รู้จักสะเต็มศึกษาผ่านกิจกรรม “รถไฟฟ้าพลังงานแม่เหล็ก”

เขียนโดย ohoadmin เมื่อ . หัวข้อ บทความ

  • Views 48

      บทความนี้เป็นหนึ่งในแนวทางการสอนสะเต็มศึกษา ซึ่งคณะผู้เขียนได้วิเคราะห์และกลั่นกรองจากการอบรม STEM Workshop ที่มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ โดย Professor Deborah Hanuscin เป็นวิทยากร ผู้เข้ารับการอบรบได้รับการฝึกฝนทักษะการคิด วิเคราะห์ สังเคราะห์กระบวนการเรียนรู้ ทั้งในมิติของการเป็นผู้เรียน ผู้สอนและผู้พัฒนาหลักสูตร กิจกรรมที่ใช้ในการอบรมมีลักษณะการเรียนรู้แบบ Active Learning ที่ผู้สอนทำหน้าที่กระตุ้นและชี้แนะแนวทางให้ผู้เรียนเกิดความรู้และความเข้าใจด้วยตัวเอง  คณะผู้เขียนหวังเป็นอย่างยิ่งว่า บทความนี้จะเป็นประโยชน์ในการพัฒนาการเรียนการสอนแบบสะเต็มศึกษา เพื่อนำไปประยุกต์ใช้ในการจัดการเรียนการสอน

บทความนี้ประกอบด้วย 2 หัวข้อคือ วิธีการหาความหมายของสะเต็ม และกิจกรรมการเรียนรู้แบบสะเต็ม

การหาความหมายของสะเต็ม

      หลักในการสอนเพื่อความเข้าใจในความหมายและสร้างความเข้าใจที่ตรงกันเกี่ยวกับสะเต็มศึกษา ไม่ใช่เป็นการบอกนิยามหรือความหมายให้ผู้เรียนท่องหรือจดจำ แต่เป็นการให้ผู้เรียนทำความเข้าใจผ่านการทำกิจกรรม โดยผู้สอนจะเน้นการตั้งคำถามเพื่อกระตุ้นแนวคิดของผู้เรียนเป็นสำคัญ เช่น การแบ่งกลุ่มพูดคุยเพื่อแลกเปลี่ยนและระดมความคิด (Brainstorm) การหาข้อมูล การนำเสนอผลงานและแสดงความคิดเห็น ซึ่งเป็นการเน้นการคิดวิเคราะห์ก่อน แล้วจึงสังเคราะห์และแลกเปลี่ยนความคิดของตนเองกับผู้อื่นในชั้นเรียน เพื่อเป็นบทสรุปร่วมกันบนพื้นฐานคำถามที่ว่าสะเต็มคืออะไร เพราะเหตุใดจึงมีความสำคัญ และสิ่งที่ผู้เรียนจะได้รับจากการเรียนการสอนตามแนวทางสะเต็มศึกษา

ตัวอย่างกิจกรรมเพื่อสร้างความเข้าใจในความหมายของสะเต็ม

กิจกรรมที่ 1 Is it STEM?

        ขั้นตอนท่ี่ 1 ผู้เรียนศึกษาความหมายของสะเต็มจากเอกสารที่ผู้สอนจัดเตรียมไว้ให้ ซึ่งเอกสารนั้นบอกถึงความหมายของสะเต็มจากหลากหลายแหล่งข้อมูล  จากนั้นให้ผู้เรียนพิจารณาความหมายของสะเต็ม และเขียนหลักเกณฑ์ที่ใช้ในการตัดสินใจว่าสะเต็มคืออะไรในแบบของตนเอง

        ขั้นตอนที่ 2 ผู้เรียนแลกเปลี่ยนความคิดและอภิปรายร่วมกัน เกี่ยวกับความหมายของสะเต็มศึกษา ว่าเหมือนและแตกต่างกันอย่างไร  

       วัสดุหรือเครื่องมือช่วยในการสอน : เอกสารนิยามความหมายของสะเต็มจากแหล่งข้อมูลที่น่าเชื่อถือ และมีคำอธิบายที่หลากหลาย

