการศึกษา  ในคาบสุดท้ายของการศึกษานักเรียนจะมีการนำเสนอผลการวิเคราะห์คุณภาพน้ำ โดยใช้โปรแกรม PowerPoint ในการสรุปและอภิปรายปัญหาที่เกิดขึ้นในระหว่างการศึกษา

กระบวนการทดลอง

ในการศึกษาใช้ชุดทดสอบภาคสนามที่เหมาะสำหรับตรวจสอบคุณภาพน้ำ  เทอร์โมมิเตอร์  และเครื่องวัดการนำไฟฟ้า

(ในประเทศไทย มีหน่วยงานที่พัฒนาชุดทดสอบภาคสนามในการตรวจสอบคุณภาพน้ำ เช่น หน่วยเทคโนโลยีนวัตกรรม ภาควิชาเคมี มหาวิทยาลัยมหิดล โดยปัจจุบันมีชุดทดสอบภาคสนามที่ผลิตขึ้นหลายพารามิเตอร์ ซึ่งสามารถนำไปใช้ประโยชน์ด้านการเรียนการสอนได้เป็นอย่างดี)

ความปลอดภัย

สารเคมีและขั้นตอนการศึกษาไม่เป็นอันตรายต่อนักเรียน อย่างไรก็ตาม ห้ามรับประทานโดยเด็ดขาด  ควรใส่เสื้อป้องกัน และสวมถุงมือทุกครั้ง นักเรียนควรล้างมือภายหลังจากการทดลองทุกครั้ง

ผลการศึกษา

ตารางที่ 3 แสดงเกณฑ์การประเมินสำหรับการให้คะแนนจากการตรวจสอบผลของคุณภาพน้ำบริเวณเมือง Tipp (ตารางที่ 1)

จากการวิเคราะห์คุณภาพน้ำ การศึกษาในโลกปัจจุบันนี้สนใจที่จะมุ่งศึกษาเกี่ยวกับ ทำอย่างไรน้ำที่เราใช้อุปโภคบริโภคจะสะอาดและปลอดภัย นักเรียนควรทำการศึกษาความสัมพันธ์ระหว่างคุณภาพน้ำและบริเวณลุ่มน้ำในเขตเมือง โดยนักเรียนจะมีความสนุกกับการเรียนรู้และเข้าใจแนวคิดด้วยการลงมือปฏิบัติ

ในการศึกษา นักเรียนจะได้เรียนรู้ถึงแนวคิดที่สำคัญ รวมถึงเข้าใจเกี่ยวกับค่าพารามิเตอร์เหล่านี้คือ ออกซิเจนละลาย, ความขุ่น, อุณหภูมิ, พีเอช  และระดับของไนเตรทและฟอสเฟต ที่ส่งผลต่อคุณภาพน้ำ  ตัวอย่างเช่น

-  ออกซิเจนละลายจัดเป็นปัจจัยที่สำคัญมากที่สุดต่อคุณภาพของระบบนิเวศน์น้ำ ระดับความเข้มข้นของออกซิเจนละลายขึ้นอยู่กับระดับของไนเตรท, ความขุ่น และอุณหภูมิ

-  ความขุ่น ความใสของน้ำมีผลกระทบต่อการผลิตออกซิเจนในน้ำ

-  อุณหภูมิไม่เพียงแต่จะส่งผลถึงความสามารถในการละลายของแก๊สเท่านั้น เช่น ออกซิเจน มันยังเป็นปัจจัยที่กำหนดอัตราการสังเคราะห์แสงของพืชอีกด้วย

-  ปริมาณที่มากของแคลเซียม คาร์บอเนต ฟอสเฟต และ ไนเตรตไอออนในน้ำทำให้อัตราการนำไฟฟ้าเพิ่มตามไปด้วย

