2 คำนำ เอกสารประกอบการเรียน รายวิชา 1093616 : นวัตกรรมทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี (Science and Technology Innovation) นี้ได้เรียบเรียงขึ้นอย่างเป็นระบบ ครอบคลุมเนื้อหาสาระ วิชา ตามหลักสูตรศึกษาศาสตรบัณฑิต สาขาวิชาการประถมศึกษา ในหมวดวิชาเอก กลุ่มวิชาเอกบังคับ โดย มุ่งเน้นให้ผู้เรียนหลักการและแนวคิดหลักการ แนวคิด ทฤษฎีความเป็นนวัตกรรม และกระบวนการพัฒนา นวัตกรรมละทักษะทางด้านวิทยาศาสตร์ คณิตศาสตร์และศาสตร์อื่น ๆ รวมทั้งทักษะที่จําเป็นในศตวรรษที่ 21 ได้อย่างมีประสิทธิภาพ รวมถึงการประยุกต์ใช้ความรู้ด้านวิทยาการคอมพิวเตอร์และเทคโนโลยีสารสนเทศและ การสื่อสารเพื่อแก้ปัญหาในชีวิตจริงอย่างมีประสิทธิภาพ นวัตกรรมที่ใช้ในการจัดการเรียนรู้วิทยาศาสตร์ การ จัดการเรียนรู้ตามแนวทางสะเต็มศึกษา การพัฒนาความรู้ในเนื้อหาผนวกเทคนิค วิธีการ และเทคโนโลยีในการ จัดการเรียนรู้ การสร้างเครือข่ายชุมชนการเรียนรู้ อาจารย์ผู้รับผิดชอบวิชา หวังเป็นอย่างยิ่งว่า เอกสารฉบับนี้ จะใช้ประกอบในรายวิชา นวัตกรรมทาง วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี เพื่อให้การจัดการเรียนรู้เป็นไปตามวัตถุประสงค์ที่ได้กำหนดไว้ และเป็นแนวทางที่ สามารถปรับปรุงรูปแบบวิธีการเรียนรู้ให้สอดคล้องกับผู้เรียนได้เป็นอย่างดี ผศ.ดร.ชนินทร์ ฐิติเพชรกุล 2567
สารบัญ หน้า คำนำ (1) สารบัญ (2) บทที่ 1 แนวคิดพื้นฐานการเรียนการสอนวิทยาศาสตร์ 1 1.1 ธรรมชาติของความรู้ทางวิทยาศาสตร์ 1 1.2 การรู้วิทยาศาสตร์ 6 1.3 เป้าหมายของการสอนวิทยาศาสตร์ตามหลักสูตรแกนกลางการศึกษาขั้นพื้นฐาน 9 1.4 เป้าหมายของการเรียนการสอนวิทยาศาสตร์ 21 บทสรุป 29 คำถามทบทวน 31 เอกสารอ้างอิง 32 บทที่ 2 องค์ประกอบของวิทยาศาสตร์ 34 2.1 ความหมายและธรรมชาติของวิทยาศาสตร์ 34 2.2 ความรู้ทางวิทยาศาสตร์ 37 2.3 วิธีการทางวิทยาศาสตร์ 41 2.4 ทักษะกระบวนการทางวิทยาศาสตร์ 44 2.5 ทักษะแห่งศตวรรษที่ 21 53 2.5 จิตวิทยาศาสตร์ 56 บทสรุป 60 คำถามทบทวน 62 เอกสารอ้างอิง 63 บทที่ 3 ทักษะและเทคนิคการสอนวิทยาศาสตร์ 65 3.1 ความหมายของทักษะและเทคนิคการสอน 65 3.2 ทักษะการนำเข้าสู่บทเรียน 66
2 3.3 ทักษะการสรุปบทเรียน 70 3.4 ทักษะการใช้คำถาม 71 3.5 ทักษะการเสริมกำลังใจ 75 3.6 ทักษะการอธิบาย 78 3.7 ทักษะการใช้ผังกราฟิก 79 บทสรุป 82 คำถามทบทวน 84 เอกสารอ้างอิง 85 หน่วยที่ 4 สื่อการเรียนการสอนวิทยาศาสตร์ 86 4.1 ความหมายของสื่อการสอน 86 4.2 คุณค่าของสื่อการสอน 87 4.3 ประเภทของสื่อ 90 4.4 แนวทางการเลือกใช้สื่อและแหล่งเรียนรู้ในการเรียนการสอนวิทยาศาสตร์ 93 4.5 การใช้สื่อการเรียนการสอน 97 4.6 การใช้แหล่งเรียนรู้และสื่อการสอนตามหลักสูตรการศึกษาขั้นพื้นฐาน 98 บทสรุป 82 คำถามทบทวน 82 เอกสารอ้างอิง 116 บทที่ 5 เทคโนโลยีและวิทยาการคำนวณ 117 5.1 แนวคิดเกี่ยวกับโค้ดดิง 117 5.2 ความหมายของโค้ดดิง 118 5.3 ความสำคัญของโค้ดดิง 119 5.4 การจัดการเรียนรู้ Coding ในวิชาวิทยาการคำนวณ 100 บทสรุป 135 คำถามทบทวน 135 เอกสารอ้างอิง 136
3 บทที่ 6 สะเต็มศึกษา และทีแพคโมเดล 138 6.1 ความหมายของสะเต็มศึกษา 138 6.2 องค์ประกอบของสะเต็มศึกษา 138 6.3 สะเต็มศึกษาสู่การจัดการเรียนรู้ 140 6.4 แนวทางการจัดการเรียนการสอนแบบ STEM ตามแนวคิด TPACK Model 143 บทสรุป 145 คำถามทบทวน 145 เอกสารอ้างอิง 146 บทที่ 7 การวางแผนการสอนวิทยาศาสตร์อย่างสร้างสรรค์ 147 7.1 ความสำคัญและลักษณะทั่วไปของแผนการสอน 147 7.5 ลักษณะทั่วไปของแผนการสอน 148 7.6 แนวทางการเขียนแผนการสอน 149 บทสรุป 176 คำถามทบทวน 176 เอกสารอ้างอิง 177 บทที่ 8 กระบวนพัฒนานวัตกรรมในยุคดิจิทัล ความสำคัญของการพัฒนานวัตกรรมการศึกษา 181 ลักษณะสำคัญของวิธีระบบ 183 การออกแบบและพัฒนานวัตกรรมการศึกษา 184 การออกแบบนวัตกรรมโดยใช้ ADDIE Model 186 การออกแบบนวัตกรรมโดยใช้การคิดเชิงออกแบบ (Design Thinking) 187 การประเมินนวัตกรรม สื่อและเทคโนโลยี 190 การหาประสิทธิภาพสื่อการเรียนการสอน 192 การยอมรับนวัตกรรม 196 บทสรุป 197 คำถามทบทวน 198 เอกสารอ้างอิง 199
4
บทที่ 1 แนวคิดพื้นฐานการเรียนการสอนวิทยาศาสตร์ ธรรมชาติของความรู้ทางวิทยาศาสตร์ วิทยาศาสตร์มีความเกี่ยวข้องกับทุกคนทั้งในชีวิตประจำวันและการงานอาชีพต่าง ๆ รวมทั้งมี บทบาทสำคัญในการพัฒนาผลผลิตต่าง ๆ ที่ใช้ในการอำนวยความสะดวกทั้งในชีวิตและการทำงาน นอกจากนี้ วิทยาศาสตร์ยังช่วยพัฒนาวิธีคิดและทำให้มีทักษะที่จำเป็นในการตัดสินใจและแก้ปัญหาอย่างเป็นระบบ ความรู้ทางวิทยาศาสตร์เกิดจากความพยายามของมนุษย์ที่ใช้กระบวนการสืบเสาะหาความรู้ (scientific inquiry) ในการสังเกต สำรวจตรวจสอบ ศึกษาค้นคว้าอย่างเป็นระบบ และการสืบค้นข้อมูล ทำให้ เกิดองค์ความรู้ใหม่เพิ่มพูนตลอดเวลา ซึ่งองค์ความรู้และกระบวนการแสวงหาคำตอบมีการถ่ายทอด ต่อเนื่องกันเป็นเวลายาวนาน ความรู้วิทยาศาสตร์ยังเป็นพื้นฐานที่สำคัญในการพัฒนาเทคโนโลยีซึ่งเทคโนโลยี ต่าง ๆ ถูกนำมาใช้ในการออกแบบสร้างสรรค์และพัฒนานวัตกรรม เทคโนโลยี สิ่งของ สินค้า บริการ หรือ ผลิตภัณฑ์ที่ตอบสนองความต้องการในการแก้ปัญหาของมนุษย์ เนื่องจากความรู้วิทยาศาสตร์เป็นผลผลิตของวิทยาศาสตร์ดังนั้นสิ่งที่จะเรียกว่า ความรู้ทาง วิทยาศาสตร์ได้นั้น จะต้องตั้งอยู่บนเงื่อนไข 3 ประการ คือ ความรู้ทางวิทยาศาสตร์เป็นความรู้จากการศึกษา ธรรมชาติความรู้ทางวิทยาศาสตร์เกิดจากการใช้ใช้กระบวนการสืบเสาะหาความรู้ ตรวจสอบ ศึกษา วิจัย ค้นคว้าและค้นหาคำตอบด้วยวิธีการทางวิทยาศาสตร์อย่างเป็นระบบ และความรู้ทางวิทยาศาสตร์เป็นความรู้ที่ ผ่านการตรวจสอบ หรือยืนยันแล้วว่าเป็นความจริงตามเงื่อนไขที่กำหนด ส่วนสมมติฐานซึ่งเป็นความรู้ที่ยัง สงสัยในความถูกต้องอยู่ และยังต้องรอการทดสอบจึงยังไม่จัดเข้าไว้ในความรู้ทางวิทยาศาสตร์ความรู้ วิทยาศาสตร์จะต้องสามารถอธิบายและตรวจสอบซ้ำได้เพื่อนำมาใช้อ้างอิงทั้งในการสนับสนุน หรือโต้แย้งเมื่อ มีการค้นพบข้อมูล หรือหลักฐานใหม่ หรือแม้แต่ข้อมูลเดิมเดียวกันก็อาจเกิดความขัดแย้งขึ้นได้ถ้า นักวิทยาศาสตร์แปลความหมายด้วยวิธีการหรือแนวคิดที่แตกต่างกัน สมาคมอเมริกันเพื่อความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์ ( American Association for the Advancement of Science, AAAS) ได้กำหนดลักษณะต่าง ๆ ของวิทยาศาสตร์ออกเป็น 3 ประเด็น คือ 1. โลกในมุมมองแบบวิทยาศาสตร์ (scientific worldview) ด้วยวิทยาศาสตร์เป็นความรู้ที่เกิด จากสติปัญญาและความพยายามของมนุษย์ในการค้นหาคำตอบเกี่ยวกับสิ่งที่เกิดในธรรมชาติทั้งบนโลกและ นอกโลกนักวิทยาศาสตร์จึงมีมุมมองเฉพาะตัวเกี่ยวกับการได้มาซึ่งความรู้ของปรากฏการณ์ ต่าง ๆ ในธรรมชาติซึ่งอาจแตกต่างจากมุมมองของศาสตร์อื่น ๆ ดังนี้ 1.1 เราสามารถทำความเข้าใจสิ่งต่างๆ บนโลกได้ ปรากฏการณ์ต่าง ๆ บนโลกหรือ ในเอกภพ ที่เกิดขึ้นอย่างเป็นแบบรูป (pattern) สามารถเข้าใจได้ด้วยสติปัญญา วิธีการศึกษาที่เป็นระบบ
2 ผนวกกับการใช้ประสาทสัมผัสและเครื่องมือต่างๆ ในการเก็บรวบรวมข้อมูล นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าสิ่งต่าง ๆ สามารถทำความเข้าใจได้และคำถามใหม่ ๆ เกิดขึ้นได้เสมอ ยิ่งข้อมูลมีความถูกต้องแม่นยำมากขึ้นก็ยิ่งทำให้ มนุษย์เข้าใจและเข้าใกล้ความจริงของปรากฏการณ์นั้น ๆ ยิ่งขึ้น 1.2 แนวคิดทางวิทยาศาสตร์มีความไม่แน่นอน สามารถเปลี่ยนแปลงได้ แม้ว่า วิทยาศาสตร์จะเป็นกระบวนการสร้างองค์ความรู้ จากการสังเกต การทดลอง การสร้างแบบจำลองอย่าง ละเอียดรอบคอบและเป็นระบบ เพื่อทำความเข้าใจเกี่ยวกับปรากฏการณ์หรือสิ่งที่สนใจ แต่ระหว่างการทำงาน ก็มักเกิดคำถามใหม่ขึ้นตลอดเวลาไม่มีสิ้นสุด ส่งผลให้มีการปรับปรุงหรือคิดค้นวิธีการใหม่ในการค้นหาคำตอบ และอาจได้หลักฐาน (Evidence) ใหม่ที่นำไปสู่การสร้างคำอธิบายหรือองค์ความรู้ทาง 1.3 วิทยาศาสตร์ความรู้ทางวิทยาศาสตร์มีความคงทน และเชื่อถือได้แม้ว่า วิทยาศาสตร์จะยอมรับเรื่องความไม่แน่นอน และความไม่มีที่สิ้นสุดของความรู้หรือคำอธิบายเกี่ยวกับสิ่งต่างๆ ในธรรมชาติ แต่ด้วยความรู้ทางวิทยาศาสตร์พัฒนาขึ้นมาผ่านวิธีการต่าง ๆ อย่างต่อเนื่อง ซ้ำแล้วซ้ำเล่าเป็น ระยะเวลาหนึ่งจนมั่นใจในคำอธิบายนั้น รวมถึงมีการตรวจสอบอย่างเข้มข้นจากสังคมนักวิทยาศาสตร์ จน ความรู้ทางวิทยาศาสตร์เชื่อถือได้ และจนกว่าการค้นพบความรู้ใหม่จะลบล้างความรู้เดิมได้อาจใช้ระยะเวลา ยาวนาน 1.4 ทฤษฎีและกฎมีความสัมพันธ์กันแต่แตกต่างกัน มักมีแนวความเข้าใจ คลาดเคลื่อนว่า กฎเป็นทฤษฎีที่พัฒนาแล้ว จึงมีความน่าเชื่อถือและมีคุณค่ามากกว่าทฤษฎี ซึ่งในความเป็นจริง แล้ว ทั้งกฎและทฤษฎีต่างก็เป็นผลผลิตของวิทยาศาสตร์ที่มีความสำคัญเท่าเทียมกัน โดย กฎ (law) คือ แบบ รูปที่ปรากฏในธรรมชาติ ส่วน ทฤษฎี (theory) คือ คำอธิบายแบบรูปที่ปรากฏในธรรมชาตินั้น ๆ เช่น การใช้ ทฤษฎีพลังงานจลน์ของอนุภาคมาอธิบายแบบรูปความสัมพันธ์ระหว่างปริมาตรและอุณหภูมิตามกฎของชาร์ล 1.5 วิทยาศาสตร์ไม่สามารถตอบได้ทุกคำถาม วิทยาศาสตร์เชื่อถือข้อมูลหลักฐาน เชิงประจักษ์ที่ได้จากการสังเกต ทดลอง หรือวิธีการต่าง ๆ ทางวิทยาศาสตร์ ในขณะที่สิ่งต่าง ๆ ในโลกหลายสิ่ง ไม่สามารถหาคำตอบได้ด้วยวิธีการทางวิทยาศาสตร์ เช่น ความเชื่อเกี่ยวกับเรื่องจิตวิญญาณ สิ่งลี้ลับเหนือ ธรรมชาติ ความเชื่อเรื่องปาฏิหาริย์ โชคชะตา หรือโหราศาสตร์ ดังนั้น นักวิทยาศาสตร์จึงไม่มีหน้าที่ให้คำตอบ หรืออธิบายในเรื่องเหล่านี้ แม้ว่าบางครั้งอาจมีแนวคำตอบหรือทางเลือกที่เป็นไปได้ก็ตาม 2. การสืบเสาะหาความรู้ทางวิทยาศาสตร์ (scientific inquiry) การสืบเสาะหาความรู้ทาง วิทยาศาสตร์ประกอบด้วยการให้เหตุผลเชิงตรรกะ (logic) ข้อมูลหลักฐานเชิงประจักษ์ (empirical evidence) จินตนาการและการคิดสร้างสรรค์ เป็นการทำงานเพื่อสืบเสาะหาคำอธิบายสิ่งที่สนใจทั้งโดย ส่วนตัวและร่วมกันของกลุ่มคนที่มีความสนใจเดียวกัน การสืบเสาะหาความรู้ทางวิทยาศาสตร์เป็นมากกว่า “วิธีการทางวิทยาศาสตร์” หรือ “การทดลองทางวิทยาศาสตร์” แต่เป็นการค้นหาคำตอบที่สนใจผ่านการ ทำงานอย่างเป็นระบบรอบคอบ แต่มีอิสระ และไม่เป็นลำดับขั้นที่ตายตัว ลักษณะสำคัญของการสืบเสาะ หาความรู้ทางวิทยาศาสตร์ ประกอบด้วย
3 2.1 คำถามที่สามารถหาคำตอบหรือตรวจสอบได้ 2.2 ข้อมูลหลักฐานทั้งเชิงประจักษ์และจากที่ผู้อื่นค้นพบ 2.3 การทำความเข้าใจ วิเคราะห์ข้อมูลต่าง ๆ แล้วหาความสัมพันธ์ของข้อมูลและสร้างคำอธิบาย เพื่อตอบคำถามที่สงสัย 2.4 การเชื่อมโยง เปรียบเทียบคำอธิบายของตนเองกับผู้อื่น 2.5 การสื่อสารคำอธิบายหรือสิ่งที่ค้นพบให้ผู้อื่นทราบ การสืบเสาะหาความรู้ทางวิทยาศาสตร์มีลักษณะสำคัญตามที่กล่าวมาข้างต้น ไม่มีลำดับขั้นตอน ที่แน่นอน ในขณะเดียวกันอาจต้องสืบเสาะซ้ำแล้วซ้ำเล่าเพื่อตอบคำถาม และอาจเกิดคำถามใหม่ที่ต้องสืบ เสาะหาคำตอบต่อไปหมุนวนเช่นนี้เป็นวัฏจักร ดังแสดงไว้ ดังภาพที่ 1.1 ภาพที่ 1.1 วัฏจักรการสืบเสาะหาความรู้ทางวิทยาศาสตร์แบบชี้นำ ที่มา: ปรับปรุงจาก (Magnusson, S. J., & Palincsar, A. S., 2005) การสืบเสาะหาความรู้ทางวิทยาศาสตร์มีลักษณะเฉพาะที่ทำให้วิทยาศาสตร์แตกต่างจากศาสตร์ อื่น ๆ ดังนี้ 1. วิทยาศาสตร์ต้องการหลักฐาน (evidence) การสร้างคำอธิบายหรือแนวคิดทาง วิทยาศาสตร์จำเป็นต้องมีหลักฐานเชิงประจักษ์ (empirical evidence) จากการสังเกต ทดลอง สร้าง แบบจำลอง หรือวิธีอื่น ๆ เพื่อให้มั่นใจว่าสามารถทำซ้ำได้ และมีความถูกต้อง แนวคิดทางวิทยาศาสตร์ใดที่ ได้รับการยอมรับจากกลุ่มนักวิทยาศาสตร์ในสังคม ก็จะได้รับการยอมรับและเผยแพร่ให้คนทั่วไปในสังคมได้ เรียนรู้ ซึ่งกระบวนการทั้งหมดตั้งแต่การค้นพบจนกระทั่งเป็นที่ยอมรับของกลุ่มนักวิทยาศาสตร์ในสังคมอาจ
