จุดเด่นที่ชัดเจนข้อหนึ่งของการจัดการเรียนการเรียนรู้แบบสะเต็ม คือการผนวกแนวคิดการออกแบบเชิงวิศวกรรมเข้ากับการเรียนรู้วิทยาศาสตร์ คณิตศาสตร์ และเทคโนโลยี ของผู้เรียน กล่าวคือ ในขณะที่นักเรียนทำกิจกรรมเพื่อพัฒนาความรู้ ความเข้าใจ และฝึกทักษะด้านวิทยาศาสตร์ คณิตศาสตร์ และเทคโนโลยี ผู้เรียนต้องมีโอกาสนำความรู้มาออกแบบวิธีการหรือกระบวนการเพื่อตอบสนองความต้องการหรือแก้ปัญหาที่เกี่ยวข้องกับชีวิตประจำวัน เพื่อให้ได้เทคโนโลยีซึ่งเป็นผลผลิตจากกระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรม (NRC, 2012) กระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรมประกอบด้วยองค์ประกอบ 6 ขั้นตอน ได้แก่ Show 1.ระบุปัญหา (Problem Identification) เป็นการทำความเข้าใจปัญหาหรือความท้าทาย วิเคราะห์เงื่อนไขหรือข้อจำกัดของสถานการณ์ปัญหา เพื่อกำหนดขอบเขตของปัญหา ซึ่งจะนำไปสู่การสร้างชิ้นงานหรือวิธีการในการแก้ปัญหา 2.รวบรวมข้อมูลและแนวคิดที่เกี่ยวข้องกับปัญหา (Related Information Search) เป็นการรวบรวมข้อมูลและแนวคิดทางวิทยาศาสตร์ คณิตศาสตร์ และเทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องกับแนวทางการแก้ปัญหาและประเมินความเป็นไปได้ ข้อดีและข้อจำกัด 3.ออกแบบวิธีการแก้ปัญหา (Solution Design) เป็นการประยุกต์ใช้ข้อมูลและแนวคิดที่เกี่ยวข้องเพื่อการออกแบบชิ้นงานหรือวิธีการในการแก้ปัญหา โดยคำนึงถึงทรัพยากร ข้อจำกัดและเงื่อนไขตามสถานการณ์ที่กำหนด 4.วางแผนและดำเนินการแก้ปัญหา (Planning and Development) เป็นการกำหนดลำดับขั้นตอนของการสร้างชิ้นงานหรือวิธีการ แล้วลงมือสร้างชิ้นงานหรือพัฒนาวิธีการเพื่อใช้ในการแก้ปัญหา 5.ทดสอบ ประเมินผล และปรับปรุงแก้ไขวิธีการแก้ปัญหาหรือชิ้นงาน (Testing, Evaluation and Design Improvement) เป็นการทดสอบและประเมินการใช้งานของชิ้นงานหรือวิธีการ โดยผลที่ได้อาจนำมาใช้ในการปรับปรุงและพัฒนาให้มีประสิทธิภาพในการแก้ปัญหาได้อย่างเหมาะสมที่สุด 6.นำเสนอวิธีการแก้ปัญหา ผลการแก้ปัญหาหรือชิ้นงาน (Presentation) เป็นการนำเสนอแนวคิดและขั้นตอนการแก้ปัญหาของการสร้างชิ้นงานหรือการพัฒนาวิธีการ ให้ผู้อื่นเข้าใจและได้ข้อเสนอแนะเพื่อการพัฒนาต่อไป กระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรมเป็นกระบวนการแก้ปัญหาหรือพัฒนาชิ้นงานอย่างเป็นขั้นตอนภายใต้ทรัพยากรที่มีอยู่ การวิเคราะห์สถานการณ์ของปัญหา ผลกระทบของการแก้ปัญหา เพื่อนำไปสู่การออกแบบแนวทางการแก้ปัญหา