นิตยสาร สสวท. ฉบับที่ 248

48 นิตยสาร สสวท. ให้ทำ �การปรับปรุง และทดสอบ จนกระทั่งตัวต้นแบบสามารถทำ �งานได้ ตามที่ต้องการ เรียกขั้นตอนนี้ว่าขั้นตอนการปรับปรุงเปลี่ยนแปลง (Alteration) เมื่อนักเรียนได้ตัวต้นแบบที่สามาถแก้ปัญหาได้แล้วขั้นตอนสุดท้ายคือ การนำ �เสนอตัวต้นแบบ และการเรียนรู้ของนักเรียนที่เกิดขึ้นจากการ ออกแบบ เรียกขั้นตอนนี้ว่าขั้นตอนการนำ �เสนอผลการเรียนรู้ (Learned Outcomes) ขั้นตอนต่างๆ ใน PIRPOSAL Model จะกระตุ้นให้นักเรียนคิด และค้นหาความรู้ต่างๆ เพื่อตอบคำ �ถามที่ว่า ฉันต้องเรียนรู้อะไรเพิ่มเติม เพื่อให้ฉันสามารถแก้ไขปัญหานี้ได้ จึงทำ �ให้กระบวนการกระตุ้นให้ นักเรียนเกิดการเรียนรู้เนื้อหาและทักษะทางวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี วิศวกรรมศาสตร์ และคณิตศาสตร์ ที่จำ �เป็นต้องใช้ในการแก้ปัญหาด้วย ตนเองโดยมีครูทำ �หน้าที่เป็นผู้อำ �นวยความสะดวกในการเรียนรู้ให้แก่ นักเรียน การเรียนรู้รูปแบบนี้จึงตรงกับทฤษฎีการสร้างองค์ความรู้ (Constructivism Learning Theory) (Ormrod, 2016) และมีการกระตุ้น ให้นักเรียนใช้ความคิดไม่ว่าจะเป็นในการหาความรู้ หรือตัดสินใจแก้ปัญหา ซึ่งแตกต่างจากกระบวนการออกแบบทางวิศวกรรมทั่วไปที่มักจะเป็น ลักษณะขั้นตอนให้นักเรียนดำ �เนินตาม จึงอาจกล่าวได้ว่า PIRPOSAL Model เป็นกรอบแนวคิดในการจัดการเรียนรู้โดยใช้การออกแบบทางเทคโนโลยี และวิศวกรรม (Technological and Engineering Design Based Learning) ซึ่งกระตุ้นให้เกิดการเรียนรู้และพัฒนาทักษะ จึงเป็นรูปแบบ การจัดการเรียนรู้ที่เป็นเอกลักษณ์ของ Integrative STEM Education นิตยสารฉบับต่อไปจะนำ �เสนอบทความที่กล่าวถึงตัวอย่าง ของการจัดการเรียนรู้ด้วยการออกแบบทางวิศวกรรมและเทคโนโลยี ซึ่งผู้อ่านจะได้เห็นถึงพัฒนาการของการออกแบบของนักเรียนตั้งแต่ เริ่มต้น จนถึงการสร้างตัวต้นแบบในการแก้ปัญหา ซึ่งนักเรียนได้เรียนรู้เนื้อหา ที่หลากหลายในวิชา STEM ผ่านกิจกรรมการผลิตพลังงานสะอาดด้วย กระบวนการทางชีวภาพ Fortus, D. & Dershimer, R. C. & Krajcik, J. & Marx, R. W. & Mamlok-Naaman, R. (2004). Design-Based Science and Student Learning. J ournal of Research in Science Teaching, 41 (10): 1081–1110. Goel, V. (2014). Creative Brains: designing in the real world†. Frontiers in Human Neuroscience, 8. International Technology and Engineering Educators Association. (2020). Standards for Technological and Engineering Literacy: the role of technology and engineering in STEM education. Retrieved June 22, 2024, from https://www.iteea.org/STEL.aspx. National Research Council. (1996). National Science Education Standards . The National Academies Press. NGSS Lead States. (2013). Next Generation Science Standards: for states, by states . The National Academies Press. The National Aeronautics and Space Administration. (2024). STEMonstrations: engineering design process. Retrieved May 15, 2024, from https://www.nasa.gov/ stem-content/stemonstrations-engineering-design-process/. Ormrod, J. (2016). Human Learning. 