4 ต้องใช้เวลานาน เช่น แม้ว่าไอสไตน์ ค้นพบทฤษฎีสัมพัทธภาพตั้งแต่ปี ค.ศ. 1905 แต่กว่าทฤษฎีนี้จะได้รับการ ยอมรับจากสังคมนักวิทยาศาสตร์ต้องใช้เวลาถึง 14 ปี 2. วิทยาศาสตร์มีการผสมผสานระหว่างตรรกศาสตร์ (logic) จินตนาการ (imagination) และการคิดสร้างสรรค์ (creativity) การทำความเข้าใจปรากฏการณ์ต่าง ๆ ที่เกิดขึ้นบนโลกจะต้องใช้ความเป็น เหตุเป็นผล (logic) เพื่อเชื่อมโยงหลักฐานเชิงประจักษ์เข้ากับข้อมูลอื่น ๆ เช่น แนวคิดทางวิทยาศาสตร์ที่ เกี่ยวข้อง ข้อมูลหลักฐานทุติยภูมิ (secondary data source) ที่ได้จากการสืบค้นเพื่อสร้างคำอธิบาย และลง ข้อสรุป หลายครั้งที่การสืบเสาะหาความรู้ทางวิทยาศาสตร์ยังต้องใช้จินตนาการและการคิดสร้างสรรค์ 3. วิทยาศาสตร์ให้คำอธิบายและการพยากรณ์ นักวิทยาศาสตร์พยายามอธิบายปรากฏการณ์ ที่สังเกตโดยใช้วิธีการทางวิทยาศาสตร์ที่เป็นที่ยอมรับ ความน่าเชื่อถือของคำอธิบายทางวิทยาศาสตร์มาจาก ความสามารถในการแสดงความสัมพันธ์ระหว่างหลักฐานและปรากฏการณ์ที่ไม่เคยค้นพบมาก่อน นอกจาก วิทยาศาสตร์จะให้คำอธิบายเกี่ยวกับปรากฏการณ์ตา่ ง ๆ แล้ววิทยาศาสตร์ยังให้ความสำคัญกับการทำนายซึ่ง อาจเป็นได้ทั้งการพยากรณ์ปรากฏการณ์ หรือเหตุการณ์ในอนาคต หรือในอดีตที่ยังไม่มีการค้นพบหรือศึกษา มาก่อน 4. นักวิทยาศาสตร์พยายามที่จะระบุและหลีกเลี่ยงความลำเอียง ข้อมูลหลักฐานมีความสำคัญ อย่างมากในการนำเสนอแนวคิดทางวิทยาศาสตร์ นักวิทยาศาสตร์จะถามตัวเองก่อนเสมอว่ามีหลักฐาน อะไรบ้างที่สนับสนุนแนวคิดนี้ การรวบรวมหลักฐานทางวิทยาศาสตร์จึงจำเป็นต้องมีความถูกต้องแม่นยำ ปราศจากความลำเอียงอันเกิดจากตัวผู้สังเกต กลุ่มตัวอย่าง เครื่องมือและวิธีการที่ใช้การตีความหมาย หรือ การรายงานข้อมูล 5. วิทยาศาสตร์ไม่ยอมรับการมีอำนาจเหนือบุคคลอื่นวิทยาศาสตร์เชื่อว่าบุคคลใดหรือ นักวิทยาศาสตร์คนใด มีชื่อเสียงหรือตำแหน่งหน้าที่การงานสูงอย่างไร ก็ไม่มีอำนาจตัดสินว่า อะไรคือความจริง ไม่มีใครมีสิทธิพิเศษในการเข้าถึงความจริงมากกว่าคนอื่น ๆ เพราะความรู้ทางวิทยาศาสตร์ที่ถูกค้นพบต้องมี หลักฐานเชิงประจักษ์ สามารถตรวจสอบได้ และหากแนวคิดใหม่นั้นถูกต้องกว่าแนวคิดเดิม ก็ย่อมได้รับการ ยอมรับแม้ว่าจะถูกค้นพบโดยผู้ไม่มีชื่อเสียง ซึ่งต้องมาแทนที่ความรู้เดิมที่ค้นพบโดยคนมีชื่อเสียงก็ได้ 3. กิจการทางวิทยาศาสตร์ (scientific enterprise) วิทยาศาสตร์เป็นกิจกรรมของมนุษยชาติ (human activity) และเป็นกิจกรรมทางสังคมที่ซับซ้อนแตกแขนงเป็นสาขาต่าง ๆ และมีการดำเนินการใน หลายองค์กร นักวิทยาศาสตร์ต้องทำงานโดยมีจริยธรรมทางวิทยาศาสตร์ และมีความสัมพันธ์ระหว่าง วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ในการจัดการเรียนรู้วิทยาศาสตร์เพื่อให้นักเรียนมีความรู้และทักษะที่สำคัญตามเป้าหมายจึงมี ความสำคัญยิ่ง ซึ่งเป้าหมายของการจัดการสอนสาระการเรียนรู้กลุ่มวิทยาศาสตร์ตามมาตรฐานการศึกษาชั้น พื้นฐาน สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีได้กำหนดไว้ดังนี้ 1) เพื่อให้เข้าใจหลักการและทฤษฎีที่เป็นพื้นฐานของวิชาวิทยาศาสตร์
5 2) เพื่อให้เกิดความเข้าใจในลักษณะ ขอบเขต และข้อจำกัดของวิทยาศาสตร์ 3) เพื่อให้เกิดทักษะที่สำคัญในการศึกษาค้นคว้าและคิดค้นทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี 4) เพื่อพัฒนากระบวนการคิดและจินตนาการ ความสามารถในการแก้ปัญหาและการจัดการ ทักษะในการสื่อสารและความสามารถในการตัดสินใจ 5) เพื่อให้ตระหนักถึงความสัมพันธ์ระหว่างวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี มวลมนุษย์ และ สภาพแวดล้อม ในเชิงที่มีอิทธิพลและผลกระทบซึ่งกันและกัน 6) เพื่อนำความรู้ความเข้าใจเรื่องวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ไปใช้ให้เกิดประโยชน์ต่อ สังคมและการดำรงชีวิตอย่างมีคุณค่า 7) เพื่อให้มีจิตวิทยาศาสตร์ มีคุณธรรม จริยธรรม และค่านิยมในการใช้ความรู้ทางวิทยาศาสตร์ อย่างสร้างสรรค์ นอกจากนี้แล้วหลักการที่ได้รับการยอมรับว่าเป็นประโยชน์ต่อการเรียนรู้วิทยาศาสตร์ที่สามารถนำไป บูรณาการกับการสอนได้ทุกระดับชั้น และเกี่ยวข้องกับชีวิตประจำวัน (Lederman et al., 2002; McComas, 2005) ได้แก่ 1. ความรู้ทางวิทยาศาสตร์ได้มาจากการศึกษาปรากฏการณ์ธรรมชาติ ซึ่งต้องอาศัยหลักฐาน ข้อมูล ผ่านการคิดวิเคราะห์อย่างเป็นเหตุเป็นผล 2. ความรู้ทางวิทยาศาสตร์สามารถเปลี่ยนแปลงได้ หากมีหลักฐานหรือข้อมูลใหม่มาสนับสนุน 3. กฎและทฤษฎีเป็นความรู้ทางวิทยาศาสตร์ที่แตกต่างกันกฏจะบอกถึงปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้น อย่างมีแบบแผนที่แน่นอน ณ สภาวะใด ๆ แต่ทฤษฏีจะอธิบายที่มาหรือเหตุผลของการเกิดปรากฏการณ์ ธรรมชาตินั้น ๆ 4. การศึกษาหาความรู้ทางวิทยาศาสตร์มีหลากหลายวิธี เช่น วิธีการทางวิทยาศาสตร์ ความ บังเอิญ การทดลองโดยวิธีคิด (thought experiment) 5. การหาความรู้ทางวิทยาศาสตร์โดยการสังเกตและการลงข้อสรุปจะแตกต่างกัน การสังเกตจะ ให้ข้อมูลที่เป็นหลักฐานในการลงข้อสรุป ความรู้ทางวิทยาศาสตร์มากมายอาศัยการลงข้อสรุปจากหลักฐานที่ได้ โดยการสังเกต เช่น การศึกษาเกี่ยวกับอะตอม เป็นต้น 6. การทำงานทางวิทยาศาสตร์ต้องอาศัยความคิดสร้างสรรค์และจินตนาการควบคู่ไปกับการคิด วิเคราะห์ 7. วิทยาศาสตร์คือกิจกรรมอย่างหนึ่งของมนุษย์ ซึ่งได้รับผลกระทบจาก ประสบการณ์ การ ฝึกฝน ความเชื่อ ความรู้สึกนึกคิดของคน เช่น ศีลธรรม ความคิดสร้างสรรค์ จินตนาการ การตีความ มุมมอง แนวคิด อคติและความลำเอียง ดังนั้นในการทำงานวิทยาศาสตร์ จึงต้องมีกระบวนการตรวจสอบและประเมิน ความถูกต้องของความรู้ทางวิทยาศาสตร์ เช่น การตรวจสอบจากผู้ทรงคุณวุฒิ การนำเสนอผลงาน หรือการ ตีพิมพ์ในวารสาร
6 8. วิทยาศาสตร์คือกิจกรรมการทำงานของมนุษย์ซึ่งทำภายใต้สภาพแวดล้อมทางสังคมและ วัฒนธรรม ซึ่งจะส่งผลกระทบซึ่งกันและกัน ดังนั้นธรรมชาติของวิทยาศาสตร์จึงเป็นลักษณะเฉพาะ ซึ่งจะบ่งบอกถึงความแตกต่างระหว่างตัว วิทยาศาสตร์และศาสตร์อื่นๆ ธรรมชาติวิทยาศาสตร์เป็นลักษณะของค่านิยม ข้อสรุป แนวคิดหรือแม้แต่ คำอธิบายที่จะบอกว่าวิทยาศาสตร์คืออะไร มีส่วนเกี่ยวข้องกับอะไรบ้าง และอย่างไร คำอธิบายเหล่านี้จะ ผสมผสานกลมกลืนอยู่ในวิทยาศาสตร์ ความรู้ทางวิทยาศาสตร์ และการพัฒนาความรู้ทางวิทยาศาสตร์ รวมถึง การมองสิ่งเหล่านี้ในเชิงปรัชญาเกี่ยวกับการกำเนิดของสิ่งต่าง ๆ ความเข้าใจในธรรมชาติ วิธีการและขอบเขต ของความรู้ของมนุษย์ (Epistemology) และความเข้าใจในเชิงสังคมวิทยา (Sociology) ด้วย การรู้วิทยาศาสตร์ การรู้วิทยาศาสตร์ (scientific literacy) เป็นการผสมผสานระหว่างแนวคิดพื้นฐาน ประวัติศาสตร์ และปรัชญาเพื่อให้สามารถเข้าใจเรื่องทางวิทยาศาสตร์ในปัจจุบัน การรู้วิทยาศาสตร์มีลักษณะร่วมที่สำคัญ ดังนี้ 1. มุ่งหวังให้ทุกคนเข้าใจหรือตระหนักและซาบซึ้งในคุณค่าของความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์ แต่ไม่ได้มุ่งหวังให้ทุกคนเป็นนักวิทยาศาสตร์ที่เชี่ยวชาญ เช่น คนที่เรียนวิทยาศาสตร์จะไม่สามารถสังเคราะห์ ตัวยาใหม่ๆ จากสมุนไพรได้ทุกคน แต่คนที่เรียนวิทยาศาสตร์ทุกคนควรตระหนักว่า สมุนไพรมีคุณค่ามากขึ้น หากสามารถใช้ความรู้และกระบวนการแสวงหาความรู้ด้วยวิธีการทางวิทยาศาสตร์ในการพัฒนาตัวยาจาก สมุนไพร 2. มีความรู้หลักการพื้นฐานด้านวิทยาศาสตร์ที่กว้างและควรรู้ลึก เพียงพอที่จะเข้าใจความ เปลี่ยนแปลงและเคลื่อนไหวต่าง ๆ ของข้อมูลข่าวสารทางวิทยาศาสตร์ผ่านสื่อช่องทางต่าง ๆ 3. พลเมืองที่มีการรู้วิทยาศาสตร์ควรสามารถอ่านเรื่องราวทางวิทยาศาสตร์ในสื่อได้คล่องแคล่ว และสามารถแสดงความคิดเห็นได้อย่างมีเหตุผล ความหมายของการรู้วิทยาศาสตร์จะครอบคลุมถึงความรอบรู้เชิงวิทยาศาสตร์หรือการรู้เชิง วิทยาศาสตร์ ซึ่งหมายถึง การที่บุคคลสามารถเข้าใจในทุกแง่มุมของความรู้วิทยาศาสตร์ ทั้งความเป็นธรรมชาติ ของวิทยาศาสตร์ ทัศนคติเกี่ยวกับวิทยาศาสตร์ หมายถึงการที่บุคคลสามารถเข้าใจในความรู้ทางวิทยาศาสตร์ อย่างถ่องแท้ ลึกซึ้ง จนสามารถนำเอาความรู้นั้นไปใช้ในการตัดสินใจแก้ปัญหาที่เกิดขึ้น สามารถนำไปใช้ดำเนิน ชีวิตได้อย่างเหมาะสม สอดคล้องกับสภาพเศรษฐกิจ สังคมและวัฒนธรรม ทั้งด้านธรรมชาติของวิทยาศาสตร์ (nature of science) ด้านความรู้ทางวิทยาศาสตร์ (science knowledge) และด้านจิตวิทยาศาสตร์ (habits of mind หรือ scientific mind) ดังนั้นในการที่จะสอนให้เกิดการรู้วิทยาศาสตร์ ครูจึงควรมีมุมมองและทำ ความเข้าใจในเรื่องต่าง ๆ ดังนี
7 1. สอนให้เข้าในธรรมชาติของวิทยาศาสตร์ (nature of science) โดยควรสอนให้เข้าใจในเนื้อหา วิทยาศาสตร์ควบคู่ไปกับการชี้ให้เห็นธรรมชาติของวิทยาศาสตร์ 2. สอนให้เกิดทั้งความรู้ที่เกี่ยวกับข้อเท็จจริง หลักการ และทฤษฎีทางวิทยาศาสตร์ (knowledge of science) และวิธีที่จะให้ได้มาซึ่งความรู้ทางวิทยาศาสตร์ ถ้าเราชี้ให้ผู้เรียนเห็นว่าวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี สังคมและวัฒนธรรมคืออะไร ทุกอย่างจะก่อให้เกิดการรู้วิทยาศาสตร์ได้อย่างไร การรู้วิทยาศาสตร์จึงกิน ความหมายหมายรวมไปถึงการรู้ การใช้การตัดสินใจ ความมีเหตุมีผล การคิดแบบวิทยาศาสตร์ และการใช้ ข้อมูลในการตัดสินใจจนเกิดวัฒนธรรมวิทยาศาสตร์ (culture of science) แบบใหม่ คือ การเปลี่ยน วัฒนธรรมการสอนวิทยาศาสตร์จากการสอนแบบบอกเนื้อหาเพียงอย่างเดียว เป็นการสอนเนื้อหาพร้อมกับ ชี้ให้เห็นกระบวนการให้ได้มาซึ่งความรู้วิทยาศาสตร์ ให้มีการอภิปราย ขบคิดเกี่ยวกับความเป็นวิทยาศาสตร์ หรือธรรมชาติของวิทยาศาสตร์ด้วย 3. สอนให้เกิดจิตวิทยาศาสตร์ (scientific mind) ผ่านเรื่องราวที่เกี่ยวกับประวัติศาสตร์ของ วิทยาศาสตร์ (history of science) ปรัชญาวิทยาศาสตร์ (philosophy of science) และสังคมวิทยา (sociology) ให้กับผู้เรียนเพื่อให้เห็นคุณค่าของวิทยาศาสตร์ มีเจตคติที่ดีต่อวิทยาศาสตร์ นอกจากนั้นยังช่วย ในการนำเอาทักษะกระบวนการทางวิทยาศาสตร์และทักษะของผู้เรียนในศตวรรษที่ 21 มาใช้อีกด้วย เช่น การ สื่อสาร การใช้ภาษา การสังเกต การจัดการ การประเมินค่า การคำนวณ การคิดวิเคราะห์ ตลอดจนตระหนัก และตัดสินใจเลือกแนวทางการแก้ปัญหาที่เหมาะสม ความสมเหตุสมผล คำนึงถึงผลกระทบของวิทยาศาสตร์ และเทคโนโลยีที่มีต่อสังคม 4. สอนให้เปลี่ยนกระบวนทัศน์ใหม่ (paradigm shift) จากที่เคยรอรับความรู้เพียงฝ่ายเดียว ให้ ปรับเปลี่ยนแนวคิดที่จะค้นหาความรู้ด้วยตนเอง เมื่อเจอปัญหาสามารถศึกษา และหาสาเหตุของปัญหา หา แนวทางแก้ปัญหา เก็บรวบรวมข้อมูล ตรวจสอบ สรุป วิเคราะห์ สังเคราะห์ สร้างองค์ความรู้ของตนเอง (constructivist practice) จนทำให้เกิดความคงทนของความรู้ และอาจได้ความรู้ใหม่ หรือวิธีการหาความรู้ แบบใหม่ต่อไป องค์การเพื่อความร่วมมือทางเศรษฐกิจและการพัฒนา (Organization for Economic Corporation and Development : OECD) ให้ความหมาย การรู้วิทยาศาสตร์ว่าเป็น “ความสามารถที่จะ ใช้ความรู้ทางวิทยาศาสตร์เพื่อที่จะตอบคำถามและเพื่อสรุปข้อมูลโดยอาศัยหลักฐาน ทำให้เข้าใจและ ช่วยในการตัดสินใจในเรื่องโลกธรรมชาติและการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นจากการกระทำของมนุษย์” จะเห็น ว่าการรู้วิทยาศาสตร์นั้นจะต้องเน้นทั้งความรู้ทางวิทยาศาสตร์และการรู้กระบวนการวิทยาศาสตร์ที่จำเป็นต่อ การพัฒนา ซึ่งจะเกี่ยวข้องกับความเข้าใจวิทยาศาสตร์อันได้แก่ ความรู้ทางวิทยาศาสตร์ที่ใช้เพื่อตอบคำถาม และเพื่อสรุปข้อมูลจากหลักฐานเพื่อให้เข้าใจและช่วยในการตัดสินใจ