โดยใช้ความรู้ด้านวิทยาศาสตร์ คณิตศาสตร์ และศาสตร์อื่น ๆ สำหรับกระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรม โดยการพัฒนาชุมชนอย่างยั่งยืนนั้น จะมุ่งเน้นพัฒนาชุมชนให้พึ่งพาตัวเองได้ผ่านการสร้างผู้นำชุมชนที่เข้มแข็ง ทำงานตอบสนองต่อสภาพแวดล้อมที่เป็นเอกลักษณ์ของแต่ละชุมชน นำวิธีการพัฒนาที่ได้ผลมาใช้แก้ปัญหาที่สำคัญของชุมชน และกระตุ้นให้เกิดการลงมือทำ ตลอดจนมีการสร้างเศรษฐกิจให้กับชุมชนและประชาชนในการใช้ทรัพยากรต่าง ๆ เป็นเครื่องมือในการทำงานและสร้างอาชีพได้ โดยอาศัยกระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรมมาช่วยในการสร้างงานเพื่อแก้ปัญหาที่เกิดขึ้นในชุมชน เพื่อนำไปสู่การแก้ปัญหาที่เกิดขึ้นในชุมชนอย่างยั่งยืน 2. มาตรฐานการเรียนรู้/ตัวชี้วัด มาตรฐาน ว 4.1 เข้าใจแนวคิดหลักของเทคโนโลยีเพื่อการดำรงชีวิตในสังคมที่มีการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว ใช้ความรู้และทักษะทางด้านวิทยาศาสตร์คณิตศาสตร์และศาสตร์อื่น ๆ เพื่อแก้ปัญหาหรือพัฒนางานอย่างมีความคิดสร้างสรรค์ด้วยกระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรม เลือกใช้เทคโนโลยีอย่างเหมาะสมโดยคำนึงถึงผลกระทบต่อชีวิต สังคม และสิ่งแวดล้อม 3. สาระการเรียนรู้ 1. เทคโนโลยีมีการเปลี่ยนแปลงตลอดเวลาตั้งแต่อดีตจนถึงปัจจุบัน ซึ่งมีสาเหตุหรือปัจจัย 2. เทคโนโลยีมีความสัมพันธ์กับศาสตร์อื่น โดยเฉพาะวิทยาศาสตร์ โดยวิทยาศาสตร์เป็นพื้นฐาน 3. ปัญหาหรือความต้องการอาจพบได้ในงานอาชีพของชุมชนหรือท้องถิ่น ซึ่งอาจมีหลายด้าน เช่น ด้านการเกษตร อาหาร พลังงาน การขนส่ง 4. การวิเคราะห์สถานการณ์ปัญหาช่วยให้เข้าใจเงื่อนไขและกรอบของปัญหาได้ชัดเจน จากนั้นดำเนินการสืบค้น รวบรวมข้อมูล ความรู้จากศาสตร์ต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้อง เพื่อนำไปสู่การออกแบบแนวทางการแก้ปัญหา 5. การวิเคราะห์ เปรียบเทียบ และตัดสินใจเลือกข้อมูลที่จำเป็น โดยคำนึงถึงทรัพย์สินทางปัญญา เงื่อนไขและทรัพยากร เช่น งบประมาณ เวลา ข้อมูลและสารสนเทศ วัสดุ เครื่องมือและอุปกรณ์ ช่วยให้ได้แนวทางการแก้ปัญหาที่เหมาะสม 6. การออกแบบแนวทางการแก้ปัญหาทำได้หลากหลายวิธี เช่น การร่างภาพ การเขียนแผนภาพ 7. เทคนิคหรือวิธีการในการนำเสนอแนวทางการแก้ปัญหามีหลากหลาย เช่น การใช้แผนภูมิ ตาราง ภาพเคลื่อนไหว 8. การกำหนดขั้นตอนและระยะเวลาในการทำงานก่อนดำเนินการแก้ปัญหาจะช่วยให้การทำงานสำเร็จได้ตามเป้าหมาย และลดข้อผิดพลาดของการทำงานที่อาจเกิดขึ้น 