กิจกรรมที่ 2 Defining STEM

      ขั้นตอนที่ 1 วิเคราะห์ความเหมือนและความแตกต่างระหว่างความหมายของสะเต็มในเอกสารที่จัดเตรียมไว้ให้  กับความหมายสะเต็มของตนเอง

       ขั้นตอนที่ 2 อภิปรายความหมายร่วมของสะเต็มที่สามารถนำไปใช้ในสายงานต่างๆ เช่น นักพัฒนาการศึกษา นักวางแผนนโยบาย นักธุรกิจ   

 

กิจกรรม 3 STEM Headlines

         ผู้สอนตั้งสถานการณ์ : ให้ผู้เรียนจินตนาการภาพในอีก 5-10 ปีข้างหน้า ผู้เรียนจะนำสิ่งที่ได้จากการเรียน และทำกิจกรรมในครั้งนี้ไปใช้ในโรงเรียน หรือในบริบทอื่นอย่างไร โดยแลกเปลี่ยนความคิดเห็นกันในกลุ่มย่อย

         ผู้สอนตั้งสถานการณ์ : ให้ผู้เรียนจินตนาการถ้าในอนาคตมีหนังสือพิมพ์สัมภาษณ์เรื่องราวความสำเร็จของผู้เรียน/โรงเรียนหรือประเทศของตนเอง ให้ผู้เรียนเขียนพาดหัวข่าวที่อยากเห็น เช่น ความสามารถหรือทักษะของผู้ที่จะประสบความสำเร็จ การแก้ปัญหาในชีวิตจริง ความสำเร็จด้านการเงินและเศรษฐกิจ การประยุกต์ใช้ความรู้จากห้องเรียนสู่ชีวิตจริง เป็นต้น โดยแลกเปลี่ยนความคิดในกลุ่มย่อยว่า พาดหัวข่าวใดแสดงถึงความสำคัญของสะเต็มมากที่สุด

วัสดุหรือเครื่องมือช่วยในการสอน : ตัวอย่างของพาดหัวข่าวที่หลากหลาย เพื่อชี้ให้ผู้เรียนเข้าใจ และเห็นภาพได้ชัดเจนยิ่งขึ้น

กิจกรรม 4 STEM Education in the News

     ขั้นตอนที่  1 ผู้เรียนอ่านบทความจากหนังสือพิมพ์ Bangkok Post หัวข้อ A Stem Education [4]

     ขั้นตอนที่  2 ผู้เรียนร่วมกันอภิปรายในหัวข้อ

  • ความหมายของสะเต็ม
  • เหตุผลที่แสดงถึงความสำคัญของสะเต็ม
  • สิ่งที่ผู้เรียนอยากให้มีเพิ่มเติมนอกเหนือจากที่ปรากฏในบทความ

      วัสดุหรือเครื่องมือช่วยในการสอน : แหล่งข้อมูลความหมายของสะเต็ม ไม่จำเป็นต้องเป็นบทความจากหนังสือพิมพ์ Bangkok Post สามารถมาจากแหล่งอื่นที่มีความน่าเชื่อถือได้

กิจกรรม 5 Elevator Speeches

       ผู้สอนตั้งสถานการณ์ : ถ้าผู้เรียนอยู่ในลิฟท์และพบพ่อแม่/เพื่อนผู้เรียน/เพื่อนร่วมงาน/ผู้บริหาร/คุณครู พวกเขาถามเกี่ยวกับสะเต็ม ผู้เรียนจะอธิบายให้พวกเขาฟังว่าอย่างไรในเวลา 2 นาที

      จากกิจกรรมข้างต้นนั้นช่วยสร้างความเข้าใจในความหมายของสะเต็มผ่านทางการแสดงความคิดเห็นและตรวจสอบความเข้าใจ โดยใช้เทคนิคการอภิปรายร่วมกับผู้อื่น อีกทั้งกิจกรรมเหล่านี้สามารถสะท้อนให้ผู้สอนเห็นได้ว่า ผู้เรียนมีความเข้าใจในความหมายและเห็นความสำคัญของสะเต็มแล้วหรือไม่ โดยเทคนิคการแลกเปลี่ยนความคิดเห็นนั้น ควรให้ผู้เรียนสลับเปลี่ยนกลุ่มและที่นั่งของตนเอง เพื่อให้ผู้เรียนได้รับฟังแนวคิดที่หลากหลาย ซึ่งช่วยเสริมสร้างทักษะการติดต่อสื่อสาร การยอมรับฟังความคิดและการทำงานร่วมกับผู้อื่นได้อีกด้วย