8 แนวการสร้างการรู้วิทยาศาสตร์สำหรับหลักสูตรนักเรียนระดับประถมศึกษาและมัธยมศึกษาตาม นิยามการรู้วิทยาศาสตร์ที่สะท้อนปัจจัยที่สอดคล้องกับมิติแห่งการรู้วิทยาศาสตร์(dimensions of scientific literacy) ที่สำคัญ 7 องค์ประกอบ ดังนี้ 1. ธรรมชาติของวิทยาศาสตร์ (nature of science) บุคคลผู้รู้วิทยาศาสตร์เข้าใจในธรรมชาติ ของวิทยาศาสตร์และความรู้เชิงวิทยาศาสตร์ โดยการใช้ประสบการณ์ทางวิทยาศาสตร์จะทำให้ผู้เรียนได้ สืบเสาะและค้นพบความรู้ทางวิทยาศาสตร์ด้วยตัวเอง 2. แนวคิดวิทยาศาสตร์ที่สำคัญ (key science concepts) บุคคลผู้รู้วิทยาศาสตร์ เข้าใจและ สามารถนำเอาแนวคิด หลักการ กฎ และทฤษฎีทางวิทยาศาสตร์มาประยุกต์ใช้กับสังคมและสิ่งแวดล้อมรอบตัว ได้ 3. กระบวนการทางวิทยาศาสตร์ (processes of science) บุคคลผู้รู้วิทยาศาสตร์สามารถใช้ กระบวนการทางวิทยาศาสตร์เพื่อแก้ปัญหา ตัดสินใจ และทำความเข้าใจในสังคมและสิ่งแวดล้อมได้ลึกซึ้งยิ่งขึ้น 4. ความสัมพันธ์กันระหว่างวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี สังคมและสิ่งแวดล้อม (sciencetechnology-society-environment-interrelationships) บุคคลผู้รู้วิทยาศาสตร์เข้าใจและตระหนักถึง คุณค่าในความสัมพันธ์ของวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี รวมไปถึงผลกระทบที่มีต่อสังคมและสิ่งแวดล้อม 5. ทักษะทางวิทยาศาสตร์และทางเทคนิค (scientific and technical skills) บุคคลผู้รู้ วิทยาศาสตร์ได้พัฒนาตนเองให้เกิดทักษะการใช้ร่างกาย สำหรับการปฏิบัติการในส่วนที่เกี่ยวข้องกับ วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี 6. คุณค่า (values) ที่แสดงความเป็นวิทยาศาสตร์ บุคคลผู้รู้วิทยาศาสตร์มีปฏิสัมพันธ์กับสังคม และสิ่งแวดล้อมในวิถีทางที่สอดคล้องกับคุณค่าที่แสดงความเป็นวิทยาศาสตร์ 7. ความสนใจและทัศนคติที่เกี่ยวข้องกับวิทยาศาสตร์ (science-related interests and attitudes) บุคลลผู้รู้วิทยาศาสตร์ได้พัฒนาตนเองให้มีมุมมองในวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี สังคม และ สิ่งแวดล้อมอย่างเป็นเอกลักษณ์ และสานต่อเพื่อขยายการศึกษาไปตลอดชีวิต เป้าหมายของการสอนวิทยาศาสตร์ตามหลักสูตรแกนกลางการศึกษาขั้นพื้นฐาน วิทยาศาสตร์มีบทบาทสำคัญยิ่งในสังคมโลกปัจจุบันและอนาคต เพราะวิทยาศาสตร์เกี่ยวข้องกับทุก คนทั้งในชีวิตประจำวันและการงานอาชีพต่าง ๆ ตลอดจนเทคโนโลยี เครื่องมือเครื่องใช้และผลผลิตต่าง ๆ ที่มนุษย์ได้ใช้เพื่ออำนวยความสะดวกในชีวิตและการทำงาน เหล่านี้ล้วนเป็นผลของความรู้วิทยาศาสตร์ ผสมผสานกับความคิดสร้างสรรค์และศาสตร์อื่น ๆ วิทยาศาสตร์ช่วยให้มนุษย์ได้พัฒนาวิธีคิด ทั้งความคิดเป็น เหตุเป็นผล คิดสร้างสรรค์ คิดวิเคราะห์ วิจารณ์ มีทักษะสำคัญในการค้นคว้าหาความรู้ มีความสามารถใน การแก้ปัญหาอย่างเป็นระบบ สามารถตัดสินใจโดยใช้ข้อมูลที่หลากหลายและมีประจักษ์พยานที่ตรวจสอบได้ วิทยาศาสตร์เป็นวัฒนธรรมของโลกสมัยใหม่ซึ่งเป็นสังคมแห่งการเรียนรู้ (knowledge based society) ดังนั้น
9 ทุกคนจึงจำเป็นต้องได้รับการพัฒนาให้รู้วิทยาศาสตร์ เพื่อที่จะมีความรู้ความเข้าใจในธรรมชาติและเทคโนโลยี ที่มนุษย์สร้างสรรค์ขึ้น สามารถนำความรู้ไปใช้อย่างมีเหตุผล สร้างสรรค์ และมีคุณธรรม 1. วิสัยทัศน์การเรียนรู้วิทยาศาสตร์ วิสัยทัศน์การเรียนรู้วิทยาศาสตร์กำหนดไว้เพื่อให้บุคลากรทางการศึกษา เช่น ผู้บริหารโรงเรียน ครูผู้สอน ผู้ที่มีส่วนเกี่ยวข้องในการจัดการศึกษา รวมทั้งนักเรียนและชุมชนร่วมกันพัฒนาการศึกษา วิทยาศาสตร์และปฏิบัติร่วมกันสู่ความสำเร็จ ซึ่งมุมมองภาพในอนาคตที่สังคมมุ่งหวังว่าจะมีการพัฒนาอะไร อย่างไร ที่จะสอดคล้องกับการปรับเปลี่ยนของสังคม (กรมวิชาการ, 2545: 3-4) ได้โดยวิสัยทัศน์การเรียนรู้ วิทยาศาสตร์นั้นถูกกำหนดขึ้นภายใต้กรอบความคิดในการพัฒนาการศึกษาเพื่อเตรียมคนในสังคมแห่งความรู้ และสอดคล้องกับพระราชบัญญัติการศึกษาแห่งชาติพ.ศ. 2542 กล่าวคือ 1. หลักสูตรและการเรียนการสอนวิทยาศาสตร์จะเชื่อมโยงเนื้อหา แนวคิดหลัก และ กระบวนการที่เป็นสากล แต่มีความสอดคล้องกับชีวิตจริงทั้งระดับท้องถิ่นและระดับประเทศและมีความ ยืดหยุ่นหลากหลาย 2. หลักสูตรและการเรียนการสอนต้องตอบสนองผู้เรียนที่มีความถนัดและความสนใจแตกต่าง กันในการใช้วิทยาศาสตร์สำหรับการศึกษาต่อ และการประกอบอาชีพที่เกี่ยวข้องกับวิทยาศาสตร์ 3. ผู้เรียนทุกคนจะได้รับการส่งเสริมให้พัฒนากระบวนการคิด ความสามารถในการเรียนรู้ กระบวนการสืบเสาะหาความรู้กระบวนการแก้ปัญหาและการคิดค้นสร้างสรรค์องค์ความรู้ 4. ใช้แหล่งเรียนรู้ในท้องถิ่นโดยถือว่ามีความสำคัญควบคู่กับการเรียนในโรงเรียน 5. ใช้ยุทธศาสตร์การเรียนการสอนหลากหลายเพื่อตอบสนองความต้องการ ความสนใจ และวิธี เรียนที่แตกต่างกันของผู้เรียน 6. การเรียนรู้เป็นกระบวนการสำคัญที่ทุกคนต้องได้รับการพัฒนาเพื่อให้สามารถเรียนรู้ตลอด ชีวิต จึงจะประสบความสำเร็จในการดำเนินชีวิต 7. การเรียนการสอนต้องส่งเสริมและพัฒนาผู้เรียนให้มีเจตคติคุณธรรม จริยธรรม ค่านิยมที่ เหมาะสมต่อวิทยาศาสตร์เทคโนโลยีสังคมและสิ่งแวดล้อม วิสัยทัศน์การเรียนรู้วิทยาศาสตร์ตามมาตรฐานหลักสูตรแกนกลางการศึกษาขั้นพื้นฐานกำหนดไว้ ดังนี้ 1. ในการเรียนการสอนวิทยาศาสตร์ผู้เรียนควรได้รับการพัฒนาและสร้างความเข้าใจว่า วิทยาศาสตร์เป็นทั้งความรู้และกระบวนการสืบเสาะหาความรู้ผู้เรียนทุกคนควรได้รับการกระตุ้นส่งเสริมให้ สนใจและกระตือรือร้นที่จะเรียนรู้วิทยาศาสตร์มีความสงสัย เกิดคำถามในสิ่งต่าง ๆ ที่เกี่ยวกับโลกธรรมชาติ รอบตัว มีความมุ่งมั่นและมีความสุขที่จะศึกษาค้นคว้า สืบเสาะหาความรู้เพื่อรวบรวมข้อมูล วิเคราะห์ผล นำไปสู่คำตอบของคำถาม สามารถตัดสินใจด้วยการใช้ข้อมูลอย่างมีเหตุผล สามารถสื่อสารคำถามคำตอบ ข้อมูลและสิ่งที่ค้นพบจากการเรียนรู้ให้ผู้อื่นเข้าใจได้
10 2. การเรียนรู้วิทยาศาสตร์เป็นการเรียนรู้ตลอดชีวิต เนื่องจากความรู้วิทยาศาสตร์เป็นเรื่องราว เกี่ยวกับโลกธรรมชาติซึ่งมีการเปลี่ยนแปลงตลอดเวลา ทุกคนจึงต้องเรียนรู้เพื่อนำผลการเรียนรู้ไปใช้ในชีวิต และการประกอบอาชีพ เมื่อผู้เรียนได้เรียนวิทยาศาสตร์โดยได้รับการกระตุ้นให้เกิดความตื่นเต้น ท้าทายกับ การเผชิญสถานการณ์หรือปัญหา มีการร่วมกันคิด ลงมือปฏิบัติจริง ก็จะเข้าใจและเห็นความเชื่อมโยงของ วิทยาศาสตร์กับกลุ่มสาระการเรียนรู้อื่นและชีวิตทำให้สามารถอธิบาย ทำนาย คาดการณ์สิ่งต่าง ๆ ได้อย่างมี เหตุผล การประสบความสำเร็จในการเรียนวิทยาศาสตร์จะเป็นแรงกระตุ้นให้ผู้เรียนมีความสนใจ มุ่งมั่นที่จะ สังเกต สำรวจตรวจสอบ สืบค้นความรู้ที่มีคุณค่าเพิ่มขึ้นอย่างไม่หยุดยั้ง การจัดกิจกรรมการเรียนการสอนจึง ต้องสอดคล้องกับสภาพจริงในชีวิต โดยใช้แหล่งเรียนรู้หลากหลายในท้องถิ่นและคำนึงถึงผู้เรียนที่มีวิธีการ เรียนรู้ความสนใจและ ความถนัดแตกต่างกัน 3. การจัดให้ผู้เรียนได้เรียนรู้วิทยาศาสตร์พื้นฐาน เป็นการเรียนรู้เพื่อเข้าใจ ซาบซึ้งและเห็น ความสำคัญของปรากฏการณ์ทางธรรมชาติของโลก สิ่งแวดล้อม ตลอดจนใช้เทคโนโลยีสารสนเทศ ในการ เรียนรู้และสื่อสาร ซึ่งจะส่งผลให้ผู้เรียนมีความเข้าใจ สามารถเชื่อมโยงองค์ประกอบทั้งหมดแบบองค์รวม สร้าง ความรู้เป็นของตนเอง เพื่อสร้างความเข้มแข็งให้ผู้เรียนมีความสามารถในการคิดอย่างมีเหตุผล สร้างสรรค์สิ่ง ต่าง ๆ โดยอาศัยความรู้วิทยาศาสตร์จินตนาการและศาสตร์อื่นๆ ร่วมด้วย สามารถตัดสินใจอย่างมีเหตุผล สามารถนำความรู้ไปใช้ประโยชน์ในการพัฒนาคุณภาพชีวิต และร่วมกันดูแลรักษาโลกธรรมชาติอย่างยั่งยืน 2. เป้าหมายสำคัญของการจัดการเรียนการสอนวิทยาศาสตร์ กระทรวงศึกษาธิการ โดยสถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ได้ดำเนินการจัดทำมาตรฐานการเรียนรู้และตัวชี้วัด กลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์ (ฉบับปรับปรุง พ.ศ. 2560) ตามหลักสูตรแกนกลางการศึกษาขั้นพื้นฐาน พุทธศักราช 2551 พร้อมทั้งจัดทำสาระการเรียนรู้ แกนกลางของกลุ่มสาระการเรียนรู้และสาระดังกล่าวในแต่ละระดับชั้น เพื่อให้เขตพื้นที่การศึกษา หน่วยงาน ระดับท้องถิ่น และสถานศึกษาทุกสังกัดที่จัดการศึกษาขั้นพื้นฐาน ได้นำไปใช้เป็นกรอบและทิศทางในการ พัฒนาหลักสูตรสถานศึกษา และจัดการเรียนการสอน ในการเรียนการสอนวิทยาศาสตร์มุ่งเน้นให้ผู้เรียนได้ค้นพบความรู้ด้วยตนเองมากที่สุด เพื่อให้ได้ ทั้งกระบวนการและความรู้ จากวิธีการสังเกต การสำรวจตรวจสอบ การทดลอง แล้วนำผลที่ได้มาจัดระบบเป็น หลักการ แนวคิด และองค์ความรู้การจัดการเรียนการสอนวิทยาศาสตร์จึงมีเป้าหมายที่สำคัญ ดังนี้ 1. เพื่อให้เข้าใจหลักการ ทฤษฎี และกฎที่เป็นพื้นฐานในวิชาวิทยาศาสตร์ 2. เพื่อให้เข้าใจขอบเขตของธรรมชาติของวิชาวิทยาศาสตร์และข้อจำกัดในการศึกษาวิชา วิทยาศาสตร์ 3. เพื่อให้มีทักษะที่สำคัญในการศึกษาค้นคว้าและคิดค้นทางเทคโนโลยี 4. เพื่อให้ตระหนักถึงความสัมพันธ์ระหว่างวิชาวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี มวลมนุษย์ และ สภาพแวดล้อมในเชิงที่มีอิทธิพลและผลกระทบซึ่งกันและกัน
11 5. เพื่อนำความรู้ ความเข้าใจ ในวิชาวิทยาศาสตร์ และเทคโนโลยีไปใช้ให้เกิดประโยชน์ต่อสังคม และการดำรงชีวิต 6. เพื่อพัฒนากระบวนการคิดและจินตนาการ ความสามารถในการแก้ปัญหา และ การจัดการ ทักษะในการสื่อสาร และความสามารถในการตัดสินใจ 7. เพื่อให้เป็นผู้ที่มีจิตวิทยาศาสตร์ มีคุณธรรม จริยธรรม และค่านิยมในการใช้วิทยาศาสตร์และ เทคโนโลยีอย่างสร้างสรรค์ 3. สาระการเรียนรู้ กลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์มุ่งหวังให้ผู้เรียนได้เรียนรู้วิทยาศาสตร์ ที่เน้นการเชื่อมโยงความรู้กับ กระบวนการ มีทักษะสำคัญในการค้นคว้าและสร้างองค์ความรู้ โดยใช้กระบวนการในการสืบเสาะหาความรู้ และแก้ปัญหาที่หลากหลาย ให้ผู้เรียนมีส่วนร่วมในการเรียนรู้ทุกขั้นตอน มีการทำกิจกรรมด้วยการลงมือปฏิบัติ จริงอย่างหลากหลาย เหมาะสมกับระดับชั้น โดยกำหนดสาระสำคัญ ดังนี้ 1. วิทยาศาสตร์ชีวภาพ เรียนรู้เกี่ยวกับ ชีวิตในสิ่งแวดล้อม องค์ประกอบของสิ่งมีชีวิต การดำรงชีวิตของมนุษย์และสัตว์ การดำรงชีวิตของพืช พันธุกรรม ความหลากหลายทางชีวภาพ และ วิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิต 2. วิทยาศาสตร์กายภาพ เรียนรู้เกี่ยวกับ ธรรมชาติของสาร การเปลี่ยนแปลงของสาร การเคลื่อนที่ พลังงาน และคลื่น 3. วิทยาศาสตร์โลกและอวกาศ เรียนรู้เกี่ยวกับ องค์ประกอบของเอกภพ ปฏิสัมพันธ์ ภายในระบบสุริยะ เทคโนโลยีอวกาศ ระบบโลก การเปลี่ยนแปลงทางธรณีวิทยา กระบวนการเปลี่ยนแปลงลม ฟ้าอากาศ และผลต่อสิ่งมีชีวิตและสิ่งแวดล้อม 4. เทคโนโลยี 4.1 การออกแบบและเทคโนโลยี เรียนรู้เกี่ยวกับเทคโนโลยีเพื่อการดำรงชีวิต ในสังคมที่มีการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว ใช้ความรู้และทักษะทางด้านวิทยาศาสตร์ คณิตศาสตร์ และศาสตร์ อื่น ๆ เพื่อแก้ปัญหาหรือพัฒนางานอย่างมีความคิดสร้างสรรค์ด้วยกระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรม เลือกใช้ เทคโนโลยีอย่างเหมาะสมโดยคำนึงถึงผลกระทบต่อชีวิต สังคมและสิ่งแวดล้อม 4.2 วิทยาการคำนวณ เรียนรู้เกี่ยวกับการคิดเชิงคำนวณ การคิดวิเคราะห์ แก้ปัญหา เป็นขั้นตอนและเป็นระบบ ประยุกต์ใช้ความรู้ด้านวิทยาการคอมพิวเตอร์และเทคโนโลยีสารสนเทศและการ สื่อสาร ในการแก้ปัญหาที่พบในชีวิตจริงได้อย่างมีประสิทธิภาพ 4. สาระการเรียนรู้และมาตรฐานการเรียนรู้ กลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์ตามหลักสูตรแกนกลางการศึกษาขั้นพื้นฐาน (ฉบับปรับปรุง พ.ศ. 2560) พุทธศักราช 2551 ได้กำหนดสาระไว้ทั้งหมด 4 สาระ ดังนี้ สาระวิทยาศาสตร์ชีวภาพ สาระวิทยาศาสตร์
12 กายภาพ สาระวิทยาศาสตร์โลกและอวกาศ และสาระเทคโนโลยีโดยแต่ละสาระมีมาตรฐานการเรียนรู้สำหรับ ผู้เรียน ตั้งแต่ระดับประถมศึกษาจนถึงระดับมัธยมศึกษาตอนปลาย ตามรายละเอียดที่แสดงไว้ดังตารางที่ 1.1 ตารางที่ 1.1 มาตรฐานการเรียนรู้ในแต่ละสาระสำหรับผู้เรียนแต่ละระดับ มาตรฐานการเรียนรู้ ระดับของผู้เรียน ประถม ศึกษา มัธยมศึกษา ตอนต้น มัธยมศึกษา ตอนปลาย สาระที่ 1 วิทยาศาสตร์ชีวภาพ มาตรฐาน ว 1.1 เข้าใจความหลากหลายของระบบนิเวศ ความสัมพันธ์ระหว่างสิ่งไม่มีชีวิตกับสิ่งมีชีวิต และความสัมพันธ์ ระหว่างสิ่งมีชีวิตกับสิ่งมีชีวิตต่าง ๆ ในระบบนิเวศ การถ่ายทอด พลังงาน การเปลี่ยนแปลงแทนที่ในระบบนิเวศ ความหมายของ ประชากร ปัญหาและผลกระทบที่มีต่อทรัพยากรธรรมชาติและ สิ่งแวดล้อม แนวทางในการอนุรักษ์ทรัพยากรธรรมชาติและการแก้ไข ปัญหาสิ่งแวดล้อม รวมทั้งนำความรู้ไปใช้ประโยชน์ ✓ ✓ ✓ มาตรฐาน ว 1.2 เข้าใจสมบัติของสิ่งมีชีวิต หน่วยพื้นฐานของ สิ่งมีชีวิต การลำเลียงสารเข้าและออกจากเซลล์ ความสัมพันธ์ของ โครงสร้าง และหน้าที่ของระบบต่าง ๆ ของสัตว์และมนุษย์ที่ทำงาน สัมพันธ์กัน ความสัมพันธ์ของโครงสร้าง และหน้าที่ของอวัยวะต่าง ๆ ของพืชที่ทำงานสัมพันธ์กัน รวมทั้งนำความรู้ไปใช้ประโยชน์ ✓ ✓ ✓ มาตรฐาน ว 1.3 เข้าใจกระบวนการและความสำคัญของการ ถ่ายทอดลักษณะทางพันธุกรรมสารพันธุกรรม การเปลี่ยนแปลงทาง พันธุกรรมที่มีผลต่อสิ่งมีชีวิต ความหลากหลายทางชีวภาพและ วิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิต รวมทั้งนำความรู้ไปใช้ประโยชน์ ✓ ✓ ✓