9. การทดสอบและประเมินผลเป็นการตรวจสอบชิ้นงานหรือวิธีการว่า สามารถแก้ปัญหาได้ตามวัตถุประสงค์ภายใต้กรอบของปัญหา เพื่อหาข้อบกพร่อง และดำเนินการปรับปรุง โดยอาจทดสอบซ้ำเพื่อให้สามารถแก้ไขปัญหาได้ 10. การนำเสนอผลงานเป็นการถ่ายทอดแนวคิด เพื่อให้ผู้อื่นเข้าใจเกี่ยวกับกระบวนการทำงาน และชิ้นงานหรือวิธีการที่ได้ ซึ่งสามารถทำได้หลายวิธี เช่น การเขียนรายงาน การทำแผ่นนำเสนอผลงาน การจัดนิทรรศการ การนำเสนอผ่านสื่อออนไลน์ 4. การวัดผลประเมินผล 1.2 ใบงาน 5. ชิ้นงานหรือภาระงาน 6. รูปแบบ/วิธีสอน 1. วิธีการสอนโดยเน้นรูปแบบการสอนแบบใช้โครงงานเป็นฐาน (Project-Based Learning) 2. วิธีการสอนโดยเน้นรูปแบบการสอนแบบอุปนัย (Induction) 7. กิจกรรมการเรียนรู้ 1. ครูถามคำถามกระตุ้นความคิดของนักเรียนว่า“ในชุมชนที่นักเรียนอาศัยอยู่มีปัญหาอะไรเกิดขึ้นบ้าง และปัญหาเหล่านั้นสามารถแก้ไขได้หรือไม่ อย่างไร” ขั้นสอน 1. ให้นักเรียนแบ่งกลุ่ม กลุ่มละ 3-5 คน หรือตามความเหมาะสม เพื่อศึกษากระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรมกับการแก้ปัญหาชุมชนหรือท้องถิ่นจากหนังสือเรียน 2. นักเรียนแต่ละกลุ่มระดมความคิดเห็นร่วมกันเพื่อระบุปัญหาที่มีภายในชุมชนหรือท้องถิ่น 3. นักเรียนแต่ละกลุ่มศึกษาเกณฑ์การจัดลำดับความสำคัญของปัญหาทั้ง 4 เกณฑ์ จากหนังสือเรียน
4. ให้นักเรียนศึกษาเนื้อหาเกี่ยวกับขั้นตอนการรวบรวมข้อมูลและแนวคิดที่เกี่ยวข้องกับปัญหา จากหนังสือเรียนและตอบคำถามลงในใบงานที่ 4.1.2 เรื่อง การรวบรวมข้อมูลและแนวคิดที่เกี่ยวข้อง และส่งตัวแทนออกมานำเสนอข้อมูลบริเวณหน้าชั้นเรียน และเปิดโอกาสให้นักเรียนแลกเปลี่ยนความคิดเห็นร่วมกันได้อย่างอิสระ 5. ให้นักเรียนศึกษาเนื้อหาเกี่ยวกับขั้นตอนการออกแบบวิธีการแก้ปัญหาจากหนังสือเรียนจากนั้นให้ตอบคำถามลงในใบงานที่ 4.1.3 เรื่อง การออกแบบวิธีการแก้ปัญหา 6. นักเรียนศึกษาเนื้อหาเกี่ยวกับขั้นตอนการวางแผนและดำเนินการแก้ปัญหาและสังเกตตัวอย่าง 7. ให้นักเรียนศึกษาเนื้อหาเกี่ยวกับขั้นตอนการทดสอบ ประเมินผล และปรับปรุงแก้ไขวิธีการแก้ปัญหาหรือชิ้นงานและสังเกตตัวอย่างประกอบจากหนังสือเรียน 8. นักเรียนศึกษาเนื้อหาเกี่ยวกับการนำเสนอวิธีการแก้ปัญหา ผลการแก้ปัญหาหรือชิ้นงานและสังเกตตัวอย่างจากหนังสือเรียน และส่งตัวแทนออกมานำเสนอความรู้ที่ได้บริเวณหน้าชั้นเรียน ขั้นที่ 5 สรุปสิ่งที่เรียนรู้ 9. ครูถามคำถามกระตุ้นความคิดของนักเรียนว่า“กระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรมกับการแก้ปัญหาชุมชนหรือท้องถิ่น