สเต็มศึกษา (STEM) ความหมายกระบวนการออกแบบการจัดการเรียนรู้

สเต็มศึกษา (STEM) ความหมายกระบวนการออกแบบการจัดการเรียนรู้

1. ความหมายของสะเต็มศึกษา

          สะเต็มศึกษาเป็นนวัตกรรมการจัดการเรียนรู้รูปแบบหนึ่งที่เป็นการบูรณาการวิทยาศาสตร์วิศวกรรมศาสตร์ เทคโนโลยี และคณิตศาสตร์เข้าด้วยกัน ให้ผู้เรียนนำได้ความรู้ไปใช้แก้ปัญหาในชีวิตจริงอีกทั้งเป็นการพัฒนากระบวนการหรือผลผลิตใหม่ที่เป็นประโยชน์ต่อการดำเนินชีวิตและการประกอบอาชีพผ่านประสบการณ์ในการทำกิจกรรมการเรียนรู้แบบโครงงานเป็นฐาน (Project-Based Learning) หรือกิจกรรมการเรียนรู้แบบใช้ปัญหาเป็นฐาน (Problem - Based Learning)

          สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี (2557: 4) ได้ให้ความหมายของ   สะเต็มศึกษา ไว้ว่า เป็นแนวทางการจัดการศึกษาที่เป็นการบูรณาการวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี วิศวกรรมศาสตร์ และคณิตศาสตร์ เพื่อมุ่งแก้ปัญหาที่พบเห็นในชีวิตจริง เพื่อสร้างเสริมประสบการณ์ ทักษะชีวิต ความคิดสร้างสรรค์ และเป็นการเตรียมความพร้อมให้กับนักเรียนในการปฏิบัติงานที่ต้องใช้องค์ความรู้และทักษะกระบวนการด้านวิทยาศาสตร์ คณิตศาสตร์ และเทคโนโลยี รวมทั้งนำไปสู่การสร้างนวัตกรรมในอนาคต

          Amanda Shackleford Roberts (2013: 7) ได้ให้ความหมายของสเต็มศึกษาไว้ว่า เป็นวิธีการจัดการเรียนการสอนที่บูรณาการ วิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี วิศวกรรมศาสตร์ และคณิตศาสตร์ ผ่านวิธีการจัดการเรียนการสอนที่ใช้ปัญหาเป็นฐาน การค้นพบและการสร้างองค์ความรู้ด้วยตนเอง นอกจากนี้นักเรียนต้องเป็นผู้แก้ปัญหาเอง รวมถึงต้องมีวิธีการแก้ไขปัญหาอย่างชัดเจน

          จากความหมายข้างต้นสามารถสรุปได้ว่า สเต็มศึกษาเป็นวิธีการจัดการเรียนการสอนที่บูรณาการวิชาวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี วิศวกรรมศาสตร์ และคณิตศาสตร์ โดยผ่านกระบวนการจัดการเรียนสอนที่ใช้ปัญหาที่พบเจอในชีวิตประจำวันมาออกแบบเพื่อแก้ปัญหานั้น เพื่อสร้างเสริมประสบการณ์ ทักษะชีวิต ความคิดสร้างสรรค์ เพื่อนำไปสู่การสร้างนวัตกรรมในอนาคต

          สรุปอย่างง่ายๆอีกทีคือมันก็คือ การจัดการเรียนรู้แบบบูรณาการ(บูรณาการ วิทย์ คณิต วิศวะการงานอาชีพและเทคโนโลยี) นั่นแหละโดยผ่านกระบวนการจัดการเรียนสอนที่ใช้ปัญหาที่พบเจอในชีวิตประจำวันมาออกแบบเพื่อแก้ปัญหานั้น เพื่อสร้างเสริมประสบการณ์ ทักษะชีวิต ความคิดสร้างสรรค์ เพื่อนำไปสู่การสร้างนวัตกรรมในอนาคต

2. แผนแบบสเต็มเริ่มจากไหนดี

          การเริ่มก็เหมือนกับการเขียนแบบบูรณาการโดย พิมพันธ์  เดชะคุปต์ และพเยาว์  ยินดีสุข (2557: 14 - 15) ได้ระบุขั้นตอนของการสร้างหน่วยการเรียนรู้แบบบูรณาการไว้ว่า