13 ตารางที่ 1.1 (ต่อ) มาตรฐานการเรียนรู้ ระดับของผู้เรียน ประถม ศึกษา มัธยมศึกษา ตอนต้น มัธยมศึกษา ตอนปลาย สาระที่ 2 วิทยาศาสตร์กายภาพ มาตรฐาน ว 2.1 เข้าใจสมบัติของสสาร องค์ประกอบของสสาร ความสัมพันธ์ระหว่างสมบัติของสสารกับโครงสร้างและแรงยึดเหนี่ยว ระหว่างอนุภาค หลักและธรรมชาติ ของการเปลี่ยนแปลงสถานะของสสาร การเกิดสารละลาย และการ เกิดปฏิกิริยาเคมี ✓ ✓ ✓ มาตรฐาน ว 2.2 เข้าใจธรรมชาติของแรงในชีวิตประจำวัน ผล ของแรงที่กระทำต่อวัตถุ ลักษณะการเคลื่อนที่แบบต่าง ๆ ของวัตถุ รวมทั้งนำความรู้ไปใช้ประโยชน์ ✓ ✓ ✓ มาตรฐาน ว 1.3 เข้าใจกระบวนการและความสำคัญของการ ถ่ายทอดลักษณะทางพันธุกรรมสารพันธุกรรม การเปลี่ยนแปลงทาง พันธุกรรมที่มีผลต่อสิ่งมีชีวิต ความหลากหลายทางชีวภาพและ วิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิต รวมทั้งนำความรู้ไปใช้ประโยชน์ ✓ ✓ ✓ มาตรฐาน ว 2.3 เข้าใจความหมายของพลังงาน การ เปลี่ยนแปลงและการถ่ายโอนพลังงานปฏิสัมพันธ์ระหว่างสสารและ พลังงาน พลังงานในชีวิตประจำวัน ธรรมชาติของคลื่น ปรากฏการณ์ที่ เกี่ยวข้องกับเสียง แสง และคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า รวมทั้งนำความรู้ไปใช้ ประโยชน์ ✓ ✓ ✓ สาระที่ 3 วิทยาศาสตร์โลก และอวกาศ มาตรฐาน ว 3.1 เข้าใจองค์ประกอบ ลักษณะ กระบวนการ เกิด และวิวัฒนาการของเอกภพ กาแล็กซี ดาวฤกษ์ และระบบสุริยะ รวมทั้งปฏิสัมพันธ์ภายในระบบสุริยะ ที่ส่งผลต่อสิ่งมีชีวิต และการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีอวกาศ ✓ ✓ ✓
14 ตารางที่ 1.1 (ต่อ) มาตรฐานการเรียนรู้ ระดับของผู้เรียน ประถม ศึกษา มัธยมศึกษา ตอนต้น มัธยมศึกษา ตอนปลาย มาตรฐาน ว 3.2 เข้าใจองค์ประกอบและความสัมพันธ์ของ ระบบโลก กระบวนการเปลี่ยนแปลงภายในโลก และบนผิวโลก ธรณี พิบัติภัย กระบวนการเปลี่ยนแปลงลมฟ้าอากาศและภูมิอากาศโลก รวมทั้งผลต่อสิ่งมีชีวิตและสิ่งแวดล้อม ✓ ✓ ✓ สาระที่ 4 เทคโนโลยี มาตรฐาน ว 4.1 เข้าใจแนวคิดหลักของเทคโนโลยีเพื่อการ ดำรงชีวิตในสังคมที่มีการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว ใช้ความรู้และ ทักษะทางด้านวิทยาศาสตร์ คณิตศาสตร์ และศาสตร์อื่น ๆ เพื่อ แก้ปัญหาหรือพัฒนางานอย่างมีความคิดสร้างสรรค์ด้วยกระบวนการ ออกแบบเชิงวิศวกรรม เลือกใช้เทคโนโลยีอย่างเหมาะสมโดยคำนึงถึง ผลกระทบต่อชีวิต สังคม และสิ่งแวดล้อม ✓ ✓ มาตรฐาน ว 4.2 เข้าใจและใช้แนวคิดเชิงคำนวณในการ แก้ปัญหาที่พบในชีวิตจริงอย่างเป็นขั้นตอนและเป็นระบบ ใช้ เทคโนโลยีสารสนเทศและการสื่อสารในการเรียนรู้ การทำงาน และ การแก้ปัญหาได้อย่างมีประสิทธิภาพ รู้เท่าทัน และมีจริยธรรม ✓ ✓ ✓ 5. คุณภาพผู้เรียน หลักสูตรแกนกลางการศึกษาขั้นพื้นฐาน พุทธศักราช 2551 (ฉบับปรับปรุง พ.ศ. 2560) ได้กำหนดคุณภาพผู้เรียน ดังนี้ จบชั้นประถมศึกษาปีที่ 3 เข้าใจลักษณะทั่วไปของสิ่งมีชีวิต และการดำรงชีวิตของสิ่งมีชีวิตรอบตัว เข้าใจลักษณะที่ปรากฏ ชนิดและสมบัติบางประการของวัสดุที่ใช้ทำวัตถุและการเปลี่ยนแปลง ของวัสดุรอบตัว เข้าใจการดึง การผลัก แรงแม่เหล็ก และผลของแรง ที่มีต่อการเปลี่ยนแปลงการเคลื่อนที่ของ วัตถุ พลังงานไฟฟ้าและการผลิตไฟฟ้า การเกิดเสียง แสงและการมองเห็น เข้าใจการปรากฏของดวงอาทิตย์ ดวงจันทร์และดาว ปรากฏการณ์ขึ้นและ
15 ตกของดวงอาทิตย์ การเกิดกลางวัน กลางคืน การกำหนดทิศ ลักษณะของหิน การจำแนกชนิดดินและการใช้ ประโยชน์ ลักษณะและความสำคัญของอากาศ การเกิดลม ประโยชน์และโทษของลม ตั้งคำถามหรือกำหนดปัญหาเกี่ยวกับสิ่งที่จะเรียนรู้ตามที่กำหนดให้หรือตามความสนใจ สังเกต สำรวจตรวจสอบโดยใช้เครื่องมืออย่างง่าย รวบรวมข้อมูล บันทึกและอธิบายผลการสำรวจตรวจสอบ ด้วยการเขียนหรือวาดภาพ และสื่อสารสิ่งที่เรียนรู้ด้วยการเล่าเรื่อง หรือด้วยการแสดงท่าทางเพื่อให้ผู้อื่นเข้าใจ แก้ปัญหาอย่างง่ายโดยใช้ขั้นตอนการแก้ปัญหา มีทักษะในการใช้เทคโนโลยีสารสนเทศและ การสื่อสารเบื้องต้น รักษาข้อมูลส่วนตัว แสดงความกระตือรือร้น สนใจเรียนรู้ มีความคิดสร้างสรรค์เกี่ยวกับเรื่องที่จะศึกษาตามที่ กำหนดให้หรือตามความสนใจ มีส่วนร่วมในการแสดงความคิดเห็น และยอมรับฟังความคิดเห็นผู้อื่น แสดงความรับผิดชอบด้วยการทำงานที่ได้รับมอบหมายอย่างมุ่งมั่นรอบคอบ ประหยัด ซื่อสัตย์ จนงานลุล่วงเป็นผลสำเร็จ และทำงานร่วม กับผู้อื่นอย่างมีความสุข ตระหนักถึงประโยชน์ของการใช้ความรู้และกระบวนการทางวิทยาศาสตร์ในการดำรงชีวิต ศึกษาหาความรู้เพิ่มเติม ทำโครงงานหรือชิ้นงานตามที่กำหนดให้หรือตามความสนใจ จบชั้นประถมศึกษาปีที่ 6 เข้าใจโครงสร้าง ลักษณะเฉพาะและการปรับตัวของสิ่งมีชีวิต รวมทั้งความสัมพันธ์ของ สิ่งมีชีวิตในแหล่งที่อยู่ การทำหน้าที่ของส่วนต่าง ๆ ของพืชและการทำงานของระบบย่อยอาหารของมนุษย์ เข้าใจสมบัติและการจำแนกวัสดุ สถานะและการเปลี่ยนสถานะของสสาร การละลาย การเปลี่ยนแปลงทางเคมี การเปลี่ยนแปลงที่ผันกลับได้และผันกลับไม่ได้ และการแยกสารอย่าง ง่าย เข้าใจลักษณะของแรงโน้มถ่วงของโลก แรงลัพธ์ แรงเสียดทาน แรงไฟฟ้าและผลของแรงต่าง ๆ ผลที่เกิดจากแรงกระทำต่อวัตถุ วงจรไฟฟ้าอย่างง่ายปรากฏการณ์เบื้องต้นของเสียง และแสง เข้าใจปรากฏการณ์การขึ้นและตก รวมถึงการเปลี่ยนแปลงรูปร่างปรากฏ ของดวงจันทร์ องค์ประกอบของระบบสุริยะ คาบการโคจรของดาวเคราะห์ความแตกต่างของดาวเคราะห์และ ดาวฤกษ์ การขึ้นและตกของกลุ่มดาวฤกษ์ การใช้แผนที่ดาว การเกิดอุปราคา พัฒนาการและประโยชน์ของ เทคโนโลยีอวกาศ เข้าใจลักษณะของแหล่งน้ำ วัฏจักน้ำ กระบวนการเกดิ เมฆ หมอก น้ำค้างน้ำค้างแข็ง หยาด น้ำฟ้า กระบวนการเกิดหิน วัฏจักรหิน การใช้ประโยชน์จากหินและแร่ การเกิดซากดึกดำบรรพ์ การเกิดลมบก ลมทะเล มรสุม ลักษณะและผลกระทบของภัยธรรมชาติ ธรณีพิบัติภัย การเกิดและผลกระทบ ของปรากฏการณ์เรือนกระจก
16 ค้นหาข้อมูลอย่างมีประสิทธิภาพและประเมินความน่าเชื่อถือ ตัดสินใจเลือกข้อมูล ใช้เหตุผล เชิงตรรกะในการแก้ปัญหา ใช้เทคโนโลยีสารสนเทศและการสื่อสารในการทำงานร่วมกัน เข้าใจสิทธิและหน้าที่ ของตน เคารพสิทธิของผู้อื่น ตั้งคำถามหรือกำหนดปัญหาเกี่ยวกับสิ่งที่จะเรียนรู้ตามที่กำหนดให้หรือตามความสนใจ คาดคะเนคำตอบหลายแนวทาง สร้างสมมติฐานที่สอดคล้องกับคำถามหรือปัญหาที่จะสำรวจตรวจสอบ วางแผนและสำรวจ ตรวจสอบโดยใช้เครื่องมือ อุปกรณ์ และเทคโนโลยีสารสนเทศที่เหมาะสมในการเก็บรวบรวม ข้อมูลทั้งเชิงปริมาณและคุณภาพวิเคราะห์ข้อมูล ลงความเห็น และสรุปความสัมพันธ์ของข้อมูลที่มาจากการ สำรวจตรวจสอบในรูปแบบที่เหมาะสม เพื่อสื่อสารความรู้จากผลการสำรวจตรวจสอบได้ อย่างมีเหตุผล และหลักฐานอ้างอิงแสดงถึงความสนใจ มุ่งมั่น ในสิ่งที่จะเรียนรู้ มีความคิดสร้างสรรค์เกี่ยวกับ เรื่องที่จะศึกษาตามความสนใจของตนเอง แสดงความคิดเห็นของตนเอง ยอมรับในข้อมูลที่มีหลักฐานอ้างอิง และรับฟังความคิดเห็นผู้อื่นแสดงความรับผิดชอบด้วย การทำงานที่ได้รับมอบหมายอย่างมุ่งมั่นรอบคอบ ประหยัด และ ซื่อสัตย์ จนงานลุล่วงเป็นผลสำเร็จ และ ทำงานร่วมกับผู้อื่นอย่างสร้างสรรค์ ตระหนักในคุณค่าของความรู้วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ใช้ความรู้และกระบวนการทาง วิทยาศาสตร์ในการดำรงชีวิต แสดงความชื่นชม ยกย่องและเคารพสิทธิในผลงานของผู้คิดค้น และศึกษาหา ความรู้เพิ่มเติม ทำโครงงานหรือชิ้นงานตามที่กำหนดให้ หรือตามความสนใจ แสดงถึงความซาบซึ้ง ห่วงใย และแสดงพฤติกรรมเกี่ยวกับการใช้ การดูแลรักษา ทรัพยากรธรรมชาติและสิ่งแวดล้อมอย่างรู้คุณค่า จบชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 3 เข้าใจลักษณะและองค์ประกอบที่สำคัญของเซลล์สิ่งมีชีวิต ความสัมพันธ์ของการทำงานของ ระบบต่าง ๆ ในร่างกายมนุษย์ การดำรงชีวิตของพืช การถ่ายทอดลักษณะทางพันธุกรรม การเปลี่ยนแปลงของ ยีนหรือโครโมโซม และตัวอย่างโรคที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรม ประโยชน์และผลกระทบของ สิ่งมีชีวิตดัดแปรพันธุกรรม ความหลากหลายทางชีวภาพ ปฏิสัมพันธ์ขององค์ประกอบของระบบนิเวศ และการ ถ่ายทอดพลังงานในสิ่งมีชีวิต เข้าใจองค์ประกอบและสมบัติของธาตุ สารละลาย สารบริสุทธิ์ สารผสมหลักการแยกสาร การเปลี่ยนแปลงของสารในรูปแบบของการเปลี่ยนสถานะ การเกิดสารละลาย และการเกิดปฏิกิริยาเคมี และ สมบัติทางกายภาพ และการใช้ประโยชน์ของวัสดุประเภทพอลิเมอร์ เซรามิกส์ และวัสดุผสม เข้าใจการเคลื่อนที่ แรงลัพธ์และผลของแรงลัพธ์ที่กระทำต่อวัตถุ โมเมนต์ของแรง แรงที่ ปรากฏในชีวิตประจำวัน สนามของแรง ความสัมพันธ์ของงาน พลังงานจลน์ พลังงานศักย์โน้มถ่วง กฎการ
17 อนุรักษ์พลังงาน การถ่ายโอนพลังงาน สมดุลความร้อน ความสัมพันธ์ของปริมาณทางไฟฟ้า การต่อวงจรไฟฟ้า ในบ้าน พลังงานไฟฟ้า และหลักการเบื้องต้นของวงจรอิเล็กทรอนิกส์ เข้าใจสมบัติของคลื่น และลักษณะของคลื่นแบบต่าง ๆ แสง การสะท้อน การหักเหของแสง และทัศนอุปกรณ์ เข้าใจการโคจรของดาวเคราะห์รอบดวงอาทิตย์ การเกิดฤดู การเคลื่อนที่ ปรากฏของดวง อาทิตย์ การเกิดข้างขึ้นข้างแรม การขึ้นและตกของดวงจันทร์ การเกิดน้ำขึ้นน้ำลง ประโยชน์ของเทคโนโลยี อวกาศ และความก้าวหน้าของโครงการสำรวจอวกาศ เข้าใจลักษณะของชั้นบรรยากาศ องค์ประกอบและปัจจัยที่มีผลต่อลมฟ้าอากาศ การเกิดและ ผลกระทบของพายุฟ้าคะนอง พายุหมุนเขตร้อน การพยากรณ์อากาศ สถานการณ์การเปลี่ยนแปลงภูมิอากาศ โลก กระบวนการเกิดเชื้อเพลิงซากดึกดำบรรพ์และการใช้ประโยชน์พลังงานทดแทนและการใช้ประโยชน์ ลักษณะ โครงสร้างภายในโลกกระบวนการเปลี่ยนแปลงทางธรณีวิทยาบนผิวโลก ลักษณะชั้นหน้าตัดดิน กระบวนการเกิดดิน แหล่งน้ำผิวดิน แหล่งน้ำใต้ดิน กระบวนการเกิดและผลกระทบของภัยธรรมชาติและธรณี พิบัติภัย เข้าใจแนวคิดหลักของเทคโนโลยี ได้แก่ ระบบทางเทคโนโลยี การเปลี่ยนแปลงของเทคโนโลยี ความสัมพันธ์ระหว่างเทคโนโลยีกับศาสตร์อื่น โดยเฉพาะวิทยาศาสตร์ หรือคณิตศาสตร์ วิเคราะห์ เปรียบเทียบ และตัดสินใจเพื่อเลือกใช้เทคโนโลยี โดยคำนึงถึงผลกระทบต่อชีวิต สังคม และสิ่งแวดล้อม ประยุกต์ใช้ความรู้ ทักษะ และทรัพยากรเพื่อออกแบบและสร้างผลงานสำหรับการแก้ปัญหาในชีวิตประจำวันหรือการประกอบ อาชีพโดยใช้กระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรม รวมทั้งเลือกใช้วัสดุ อุปกรณ์และเครื่องมือได้อย่างถูกต้อง เหมาะสม ปลอดภัย รวมทั้งคำนึงถึงทรัพย์สินทางปัญญา นำข้อมูลปฐมภูมิเข้าสู่ระบบคอมพิวเตอร์ วิเคราะห์ ประเมิน นำเสนอข้อมูลและสารสนเทศ ได้ตามวัตถุประสงค์ ใช้ทักษะการคิดเชิงคำนวณในการแก้ปัญหาที่พบในชีวิตจริง และเขียนโปรแกรมอย่างง่าย เพื่อช่วยในการแก้ปัญหา ใช้เทคโนโลยีสารสนเทศและการสื่อสารอย่างรู้เท่าทันและรับ ผิดชอบต่อสังคม ตั้งคำถามหรือกำหนดปัญหาที่เชื่อมโยงกับพยานหลักฐานหรือหลักการทางวิทยาศาสตร์ที่มี การกำหนดและควบคุมตัวแปร คิดคาดคะเนคำตอบหลายแนวทาง สร้างสมมติฐานที่สามารถนำไปสู่การสำรวจ ตรวจสอบ ออกแบบและลงมือสำรวจตรวจสอบโดยใช้วัสดุและเครื่องมือที่เหมาะสมเลือกใช้เครื่องมือ และเทคโนโลยีสารสนเทศที่เหมาะสมในการเก็บรวบรวมข้อมูลทั้งในเชิงปริมาณและคุณภาพที่ได้ผลเที่ยงตรง และปลอดภัย วิเคราะห์และประเมินความสอดคล้องของข้อมูลที่ได้จากการสำรวจตรวจสอบจาก พยานหลักฐาน โดยใช้ความรู้และหลักการทางวิทยาศาสตร์ในการแปลความหมายและลงข้อสรุป และสื่อสาร