7th ed. Pearson. Wells, J. (2016). PIRPOSAL Model of Integrative STEM Education: conceptual and pedagogical framework for classroom implementation. Technology and Engineering Teacher, 75 : 12–19. Wells, J. (2016). Efficacy of the Technological/Engineering Design Approach: imposed cognitive demands within design-based biotechnology instruction. Journal of Technology Education, 27 : 4–20. Wells, J. G. (2013). Integrative STEM Education at Virginia Tech: graduate preparation for tomorrow’s leaders. Technology and Engineering Teacher. Wells, J., & Ernst, J. (2012). Integrative STEM Education. Blacksburg, VA: Virginia Tech: Invent the Future, School of Education. บรรณานุกรม การจัดการเรียนรู้โดยใช้การออกแบบทางวิศวกรรมและเทคโนโลยี เริ่มจากการนำ �เสนอโจทย์การออกแบบทางวิศวกรรม (Engineering Design Challenge) ซึ่งโจทย์การออกแบบทางวิศวกรรมจะมีการระบุ ปัญหาที่ต้องการได้รับการแก้ไขและโดยทั่วไปจะมีเกณฑ์กำ �หนดความสำ �เร็จ (Criteria) เมื่อนักเรียนได้รับโจทย์การออกแบบทางวิศวกรรมแล้ว นักเรียนจะทำ �ความเข้าใจว่าปัญหาที่ต้องการการแก้ไขคืออะไร และสิ่งที่ ออกแบบต้องสามารถทำ �ตามเงื่อนไขอะไรเพื่อแสดงว่าสิ่งที่นักเรียน ออกแบบนั้นสามารถแก้ปัญหาได้ เรียกขั้นตอนนี้ว่าขั้นตอนการระบุ ปัญหา (Problem Identification) จากนั้นนักเรียนจะคิดแนวทางในการ แก้ปัญหา ซึ่งแนวทางแก้ปัญหานี้จะเป็นแนวทางแบบคร่าวๆ และพยายาม ระบุแนวทางที่เป็นไปได้ให้หลากหลายเท่าที่จะเป็นไปได้ หรืออาจจะมี การระดมสมองร่วมกับเพื่อนเพื่อหาแนวทางแก้ปัญหาก็ได้เช่นกัน เรียก ขั้นตอนนี้ว่าขั้นตอนการค้นหาแนวทางการแก้ปัญหา (Ideation) หลังจากนี้ นักเรียนจะมีแนวทางหลากหลาย แต่ละแนวทางมีทั้งที่นักเรียนรู้ว่า จะดำ �เนินการต่ออย่างไร หรือบางอย่างนักเรียนอาจจะยังไม่รู้ และต้องการ ค้นหาความรู้เพิ่มเติม ซึ่งนักเรียนจะใช้โอกาสในขั้นตอนการค้นหา ความรู้ (Research) ในการเติมเต็มสิ่งที่นักเรียนยังไม่รู้ จากนั้นนักเรียน ใช้ความรู้ที่ได้มาในการตัดสินใจว่าแนวทางการแก้ไขปัญหาใดที่ดีที่สุด เลือกมาแล้วนำ �มาเขียนแบบ กำ �หนดอุปกรณ์ที่ต้องใช้ในการสร้าง ต้นแบบ เขียนขั้นตอนในการประดิษฐ์ เรียกขั้นตอนนี้ว่า ขั้นตอนการเลือก แนวทางแก้ปัญหาที่เป็นไปได้ (Potential Solutions) จากนั้น นักเรียนจะลงมือสร้างและแก้ไขปัญหาที่เกิดขึ้นในระหว่างประดิษฐ์ ตัวต้นแบบในการแก้ปัญหา เรียกขั้นตอนนี้ว่าขั้นตอนการปรับแต่ง (Optimization) เมื่อผ่านขั้นตอนนี้นักเรียนจะได้ตัวต้นแบบของการแก้ปัญหา ซึ่งนักเรียนจะนำ �ไปประเมินว่าตัวต้นแบบของนักเรียน สามารถแก้ไขปัญหา ได้ตามที่ต้องการหรือไม่ เรียกขั้นตอนนี้ว่าขั้นตอนการประเมินผลลัพธ์ (Solution Evaluation) ซึ่งหากไม่สามารถแก้ปัญหาตามที่ต้องการได้