          1) กำหนดหัวเรื่อง

          วิธีกำหนดรูปแบบที่ 1 กำหนดหัวเรื่องก่อน

          วิธีกำหนดรูปแบบที่ 2 กำหนดหัวเรื่องหลังจากผสมผสานวัตถุประสงค์การเรียนรู้ร่วมของกลุ่มสาระการเรียนรู้ต่าง ๆ โดยกำหนดจากเรื่องต่อไปนี้

                   1.1)  มโนทัศน์

                   1.2) ประเด็นปัญหา

                   1.3) เรื่องที่เป็นปัญหา

                   1.4) เรื่องที่ต้องใช้การสืบสอบ/แก้ปัญหา

                   1.5) แหล่งการเรียนรู้ที่เอื้อต่อการค้นคว้า

                   1.6) ความสนใจของผู้เรียน

          2) ทำเครือข่ายความคิด หรือผังความคิด หรือผังกราฟิก เกี่ยวกับความเกี่ยวข้องของเรื่อง ดังนี้

                   2.1) เนื้อหาในกลุ่มสาระการเรียนรู้ต่าง ๆ ที่เกี่ยวกับหัวเรื่อง

                   2.2) หัวเรื่อง และทักษะของกลุ่มสาระการเรียนรู้ต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้อง

                   3) จัดเรียงลำดับเนื้อหาและทักษะต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้องกับหัวเรื่องเพื่อนำไปวางแผนการจัดการเรียนรู้

          4) วางแผนการจัดการเรียนรู้

                   4.1) ระบุมโนทัศน์

                   4.2) กำหนดวัตถุประสงค์การเรียนรู้

                   4.3) จัดกิจกรรมการเรียนรู้

                   4.4) เตรียมสื่อการเรียนรู้และแหล่งการเรียนรู้

                   4.5) กำหนดวิธีการประเมินการเรียนรู้

          การสร้างแผนแบบสเต็มตามทัศนะของผู้เขียนจะยึดหลัก 2 ข้อดังนี้ 1. ไม่จำเป็นว่าต้องเป็นสิ่งของที่อลังการเพราะเราโฟกัสที่กระบวนการแก้ปัญหาของผู้เรียน 2. การกำหนดธีม ต้องเป็นธีมที่เป็นปัญหาในชีวิต เช่น เราจะสอนเรื่องอาหารกับการดำรงชีวิต(ม.2) เราก็ต้องไปดูหลักสูตรแกนกลางการศึกษาขั้นพื้นฐานว่า เค้าให้รู้เรื่องนี้ไปทำไม ทำให้เด็กตระหนักเรื่องการรับประทานอาหารหรือเปล่าดังนั้นจึงสรุปว่า ธีมปัญหาของเราคือการบริโภคอาหารที่ไม่ถูกต้องตามหลักโภชนาการของผู้เรียน หรือ ปฏิกิริยาเคมี เค้าให้รู้เรื่องนี้ไปทำไม เพื่อนำไปใช้เกี่ยวกับการป้องกันปฏิกิริยาเคมีที่อันตรายที่อาจจะเกิดขึ้นในชีวิตหรือเปล่า ดังนั้นก็เลยสรุปว่า ธีมปัญหาของเราคือการป้องกันตนเองจากปฏิกิริยาเคมีที่เป็นอันตราย หรือ เรื่องดิน รู้เรื่องดินไปทำไม ลักษณะของดินที่อุดมสมบูรณ์ การปรับปรุงดินสำหรับปลูกพืช ดังนั้นจึงสรุปว่า ธีมปัญหาของเราคือดินเสื่อมคุณภาพ จะเห็นได้ว่าผู้เขียนพยายาม ใช้สเต็มศึกษาในทุกศาสตร์ของวิชาวิทยาศาสตร์พื้นฐานระดับ ประถมและมัธยมต้น เพื่อแสดงให้เห็นว่า สเต็มศึกษา ไม่ได้ใช้ได้เฉพาะวิชาฟิสิกส์เท่านั้น แต่ถึงกระนั้นการจัดการศึกษาภาคบังคับต้องคำนึงถึงความแตกต่างระหว่างบุคคลด้วย ดังนั้นหากเรื่องใดไม่สามารถเชื่อมโยงเข้ากับชีวิตประจำวันได้แสดงว่า นักเรียน ครู ไม่ได้สอบตกในเรื่องนั้น แต่คนเขียนหลักสูตรต่างหากที่สอบตก เพราะนักศึกษาครู(ไม่รู้เป็นทุกมหาวิทยาลัยหรือเปล่านะ) โดยกรอกหูเรื่องความแตกต่างระหว่างบุคคล การจัดการศึกษาสำหรับผู้เรียนที่มีทั้ง เก่ง กลาง อ่อน ให้สามารถมารถเรียนรู้หรือพัฒนาได้ แต่ถ้าหากเรายัดเนื้อหาที่ยากสำหรับเด็กอ่อน เรียนรู้ช้า คนที่เป็นคนเขียนหลักสูตรคงต้องพิจารณาตนเอง