18 ความคิด ความรู้จากผลการสำรวจตรวจสอบหลากหลายรูปแบบ หรือใช้เทคโนโลยีสารสนเทศเพื่อให้ผู้อื่น เข้าใจได้อย่างเหมาะสม แสดงถึงความสนใจ มุ่งมั่น รับผิดชอบ รอบคอบ และซื่อสัตย์ ในสิ่งที่จะเรียนรู้มีความคิด สร้างสรรค์เกี่ยวกับเรื่องที่จะศึกษาตามความสนใจของตนเองโดยใช้เครื่องมือและวิธีการที่ให้ได้ผลถูกต้อง เชี่อ ถือได้ ศึกษาค้นคว้าเพิ่มเติมจากแหล่งความรู้ต่าง ๆ แสดงความคิดเห็นของตนเอง รับฟังความคิดเห็นผู้อื่นและ ยอมรับการเปลี่ยนแปลงความรู้ที่ค้นพบเมื่อมีข้อมูลและประจักษ์พยานใหม่เพิ่มขึ้นหรือโต้แย้งจากเดิม ตระหนักในคุณค่าของความรู้วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีที่ใช้ในชีวิตประจำวัน ใช้ความรู้และ กระบวนการทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีในการดำรงชีวิต และการประกอบอาชีพ แสดงความชื่นชม ยก ย่องและเคารพสิทธิในผลงานของผู้คิดค้น เข้าใจผลกระทบทั้งด้านบวกและด้านลบของการพัฒนาทาง วิทยาศาสตร์ต่อสิ่งแวดล้อมและต่อบริบทอื่น ๆ และศึกษาหาความรู้เพิ่มเติม ทำโครงงานหรือสร้างชิ้นงานตาม ความสนใจ แสดงถึงความซาบซึ้ง ห่วงใย มีพฤติกรรมเกี่ยวกับการดูแลรักษาความสมดุล ของระบบนิเวศ และความหลากหลายทางชีวภาพ จบชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 6 เข้าใจการการลำเลียงสารเข้าและออกจากเซลล์ กลไกการรักษาดุลยภาพของมนุษย์ ภูมิคุ้มกันในร่างกายของมนุษย์และความผิดปกติของระบบภูมิคุ้มกัน การใช้ประโยชน์จากสารต่าง ๆ ที่พืชสร้าง ขึ้น การถ่ายทอดลักษณะทางพันธุกรรม การเปลี่ยนแปลงทาง พันธุกรรม วิวัฒนาการที่ทำให้เกิดความ หลากหลายของสิ่งมีชีวิต ความสำคัญและผลของเทคโนโลยีทางดีเอ็นเอต่อมนุษย์ สิ่งมีชีวิตและสิ่งแวดล้อม เข้าใจความหลากหลายของไบโอมในเขตภูมิศาสตร์ต่าง ๆ ของโลกการเปลี่ยนแปลงแทนที่ใน ระบบนิเวศ ปัญหาและผลกระทบที่มีต่อทรัพยากรธรรมชาติและสิ่งแวดล้อม แนวทางในการอนุรักษ์ ทรัพยากรธรรมชาติ และการแก้ไขปัญหาสิ่งแวดล้อม เข้าใจชนิดของอนุภาคสำคัญที่เป็นส่วนประกอบในโครงสร้างอะตอมสมบัติบางประการของ ธาตุ การจัดเรียงธาตุในตารางธาตุ ชนิดของแรงยึดเหนี่ยวระหว่างอนุภาคและสมบัติต่าง ๆ ของสารที่มี ความสัมพันธ์กับแรงยึดเหนี่ยว พันธะเคมี โครงสร้างและสมบัติของพอลิเมอร์ การเกิดปฏิกิริยาเคมี ปัจจัยที่มี ผลต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี และการเขียนสมการเคมี เข้าใจปริมาณที่เกี่ยวกับการเคลื่อนที่ ความสัมพันธ์ระหว่างแรง มวลและความเร่ง ผลของ ความเร่งที่มีต่อการเคลื่อนที่แบบต่าง ๆ ของวัตถุแรงโน้มถ่วง แรงแม่เหล็ก ความสัมพันธ์ระหว่างสนามแม่เหล็ก และกระแสไฟฟ้า และแรงภายในนิวเคลียส เข้าใจพลังงานนิวเคลียร์ ความสัมพันธ์ระหว่างมวลและพลังงาน การเปลี่ยนพลังงานทดแทนเป็น พลังงานไฟฟ้า เทคโนโลยีด้านพลังงาน การสะท้อนการหักเห การเลี้ยวเบนและการรวมคลื่น การได้ยิน ปรากฏการณ์ที่เกี่ยวข้องกับเสียง สีกับการมองเห็นสี คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าและประโยชน์ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า
19 เข้าใจการแบ่งชั้นและสมบัติของโครงสร้างโลก สาเหตุ และรูปแบบการเคลื่อนที่ของแผ่นธรณีที่ สัมพันธ์กับการเกิดลักษณะธรณีสัณฐานสาเหตุ กระบวนการเกิดแผ่นดินไหว ภูเขาไฟระเบิด สึนามิ ผลกระทบ แนวทางการเฝ้าระวัง และการปฏิบัติตนให้ปลอดภัย เข้าใจผลของแรงเนื่องจากความแตกต่างของความกดอากาศ แรงคอริออลิสที่มีต่อการหมุนเวียน ของอากาศ การหมุนเวียนของอากาศตามเขตละติจูด และผลทีมี่ต่อภูมิอากาศ ความสัมพันธ์ของการหมุนเวยี นของอากาศ และการหมุนเวียนของกระแสน้ำผิวหน้าในมหาสมุทร และผลต่อลักษณะลมฟ้าอากาศ สิ่งมีชีวิต และสิ่งแวดล้อม ปัจจัยต่าง ๆ ที่มีผลต่อการเปลี่ยนแปลงภูมิอากาศโลก และแนวปฏิบัติเพื่อลดกิจกรรมของ มนุษย์ที่ส่งผลต่อการเปลี่ยนแปลงภูมิอากาศโลก รวมทั้งการแปลความหมายสัญลักษณ์ลมฟ้าอากาศที่สำคัญ จากแผนที่อากาศ และข้อมูลสารสนเทศ เข้าใจการกำเนิดและการเปลี่ยนแปลงพลังงาน สสาร ขนาด อุณหภูมิของเอกภพ หลักฐานที่ สนับสนุนทฤษฎีบิกแบง ประเภทของกาแล็กซีโครงสร้างและองค์ประกอบของกาแล็กซีทางช้างเผือก กระบวนการเกิดและการสร้างพลังงาน ปัจจัยที่ส่งผลต่อความส่องสว่างของดาวฤกษ์ และความสัมพันธ์ระหว่าง ความส่องสว่างกับโชติมาตรของดาวฤกษ์ ความสัมพันธ์ระหว่างสี อุณหภูมิผิว และสเปกตรัมของดาวฤกษ์ วิวัฒนาการและการเปลี่ยนแปลงสมบัติบางประการของดาวฤกษ์ กระบวนการเกิดระบบสุริยะ การแบ่งเขต บริวารของดวงอาทิตย์ ลักษณะของดาวเคราะห์ที่เอื้อต่อการดำรงชีวิต การเกิดลมสุริยะ พายุสุริยะและผลที่มี ต่อโลก รวมทั้งการสำรวจอวกาศและการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีอวกาศระบุปัญหา ตั้งคำถามที่จะสำรวจ ตรวจสอบ โดยมีการกำหนดความสัมพันธ์ระหว่างตัวแปรต่าง ๆ สืบค้นข้อมูลจากหลายแหล่ง ตั้งสมมติฐานที่ เป็นไปได้หลายแนวทาง ตัดสินใจเลือกตรวจสอบสมมติฐานที่เป็นไปได้ ตั้งคำถามหรือกำหนดปัญหาที่อยู่บนพื้นฐานของความรู้และความเข้าใจทางวิทยาศาสตร์ที่แสดง ให้เห็นถึงการใช้ความคิดระดับสูง ที่สามารถสำรวจตรวจสอบหรือศึกษาค้นคว้าได้อย่างครอบคลุม และเชื่อถือ ได้ สร้างสมมติฐานที่มีทฤษฎีรองรับหรือคาดการณ์สิ่งที่จะพบเพื่อนำไปสู่การสำรวจตรวจสอบ ออกแบบวิธีการ สำรวจตรวจสอบตามสมมติฐานที่กำหนดไว้ได้อย่างเหมาะสม มีหลักฐานเชิงประจักษ์ เลือกวัสดุ อุปกรณ์ รวมทั้งวิธีการในการสำรวจตรวจสอบอย่างถูกต้องทั้งในเชิงปริมาณและคุณภาพ และ บันทึกผลการสำรวจตรวจสอบอย่างเป็นระบบ วิเคราะห์ แปลความหมายข้อมูล และประเมินความสอดคล้องของข้อสรุปเพื่อตรวจสอบกับ สมมติฐานที่ตั้งไว้ ให้ข้อเสนอแนะเพื่อปรับปรุงวิธีการสำรวจตรวจสอบ จัดกระทำข้อมูลและนำเสนอข้อมูลด้วย เทคนิควิธีที่เหมาะสม สื่อสารแนวคิด ความรู้จากผลการสำรวจตรวจสอบ โดยการพูด เขียน จัดแสดงหรือใช้ เทคโนโลยีสารสนเทศเพื่อให้ผู้อื่นเข้าใจโดยมีหลักฐานอ้างอิงหรือมีทฤษฎีรองรับ แสดงถึงความสนใจ มุ่งมั่น รับผิดชอบ รอบคอบ และซื่อสัตย์ ในการสืบเสาะหาความรู้ โดยใช้ เครื่องมือและวิธีการที่ให้ได้ผลถูกต้อง เชื่อถือได้มีเหตุผลและยอมรับได้ว่าความรู้ทางวิทยาศาสตร์อาจมีการ เปลี่ยนแปลงได้แสดงถึงความพอใจและเห็นคุณค่าในการค้นพบความรู้ พบคำตอบ หรือแก้ปัญหาได้ ทำงาน
20 ร่วมกับผู้อื่นอย่างสร้างสรรค์ แสดงความคิดเห็นโดยมีข้อมูลอ้างอิงและเหตุผลประกอบเกี่ยวกับผลของการ พัฒนาและการใช้วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีอย่างมีคุณธรรมต่อสังคมและสิ่งแวดล้อม และ ยอมรับฟังความคิดเห็นของผู้อื่น เข้าใจความสัมพันธ์ของความรู้วิทยาศาสตร์ที่มีผลต่อการพัฒนาเทคโนโลยีประเภทต่าง ๆ และ การพัฒนาเทคโนโลยีที่ส่งผลให้มีการคิดค้นความรู้ทางวิทยาศาสตร์ที่ก้าวหน้า ผลของเทคโนโลยีต่อชีวิต สังคม และสิ่งแวดล้อม ตระหนักถึงความสำคัญและเห็นคุณค่าของความรู้วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีที่ใช้ใน ชีวิตประจำวัน ใช้ความรู้และกระบวนการทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีในการดำรงชีวิต และการประกอบ อาชีพ แสดงความชื่นชม ภูมิใจ ยกย่อง อ้างอิงผลงาน ชิ้นงาน ที่เป็นผลมาจากภูมิปัญญาท้องถิ่นและการพัฒนา เทคโนโลยีที่ทันสมัย ศึกษาหาความรู้เพิ่มเติม ทำโครงงานหรือสร้างชิ้นงานตามความสนใจ แสดงความซาบซึ้ง ห่วงใย มีพฤติกรรมเกี่ยวกับการใช้และรักษาทรัพยากรธรรมชาติและ สิ่งแวดล้อมอย่างรู้คุณค่า เสนอตัวเองร่วมมือปฏิบัติกับชุมชนในการป้องกัน ดูแลทรัพยากรธรรมชาติและ สิ่งแวดล้อมของท้องถิ่น วิเคราะห์แนวคิดหลักของเทคโนโลยี ได้แก่ ระบบทางเทคโนโลยีที่ซับซ้อน การเปลี่ยนแปลงของ เทคโนโลยี ความสัมพันธ์ระหว่างเทคโนโลยีกับศาสตร์อื่น โดยเฉพาะวิทยาศาสตร์ หรือคณิตศาสตร์ วิเคราะห์ เปรียบเทียบ และตัดสินใจเพื่อเลือกใช้เทคโนโลยี โดยคำนึงถึงผลกระทบต่อชีวิต สังคม เศรษฐกิจและ สิ่งแวดล้อม ประยุกต์ใช้ความรู้ ทักษะทรัพยากรเพื่อออกแบบ สร้าง หรือพัฒนาผลงานสำหรับแก้ปัญหาที่มี ผลกระทบต่อสังคมโดยใช้กระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรม ใช้ซอฟต์แวร์ช่วยในการออกแบบและนำเสนอ ผลงาน เลือกใช้วัสดุ อุปกรณ์ และเครื่องมือได้อย่างถูกต้อง เหมาะสม ปลอดภัย รวมทั้งคำนึงถึงทรัพย์สินทาง ปัญญา ใช้ความรู้ทางด้านวิทยาการคอมพิวเตอร์ สื่อดิจิทัล เทคโนโลยีสารสนเทศและการสื่อสาร เพื่อ รวบรวมข้อมูลในชีวิตจริงจากแหล่งต่าง ๆ และความรู้จากศาสตร์อื่น มาประยุกต์ใช้ สร้างความรู้ใหม่ เข้าใจ การเปลี่ยนแปลงของเทคโนโลยีที่มีผลต่อการดำเนินชีวิต อาชีพ สังคม วัฒนธรรม และใช้อย่างปลอดภัยและมี จริยธรรม ในระดับมัธยมศึกษาตอนปลาย คุณภาพผู้เรียนเมื่อจบชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 6 ที่กำหนดไว้ในส่วนที่ เป็นเนื้อหาของวิทยาศาสตร์ชีวภาพ วิทยาศาสตร์กายภาพและวิทยาศาสตร์โลกและอวกาศ เป็นพื้นฐานที่ เพียงพอสำหรับการดำรงชีวิตและรู้เท่าทันต่อการเปลี่ยนแปลงของโลก ทั้งนี้สำหรับกลุ่มผู้เรียนที่เน้น วิทยาศาสตร์ ที่ต้องการศึกษาต่อในสายวิชาชีพที่ต้องใช้วิทยาศาสตร์เป็นพื้นฐาน หรือเพื่องานวิจัยที่ ต้องใช้ความรู้ทางวิทยาศาสตร์ ต้องเรียนรายวิชาเพิ่มเติมในกลุ่มสาระชีววิทยา สาระเคมี สาระฟิสิกส์ และ สาระโลก ดาราศาสตร์ และอวกาศ ในชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 4-6 สามารถศึกษารายละเอียดเพิ่มเติมได้ในคู่มือการ
21 ใช้หลักสูตรรายวิชาเพิ่มเติมวิทยาศาสตร์กลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์ (ฉบับปรับปรุง พ.ศ. 2560) ระดับ มัธยมศึกษาตอนปลาย เป้าหมายของการเรียนการสอนวิทยาศาสตร์ การจัดการศึกษาเป็นกระบวนการซึ่งทำให้ผู้เรียนเกิดพฤติกรรมที่พึงประสงค์ขึ้น และการเรียนการ สอนก็คือ กระบวนการที่จัดขึ้นอย่างมีระบบโดยใช้สิ่งแวดล้อมต่าง ๆ เพื่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงพฤติกรรม ของผู้เรียน ให้มีความสามารถในการกระทำสิ่งหนึ่งสิ่งใดจากที่ไม่เคยกระทำได้หรือกระทำได้น้อยก่อนที่จะมี การเรียนการสอน และพฤติกรรมของผู้เรียนต้องเป็นพฤติกรรมที่สามารถสังเกตเห็นได้ พฤติกรรมการเรียนรู้ที่ พึงประสงค์ในวิชาวิทยาศาสตร์ตามแนวคิดของคลอพเฟอร์ (Leopold E. Klopfer) นั้น คลอพเฟอร์ได้กล่าวถึง วัตถุประสงค์ที่ผู้จัดหลักสูตรหรือครูผู้สอนวิทยาศาสตร์ต้องการจะให้บรรลุถึงนั้น คือ สามารถระบุพฤติกรรมที่ คาดหวังไว้ว่านักเรียนจะแสดงออก พฤติกรรมดังกล่าว คลอพเฟอร์ได้แบ่งไว้เป็น 6 ด้าน ดังนี้ 1. ความรู้และความเข้าใจ (knowledge and comprehension) ในการสอนวิทยาศาสตร์ พฤติกรรมแรกที่หวังให้เกิดขึ้นในตัวนักเรียน คือ ความรู้ ความจำ พฤติกรรมด้านความรู้ความจำอาจแบ่งเป็น พฤติกรรมย่อยได้ 9 ประเภท คือ 1.1 ความรู้เกี่ยวกับข้อเท็จจริง (facts) ข้อเท็จจริงต่าง ๆ ในทางวิทยาศาสตร์มีมากมาย นักเรียนไม่จำเป็นต้องจำข้อเท็จจริงต่าง ๆ ที่ได้เรียนแล้วได้ทั้งหมด แต่มีความจำเป็นที่นักเรียนจะต้องจำ ข้อเท็จจริงบางอย่างที่สำคัญ ๆ ได้ เช่น แมลงสาบมี 6 ขา เหล็กลอยบนปรอท เป็นต้น 1.2 ความรู้เกี่ยวกับคำศัพท์ทางวิทยาศาสตร์ (scientific terminology) วิชาวิทยาศาสตร์มี ศัพท์เฉพาะจำนวนมาก ในการเรียนวิทยาศาสตร์นักเรียนจำเป็นต้องมีความรู้หรือจำความหมายของศัพท์ต่าง ๆ ที่จำเป็นได้ เช่น ความดันคืออะไร เซลล์ มีนิยามว่าอย่างไร 1.3 ความรู้เกี่ยวกับมโนมติทางวิทยาศาสตร์ (concepts of science) มโนมติทาง วิทยาศาสตร์หรือมโนทัศน์ทางวิทยาศาสตร์ จัดเป็นความรู้วิทยาศาสตร์ประเภทหนึ่งที่เป็นผลของความคิดสรุป รวบยอดเกี่ยวกับเรื่องราวหรือปรากฏการณ์ต่าง ๆ เช่น มโนมติเกี่ยวกับสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมเป็นสัตว์ที่มีกระดูก สันหลัง มีต่อมน้ำนมที่มีเฉพาะในเพศเมียเท่านั้นเพื่อใช้ผลิตน้ำนมเพื่อใช้เลี้ยงลูกวัยแรกเกิด เป็นสัตว์เลือดอุ่น มีขนเป็นเส้น ๆ (hair) หรือขนอ่อน (fur) ปกคลุมทั่วทั้งร่างกาย เพื่อเป็นการรักษาอุณหภูมิในร่างกาย มีหัวใจสี่ ห้อง มีฟันฝังในขากรรไกร มีการสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศ สัตว์เลี้ยงลูกด้วยน้ำนมส่วนใหญ่ออกลูกเป็นตัว 1.4 ความรู้เกี่ยวกับข้อตกลง (conventions) ในทางวิทยาศาสตร์มีข้อตกลงต่าง ๆ มากมาย ทั้งอยู่ในรูปของเครื่องหมาย สัญลักษณ์ อักษรย่อ อันเป็นที่ยอมรับกันโดยทั่วไปว่าเป็นตัวแทนของความสัมพันธ์ หรือสิ่งต่าง ๆ บางประการ เช่น C 14 เป็นต้น 1.5 ความรู้เกี่ยวกับแนวโน้มและลำดับขั้นตอน (sequences) ปรากฏการณ์ต่าง ๆ ใน ธรรมชาติจะมีขั้นตอนต่าง ๆ ที่แน่นอน นักวิทยาศาสตร์ได้สนใจและค้นหาขั้นตอนเหล่านั้น ทำให้เราทราบ
