นิตยสาร สสวท. ฉบับที่ 249

ปีที่ 52 ฉบับที่ 249 กรกฎาคม - สิงหาคม 2567 31 การจัดการเรียนรู้ด้วยการออกแบบทางวิศวกรรมและเทคโนโลยี (Technological and Engineering Design Based Learning) เป็นการจัดการเรียนรู้ที่เป็นเอกลักษณ์ (Signature Pedagogy) ของการบูรณาการสะเต็มศึกษา ผ่านการออกแบบและแก้ไขปัญหา (Integrative STEM Education) ซึ่งมุ่งหวังให้นักเรียนสร้างองค์ความรู้ในรายวิชา STEM ด้วยตนเอง รวมทั้งพัฒนาทักษะต่างๆ ของนักเรียนที่จำ �เป็นต่อการใช้ชีวิตในศตวรรษที่ 21 โดยใช้ PIRPOSAL Model ซึ่งเป็นรูปแบบการจัดการเรียนรู้ที่มี 8 ขั้นตอน ได้แก่ การระบุปัญหา (Problem Identification) การค้นหาแนวทางการแก้ปัญหา (Ideation) การค้นหาความรู้ (Research) การเลือกแนวทางแก้ปัญหาที่เป็นไปได้ (Potential Solutions) การปรับแต่ง (Optimization) การประเมินผลลัพธ์ (Solution Evaluation) การปรับปรุง เปลี่ยนแปลง (Alteration) และการนำ �เสนอผลการเรียนรู้ (Learned Outcomes) โดยในทุกๆ ขั้นตอนที่นักเรียน กำ �ลังพยายามออกแบบเพื่อแก้ไขปัญหาอยู่นั้นนักเรียนจะใช้คำ �ถามสองรูปแบบคือ “อะไรที่ฉันรู้อยู่แล้ว (what do I already know)” และ“อะไรที่ฉันต้องการรู้เพิ่มเติม (what do I need to know)” ซึ่งสองคำ �ถามนี้ จะเป็นการกระตุ้นให้นักเรียนหาความรู้เพิ่มเติมเพื่อให้การออกแบบนี้ประสบความสำ �เร็จ (Wells, 2016a) โดย ตัวอย่างที่นำ �มาเสนอเป็นตัวอย่างที่นำ �มาจากการจัดการเรียนรู้ในรายวิชาการเรียนรู้เทคโนโลยีชีวภาพ (Biotechnology) ผ่านการออกแบบ (Wells, 2023) ซึ่งมีจุดประสงค์ให้นักเรียนเรียนรู้เนื้อหาเกี่ยวกับเทคโนโลยี ชีวภาพ และองค์ความรู้เกี่ยวกับวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี วิศวกรรมศาสตร์ และคณิตศาสตร์ รวมทั้งเพื่อกระตุ้นให้ นักเรียนใช้ความคิดขั้นสูงในการออกแบบและแก้ไขปัญหา อ ย่างไรก็ดี การนำ �เสนอนี้จะเป็นการนำ �เสนอแนวคิดของนักเรียน ตั้งแต่เริ่มต้นออกแบบจนกระทั่งพัฒนาตัวต้นแบบสำ �หรับแก้ปัญหา กระบวนการคิดของนักเรียน และการใช้คำ �ถามของครูในฐานะ ผู้อำ �นวยความสะดวกในการเรียนรู้ของนักเรียน ภาพที่ใช้มาจากงานของ นักเรียนจริงจึงอาจจะไม่สวยงามนัก แต่หากสังเกตให้ดีผู้อ่านจะเห็น พัฒนาการการเรียนรู้ซึ่งส่งผลต่อการออกแบบของนักเรียน อย่างไรก็ดี เนื่องจากเนื้อหาที่จะกล่าวต่อจากนี้มีความเกี่ยวข้องกับเทคโนโลยี ชีวภาพในบางเรื่อง เนื้อหาส่วนแรกจึงเป็นการนำ �เสนอเนื้อหาบางส่วนที่ เกี่ยวข้องกับตัวอย่างของการจัดการเรียนรู้ที่จะนำ �เสนอต่อไป การผลิตเอทานอลโดยการหมัก เอทานอล (Ethanol) สามารถผลิตได้จากการหมักน้ำ �ตาลกับ ยีสต์ ในกระบวนการหายใจโดยไม่ใช้ออกซิเจนในยีสต์ ซึ่งยีสต์จะใช้น้ำ �ตาล เป็นอาหารแล้วผลิตเอทานอลกับแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์เป็นผลิตภัณฑ์ สามารถเขียนเป็นสมการได้ดังนี้ นุ่มฟู Calcium Alginate ในกิจกรรมนี้มีการใช้ Calcium Alginate ในการสร้างสารที่มี ลักษณะคล้ายกับเจลเพื่อห่อหุ้มยีสต์ไว้ซึ่งใช้ในการป้องกันยีสต์ถูกทำ �ลาย จากสภาวะที่เปลี่ยนแปลงไป ซึ่งการผลิตสารที่มีลักษณะคล้ายเจลนี้ทำ �ได้ โดยผสม Sodium Alginate ยีสต์ และน้ำ �กลั่นเข้าด้วยกัน จากนั้นนำ �ปิเปตต์ (Pipette) หยดของเหลวนี้ลงไปในสารละลาย Calcium Chloride เมื่อเกิด ปฏิกิริยาระหว่างกันจะทำ �ให้เกิดสารที่มีลักษณะคล้ายเจลที่เรียกว่า Calcium Alginate ซึ่งสามารถปกป้องยีสต์จากสภาวะที่เปลี่ยนแปลงได้ การเรียนรู้โดยการออกแบบทางวิศวกรรมและเทคโนโลยีนี้จะเริ่มต้นด้วย การกระตุ้นความสนใจนักเรียนเพื่อเข้าสู่บทเรียน ในกรณีนี้เนื่องจากปัญหา ที่ต้องการแก้ไขคือการขาดแคลนเชื้อเพลิงสะอาด การกระตุ้นความสนใจ ของนักเรียนจึงอาจทำ �ได้โดยให้นักเรียนดูวีดิทัศน์เกี่ยวกับปัญหาที่เกิดขึ้น จากการใช้เชื้อเพลิงฟอสซิล เช่น ทำ �ให้เกิดปัญหามลภาวะ โลกร้อน รวมทั้ง การมีอยู่อย่างจำ �กัดของเชื้อเพลิงชนิดนี้ เมื่อนักเรียนเริ่มเห็นความสำ �คัญ ของปัญหาแล้ว ต่อไปจะเป็นการนำ �เสนอโจทย์การออกแบบทางวิศวกรรม ซึ่งเป็นเอกสารประมาณ 1 หน้ากระดาษที่จะกล่าวถึงรายละเอียดของ ปัญหา และเป้าหมายที่ต้องการ ดังภาพ 1 โดยโจทย์การออกแบบนี้ นำ �มาจากหนังสือ Design based biotechnical learningTM teaching guide (Wells, 2023) C 6 H 12 O 6 (Sugar) → 2C 2 H 5 OH(Ethanol)+2CO 2 Yeast การใช้ยีสต์ในกระบวนการหมักนี้ถูกนำ �ไปประยุกต์ใช้อย่าง หลากหลาย เช่น กระบวนการผลิตเอทานอลเพื่อนำ �ไปใช้เป็นพลังงานทดแทน การผลิตเครื่องดื่มแอลกอฮอล์ เช่น ไวน์ เบียร์ รวมทั้งการทำ �ให้ขนมปัง