          สุดท้ายนี้อย่างที่บอกไป สเต็มศึกษา จะจัดการเรียนรู้โดยอยู่บนพื้นฐานของกระบวนการออกแบบทางวิศวกรรม ต้องขอบคุณ คุณวรรณา รุ่งลัษมีศรี ที่ทำวิจัยเสนอไอเดียเกี่ยวกับกระบวนการออกแบบทางวิศวกรรมไว้ตั้งแต่ พ.ศ. 2550 ทำให้ผู้เขียนมีแบบอย่าง และแหล่งข้อมูลที่ใช้ศึกษา โดยผู้เขียนได้ปรับปรุงจากของคุณวรรณา ซึ่งขั้นตอนการจัดการเรียนรู้มีดังนี้

ขั้นตอนการจัดการเรียนรู้ 

          1) ขั้นตั้งคำถาม (ask)

                   1.1) กระตุ้นให้นักเรียนมีแรงจูงใจในการเรียน และบทเรียนโดยการใช้สถานการณ์ที่เกี่ยวข้องกับเนื้อหา

                   1.2) กระตุ้นให้นักเรียนระบุปัญหาที่เกิดขึ้นจากสถานการณ์ เพื่อนำไปสู่แนวทางแก้ไข

                   1.3) กระตุ้นให้นักเรียนใช้ความรู้ทางวิทยาศาสตร์เพื่ออภิปรายคำถาม  ว่าเป็นการถามเกี่ยวกับสิ่งใด เป็นความรู้ในบทเรียนเรื่องใด วิทยาศาสตร์ (Science) สามารถเลือกใช้ข้อมูลทางวิทยาศาสตร์ เพื่อระบุปัญหา ที่จะนำไปสู่การหาวิธีการแก้ปัญหา

          2) ขั้นจินตนาการวิธีแก้ปัญหา (imagine)

                   2.1) อภิปรายถึงปัญหาที่สนใจศึกษา การใช้ความรู้ทางวิทยาศาสตร์ที่เกี่ยวข้องเพื่อใช้ในการแก้ปัญหา

                   2.2) ระดมสมองเพื่อหาแนวทางแก้ไข โดยใช้ความรู้ทางวิทยาศาสตร์ที่เกี่ยวข้องกับการแก้ปัญหา โดยต้องคำนึงถึงการนำไปใช้ประโยชน์ และความสวยงามของผลิตภัณฑ์

                   2.3) รวบรวมและวิเคราะห์ข้อมูลทางวิทยาศาสตร์เพื่อหาวิธีแก้ปัญหาแบบต่าง ๆ โดยเชื่อมโยงความรู้จากหลายสาขาวิชา

                   2.4) เลือกวิธีแก้ปัญหาที่ดีที่สุด เพื่อออกแบบกิจกรรมที่จะปฏิบัติเพื่อแก้ปัญหา วิทยาศาสตร์ (Science) สังเคราะห์แนวคิด และการนำเอาความรู้ทางวิทยาศาสตร์ที่เกี่ยวข้องกับปัญหาที่เกิดขึ้น เพื่อจะนำไปสู่การวางแผนต่อไป

          3) ขั้นวางแผน (plan)

                   3.1) การระบุขั้นตอนการแก้ปัญหาเพื่อออกแบบกิจกรรมที่จะปฏิบัติเพื่อแก้ปัญหาหรือสร้างสิ่งประดิษฐ์ขึ้นมาเพื่ออำนวยความสะดวกในการแก้ปัญหา