22 ขั้นตอนของปรากฏการณ์ต่าง ๆ มากมาย เช่น ขั้นตอนการเจริญเติบโตของแมลง การเกิดหินงอกหินย้อย เป็น ต้น 1.6 ความรู้เกี่ยวกับการจำแนกประเภท จัดประเภทละเกณฑ์ (classifications, categories and criteria) เมื่อนักวิทยาศาสตร์รวบรวมข้อเท็จจริงหรือข้อมูลต่าง ๆ ได้แล้ว นักวิทยาศาสตร์จะจำแนก ประเภทสิ่งต่าง ๆ เหล่านั้นออกเป็นหมวดหมู่ เมื่อค้นพบสิ่งใหม่ ๆ ก็จะพยายามศึกษาต่อไปว่าสิ่งนั้นอยู่ใน ประเภทใด โดยใช้เกณฑ์ต่าง ๆ มาพิจารณา เช่น ผึ้งเป็นสัตว์ประเภทแมลง เนื่องจากผึ้งมีขา 6 ขา และลำตัว แบ่งออกเป็น 3 ส่วน หรือปรอทจัดเป็นธาตุ เนื่องจากไม่สามารถแยกปรอทออกให้เป็นสารย่อยลงไปอีกได้ด้วย วิธีทางเคมีธรรมดา 1.7 ความรู้เกี่ยวกับเทคนิคและกรรมวิธีทางวิทยาศาสตร์ (scientific technique and procedure) ในการเรียนวิทยาศาสตร์ นักเรียนจำเป็นต้องมีความรู้เกี่ยวกับเทคนิคและกรรมวิธีในการทดลอง ต่าง ๆ เทคนิควิธีและขั้นตอนในการค้นคว้าหาความรู้ทางวิทยาศาสตร์ เช่น รู้ว่าจะทดสอบน้ำตาลได้อย่างไร รู้ วิธีการศึกษาการเจริญพัฒนาของเซลล์และการแบ่งเซลล์ 1.8 ความรู้เกี่ยวกับหลักการและกฎทางวิทยาศาสตร์ (scientific principles and laws) นักเรียนสามารถบอกเกี่ยวกับหลักการและกฎในทางวิทยาศาสตร์ได้ หลักการและกฎนี้เป็นข้อสรุปที่ นักวิทยาศาสตร์ได้มาจากการศึกษาปรากฏการณ์จำนวนมาก ตัวอย่าง หลักการและกฎในทางวิทยาศาสตร์ เช่น หลักการของเบอร์นูลี กฎของบอยล์ กฎของเมนเดล 1.9 ความรู้เกี่ยวกับทฤษฎีหรือแนวความคิดที่สำคัญ (theories or major conceptual schemes) ทฤษฎีเป็นความรู้ที่นักวิทยาศาสตร์คิดขึ้นเพื่ออธิบายปรากฏการณ์หรือข้อเท็จจริงต่าง ๆ ทฤษฎี ทางวิทยาศาสตร์อาจมีการเปลี่ยนแปลงแก้ไขหรือแม้แต่ยกเลิกไปก็ได้ถ้ามีการค้นพบสิ่งใหม่ ๆ ที่ขัดแย้งกับ ทฤษฎีนั้น นักเรียนสามารถบอกถึงข้อสรุปที่ซับซ้อนในระดับทฤษฎี หรือแนวคิดที่สำคัญในวิชาต่าง ๆ เช่น ทฤษฎีวิวัฒนาการ โครงสร้างจำลองของอะตอม พฤติกรรมความรู้ความจำ เป็นพฤติกรรมที่นักเรียนสามารถจะระลึกถึงสิ่งที่เคยอ่านหรือได้เรียนมา อย่างตรงไปตรงมา แต่ในการสอนวิทยาศาสตร์ ครูยังต้องการให้นักเรียนเกิดความเข้าใจในเนื้อหาวิชาที่สอน ด้วย พฤติกรรมด้านความเข้าใจอาจแบ่งได้เป็น 2 ประเภทดังนี้ 1) ความสามารถในการระบุหรือชี้บ่งความรู้เมื่อปรากฏอยู่ในรูปใหม่ (identification of knowledge in a new context) การระบุถึงข้อเท็จจริง วิธีการ กฎเกณฑ์ หลักการ หรือทฤษฎีต่าง ๆ ได้ ถูกต้องแม้ว่าสิ่งเหล่านั้นจะอยู่ในรูปแบบใหม่ที่ต่างไปจากรูปแบบที่เคยเรียนมาแล้ว ตัวอย่างเช่น นักเรียนเคย เรียนเกี่ยวกับเกณฑ์ในการจัดแบ่งสัตว์พวกแมลงโดยใช้ผึ้งเป็นตัวอย่าง เมื่อนักเรียนได้ทราบรายละเอียดของ ลักษณะของสัตว์พวกตั๊กแตน นักเรียนก็บอกได้ว่าตั๊กแตนก็เป็นแมลงเช่นเดียวกัน 2) ความสามารถในการแปลความรู้จากสัญลักษณ์หนึ่งไปสู่อีกสัญลักษณ์หนึ่ง (translation of knowledge from one symbolic to another) การแปลความหมายของข้อเท็จจริง มโนมติ หลักการ
23 หรือทฤษฎีที่อยู่ในรูปของสัญลักษณ์หนึ่งไปเป็นรูปของสัญลักษณ์อื่นได้ เช่น เมื่อกำหนดสมการแสดงปฏิกิริยา เคมีให้นักเรียนสามารถบรรยายสมการเคมีนั้นออกมาเป็นถ้อยคำได้ หรือเมื่อบรรยายการเคลื่อนที่ของลูกบอล ในสนาม นักเรียนสามารถเขียนเวกเตอร์ของการเคลื่อนที่ของลูกบอลได้ 2. กระบวนการสืบเสาะหาความรู้ทางวิทยาศาสตร์ (processes of scientific inquiry) พฤติกรรมด้านกระบวนการสืบเสาะหาความรู้ทางวิทยาศาสตร์ เป็นการเปลี่ยนแปลง พฤติกรรมการเรียนรู้ในด้านความสามารถในการสังเกตและการวัด การมองเห็นปัญหา และการหาวิธีที่ใช้ แก้ปัญหา การแปลความหมายของการสังเกตและการวัดข้อมูลและการสร้างข้อสรุป การสร้างการทดสอบและ การปรับปรุงแบบจำลองเชิงทฤษฎี โดยมีรายละเอียดดังต่อไปนี้ 2.1 การสังเกตและการวัดเป็นพฤติกรรมพื้นฐานที่จำเป็นอย่างยิ่งในการสืบเสาะหาความรู้ วิทยาศาสตร์ด้วยตนเอง การสังเกตและการวัดในที่นี้รวมความหมายไปถึงความสามารถในด้านการสังเกตวัตถุ และปรากฏการณ์ต่าง ๆ การบรรยายสิ่งที่สังเกตได้ โดยใช้ภาษาที่เหมาะสมและสื่อความหมายให้เป็นที่เข้าใจ ตรงกัน การวัดขนาดของวัตถุและการเปลี่ยนแปลงต่าง ๆ การเลือกเครื่องมือวัดที่เหมาะสม และการประมาณ ค่าในการวัดและรู้ข้อจำกัดของเครื่องมือที่ใช้วัด ตัวอย่างการสังเกตและการวัด เช่น เอาก้อนน้ำแข็งใส่แก้ววางไว้ ณ อุณหภูมิห้อง แล้วให้ นักเรียนสังเกตดูการเปลี่ยนแปลง และรายงานถึงสิ่งต่าง ๆ ที่สังเกตพบ จะเป็นรายงานด้วยข้อเขียนหรือปาก เปล่าก็ได้ เมื่อนักเรียนต้องการสังเกตให้ละเอียดก็ต้องใช้การวัดและเครื่องมือต่าง ๆ มาช่วย เช่น การเปลี่ยน สถานะของน้ำแข็งในแก้ว นักเรียนก็ใช้เทอร์มอมิเตอร์วัดอุณหภูมิเมื่อเวลาเปลี่ยนไป และนักเรียนก็ต้องเลือกใช้ เทอร์มอมิเตอร์ปรอท นอกจากนี้นักเรียนก็ต้องทราบถึงความเที่ยงตรงของการวัดสิ่งต่าง ๆ นั้นมีขอบเขตจำกัด เนื่องจากสเกลที่กำหนดไว้บนเครื่องวัดนั้นมีขีดจำกัด 2.2 การมองเห็นปัญหาการมองเห็นปัญหาและการหาวิธีการที่ใช้แก้ปัญหาและการหาวิธีการ ที่ใช้แก้ปัญหา ประกอบด้วยความสามารถย่อย ๆ คือ การยอมรับและมองเห็นปัญหา การตั้งสมมติฐาน การ เลือกวิธีการที่เหมาะสมในการทดสอบสมมติฐานและการออกแบบการทดลองที่เหมาะสมสำหรับทดสอบ สมมติฐาน การมองเห็นการมองเห็นปัญหาและการหาวิธีการที่ใช้แก้ปัญหาปัญหาเป็นขั้นตอนที่มี ความสำคัญมาก นักเรียนอยู่ในสถานการณ์เดียวกันไม่จำเป็นต้องมองเห็นปัญหาเหมือนกัน หรือบางคนอาจ มองไม่เห็นปัญหาเลย ความสามารถในการมองเห็นปัญหาของคนนั้น ส่วนใหญ่เกิดจากความช่างสังเกตการ มองเห็นปัญหาและการหาวิธีการที่ใช้แก้ปัญหา ช่างคิด รวมทั้งความรู้และประสบการณ์เดิมด้วย เช่น ถ้าต้มน้ำ ในบีกเกอร์ให้ร้อนถึง 85 °C แล้วนำออกจากเตามาวางไว้บนโต๊ะ ณ อุณหภูมิห้อง เมื่อเวลาผ่านไป 5 นาที ปรากฏว่าอุณหภูมิของน้ำลดลงเป็น 77 °C โดยไม่ได้ทำอะไรเลย นักเรียนจะมีความรู้สึกว่าพบปัญหาแล้วและ ต้องการศึกษาปรากฏการณ์เกี่ยวกับเรื่องความร้อนในของเหลว ความร้อนจากของเหลวนั้นถ่ายเทออกสู่อากาศ รอบ ๆ ได้หลายทาง นักเรียนต้องควบคุมการสูญเสียความร้อนเหล่านั้น นักเรียนจะใช้วัสดุอะไรทำภาชนะ
24 บรรจุของเหลวที่ต้องการศึกษา นักเรียนอาจตั้งสมมติฐานว่า “ปริมาณความร้อนที่สูญเสียออกไปจากภาชนะ ถ่ายเท่ผ่านผนังของภาชนะที่ทำด้วยวัสดุอย่างหนึ่งได้ดีกว่าผ่านผนังของภาชนะที่ทำด้วยวัสดุอย่างอื่น ” ต่อจากนั้นนักเรียนต้องเลือกวิธีที่เหมาะสมในการสมมติฐานได้อย่างสมเหตุสมผลในการออกแบบการทดลองที่ จะวัดปริมาณความร้อนที่สูญเสียออกจากภาชนะที่ทำด้วยวัสดุต่างชนิดกัน วิธีการอย่างหนึ่งที่สามารถทำได้คือ ใช้ภาชนะสองใบที่มีรูปร่างเหมือนกัน มีขนาดเท่ากัน แต่ทำด้วยวัสดุต่างชนิดกัน เช่น โลหะ พลาสติก กรอกน้ำ ร้อนลงไปในภาชนะทั้งสองนั้นให้มีปริมาณเท่า ๆ กัน วัดอุณหภูมิเริ่มต้นของน้ำในภาชนะทั้งสองไว้ จากนั้น บันทึกอุณหภูมิของน้ำในภาชนะทั้งสองนั้นทุก ๆ 1 นาทีเป็นเวลา 30 นาที เป็นต้น 2.3 การแปลความหมายข้อมูลและการสร้างข้อสรุป ความสามารถของนักเรียนในการแปล ความหมายข้อมูลและการสร้างข้อสรุป ได้แก่ การจัดกระทำกับข้อมูล การนำเสนอข้อมูลในรูปของ ความสัมพันธ์ระหว่างตัวแปร การแปลความหมายของการสังเกตและข้อมูลที่ได้จากการทดลอง การเพิ่มเติม ความและการขยายความ การตรวจสอบสมมติฐานด้วยข้อมูลที่ได้จากการทดลอง และการสร้างข้อสรุป กฎ หรือหลักการที่เหมาะสมอย่างมีเหตุผล ตามความสัมพันธ์ที่พบ ตัวอย่างการแปลความหมายข้อมูลและการสร้างข้อสรุป เช่น ในการทดลองเรื่องการหา ความสัมพันธ์ระหว่างปริมาตรและอุณหภูมิของแก๊สเมื่อความดันคงที่ เมื่อนักเรียนได้ทำการทดลองโดยทำให้ น้ำมันหล่อลื่นเข้าไปในหลอดคะปิลลารียาวประมาณ 3 มิลลิเมตร ซึ่งปลายหลอดด้านหนึ่งปิด แล้วรัดหลอด คะปิลลารีเข้ากับไม้บรรทัด โดยให้ปลายปิดของหลอดคะปิลลารีอยู่ตรงกับขีดศูนย์ของสเกลบนไม้บรรทัดพอดี เพื่อสะดวกในการอ่านความยาวของลำอากาศในหลอดคะปิลลารี เมื่ออากาศในหลอดคะปิลลารีขยายตัว แล้ว จุ่มหลอดด้านปลายปิดและเทอร์มอมิเตอร์ลงในแก้วน้ำร้อนอุณหภูมิไม่ควรเกิน 50 °C รอจนน้ำมันหยุดนิ่งแล้ว วัดความยาวของลำอากาศในหลอดแก้วพร้อมทั้งอ่านอุณหภูมิของน้ำ หาปริมาตรของอากาศในหลอดคะปิลลา รีโดยให้พื้นที่หน้าตัดของหลอดแก้วเป็น 2 ตารางเซนติเมตร แล้วนำเสนอข้อมูลในรูปตารางที่ 1.2 ดังนี้ ตารางที่ 1.2 ความสัมพันธ์ระหว่างปริมาตรของลำอากาศและอุณหภูมิที่ความยาวของลำอากาศต่างกัน ครั้งที่ ความยาวของลำอากาศ (cm) ปริมาตรของลำอากาศ (cm3 ) อุณหภูมิ ( °C) 1 2 3 4 5 2.6 2.5 2.4 2.3 2.2 52 50 48 46 44 40 30 20 10 5
25 นำข้อมูลจากตารางมาเขียนกราฟระหว่างปริมาตรของลำอากาศและอุณหภูมิ ซึ่งจะได้กราฟดังภาพที่ 1.2 ภาพที่ 1.2 กราฟแสดงความสัมพันธ์ระหว่างปริมาตรของลำอากาศและอุณหภูมิ ในขณะที่ลำน้ำมันหยุดนิ่ง ความดันของลำอากาศในหลอดแก้วเท่ากับความดันของ บรรยากาศ ซึ่งอธิบายได้ว่าเมื่อลำน้ำมันหยุดนิ่ง แสดงว่าแรงลัพธ์ที่กระทำต่อลำน้ำมันมีค่าเท่ากับศูนย์ ดังนั้น แรงดันของลำอากาศภายในจึงเท่ากับแรงดันของบรรยากาศรวมกับแรงดันเนื่องจากน้ำหนักของลำน้ำมัน แต่ แรงดันเนื่องจากน้ำหนักของลำน้ำมันในหลอดมีค่าน้อยมากเมื่อเทียบกับแรงดันของบรรยากาศ จึงไม่คิดแรงดัน เนื่องจากน้ำหนักของลำน้ำมันในหลอดแก้ว จึงถือได้ว่าแรงดันของลำอากาศภายในหลอดเท่ากับแรงดันของ บรรยากาศ หรือความดันของลำอากาศในหลอดเท่ากับความดันของบรรยากาศ จึงถือได้ว่าความดันของลำ อากาศในหลอดมีค่าคงที่ และจากกราฟแสดงความสัมพันธ์ระหว่างปริมาตรของอากาศกับอุณหภูมิ มีลักษณะ เป็นกราฟเส้นตรง (สมการเส้นตรง y= 4.98x - 195) แต่ไม่ผ่านจุดกำเนิด การที่ได้กราฟเส้นตรงแสดงว่า ปริมาตรของอากาศเปลี่ยนแปลงตามอุณหภูมิ โดยที่วัดความดันของอากาศคงที่ และเมื่อต่อเส้นกราฟออกไป จะตัดแกนนอน (แกน y) ที่อุณหภูมิ -258 °C ซึ่งจุดตัดนี้อาจมีค่าต่าง ๆ ขึ้นอยู่กับการทดลองของนักเรียน การที่จุดตัดของนักเรียนแต่ละกลุ่มมีค่าแตกต่างกันไป อาจมีสาเหตุมาจาก 1) อากาศในหลอดแก้วมีความชื้น มีไอน้ำซึ่งอาจกลั่นตัวเป็นหยดน้ำ ทำให้อ่านปริมาตร ของลำอากาศในหลอดผิดไป 2) หยดน้ำมันที่อยู่ในหลอดแก้ว เมื่อได้รับอุณหภูมิสูงอาจกลายเป็นไอ รวมกับอากาศใน หลอดแก้ว ทำให้ปริมาตรของอากาศผิดไป คือ อ่านปริมาตรได้มากขึ้น 3) อุณหภูมิที่อ่านได้จากเทอร์มอมิเตอร์ไม่ได้เป็นอุณหภูมิที่แท้จริงของอากาศใน หลอดแก้ว เพราะวัดอุณหภูมิของอากาศในหลอดแก้วโดยตรงไม่ได้ y = 4.5x - 195 0 10 20 30 40 50 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 ความสัมพันธ์ระหว่างปริมาตรของล าอากาศและอุณหภูมิที่ ความยาวของล าอากาศต่างกัน