ประกอบไปด้วยกี่ขั้นตอน อะไรบ้าง” ขั้นที่ 6 นำเสนอผลงาน 10. เปิดโอกาสให้นักเรียนแต่ละกลุ่มออกมานำเสนอผลงานหน้าชั้นเรียนโดยครูกำหนดเวลาใน ขั้นสรุป 2. นักเรียนและครูร่วมกันสรุปเกี่ยวกับกระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรมกับการแก้ปัญหาชุมชนหรือท้องถิ่น เรื่องที่ 2 : กรณีศึกษาการนำวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี และนวัตกรรมไปพัฒนาชุมชน วิธีการสอนโดยเน้นรูปแบบการสอนแบบอุปนัย (Induction) ขั้นนำเข้าสู่บทเรียน 1. ครูให้นักเรียนช่วยกันหาความหมายของคำว่า“การพัฒนาชุมชนอย่างยั่งยืน”จากนั้นครูสุ่มนักเรียน 2-3 คน ตอบคำถาม พร้อมกับอภิปรายร่วมกันภายในห้องเรียน 4. ครูถามคำถามประจำหัวข้อเพื่อกระตุ้นความสนใจของนักเรียนว่า“นักเรียนคิดว่า กรณีศึกษานีช่วยแก้ปัญหาในชุมชนได้อย่างยั่งยืนหรือไม่ อย่างไร” ขั้นสอน 6. นักเรียนแต่ละกลุ่มวิเคราะห์สาเหตุของปัญหาจากขั้นตอนที่ 1 ระบุปัญหา โดยให้แต่ละกลุ่มพูดคุยกันถึงการระบุปัญหาจากกรณีศึกษาในหนังสือเรียนว่าเหมาะสมหรือไม่ อย่างไร และควรมีปัญหาใดเพิ่มเติม จากนั้นครูสุ่มนักเรียน 2-3 คนออกมาสรุปปัญหาที่พบเพิ่มเติมจากกรณีศึกษาบริเวณหน้าชั้นเรียน 7. นักเรียนแต่ละกลุ่มทำความเข้าใจกับข้อมูลของปัญหาจากขั้นตอนที่ 2 รวบรวมข้อมูลและแนวคิดที่เกี่ยวข้องกับปัญหา และให้นักเรียนแต่ละกลุ่มรวบรวมข้อมูลและแนวคิดที่เกี่ยวข้องกับปัญหาเพิ่มเติม โดยการสืบค้นข้อมูลจากอินเทอร์เน็ต จากนั้นให้นักเรียนแต่ละกลุ่มออกมานำเสนอข้อมูลบริเวณหน้าชั้นเรียน และเปิดโอกาสให้นักเรียนแต่ละกลุ่มระดมความคิดเห็นเพื่อจัดทำสรุปแนวทางการแก้ปัญหาจากการศึกษาสถานการณ์ 8. นักเรียนแต่ละกลุ่มส่งตัวแทนออกมาอธิบายสรุปแนวทางในการแก้ปัญหาที่ได้จัดทำขึ้นบริเวณหน้าชั้นเรียน 9. นักเรียนแต่ละกลุ่มศึกษาขั้นตอนต่าง ๆ จากหนังสือเรียนเพื่อขยายความเข้าใจมากยิ่งขึ้นดังนี้ ขั้นตอนที่ 3 ออกแบบวิธีการแก้ปัญหา 10. จากนั้นให้นักเรียนแต่ละกลุ่มร่วมกันสรุปจากการศึกษาการนำวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี และนวัตกรรมไปแก้ปัญหาพื้นที่ป่าสาคูในจังหวัดนราธิวาสทั้ง 6 ขั้นตอนในหนังสือเรียน โดยใช้วิธีการต่าง ๆ ตามที่นักเรียนสนใจ เช่น ภาพ Infographic ผังมโนทัศน์ แผ่นพับ และส่งตัวแทนกลุ่มออกมานำเสนอข้อมูลบริเวณหน้าชั้นเรียน 11. ครูมอบหมายให้นักเรียนแต่ละคนทำกิจกรรมที่สอดคล้องกับเนื้อหา โดยผู้เรียนฝึกปฏิบัติเพื่อพัฒนาความรู้และทักษะ (Design