                   3.2) จัดทำรายการเกี่ยวกับวัสดุและ อุปกรณ์ เครื่องมือที่ต้องใช้ในการทดลองขั้นตอนการสร้างสิ่งประดิษฐ์ หรือจัดกิจกรรม

                   3.3) เลือกใช้อุปกรณ์ที่เหมาะสมกับผลิตภัณฑ์ เพื่อให้ผลิตภัณฑ์ หรือผลที่ได้ มีความน่าสนใจ สวยงาม วิทยาศาสตร์ (Science)  ใช้ความรู้ ความเข้าใจทางวิทยาศาสตร์เพื่อจัดทำรายการวัสดุ หรืออุปกรณ์ ส่วนประกอบ ที่เกี่ยวข้องกับผลิตภัณฑ์ให้ตรงตามข้อกำหนดทางด้านเนื้อหาวิทยาศาสตร์ที่ครูกำหนดขึ้น

          4) ขั้นสร้างสรรค์ผลผลิต (create)

                   4.1) ทดลองตามขั้นตอนที่วางแผนไว้ด้วยการสร้างผลิตภัณฑ์ขึ้นหรือสิ่งประดิษฐ์โดยที่ต้องใช้หลักการทางวิทยาศาสตร์โดยอาศัยกระบวนการออกแบบทางวิศวกรรม หรือกิจกรรมที่สามารถบอกถึงการแก้ปัญหาได้ บันทึกผลที่ได้จากการแก้ปัญหา

                   4.2) สร้างผลิตภัณฑ์หรือสิ่งประดิษฐ์เพื่อตอบสนองการแก้ปัญหาได้อย่างสร้างสรรค์ บูรณาการศิลปะแขนงต่างๆในการสร้างผลิตภัณฑ์ภายใต้กรอบแนวคิดที่ครูสร้างขึ้น

                   4.3) อภิปรายถึงการนำหลักการทางวิทยาศาสตร์มาใช้แก้ปัญหา วิทยาศาสตร์ (Science)  การสร้างสิ่งประดิษฐ์ที่ใช้หลักการทางวิทยาศาสตร์

วิศวกรรมศาสตร์ (Engineering) การสร้างผลิตภัณฑ์หรือการสิ่งประดิษฐ์โดยที่ต้องใช้หลักการของวิทยาศาสตร์โดยต้องอาศัยกระบวนการของออกแบบทางวิศวกรรม หรือกิจกรรมที่สามารถบอกถึงการแก้ปัญหาได้

          5) ขั้นปรับปรุง (improve)

                   5.1) นำเสนอผลของแต่ละกลุ่ม พร้อมวิธีการปรับปรุงแก้ไข

                   5.2) ประเมินการออกแบบการทดลอง การทำกิจกรรม และผลงานของแต่ละกลุ่ม

ผิดพลาดประการใดขออภัยครับ โดย.......นักศึกษาครูจบแล้ว(ดาวไงจะใครล่ะ)

******************************

อ้างอิง...........ขอบคุณรูปภาพจากทาง สสวท.ด้วยครับ

วรรณา  รุ่งลักษมีศรี. (2551). ผลของการเรียนการสอนที่เน้นกระบวนการออกแบบทางวิศวกรรมที่มีต่อความสามารถในการแก้ปัญหาเชิงวิทยาศาสตร์ และทักษะกระบวนการทาง วิทยาศาสตร์ขั้นผสมผสานของนักเรียนมัธยมศึกษาตอนต้น ในโรงเรียนสาธิต.  วิทยานิพนธ์ปริญญามหาบัณฑิต สาขาการศึกษาวิทยาศาสตร์ คณะครุศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย. 

ส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี, สถาบัน. (2557). สเต็มศึกษา (พิมพ์ครั้งที่1). กรุงเทพฯ : สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี (สสวท.) กระทรวงศึกษาธิการ.

Amanda Shackleford Roberts. (2013). Preferred instructional design strategies for  preparation of pre-service teacher of integrated STEM education. A Dissertation Submitted to the Faculty of Old Dominion University. Old Dominion University.