รู้จักสะเต็มศึกษาผ่านกิจกรรม “รถไฟฟ้าพลังงานแม่เหล็ก”
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
- ปัญหาหรือสถานการณ์ที่ผู้เรียนต้องการแก้ไขคืออะไร
- ความรู้ที่นำมาใช้การแก้ปัญหาปัญหาคืออะไร มีหลักการทำงานอย่างไร และเลือกหลักการนั้นเพราะอะไร
- 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
ตรีสุคนธ์ ตรีบุพชาติสกุล, นุศวดี พจนานุกิจ, รถไฟฟ้า, สะเต็มศึกษา, สุนทร พรมมงคล, แม่เหล็ก