Activity) โดยให้นักเรียนแก้ปัญหาชุมชนหรือท้องถิ่นด้วยกระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรมตามขั้นตอนทั้ง 6 ขั้นตอน จากนั้นให้นักเรียนออกมานำเสนอข้อมูลในรูปแบบที่นักเรียนคิดว่าน่าสนใจและเปิดโอกาสให้เพื่อร่วมชั้นซักถามข้อสงสัย โดยครูคอยให้คำแนะนำตามความเหมาะสม ขั้นสรุป 13. นักเรียนและครูร่วมกันสรุปเกี่ยวกับกระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรมกับการแก้ปัญหาในชุมชนหรือท้องถิ่นเพื่อช่วยแก้ปัญหาในชุมชนได้อย่างยั่งยืน 14. นักเรียนแต่ละคนทำแบบฝึกหัด (Unit Activity) จากหนังสือเรียนเพื่อทบทวนความรู้ 15. นักเรียนตรวจสอบระดับความสามารถของตนเองจากหนังสือเรียน โดยพิจารณาข้อความว่าถูกหรือผิด หากนักเรียนพิจารณาข้อความไม่ถูกต้องให้นักเรียนกลับไปทบทวนเนื้อหาตามหัวข้อที่กำหนดให้ ขั้นตอนที่ 4 ของกระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรม คืออะไรขั้นที่ 4 วางแผนและดำเนินการแก้ปัญหา (Planning and Development) เป็นขั้นตอนการวางลำดับขั้นตอนการสร้างชิ้นงานหรือวิธีการ จากนั้นจึงลงมือสร้างหรือพัฒนาขึ้นงานหรือวิธีการ เพื่อนำผลลัพธ์ที่ได้ไปใช้ในขั้นตอนต่อไป
ข้อใดคือขั้นตอนของกระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรมสะเต็มศึกษาและการออกแบบเชิงวิศวกรรม. 1.ระบุปัญหา (Problem Identification) ... . 2.รวบรวมข้อมูลและแนวคิดที่เกี่ยวข้องกับปัญหา (Related Information Search) ... . 3.ออกแบบวิธีการแก้ปัญหา (Solution Design) ... . 4.วางแผนและดำเนินการแก้ปัญหา (Planning and Development). ข้อใดเป็นขั้นตอนระบุปัญหาของกระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรมขั้นที่ 1 ระบุปัญหา (Problem Identification) เป็นขั้นตอนที่ผู้แก้ปัญหาทำความเข้าใจในสิ่งที่เป็นปัญหาในชีวิตประจำวันที่พบเจอ ซึ่งสามารถใช้ทักษะการตั้งคำถามด้วยหลัก 5W 1H เมื่อเกิดสถานการณ์ปัญหาหรือความต้องการ ซึ่งคำถามจากหลัก 5W1H ประกอบด้วย Who เป็นการตั้งคำถามเกี่ยวกับบุคคลที่เกี่ยวข้องกับปัญหาหรือความต้องการ
ขั้นตอนแรกของการออกแบบเชิงวิศวกรรม คือขั้นตอนใดขั้นที่ 1 ระบุปัญหา (Problem Identification) เป็นขั้นตอนที่ผู้แก้ปัญหาทำความเข้าใจในสิ่งที่เป็นปัญหาในชีวิตประจำวันที่พบเจอ ซึ่งสามารถใช้ทักษะการตั้งคำถามด้วยหลัก 5W 1H เมื่อเกิดสถานการณ์ปัญหาหรือความต้องการ ซึ่งคำถามจากหลัก 5W1H ประกอบด้วยWho เป็นการตั้งคำถามเกี่ยวกับบุคคลที่เกี่ยวข้องกับปัญหาหรือความต้องการ
|