กิจกรรมการเรียนรู้แบบสะเต็ม

      ใน workshop ครั้งนี้  ผู้สอนยกตัวอย่างกิจกรรมการเรียนรู้ผ่านบทเรียน เรื่องแม่เหล็ก (Magnets) เพื่อนำมาสร้างแบบจำลองรถไฟพลังงานแม่เหล็ก ซึ่งเป็นการสร้างทักษะกระบวนการเรียนรู้ตามแนวทางสะเต็มศึกษา เพื่อให้เห็นความสัมพันธ์และการเชื่อมโยงกันระหว่างกระบวนการเรียนรู้ทางวิทยาศาสตร์ และกระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรม ให้ชัดเจนมากยิ่งขึ้น ซึ่งผู้เขียนของสรุปขั้นตอนการแก้ไขปัญหาในการสร้างรถไฟพลังงานแม่เหล็ก ดังนี้   

      ขั้นตอนที่ 1 ผู้สอนนำแม่เหล็กรูปทรงต่าง ๆ มาให้ผู้เรียนได้เรียนรู้ ทดสอบสมบัติและหลักการทำงาน โดยผู้สอนตั้งคำถามเกี่ยวกับแม่เหล็ก เช่น รู้จักแม่เหล็กหรือไม่ มีหลักการทำงานอย่างไร สามารถนำไปใช้ประโยชน์อะไรได้บ้าง จากนั้นผู้สอนเกริ่นนำถึงสถานการณ์ของรถไฟไทย ที่มีโครงการสร้างรถไฟความเร็วสูง และตั้งกรอบเป้าหมายให้ผู้เรียนสร้างแบบจำลองรถไฟพลังงานแม่เหล็กที่สามารถลอย เคลื่อนที่ไปข้างหน้า รับน้ำหนักได้ และมีความปลอดภัย โดยสร้างแบบจำลองรถไฟพลังงานแม่เหล็กจากวัสดุอุปกรณ์ที่เตรียมให้สำหรับการทำกิจกรรม

       วัสดุอุปกรณ์สำหรับกิจกรรมสร้างแบบจำลองรถไฟพลังงานแม่เหล็ก :  แม่เหล็กแผ่นกลมและแผ่นยาว ขดลวดสปริงทองแดง ถ่านไฟฉาย 3A หลอดดูดน้ำ เทปกาว และกล่องกระดาษสำหรับทำรางรถไฟ

        ขั้นตอนที่ 2 ผู้เรียนค้นหาและศึกษาข้อมูลที่เกี่ยวข้องกับแม่เหล็ก เช่น หลักการทำงานของแม่เหล็ก และแนวทางในการประยุกต์ใช้แม่เหล็กในการผลิตรถไฟ จากแหล่งความรู้ต่าง ๆ เช่น วารสาร เว็บไซต์ เป็นต้น ประกอบกับผู้เรียนอาจมีการทดลองจริงในเรื่องของสมบัติและหลักการทำงานของแม่เหล็ก ซึ่งผู้เรียนจะพบว่าแม่เหล็กมี 2 ขั้ว คือขั้วบวกและลบ ซึ่งมีแรงดึงดูดของขั้วที่ต่างกันและแรงผลักของขั้วที่เหมือนกัน และแม่เหล็กแต่ละขนาดให้แรงที่แตกต่างกัน

       ขั้นตอนที่ 3 นำหลักการการทำงานของแม่เหล็กที่ได้มาวิเคราะห์กันในกลุ่ม เพื่อนำมาออกแบบแบบจำลองรถไฟพลังงานแม่เหล็กตามข้อมูลและความรู้ที่ได้ศึกษามาข้างต้น โดยต้องคำนึงถึงข้อกำหนดข้างต้น คือรถไฟสามารถลอย เคลื่อนที่ไปข้างหน้า รับน้ำหนักได้ และมีความปลอดภัย ประกอบกับต้องคำนึกถึงอุปกรณ์ที่ใช้ในการสร้าง  ซึ่งในขั้นการออกแบบ สามารถออกแบบเป็นภาพร่าง และมีหลากหลายแบบได้ แต่สุดท้ายผู้เรียนจะต้องเลือกแบบที่เหมาะสมที่สุดนำมาสร้างเป็นชิ้นงาน