-  การดำรงไว้ซึ่งระบบนิเวศน์จำเป็นที่จะต้องรักษาไว้ซึ่งระดับของช่วง pH ที่จำเพาะ

ตารางที่ 1 และ 2 แสดงความแตกต่างของระดับของไนเตรทและฟอสเฟตในเขตชนบทและเขตเมือง สำหรับสมมติฐานของนักเรียนในโครงงานนี้คือ ระดับของสารเคมีในเขตชนบทที่ไม่ได้รับผลกระทบจากมลพิษ (เมือง Clayton) จะมีระดับต่ำกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับเขตเมือง (เมือง Tipp) โดยตารางที่ 1 แสดง ระดับความเข้มข้นของไนเตรทโดยเฉลี่ย 23 ppm (ส่วนในล้านส่วน) และระดับฟอสเฟตโดยเฉลี่ยที่ 0.26 ppm เมื่อเปรียบเทียบกับบริเวณที่มีความเป็นเมืองน้อยกว่าดังตารางที่ 2 โดยระดับของไนเตรทมีค่าเพียง 0.99 ppm และระดับของฟอสเฟตมีค่า 0.067 ppm เท่านั้น ข้อมูลที่ได้นี้สนับสนุนกับสมมติฐานของนักเรียน และเป็นอย่างที่คาดไว้ในช่วงอากาศที่อุ่นกว่า ระดับของไนเตรทและฟอสเฟตเพิ่มสูงขึ้น โดยความเข้มข้นของไนเตรทและฟอสเฟตที่สูงขึ้นนี้ยังพบอีกว่าไอออนต่าง ๆ ก็มีมากขึ้นในสารละลาย ซึ่งเราสามารถสังเกตได้จากค่าการนำไฟฟ้าที่แสดงในตารางที่ 1 และ 2

การศึกษาผลกระทบของคุณภาพน้ำเหล่านี้สามารถทำให้นักเรียนสร้างความสัมพันธ์ระหว่างเงื่อนไขทางธรณีวิทยาและเคมีได้ ยกตัวอย่างเช่น สามารถทำความเข้าใจเกี่ยวกับผลทางเคมีจากไอน้ำ เช่นอาจมีการตั้งคำถามว่า แคลเซียมคาร์บอเนตซึ่งอยู่ในไอน้ำจะทำให้เกิดการละลายลงสู่น้ำได้หรือไม่  การศึกษานี้ทำให้นักเรียนมีโอกาสที่จะทำการทดลองภาคสนามและได้แนวความคิดทางเคมีจากการสำรวจสิ่งแวดล้อมทางธรรมชาติด้วยตนเอง

ตารางที่ 1 ข้อมูลเฉลี่ยจากชั้นเรียนแสดงลักษณะเฉพาะของตัวอย่างน้ำ เมือง Tipp ในบริเวณเมือง    แม่น้ำ Great Miami

^a ข้อมูลที่เก็บในปี 2005   ^b หน่วยความขุ่น Jackson

ตารางที่ 2 ข้อมูลเฉลี่ยจากชั้นเรียนแสดงลักษณะเฉพาะของตัวอย่างน้ำ เมือง Clayton (ในบริเวณนอกเขตเมือง)ลำธาร Wolf ซึ่งเป็นสาขาแม่น้ำ Great Miami

^a ข้อมูลที่เก็บในปี 2005   ^b หน่วยความขุ่น Jackson

ตารางที่ 3 การประเมินค่าข้อมูลการทดลองจากค่าการกระจายของค่าพารามิเตอร์แต่ละชนิด

4 = ดีมาก, 3 = ดี, 2 = พอใช้, 1 = แย่

^b4 = ดีมาก, 3 = ดี, 2 = พอใช้, 1 = แย่ เป็นการประเมินค่าจากการทดสอบในตารางที่ 1  (ในพื้นที่เขตเมือง, เมือง Tipp แม่น้ำ Great Miami)

^c หน่วยความขุ่น Jackson

เรียบเรียงจาก

Lunsford, S. K.; Speelman, N.; Yeary, A; Slattery, W; J. Chem. Educ. 2007, 84, 1027-1030.