26 4) อากาศในหลอดคะปิลลารีน้อยมาก การเปลี่ยนแปลงปริมาตรน้อย สเกลใช้อ่านความ ยาวของลำอากาศไม่ละเอียดพอ ทำให้อ่านความยาวได้ผิดพลาด เมื่อนำผลการทดลองมาแปลความหมายข้อมูลและการสร้างข้อสรุป พบว่าเมื่อความดันคงที่ ปริมาตรของลำอากาศในหลอดแก้วขึ้นกับอุณหภูมิ ในการทดลองนี้ใช้อากาศอย่างเดียวเท่านั้น ถ้าเป็นแก๊ส ชนิดอื่น ๆ จะได้ ผลเช่นเดิมหรือไม่ ฌาก อาแล็กซ็องดร์ เซซาร์ ชาร์ล (Jacques Alexandre César Charles) นักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศส ได้ทำการทดลองกับแก๊สหลายชนิดและพบความสัมพันธ์ระหว่างปริมาตรและ อุณหภูมิของแก๊สที่ความดันคงที่ จะได้ลักษณะเป็นกราฟเส้นตรงแต่ไม่ผ่านจุดกำเนิด ถ้าต่อเส้นกราฟให้มาตัด แกนนอน เส้นกราฟของแก๊สแต่ละชนิดจะตัดแกนนอนที่จุดเดียวกัน คือ ที่อุณหภูมิ-237.15 OC ซึ่งหมายความ ว่า ปริมาตรของแก๊สทุกชนิดจะลดลงเป็นศูนย์ที่อุณหภูมินี้ อุณหภูมินี้ถือว่าเป็นอุณหภูมิต่ำสุด เรียกว่า อุณหภูมิ ศูนย์สัมบูรณ์ หน่วยอุณหภูมิสัมบูรณ์เป็นเคลวิน และชาร์ลได้สรุปเป็นกฎของชาร์ลได้ว่า ถ้าความดันคงตัว ปริมาตรของแก๊สจะแปรผันตรงกับอุณหภูมิของแก๊สนั้น ๆ หรือผลหารของปริมาตรกับอุณหภูมิมีค่าคงตัวเสมอ หรืออาจกล่าวได้ว่าสำหรับแก๊สปริมาณหนึ่งที่ความดันคงที่ ที่ปริมาตรของแก๊สแปรผันตรงกับอุณหภูมิสัมบูรณ์ 2.4 การสร้าง การทดสอบ และการปรับปรุงแบบจำลองเชิงทฤษฎีแบบจำลองเชิงทฤษฎี (theoretical model) มีความหมายทำนองเดียวกับทฤษฎี (theory) ซึ่งสามารถใช้แทนกันได้ แบบจำลองเชิง ทฤษฎีสามารถอธิบายปรากฏการณ์ หลักการหรือกฎเกณฑ์ต่าง ๆ ที่ค้นพบ และถ้าแบบจำลองเชิงทฤษฎี สามารถใช้อธิบายปรากฏการณ์ หลักการ หรือกฎเกณฑ์ต่าง ๆ ได้อย่างดีจนเป็นที่ยอมรับแล้ว จะเรียก แบบจำลองเชิงทฤษฎีนั้นว่า ทฤษฎี ในการเรียนวิทยาศาสตร์ นักเรียนควรจะแสดงความสามารถในการสร้างทดสอบและ ปรับปรุงแบบจำลองเชิงทฤษฎี ดังนี้คือ การตระหนักถึงความจำเป็นที่จะต้องมีแบบจำลองเชิงทฤษฎี การ สร้างแบบจำลองเชิงทฤษฎี การระบุปรากฏการณ์และหลักการต่าง ๆ ที่สามารถอธิบายได้ด้วยแบบจำลองเชิง ทฤษฎี การสร้างสมมติฐานจากแบบจำลองเชิงทฤษฎีการแปลความหมายและประเมินผลการทดลองเพื่อ ตรวจสอบแบบจำลองเชิงทฤษฎี และการปรับปรุงแก้ไขหรือเพิ่มเติมแบบจำลองเชิงทฤษฎี ตัวอย่าง เช่น นักเรียนเคยศึกษาปรากฏการณ์ต่าง ๆ เกี่ยวกับเรื่องของความร้อนมาแล้ว และทราบว่าความร้อนทำให้วัตถุขยายตัว ความร้อนถ่ายเทจากที่อุณหภูมิสูงไปสู่ที่อุณหภูมิต่ำ โลหะนำความ ร้อนได้ดี อโลหะนำความร้อนได้ไม่ดี จากความรู้เหล่านี้ นักเรียนอาจสร้างแบบจำลองเชิงทฤษฎีขึ้น อธิบายว่า ทำไมจึงเป็นเช่นนั้น นักเรียนบางคนอาจสร้างแบบจำลองเชิงทฤษฎีได้ ดังนี้ 1. ความร้อนเป็นสารที่ไหลได้ ไม่มีสี ไม่กลิ่น 2. ของไหลนี้มีมวล และต้องการที่อยู่เช่นเดียวกับสารชนิดอื่น ๆ เพียงแต่ว่ามวลของ มันมีขนาดเล็กมากเท่านั้น
27 3. ของไหลนี้เคลื่อนที่ได้เอง จากที่ที่มีความเข้มข้นสูงไปยังที่ที่มีความเข้มข้นต่ำ จาก วัตถุที่ร้อนไปยังวัตถุที่เย็นกว่า 4. ของไหลนี้จะต้องรวมเข้ากับสารอื่นด้วย และทำให้การจัดเรียงตัวของสารนั้นไม่ เป็นระเบียบมากขึ้น 5. ของไหลนี้เข้ารวมกับแก๊ส ของเหลวหรือของแข็งต่างชนิดกันได้ยากง่ายต่างกัน 6. เมื่อสสารเปลี่ยนแปลงสถานะจากของแข็งเป็นของเหลว หรือจากของเหลวเป็น แก๊ส มันจะดูดซับของไหลนี้เข้าไป และในทางตรงกันข้ามเมื่อสสารเปลี่ยนสถานะจากแก๊สเป็นของเหลวหรือ จากของเหลวเป็นของแข็ง มันจะคายของไหลนี้ออกมา หากแบบจำลองเชิงทฤษฎีดังกล่าวเหมาะสม นักเรียนก็สามารถที่จะใช้อธิบายถึงปรากฏการณ์ ต่าง ๆ ที่เกี่ยวกับเรื่องของความร้อนได้ ข้อความต่าง ๆ แต่ละข้อที่ประกอบกันขึ้นเป็นแบบจำลองเชิงทฤษฎีนี้ เรียกว่า ข้อตกลง (assumption) หรือ สัจพจน์ (axiom) นักเรียนต้องวิเคราะห์ต่อไปว่า แบบจำลองเชิงทฤษฎี ที่สร้างขึ้นสามารถใช้อธิบายปรากฏการณ์อื่น ๆ เกี่ยวกับความร้อนได้หรือไม่อย่างไร เช่น ปรากฏการณ์ที่ว่า วัตถุบางชนิดนำความร้อนได้ดี บางชนิดนำความร้อนได้ไม่ดี สามารถอธิบายได้ด้วยข้อตกลงข้อ 2 ข้อ 3 ข้อ 4 หรือ เมื่อใส่วัตถุที่เผาให้ร้อนลงในน้ำ อุณหภูมิของน้ำจะเพิ่มขึ้น สามารถอธิบายได้ด้วยข้อตกลงข้อ 3 เป็นต้น ถ้าข้อตกลงหรือสัจพจน์ต่าง ๆ ในแบบจำลองเชิงทฤษฎีนั้นสามารถอธิบายปรากฏการณ์ได้กว้างขวาง ก็จะทำ ให้ให้เป็นแบบจำลองเชิงทฤษฎีที่ยอมรับกัน แต่ถ้าหากว่าเมื่อใดมีการค้นพบปรากฏการณ์ที่แบบจำลองเชิง ทฤษฎีนั้นอธิบายไม่ได้ ก็จำเป็นต้องมีการปรับปรุงแก้ไขหรือสร้าง จากแบบจำลองเชิงทฤษฎีเกี่ยวกับความร้อนที่ตั้งไว้ ข้อตกลงข้อ 1 และ 2 กล่าวว่าความ ร้อนเป็นของไหลที่มีมวล ทำให้นักเรียนสามารถตั้งสมมติฐานได้ว่า เมื่อวัตถุมีอุณหภูมิสูงขึ้น มวลของวัตถุจะ เพิ่มขึ้น เป็นต้น แล้วนักเรียนจึงออกแบบดำเนินการเพื่อพิสูจน์สมมติฐาน ซึ่งเมื่อนักเรียนทำการทดลองโดยชั่ง มวลของวัตถุชิ้นเดียวกันที่อุณหภูมิต่างกัน เช่น 100, 200, 300, 400 และ 500 °C พบว่ามวลไม่ต่างกัน เมื่อ พบเช่นนี้ทำให้ ปฏิเสธสมมติฐานที่ตั้งไว้ว่าไม่เป็นจริง ทำให้เกิดข้อสงสัยต่อไปว่าทฤษฎีที่กล่าวว่าความร้อนเป็น ของไหลและมีมวลนั้น คงไม่ถูกต้อง อย่างไรก็ตาม การสรุปเช่นนี้อาจจะมีผู้แย้งว่ามวลของความร้อนนั้นน้อย มาก เมื่อทำให้อุณหภูมิต่างกันเพียง 400 °C มวลที่เพิ่มขึ้นยังไม่มากพอที่จะชั่งได้ด้วยเครื่องชั่งที่มีอยู่ในปัจจุบัน จากผลการสังเกตใหม่ ๆ ที่เพิ่มพูนขึ้น จากการแปลความหมายของผลที่ได้จากการทดลอง เป็นจำนวนมาก และจากการอภิปรายโต้แย้งกันนั้น ทำให้แบบจำลองเชิงทฤษฎีที่ตั้งขึ้นได้รับการปรับปรุงขึ้น เป็นลำดับหรือยกเลิกไป เช่น ทฤษฎีความร้อนที่ได้เสนอว่า ความร้อนเป็นของไหลที่มีมวล ก็อาจเสนอใหม่ว่า ความร้อนเกิดจากการเคลื่อนที่ของอนุภาคของสารในการเคลื่อนที่ของอนุภาคจะมีคลื่นความร้อนแผ่ไป
28 3. การนำความรู้และวิธีการทางวิทยาศาสตร์ไปใช้ (application of scientific knowledge and methods) การสอนวิชาวิทยาศาสตร์ให้เกิดความรู้ความเข้าใจในเนื้อหาวิชาต่าง ๆ นั้นยังไม่เป็นการ เพียงพอ ควรได้ฝึกให้นักเรียนได้รู้จักนำความรู้และวิธีการต่าง ๆ ในวิชาวิทยาศาสตร์ไปใช้แก้ปัญหาใหม่ ๆ ได้ ด้วย นักเรียนควรฝึกการนำไปใช้แก้ปัญหา 3 ประเภท คือ การนำไปใช้แก้ปัญหาที่เป็นเรื่องของวิทยาศาสตร์ใน สาขาเดียวกัน การนำไปใช้แก้ปัญหาที่เป็นเรื่องของวิทยาศาสตร์ในสาขาอื่นๆ และการนำไปใช้แก้ปัญหาที่ นอกเหนือไปจากเรื่องของวิทยาศาสตร์ ตัวอย่างการนำความรู้ของวิชาฟิสิกส์ไปแก้ปัญหาใหม่ที่เกี่ยวกับวิชาฟิสิกส์ หรือเป็นปัญหาใหม่ ในวิชาวิทยาศาสตร์สาขาต่าง ๆ หรืออาจเป็นปัญหาที่นอกเหนือจากวิทยาศาสตร์ ซึ่งอาจเป็นปัญหาใน ชีวิตประจำวันทั่ว ๆ ไป หรือปัญหาทางด้านเทคโนโลยี เช่น การสร้าง การออกแบบ และประดิษฐ์คิดค้นสิ่ง อำนวยประโยชน์ต่าง ๆ เป็นต้น ตัวอย่างคำถามที่ใช้วัดพฤติกรรมด้านนี้ เช่น เพราะเหตุใดห้องทาสีขาวจึงสว่าง กว่าห้องทาด้วยสีเข้มพวกสีเทา เพราะเหตุใดจานรับสัญญาณคลื่นสื่อสารดาวเทียมจึงออกแบบเป็นรูป พาราโบลา นักเรียนจะใช้วิธีทางชีววิทยาป้องกันการระบาดของศัตรูพืชได้อย่างไร ซึ่งการตอบปัญหาต่าง ๆ เหล่านี้ได้ นักเรียนต้องนำความรู้วิทยาศาสตร์ด้านต่าง ๆ จำนวนมากมาใช้แก้ปัญหา 4. ทักษะปฏิบัติในการใช้เครื่องมือ (manual skills) นักเรียนจะต้องทำการปฏิบัติการ กิจกรรมการทดลองวิทยาศาสตร์ นักเรียนจึงมีความ จำเป็นต้องมีทักษะในการปฏิบัติการ กล่าวคือคือมีการพัฒนาทักษะในการใช้เครื่องมือในห้องปฏิบัติการ และมี การปฏิบัติงานโดยใช้เทคนิคในการทดลองทั่วๆ ไป อย่างระมัดระวังและปลอดภัย ตัวอย่าง เช่น นักเรียนต้องมีทักษะในการจัดเครื่องมือ การติดตั้งเครื่องมือ การใช้เครื่องมือ อย่างถูกวิธี การระมัดระวังความเสียหายของเครื่องมือ รู้จักป้องกันอันตรายที่อาจเกิดขึ้นแก่ตนเองในการใช้ เครื่องมือ เครื่องมือปฏิบัติการทั่วๆ ไป ได้แก่ เครื่องชั่ง กล้องจุลทรรศน์ เทอร์มอมิเตอร์ บารอมิเตอร์ เครื่องวัด ไฟฟ้า เป็นต้น การปฏิบัติการทดลอง เช่น การเก็บตัวอย่างแก๊สที่ไม่ละลายน้ำ การตัดชิ้นส่วนของพืชเพื่อส่องดู กล้องจุลทรรศน์ การหาค่าความต้านทานของเส้นลวดที่กำหนดให้ การตรวจสอบความแข็งของตัวอย่างแร่ เป็น ต้น 5. เจตคติและความสนใจ (attitudes and interests) พฤติกรรมส่วนนี้เป็นการวัดด้านเจตพิสัย (affective Domain) โดยเน้นการวัดความรู้สึก อารมณ์ การยอมรับ ครูวิทยาศาสตร์หวังว่านักเรียนที่เรียนวิทยาศาสตร์จะมีการพัฒนาความรู้สึก อารมณ์ที่ ชอบวิทยาศาสตร์และนักวิทยาศาสตร์ ผู้ที่มีเจตคติทางวิทยาศาสตร์จะเป็นผู้ที่มีลักษณะ ดังนี้คือ เป็นผู้ที่ชอบแสวงหาสาเหตุของสิ่ง ต่าง ๆ ที่เกิดขึ้น ไม่เชื่อในสิ่งที่ปราศจากหลักฐานต่าง ๆ เป็นผู้มีจิตใจกว้างขวาง ยอมรับความคิดเห็นของผู้อื่น และทบทวนความคิดของตน เป็นผู้ที่ให้ความคิดเห็นและสรุปเรื่องราวต่าง ๆ โดยใช้หลักฐานที่เชื่อถือได้ มีการ
29 พิจารณาไตร่ตรองอย่างดีเป็นผู้ที่ชอบประเมินผลเทคนิควิธีการทำงานของตนเสมอและใช้เทคนิควิธีการซึ่ง พิสูจน์แล้วว่าได้ผลดี และเป็นผู้ที่อยากรู้อยากเห็นเกี่ยวกับสิ่งแวดล้อม ต้องการคำอธิบายที่แจ่มแจ้ง เจตคติทางวิทยาศาสตร์นั้นส่วนมากจะเกิดขึ้นจากการที่นักเรียนได้เรียนรู้ว่านักวิทยาศาสตร์ ทำงานอย่างไร เกิดจากการที่นักเรียนได้มีส่วนร่วมในกิจกรรมการเรียนอย่างจริงจังและประสบผลสำเร็จอย่างดี ส่วนผู้ที่มีความสนใจในวิทยาศาสตร์นั้นอาจจะสนใจเพื่อศึกษาหาความรู้ในวิทยาศาสตร์ หรือมีความสนใจเพื่อ อยากเลือกอาชีพที่เกี่ยวข้องกับวิทยาศาสตร์ จะเป็นทางด้านวิทยาศาสตร์บริสุทธิ์ วิทยาศาสตร์ประยุกต์หรือยึด ความรู้ทางวิทยาศาสตร์ทำเป็นงานอดิเรกในโอกาสต่อไปก็ได้ ในการสอนวิทยาศาสตร์ ครูวิทยาศาสตร์ต้องการให้นักเรียนได้มีเจตคติและความสนใจใน วิทยาศาสตร์ ให้นักเรียนมีพฤติกรรมดังต่อไปนี้ คือ การมีเจตคติที่ดีต่อวิทยาศาสตร์และนักวิทยาศาสตร์ การ ยอมรับว่ากระบวนการสืบเสาะหาความรู้ทางวิทยาศาสตร์นั้นเป็นแนวทางของความคิดแนวหนึ่ง การเกิดเจต คติทางวิทยาศาสตร์ ความพอใจในประสบการณ์การเรียนรู้ที่เกี่ยวกับวิทยาศาสตร์ การพัฒนาความสนใจใน วิทยาศาสตร์ หรือกิจกรรมที่เกี่ยวข้องกับวิทยาศาสตร์ และการพัฒนาความสนใจที่จะเลือกอาชีพที่เกี่ยวกับ วิทยาศาสตร์ 6. การมีแนวโน้มในทางวิทยาศาสตร์ (orientation) พฤติกรรมส่วนนี้เป็นการวัดหาความสัมพันธ์ระหว่างวิทยาศาสตร์กับเรื่องอื่น ๆ ที่เป็น พฤติกรรมความพยายามของมนุษย์เช่นกัน และกับวิถีทางของความคิดแนวอื่น ๆ การที่นักเรียนได้มองเห็นถึง ความสัมพันธ์เหล่านี้จะช่วยให้ได้รับรู้ความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์ ได้เล็งเห็นคุณค่าและความสำคัญของ วิทยาศาสตร์ ซึ่งนักเรียนจะแสดงพฤติกรรมที่บ่งถึงความรู้สำนึกของนักเรียนในเรื่องต่อไปนี้ คือ การตระหนัก ถึงความสัมพันธ์และความแตกต่างของข้อความทางวิทยาศาสตร์ที่อยู่ในรูปแบบต่าง ๆ กัน การยอมรับขีดจำกัด ของคำอธิบายเชิงวิทยาศาสตร์ และอิทธิพลของกระบวนการสืบเสาะหาความรู้ที่มีต่อปรัชญาทั่วไป การ ตระหนักถึงวิวัฒนาการของวิทยาศาสตร์ ประวัติความเป็นมาของวิทยาศาสตร์ การตระหนักในความสัมพันธ์ ระหว่างความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์ ผลสัมฤทธิ์ทางเทคโนโลยีและการพัฒนาทางสังคม ทางเศรษฐกิจ และ การยอมรับความสำคัญของวิทยาศาสตร์ในแง่ของสังคมและจริยธรรม
30 สรุป การที่จะสอนให้เกิดการรู้วิทยาศาสตร์ ผู้สอนควรมีมุมมองและทำความเข้าใจในเรื่องต่าง ๆ ดังนี้ 1. สอนให้เข้าในธรรมชาติของวิทยาศาสตร์ (nature of science) 2. สอนให้เกิดทั้งความรู้ที่เกี่ยวกับข้อเท็จจริง หลักการ และทฤษฎีทางวิทยาศาสตร์ (knowledge of science) และวิธีที่จะให้ได้มาซึ่งความรู้ทางวิทยาศาสตร์ 3. สอนให้เกิดจิตวิทยาศาสตร์ (scientific mind) เพื่อให้เห็นคุณค่าของวิทยาศาสตร์ มีเจต คติที่ดีต่อวิทยาศาสตร์ 4. สอนให้เปลี่ยนกระบวนทัศน์ใหม่ (paradigm shift) จากที่เคยรอรับความรู้เพียงฝ่ายเดียว ให้ปรับเปลี่ยนแนวคิดที่จะค้นหาความรู้ด้วยตนเอง เมื่อเจอปัญหาสามารถศึกษา และหาสาเหตุของปัญหา หา แนวทางแก้ปัญหา เก็บรวบรวมข้อมูล ตรวจสอบ สรุป วิเคราะห์ สังเคราะห์ สร้างองค์ความรู้ของตนเอง จนทำ ให้เกิดความคงทนของความรู้ และอาจได้ความรู้ใหม่ หรือวิธีการหาความรู้แบบใหม่ต่อไป เป้าหมายของการจัดการเรียนรู้วิทยาศาสตร์เป็นไปเพื่อพัฒนาผู้เรียนให้เป็นผู้ที่มีความรู้ความสามารถ ทางด้านวิทยาศาสตร์ ที่สอดคล้องกับมิติแห่งการรู้วิทยาศาสตร์ ที่สำคัญ 7 ประการ ดังนี้ 1. ธรรมชาติของวิทยาศาสตร์ (nature of science) 2. แนวคิดวิทยาศาสตร์ที่สำคัญ (key sciences concepts) 3. กระบวนการทางวิทยาศาสตร์ (processes of science) 4. ความสัมพันธ์กันระหว่างวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี สังคมและสิ่งแวดล้อม (sciencetechnology-society-environment-interrelationships) 5. ทักษะทางวิทยาศาสตร์และทางเทคนิค (scientific and technical skills) 6. คุณค่าที่แสดงความเป็นวิทยาศาสตร์(values of science) 7. ความสนใจและทัศนคติที่เกี่ยวข้องกับวิทยาศาสตร์ (science-related interests and attitudes) เป้าหมายสำคัญของการจัดการเรียนรู้กลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์ตามมาตรฐานการเรียนรู้และ ตัวชี้วัดกลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์ ตามหลักสูตรแกนกลางการศึกษาขั้นพื้นฐาน พุทธศักราช 2551 (ฉบับปรับปรุง พ.ศ. 2560) มีสาระสำคัญดังนี้ 1. เพื่อให้เข้าใจหลักการ ทฤษฎีที่เป็นพื้นฐานในกลุ่มวิทยาศาสตร์ 2. เพื่อให้เข้าใจขอบเขต ธรรมชาติ และข้อจำกัดของวิทยาศาสตร์ 3. เพื่อให้มีทักษะที่สำคัญในการศึกษาค้นคว้าและคิดค้นทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี 4. เพื่อพัฒนากระบวนการคิด จินตนาการ ความสามารถในการแก้ปัญหา ทักษะการสื่อสาร ทักษะการใช้เทคโนโลยีสารสนเทศ และความสามารถในการตัดสินใจ
