นิตยสาร สสวท. ฉบับที่ 248

46 นิตยสาร สสวท. นักเรียนจะใช้ความคิด และพูดคุยแลกเปลี่ยนกับเพื่อนในกลุ่มเพื่อ เลือกแนวคิดที่มีความเป็นไปได้มากที่สุดมาหนึ่งแนวคิดเพื่อสร้างต้นแบบ ในการแก้ปัญหา (Prototype) ขึ้นมา ซึ่งโดยมากการสร้างในครั้งแรก จะไม่ประสบความสำ �เร็จตามที่ต้องการ นักเรียนจำ �เป็นต้องแก้ไข ออกแบบ สร้าง วนไปเรื่อยๆ จนได้สิ่งที่แก้ปัญหาตามเกณฑ์ที่กำ �หนดไว้ ซึ่งในการออกแบบนี้นักเรียนต้องใช้องค์ความรู้ที่นักเรียนมีอยู่ รวมถึงการ เรียนรู้เพิ่มเติมเพื่อคาดการณ์และตัดสินใจเลือกวิธีการที่ดีที่สุดในการ แก้ปัญหา วิธีการแบบนี้ทำ �ให้นักเรียนได้เรียนรู้ และฝึกทักษะต่างๆ ที่ จำ �เป็นในการทำ �งานในอนาคตด้วย นอกจากนี้ ยังมีประเด็นที่น่าสนใจเกี่ยวกับ STEM Education คือ ความแตกต่างระหว่าง Integrated STEM Education และ Integrative STEM Education Integrated STEM Education เป็นการบูรณาการรายวิชา วิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี วิศวกรรมศาสตร์ และคณิตศาสตร์ หรือที่เรียกว่า STEM แบบที่เตรียมไว้ล่วงหน้า กล่าวคือ ถ้าครูจัดกิจกรรมการเรียนรู้แบบ Integrated STEM Education โดยปกติครูจะมีเอกสารประกอบ การเรียนรู้เกี่ยวกับกิจกรรมนั้น เช่น หากต้องการให้นักเรียนประดิษฐ์ รถยนต์ไฟฟ้า หน้าแรกของเอกสารจะเป็นชื่อกิจกรรม ตามด้วย วัสดุอุปกรณ์ที่จำ �เป็นต้องใช้ และตามด้วยขั้นตอนในการประดิษฐ์ ซึ่งหากนักเรียนทำ �ตามกิจกรรมนี้แล้วนักเรียนจะได้รถไฟฟ้ามาคันหนึ่ง นักเรียนจะเขียนอธิบายว่าความรู้ทางวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี วิศวกรรมศาสตร์ และคณิตศาสตร์ที่เกี่ยวข้องกับการประดิษฐ์รถคันนี้มี อะไรบ้าง สำ �หรับ Integrative STEM Education เป็นคำ �ที่ใช้เรียก การเรียนรู้ของสะเต็มศึกษาผ่านการออกแบบทางวิศวกรรมและเทคโนโลยี มีการใช้เป็นครั้งแรกที่มหาวิทยาลัยเวอร์จิเนียเทค (Virginia Tech) ประเทศ สหรัฐอเมริกา โดยศาสตราจารย์แซนเดอร์ และศาสตราจารย์เวล (Wells, 2013) การออกแบบทางวิศวกรรมและเทคโนโลยีนั้นจะเปิดโอกาสให้ นักเรียนได้ใช้ความคิดในการออกแบบด้วยตนเองให้มากที่สุด เช่น กิจกรรมออกแบบรถยนต์ไฟฟ้า หากใช้การเรียนรู้ด้วยการออกแบบ จะเริ่มด้วยการดึงดูดความสนใจนักเรียนเข้าสู่บทเรียนด้วยการให้นักเรียน เกิดความตระหนักถึงปัญหาของการใช้รถยนต์ที่ใช้เชื้อเพลิงในการ เผาไหม้ เช่น ทำ �ให้เกิดฝุ่นควัน หรือปัญหาของเชื้อเพลิงฟอสซิลที่ใกล้ หมดไปจากโลก เพื่อดึงความสนใจนักเรียนให้หาวิธีในการเดินทางในอนาคต ด้วยพลังงานสะอาด หลังจากนั้นจึงนำ �นักเรียนเข้าสู่โจทย์การออกแบบ หรือ Design Challenge ซึ่งเป็นข้อท้าทายให้นักเรียนออกแบบรถยนต์ที่ช่วย ลดปัญหาที่เกิดจากรถยนต์เชื้อเพลิงฟอสซิล โดยมีการกำ �หนดเกณฑ์เพื่อ วัดความสำ �เร็จในการออกแบบ เช่น รถยนต์สามารถวิ่งได้ในระยะทาง กี่กิโลเมตร รถยนต์ต้องไม่ใช้เชื้อเพลิงฟอสซิล โดยนักเรียนอาจได้รับ เอกสารที่ชี้แนะแนวทางเพิ่มเติมอีกเล็กน้อย อาทิ เอกสารความรู้ที่จำ �เป็น ต่อการออกแบบ ขึ้นอยู่กับครูประเมินนักเรียนของตนเองว่าต้องการ การชี้แนะมากน้อยเพียงใด จากนั้นนักเรียนจะใช้กระบวนการออกแบบ ทางวิศวกรรม (Engineering Design Process) เช่น มีการระดมสมอง