นิตยสาร สสวท. ฉบับที่ 251

ปีที่ 53 ฉบับที่ 251 พฤศจิกายน - ธันวาคม 2567 21 ก ารศึกษาอนุภาคฮิกส์โบซอนในระดับมัธยมศึกษาช่วยกระตุ้นความสนใจของนักเรียนในฟิสิกส์ขั้นสูง โดยเฉพาะหัวข้อฟิสิกส์ อนุภาค ซึ่งเป็นสาขาวิทยาศาสตร์ที่เน้นการสำ �รวจและค้นหาความลับของจักรวาล การเรียนรู้เกี่ยวกับอนุภาคฮิกส์และกลไก การทำ �งานของสนามฮิกส์ยังสามารถส่งเสริมความคิดเชิงวิทยาศาสตร์และทักษะการวิเคราะห์เชิงปริมาณซึ่งเป็นทักษะสำ �คัญในการ แก้ปัญหาวิทยาศาสตร์ (Wahyuni, 2022) ฟิสิกส์อนุภาคเป็นหนึ่งในหัวข้อที่ท้าทายสำ �หรับครูผู้สอนเนื่องจากมีเนื้อหาที่ซับซ้อนและเป็นนามธรรม นักเรียนอาจพบว่า เป็นการยากที่จะเชื่อมโยงกับประสบการณ์หรือความรู้ในชีวิตประจำ �วันของนักเรียนได้ การเรียนรู้ในหัวข้อฟิสิกส์อนุภาค เช่น ฮิกส์โบซอน กลศาสตร์ควอนตัม สนามแม่เหล็ก จำ �เป็นต้องอาศัยความเข้าใจเชิงลึกเกี่ยวกับทฤษฎีทางคณิตศาสตร์และแบบจำ �ลอง (Model) ทาง ฟิสิกส์ที่มีรายละเอียดซับซ้อนมากกว่าฟิสิกส์พื้นฐานทั่วไป (Wahyuni, 2022) ข้อจำ �กัดด้านเนื้อหาและสื่อการสอน ความท้าทาย หลักประการหนึ่งคือ การอธิบายแนวคิดที่เป็นนามธรรมซึ่งไม่สามารถสังเกตหรือสัมผัสได้โดยตรง ซึ่งครูต้องหาวิธีการจัดการเรียนรู้ที่ ทำ �ให้สิ่งที่เป็นนามธรรมสามารถนำ �เสนอให้เห็นภาพชัดเจนขึ้น การใช้สื่อการสอนประกอบกับการทดลองเชิงปฏิบัติที่สามารถสร้าง การเรียนรู้จากการลงมือทำ �จริง (Hands-on Activities) เป็นหนึ่งในแนวทางที่ช่วยให้นักเรียนเข้าใจได้ดียิ่งขึ้น (S. Wahyuni, 2022) การใช้เทคโนโลยีในห้องเรียน การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีเป็นอีกแนวทางที่สามารถแก้ปัญหาในการสอนฟิสิกส์ขั้นสูงได้ เช่น การใช้การจำ �ลองภาพสามมิติ (3D Simulation) เพื่อแสดงการชนกันของอนุภาคในเครื่องเร่งอนุภาคขนาดใหญ่ (Large Hadron Collider หรือ LHC) หรือการใช้แบบจำ �ลองที่พิมพ์จากเครื่องพิมพ์ 3 มิติ เพื่อช่วยให้นักเรียนสามารถเข้าใจหลักการพื้นฐานของเครื่องมือ วิทยาศาสตร์ที่ซับซ้อนได้ง่ายขึ้น (Dahlkemper et al., 2022) ดังนั้น การพัฒนากลยุทธ์และการประยุกต์ใช้สื่อการสอนที่สร้างสรรค์ รวมถึงการเพิ่มพูนทักษะและความรู้ให้ครู จึงเป็น กุญแจสำ �คัญในการแก้ไขปัญหาความท้าทายในการสอนฟิสิกส์ขั้นสูงในระดับมัธยมศึกษา บทความนี้มีวัตถุประสงค์ในการนำ �เสนอแนวทางการสอนฟิสิกส์อนุภาคในระดับมัธยมศึกษา โดยมุ่งเน้นให้เนื้อหาฟิสิกส์ที่ซับซ้อน สามารถทำ �ความเข้าใจได้ง่ายและสามารถนำ �ไปปรับใช้ในห้องเรียนได้จริง ซึ่งแนวทางการสอนในบทความนี้แบ่งออกเป็น 4 รูปแบบ “การค้นพบอนุภาคฮิกส์โบซอน (Higgs Boson) โดยใช้เครื่องตรวจวัด ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS) และ CMS (Compact Muon Solenoid) ในปี 2012 (พ.