      ขั้นตอนที่ 4 ผู้เรียนสร้างชิ้นงานและทดสอบรถไฟพลังงานแม่เหล็กจำลองให้สามารถลอย เคลื่อนที่ไปข้างหน้า และรับน้ำหนักได้อย่างปลอดภัย ตามเงื่อนไขที่กำหนด


รูปที่ 1
 ตัวอย่างชิ้นงานแบบจำลองรถไฟพลังงานแม่เหล็ก

      ขั้นตอนที่ 5 หาข้อผิดพลาดหรือข้อบกพร่องของชิ้นงานแล้วนำมาปรับปรุงแก้ไขเพื่อให้ถึงเป้าหมายที่วางไว้ ซึ่งในขั้นตอนนี้มักจะมีการหาข้อมูลหรือออกแบบใหม่ เนื่องจากผลทดสอบมักไม่ตรงกับเป้าหมายที่ตั้งไว้

      ขั้นตอนที่ 6 เมื่อได้ผลเป็นที่น่าพอใจ จึงมีการนำเสนอผลงาน โดยนำเสนอชิ้นงาน หลักการทำงานของแบบจำลองรถไฟพลังงานแม่เหล็ก ปัญหาหรืออุปสรรคที่พบระหว่างการออกแบบและสร้างชิ้นงาน ข้อดี-ข้อเสียของชิ้นงาน และข้อเสนอแนะในการพัฒนาชิ้นงานต่อไป


รูปที 2
Flow chart สรุปขั้นตอนการทำกิจกรรม

       เมื่อผู้เรียนนำเสนอผลงานเสร็จสิ้น ในขั้นตอนต่อมา ผู้สอนให้ผู้เรียนเขียน Flow chart แสดงกระบวนการการเรียนรู้ที่เกิดขึ้น ตั้งแต่ขั้นตอนแรก จนถึงขั้นตอนสุดท้ายของกระบวนการทำงาน ซึ่งการเขียน Flow chart หลังจากทำกิจกรรม ช่วยให้ผู้เรียนสามารถสังเคราะห์และเชื่อมโยงความเข้าใจในกระบวนการการเรียนรู้แบบสะเต็มศึกษา ผ่านการลงมือปฏิบัติจริงจากการสร้างชิ้นงานหรือวิธีการ พบว่า ในกระบวนการทำงานของแต่ละกลุ่ม มีกระบวนการการแก้ปัญหาที่แตกต่างกัน แต่สุดท้ายแล้วกระบวนการทำงานที่เกิดขึ้นสามารถตอบโจทย์ปัญหาเริ่มต้นได้ ซึ่งในกระบวนการแก้ปัญหานั้นมีขั้นตอนการทำงานซ้ำไป ซ้ำมา ในทุกขั้นตอน จนกว่าจะได้ชิ้นงานหรือวิธีการที่เป็นที่น่าพอใจที่สุดของกลุ่ม  นั่นคือลำดับขั้นตอนการทำงานสามารถย้อนกลับไปยังขั้นตอนใดก็ได้ เมื่อเกิดปัญหาระหว่างกระบวนการ

        สุดท้ายผู้สอนสรุปว่ากระบวนการทำงานของผู้เรียนทั้งหมด จะเป็นไปตามกระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรม รวมกับการเรียนรู้แบบสืบเสาะหาความรู้ 5 ขั้นตอน มาใช้ในกระบวนการแก้ไขปัญหาที่เกิดขึ้นทั้งหมด โดยในระหว่างการทำงานนั้น ยังเป็นการเรียนรู้ที่ส่งเสริมและพัฒนาทักษะในศตวรรษที่ 21 ที่ผู้เรียนพึงมี


รูปที่ 3
กระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรม

 