ระหว่างเพื่อนร่วมกลุ่มเพื่อคิดถึงแนวทางแก้ปัญหาที่เป็นไปได้ ซึ่งนักเรียน อาจจะได้แบบของรถที่จะประดิษฐ์ออกมาหลากหลาย ให้นักเรียนตกลงกัน แล้วเลือกแบบใดแบบหนึ่งขึ้นมาเพื่อใช้ในการสร้าง จากนั้นนักเรียนเขียน รายการอุปกรณ์ที่จำ �เป็นในการประดิษฐ์รถด้วยตนเอง แล้วจึง ลงมือสร้าง แล้วทดสอบรถที่ตนเองสร้าง หากไม่สามารถทำ �งานได้ ตามเกณฑ์ที่กำ �หนด นักเรียนจะวนลูปซ้ำ �ในการออกแบบ แก้ไข ประดิษฐ์ ทดสอบ ไปเรื่อยๆ จนกว่าจะได้รถยนต์ที่สร้างและทำ �งานตามที่ ตั้งเป้าหมายไว้ ซึ่งในทุกกระบวนการของการออกแบบนี้ นักเรียนควรมี คำ �ถามกับตนเองตลอดเวลาว่าอะไรที่จำ �เป็นต้องรู้เพื่อให้การออกแบบนี้ สำ �เร็จ และอะไรก็ตามที่นักเรียนยังไม่รู้ นักเรียนควรไปหาความรู้เพิ่มเติม ซึ่งวิธีการเรียนรู้โดยการออกแบบทางวิศวกรรมและเทคโนโลยีนั้น มีจุดประสงค์เพื่อให้นักเรียนได้เรียนรู้เกี่ยวกับเทคโนโลยีและวิศวกรรม ควบคู่ไปกับวิทยาศาสตร์และคณิตศาสตร์ ผ่านกิจกรรมการออกแบบ (Wells & Ernst, 2012) กระบวนการออกแบบทางวิศวกรรม (Engineering Design Process) หลักสูตรวิทยาศาสตร์ของประเทศสหรัฐอเมริกาที่พัฒนาใน ปี ค.ศ. 1996 ได้ให้ความสำ �คัญกับกระบวนการสืบเสาะทางวิทยาศาสตร์ (Scientific Inquiry) ซึ่งเป็นกระบวนการที่นักวิทยาศาสตร์ใช้ในการได้มา ซึ่งองค์ความรู้ทางวิทยาศาสตร์ โดยการนำ �วิธีการนี้เข้ามาใช้ในห้องเรียน เพื่อให้นักเรียนใช้กระบวนการแบบเดียวกันในการเรียนรู้วิทยาศาสตร์ (National Research Council, 1996) อย่างไรก็ดี การเรียนวิทยาศาสตร์ ยังคงเป็นนามธรรม และยากที่จะเชื่อมโยงกับชีวิตจริง (Fortus et al., 2004) ปี ค.ศ. 2013 หลักสูตรวิทยาศาสตร์ของประเทศสหรัฐอเมริกา มีการปรับเปลี่ยนโดยให้ความสำ �คัญกับการออกแบบทางวิศวกรรม มากขึ้นเนื่องจากการออกแบบทางวิศวกรรมสามารถทำ �ให้นักเรียน เรียนรู้เนื้อหาวิทยาศาสตร์ได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งความรู้ที่นักเรียนได้มานั้น มาจากการใช้กระบวนการทางวิศวกรรมออกแบบแก้ปัญหาที่เชื่อมโยง กับชีวิตจริง (NGSS Lead States, 2013) ซึ่งการเรียนรู้เช่นนี้ จะทำ �ให้เกิดการเชื่อมโยงความรู้ใหม่เข้ากับความรู้เก่าได้ดีกว่าการเรียน แบบไม่เชื่อมโยงตามทฤษฎีการรับรู้และความคิดแบบประมวลผลข้อมูล (Information Processing Theory) (Ormrod, 2016) กระบวนการเรียนรู้ผ่านการออกแบบทางวิศวกรรมจะเริ่มต้น ด้วยการกำ �หนดปัญหาที่ต้องการแก้ไข จากนั้นระดมสมองเพื่อหาแนวทาง ในการแก้ไขปัญหา และเลือกแนวทางในการแก้ปัญหา เขียนแบบเพื่อสร้าง ต้นแบบ (Prototype) ของการแก้ปัญหา และทดสอบว่าตัวต้นแบบ นั้นสามารถแก้ปัญหาได้จริงหรือไม่ หากไม่สามารถแก้ได้จะเข้าสู่ กระบวนการปรับปรุง กล่าวคือ เข้าสู่กระบวนการ วางแผน สร้างต้นแบบ ทดสอบต้นแบบ และปรับปรุงอีกครั้ง วนไปเรื่อยๆ จนสามารถแก้ปัญหา ที่กำ �หนดไว้ได้ เมื่อได้ต้นแบบที่สามารถแก้ไขปัญหาที่ต้องการแล้ว ก็จะเป็นขั้นตอนในการนำ �เสนอผลลัพธ์ ซึ่งกระบวนการแก้ปัญหาทาง วิศวกรรมแบบนี้มีผู้เชี่ยวชาญได้เสนอกรอบแนวคิด (Framework) ของกระบวนการไว้หลากหลาย เช่น กระบวนการออกแบบทาง วิศวกรรมของนาซ่า (NASA’s BEST Engineering Design Process) ดังภาพ 1 (The National Aeronautics and Space Administration,