ศ. 2555) ถือเป็นการสิ้นสุดการค้นหาอนุภาคที่ ยาวนานที่สุดในประวัติศาสตร์ของฟิสิกส์อนุภาค ซึ่งเป็นผลจากการทดลองฟิสิกส์ที่ใหญ่ที่สุดและซับซ้อนที่สุด ที่เคยดำ �เนินการมา โดยมีนักวิทยาศาสตร์และวิศวกรจากทั่วโลกเข้าร่วมกว่าพันคน การค้นพบนี้เป็นหลักฐานที่สำ �คัญ สำ �หรับทฤษฎีที่พัฒนาขึ้นในทศวรรษ 1960 ซึ่งอธิบายการมีอยู่ของสนามฮิกส์ (Brout–Englert–Higgs Field) ที่มอง ไม่เห็นและผลกระทบของสนามนี้ต่อมวลของอนุภาคพื้นฐาน หลังจากการค้นพบงานด้านการคาดการณ์ทฤษฎีนี้ได้รับ รางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ในปี 2013 (พ.ศ. 2556) การค้นพบนี้เป็นตัวอย่างที่ดีของวิทยาศาสตร์สมัยใหม่ในกระบวนการ ค้นหาและเป็นโอกาสที่ยอดเยี่ยม” (Woithe et al., 2022) แต่การอธิบายให้นักเรียนในระดับมัธยมศึกษาสามารถ เข้าใจในสนามฮิกส์ยังถือว่าเป็นเรื่องที่ทำ �ได้ยากในห้องเรียนเพราะสนามฮิกส์เป็นเรื่องที่ซับซ้อน จึงส่งผลให้นักเรียน ในระดับมัธยมศึกษาไม่สามารถเข้าใจได้โดยตรง 1. การทำ �ความเข้าใจพื้นฐาน: การอธิบายฟิสิกส์อนุภาคมักต้องใช้แนวคิดที่ค่อนข้างนามธรรม เช่น การชนกันของอนุภาคและสนามฮิกส์ ซึ่งอาจทำ �ให้นักเรียนรู้สึกว่ายากต่อการเข้าใจ ผู้เขียนจึงเสนอให้ครูใช้แบบจำ �ลอง หรือการเปรียบเทียบที่เชื่อมโยงกับประสบการณ์ ในชีวิตประจำ �วันของนักเรียน เช่น การใช้แบบจำ �ลอง 3 มิติหรือการเปรียบเทียบสนามฮิกส์กับน้ำ �เพื่อแสดงถึงการเคลื่อนที่ของอนุภาค ภายในสนามนั้น กระบวนการเหล่านี้จะช่วยให้นักเรียนเข้าใจเนื้อหาที่ซับซ้อนเหล่านี้ได้ดีขึ้น (Dahlkemper et al., 2022) 2. การเรียนรู้ผ่านกิจกรรม: การสร้างประสบการณ์การเรียนรู้เน้นให้ใช้กิจกรรมเชิงปฏิบัติที่เกี่ยวข้องกับการทดลองทางฟิสิกส์ เพื่อ สร้างประสบการณ์การเรียนรู้ที่ลึกซึ้งให้แก่นักเรียน ตัวอย่างเช่น กิจกรรมการทดลองเล็กๆ ที่จำ �ลองการชนของอนุภาคเพื่อให้นักเรียน ได้สัมผัสกับกระบวนการค้นพบและการตั้งสมมติฐาน การเรียนรู้แบบนี้ทำ �ให้นักเรียนมีส่วนร่วมและสามารถเชื่อมโยงกับกระบวนการ ทางวิทยาศาสตร์ได้ดียิ่งขึ้น (Woithe et al., 2022)