ตารางสรุปความสัมพันธ์ระว่างกระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรม การเรียนรู้แบบสืบเสาะหาความรู้ และทักษะในศตวรรษที่ 21 จากกิจกรรมสะเต็มข้างต้น

กระบวนการการทำงาน กระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรม การเรียนรู้แบบสืบเสาะหาความรู้ (5E’s) ทักษะในศตวรรษที่ 21
ขั้นตอนที่ 1 ระบุปัญหา สร้างความสนใจ การสื่อสาร
ขั้นตอนที่ 2 ขั้นรวบรวมข้อมูลและแนวคิดที่เกี่ยวข้องกับปัญหา สำรวจ และอธิบาย การสื่อสาร และการคิดอย่างมีวิจารณญาณ
ขั้นตอนที่ 3 ขั้นออกแบบวิธีการแก้ปัญหา ต่อยอดความคิด การสื่อสาร การร่วมมือ การคิดอย่างมีวิจารณญาณ และความคิดสร้างสรรค์
ขั้นตอนที่ 4 ขั้นวางแผนและดำเนินการแก้ปัญหา ต่อยอดความคิด การสื่อสาร การร่วมมือ และความคิดสร้างสรรค์
ขั้นตอนที่ 5 ขั้นทดสอบ ประเมินผล และปรับปรุงแก้ไขวิธีการแก้ปัญหาหรือชิ้นงาน ประเมิน การสื่อสาร การร่วมมือ การคิดอย่างมีวิจารณญาณ และความคิดสร้างสรรค์
ขั้นตอนที่ 6 ขั้นนำเสนอวิธีการแก้ปัญหา ผลการแก้ปัญหาหรือชิ้นงาน การสื่อสาร

 

นั่นคือการเรียนรู้ในแนวทางสะเต็มศึกษานั้นผู้เรียนจะต้องตอบได้ว่า

  1. ปัญหาหรือสถานการณ์ที่ผู้เรียนต้องการแก้ไขคืออะไร
  2. ความรู้ที่นำมาใช้การแก้ปัญหาปัญหาคืออะไร มีหลักการทำงานอย่างไร และเลือกหลักการนั้นเพราะอะไร
  3. เทคโนโลยีเดิมที่ใช้แก้ไขมีอะไรบ้าง ข้อด้อยแต่ละวิธีคืออะไร ผู้เรียนสามารถต่อยอดจากเทคโนโลยีเดิมได้อย่างไร หรือสร้างเทคโนโลยีใหม่ในการแก้ไขปัญหาได้อย่างไร

 

ดังนั้นบทความนี้ สื่อให้ทุกคนเห็นกระบวนการจัดเรียนรู้แบบสะเต็มศึกษา ซึ่งสามารถทำได้ง่าย และทำได้ทุกที ทุกเวลา ไม่ใช่ใช้ได้เฉพาะในห้องเรียน แต่สามารถนำไปใช้ในชีวิตประจำวันได้ นั่นคือผู้เรียนนำกระบวนการเรียนแบบสะเต็มไปใช้ในการแก้ปัญหาในชีวิตประจำวันได้  

บทความโดย นางสาวนุศวดี  พจนานุกิจ  นางสาวตรีสุคนธ์ ตรีบุพชาติสกุล และนายสุนทร พรมมงคล นักวิชาการสาขาเทคโนโลยี

เอกสารอ้างอิง

[1]  สะเต็มศึกษา : ความท้าทายใหม่ของการศึกษาไทย. สุธีระ ประเสริฐสรรพ์.หน่วยจัดการกลาง โครงการเพาะพันธุ์ปัญญาภายใต้การสนับสนุนของสำนักงานกองทุนสนับสนุนการวิจัย (สกว.). ตุลาคม 2558.  พิมพ์ที่ บริษัท นำศิลป์โฆษณา จำกัด

[2] 5Es Teaching and Learning Model. https://www.primaryconnections.org.au/about/teaching

[3] Kamehameha Schools Research & Evaluation. http://www.ksbe.edu/_assets/spi/pdfs/21_century_skills_full.pdf

[4]  http://www.bangkokpost.com/tech/local-news/456725/a-stem-education


Tags: , , , , ,