31 5. เพื่อให้ตระหนักถึงความสัมพันธ์ระหว่างวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี มวลมนุษย์และ สภาพแวดล้อมในเชิงที่มีอิทธิพลและผลกระทบซึ่งกันและกัน 6. เพื่อนำความรู้ความเข้าใจในเรื่องวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีไปใช้ให้เกิดประโยชน์ต่อ สังคมและการดำรงชีวิต 7. เพื่อให้เป็นคนมีเหตุผล ใจกว้าง รับฟังความคิดเห็นของผู้อื่น ใช้วิธีการทางวิทยาศาสตร์ ใน การแก้ปัญหา สนใจและใฝ่รู้ในเรื่องวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี วัตถุประสงค์ที่ครูผู้สอนวิทยาศาสตร์ต้องการจะให้บรรลุตามแนวคิดของคลอพเฟอร์ ระบุถึงพฤติกรรม ที่คาดหวังไว้ว่านักเรียนจะแสดงออกพฤติกรรมดังกล่าวไว้ 6 ด้าน ได้แก่ ความรู้ความเข้าใจ กระบวนการ สืบเสาะหาความรู้ทางวิทยาศาสตร์ การนำความรู้และวิธีการทางวิทยาศาสตร์ไปใช้ ทักษะปฏิบัติใ นการใช้ เครื่องมือ เจตคติและความสนใจ และการมีแนวโน้มในทางวิทยาศาสร์ คำถามทบทวน 1. การที่จะสอนให้เกิดการรู้วิทยาศาสตร์ จึงควรมีมุมมองและทำความเข้าใจในประเด็นสำคัญใดบ้าง 2. แนวการสร้างการรู้วิทยาศาสตร์สำหรับนักเรียนที่สอดคล้องกับมิติแห่งการรู้วิทยาศาสตร์ ประกอบด้วยประเด็นสำคัญอะไรบ้าง 3. บุคคลที่มีความรู้ความรู้ความสามารถทางด้านวิทยาศาสตร์ควรมีลักษณะอย่างไร 4. อธิบายเป้าหมายของการจัดการเรียนการสอนวิทยาศาสตร์ 5. อธิบายความสำคัญของจุดประสงค์ที่มีต่อการจัดการเรียนการสอนวิทยาศาสตร์ 6. การจัดการเรียนการสอนวิทยาศาสตร์มีจุดมุ่งหมายอะไรบ้าง 7. จงบอกวัตถุประสงค์ของการเรียนการสอนวิทยาศาสตร์ตามแนวคิดของคลอฟเฟอร์พร้อมอธิบาย ใจความสำคัญในแต่ละข้อ 8. เราจะนำวัตถุประสงค์การเรียนการสอนวิทยาศาสตร์ตามแนวคิดของคลอฟเฟอร์มาใช้ในการสอน วิทยาศาสตร์ได้อย่างไร จงอธิบาย 9. จงระบุสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์ มาตรฐานการเรียนรู้และตัวชี้วัด ตามหลักสูตรแกนกลางขั้น พื้นฐาน 10. เป้าหมายสำคัญของการจัดการเรียนรู้กลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์ตามหลักสูตรแกนกลาง ขั้นพื้นฐานคืออะไร
32 เอกสารอ้างอิง สำนักงานคณะกรรมการการศึกษาขั้นพื้นฐาน, กระทรวงศึกษาธิการ. (2560). ตัวชี้วัดและสาระ การเรียนรู้แกนกลาง กลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์ (ฉบับปรับปรุง พ.ศ. 2560) ตามหลักสูตร แกนกลางการศึกษาขั้นพื้นฐาน พุทธศักราช 2551. พิมพ์ครั้งที่ 1 (พ.ศ. 2560). กรุงเทพฯ : โรง พิมพ์ชุมนุมสหกรณ์การเกษตรแห่งประเทศไทย จำกัด. กระทรวงศึกษาธิการ, กรมวิชาการ. (2551). ตัวชี้วัดและสาระการเรียนรู้แกนกลาง กลุ่มสาระการเรียนรู้ วิทยาศาสตร์ตามหลักสูตรแกนกลางการศึกษาขั้นพื้นฐาน พุทธศักราช 2551. กรุงเทพฯ : กรม วิชาการ กระทรวงศึกษาธิการ. ภพ เลาหไพบูลย์. (2542). แนวการสอนวิทยาศาสตร์. พิมพ์ครั้งที่ 3. กรุงเทพฯ : ไทยวัฒนาพานิช. วรรณทิพา รอดแรงค้า. (2544). การสอนวิทยาศาสตร์ที่เน้นทักษะกระบวนการ. กรุงเทพมหานคร : สถาบันพัฒนาคุณภาพวิชาการ. ส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี, สถาบัน. (2542). ทักษะกระบวนการทางวิทยาศาสตร์. กรุงเทพฯ : สถาบัน. ส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี, สถาบัน. (2560). คู่มือการใช้หลักสูตรรายวิชาพื้นฐาน วิทยาศาสตร์ กลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์ (ฉบับปรับปรุง พ.ศ. 2560) ตามหลักสูตร แกนกลางการศึกษาขั้นพื้นฐาน พุทธศักราช 2551 ระดับมัธยมศึกษาตอนต้น. กรุงเทพฯ : สถาบัน. American Association for the Advancement of Science (AAAS). (1993). Benchmarks for Science Literacy. New York: Oxford University Press. Bloom, Benjamin S. (1956). Taxonomy of Education Objectives Hand Book I: Cognitive Domain. New York: David Mac Kay Company, Inc. Holbrook, Jack and Miia Rannikmae. (2009). “The Meaning of Scientific Literacy.” International Journal of Environmental & Science Education. Vol. 4, No. 3, July 2009, 275-288. McComas, W.F., Clough, M. and Almazroa, H. (1998). The Role and Character of the Nature of Science in Science Education. In W.F. McComas (Ed.) The Nature of Science in Science Education. Kluwer Academic Publishers: Netherlands.
33 Magnusson, S. J., & Palincsar, A. S. (2005). Teaching to promote the development of scientific knowledge and reasoning about light at the elementary school level. In J. Bransford & S. Donovan (Eds.), How students learn: History, mathematics, and science in the classroom (pp. 421–474). Washington, DC: National Academies Press. Rodger W. Bybee, Janet Carlson Powell, Leslie W. Trowbridge. (2008). Teaching secondary school science : strategies for developing scientific literacy. Upper Saddle River, NJ : Pearson/Merrill/Prentice Hall. Saskatchewan Education. (1992). Science: A Curriculum Guide for the Secondary Level, Biology 20/30. Retrieved November, 12, 2013 from https://www.edonline.sk.ca/bbcswebdav/xid-181910_1. The American Association for the Advancement of Science. (2011). Atlas of Scientific Literacy, Project 2061. Washington. 2011. Organisation for Economic Co-operation and Development. (2003). PISA 2003 Assessment Framework- Mathematics, Reading, Science and Problem Solving Knowledge and Skills” Chapter 3. Retrieved November, 12, 2013 from http://www.oecd.org/dataoecd/38/29/33707226.pdf Hazen, Robert M. (Online, 2002). “Why Should You Be Scientifically Literate?” Action Bioscience. Retrieved March, 1, 2011 from http://www.actionbioscience.org/newfrontiers/hazen.html.
34 บทที่ 2 องค์ประกอบของวิทยาศาสตร์ การเรียนรู้วิทยาศาสตร์สำหรับผู้เรียน คือ การเรียนรู้จากประสบการณ์ ปรากฏการณ์ เหตุการณ์ และ สิ่งต่าง ๆ รอบตัว ซึ่งเป็นโอกาสที่จะทำให้ผู้เรียนได้ค้นพบกับคำตอบของทุกปรากฏการณ์ด้วยตัวเอง โดย มุ่งหวังให้ผู้เรียนสามารถเชื่อมโยงความรู้ ประสบการณ์เข้ากับกระบวนการคิดทางวิทยาศาสตร์ได้ ผ่านการ ทดลอง การสร้างแนวคิดหรือแบบจำลอง ผนวกกับการคิดเชิงวิพากษ์ และสร้างสรรค์ นอกจากนั้น การเรียนรู้ และเข้าใจวิทยาศาสตร์ยังนำไปสู่การค้นพบว่าวิทยาศาสตร์เป็นปัจจัยพื้นฐานเพื่อสนับสนุนการสร้างและการใช้ เทคโนโลยี ซึ่งนำไปสู่ความเจริญก้าวหน้าในด้านต่าง ๆ เช่น อุตสาหกรรม การแพทย์ การขนส่ง การสื่อสาร รวมไปถึงการยกระดับคุณภาพชีวิต การจัดการเรียนการสอนในกลุ่มสาระวิทยาศาสตร์ในหลักสูตรแกนกลางการศึกษาขั้นพื้นฐาน พุทธศักราช 2551 (ฉบับปรับปรุง พ.ศ. 2560) ได้ตั้งเป้าหมายและดำเนินการจัดการเรียนรู้วิทยาศาสตร์เพื่อให้ ผู้เรียนเกิดการเรียนรู้อย่างเต็มศักยภาพทั้งในเชิงลึกและเชิงกว้าง โดยนำเอาแนวทางการจัดการเรียนรู้ วิทยาศาสตร์แนวใหม่มาใช้ โดยปรับเปลี่ยนให้เหมาะสมและสอดคล้องกับการเรียนการสอนของไทย เพื่อให้ ผู้เรียนมีความรู้และทักษะทางวิทยาศาสตร์เต็มศักยภาพของผู้เรียน ตลอดจนถึงการนำสื่อการเรียนการสอนที่ หลากหลายมาใช้ การจัดกิจกรรมการเรียนรู้ที่ผู้เรียนได้สืบเสาะหาความรู้ด้วยตนเอง การปฏิบัติกิจกรรมการ ทดลองที่ให้ผู้เรียนได้ใช้วิธีการทางวิทยาศาสตร์ ความหมายและธรรมชาติของวิทยาศาสตร์ คารินและซันด์ ( Carin & Sund, 1975: 1-4; อ้างถึงใน ภพ เลาไพบูลย์, 2537 : 1) ได้ให้ความหมาย ของคำว่าวิทยาศาสตร์ว่า วิทยาศาสตร์เป็นการเรียนและการสะสมความรู้อย่างเป็นระบบที่ใช้เกี่ยวกับ ปรากฏการณ์ธรรมชาติ ความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์ไม่ได้อยู่ที่การสะสมข้อเท็จจริงเท่านั้นแต่ยังรวมถึง วิธีการทางวิทยาศาสตร์และเจตคติทางวิทยาศาสตร์ด้วย ดังนั้น วิทยาศาสตร์จึงมีคำนิยามว่า มีเจตคติทาง วิทยาศาสตร์ กระบวนการหรือวิธีการทางวิทยาศาสตร์ และผลิตผลหรือความรู้วิทยาศาสตร์ ภพ เลาหไพบูลย์ ( 2537 : 2 ) ได้ให้ความหมายของวิทยาศาสตร์ว่าวิทยาศาสตร์เป็นวิชาที่ สืบค้นหาความจริงเกี่ยวกับธรรมชาติโดยใช้กระบวนการแสวงหาความรู้ทางวิทยาศาสตร์ วิธีการทาง วิทยาศาสตร์และเจตคติทางวิทยาศาสตร์เพื่อให้ได้มาซึ่งความรู้วิทยาศาสตร์ที่เป็นที่ยอมรับโดยทั่วไป
35 โดยทั่วไปแล้วนักวิทยาศาสตร์ส่วนใหญ่มีความเชื่อและยอมรับว่าการทำความเข้าใจเกี่ยวกับธรรมชาติของ สรรพสิ่ง รวมทั้งการศึกษาวิทยาศาสตร์จะต้องอยู่บนความจริงหลัก กล่าวคือ ธรรมชาติเป็นสิ่งที่มีอยู่ เป็นอยู่ อย่างแท้จริง ธรรมชาติเป็นสิ่งที่มีระเบียบแบบแผน มีกฎเกณฑ์มีความสัมพันธ์กัน มีเหตุและมีผล ดังนั้น เหตุการณ์ที่เกิดขึ้นในธรรมชาติส่งผลกระทบต่อกันไม่มีสิ่งใดที่เกิดขึ้นโดยบังเอิญ ต้องเกิดจากเหตุและส่งให้ เกิดผลต่าง ๆ ตามมา ธรรมชาติเป็นสิ่งที่เข้าใจได้นักวิทยาศาสตร์จึงมีการค้นคว้า ทดลอง อย่างไม่มีวันสิ้นสุด และประการสุดท้ายนักวิทยาศาสตร์ได้ใช้กระบวนการแสวงหาความรู้ทางวิทยาศาสตร์เป็นเครื่องมือในการ แสวงหาความจริง เริ่มจากการสังเกต การตั้งสมมติฐาน การทดลอง การตีความหมายข้อมูล ไปจนถึงขั้นสรุป ออกมาเป็นความรู้ทางวิทยาศาสตร์ นอกจากที่กล่าวแล้ว นักวิทยาศาสตร์ยังยอมรับอีกว่า วิทยาศาสตร์ไม่สามารถตอบคำถามทุกคำถาม อย่างสมบูรณ์ได้และจำเป็นต้องอาศัยหลักฐานที่ได้จากการสังเกต และการทดลอง มาอ้างอิงปรากฏการณ์ทาง ธรรมชาติที่เกิดขึ้น โดยพยายามที่จะเลี่ยงการอคติต่อ สิ่งที่สัมผัส และเมื่อพิจารณาในแง่ของการรับใช้มนุษย์ แล้ว วิทยาศาสตร์มีหน้าที่ในการอธิบาย ทำนาย และควบคุมปรากฏการณ์ทางธรรมชาติด้วยเหตุนี้ วิทยาศาสตร์จึงมีประโยชน์ต่อคนในสังคมหลายด้าน จากหลักการแสวงหาคำตอบทางวิทยาศาสตร์และการ ยอมรับของนักวิทยาศาสตร์ช่วยให้สรุปได้ว่าธรรมชาติของวิทยาศาสตร์มีลักษณะครอบคลุมประเด็นสำคัญ 2 ประการ คือ ด้านกระบวนการทางวิทยาศาสตร์วิทยาศาสตร์ถือเป็นเครื่องมือที่ใช้ในการเสาะแสวงหาความรู้ ในศาสตร์แขนงต่าง ๆ จนมีการพัฒนาองคืความรู้วิทยาศาสตร์มาประยุกต์สร้างเป็นเทคโนโลยีและสิ่งอำนวย ความสะดวก ส่วนในด้านความรู้ วิทยาศาสตร์ถือเป็นความรู้ที่ไม่อยู่นิ่ง นักวิทยาศาสตร์มีการพัฒนาและสร้าง องค์ความรู้ใหม่ ๆ อยู่ตลอดเวลา วิทยาศาสตร์เป็นความรู้ที่เกิดจากสติปัญญาและความพยายามของมนุษย์ในการศึกษาเพื่อทำความ เข้าใจธรรมชาติและสิ่งต่าง ๆ ที่เกิดขึ้นบนโลกและในเอกภพ เราสามารถสรุปเป็นแผนภาพธรรมชาติของ วิทยาศาสตร์เพื่อให้เกิดความเข้าใจได้ง่ายขึ้น ดังนี้
36 ภาพที่ 2.1 แสดงความสัมพันธ์ของธรรมชาติวิทยาศาสตร์ องค์ความรู้ทางวิทยาศาสตร์ กระบวนการแสวงหา ความรู้ทางวิทยาศาสตร์ วิธีการทางวิทยาศาสตร์ จิตวิทยาศาสตร์ และทักษะกระบวนการทางวิทยาศาสตร์ ที่มา : สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี, 2546. จากการให้ความหมายธรรมชาติของวิทยาศาสตร์พอจะสรุปความหมายของธรรมชาติของวิทยาศาสตร์ ได้ว่า ธรรมชาติของวิทยาศาสตร์ หมายถึง การศึกษาเกี่ยวกับความรู้ทางวิทยาศาสตร์ วิธีการที่นักวิทยาศาสตร์ ได้มาซึ่งหาความรู้ การทำงานหรือสังคมของนักวิทยาศาสตร์ และคุณค่าของวิทยาศาสตร์ต่อสังคม ซึ่ง American Association for the Advancement of Science (National Research Council, 1990) ได้เสนอขอบข่าย ของวิทยาศาสตร์ได้ 3 ประเด็น คือ โลกทัศน์ทางวิทยาศาสตร์ (scientific world view) การแสวงหาความรู้ทาง วิทยาศาสตร์ (scientific inquiry) และกิจการทางวิทยาศาสตร์ (scientific enterprise) โดยมีรายละเอียดดังนี้ 1. โลกเป็นเรื่องที่สามารถเข้าใจได้ 2. ความรู้ทางวิทยาศาสตร์สามารถเปลี่ยนแปลงได้ 3. ความรู้ทางวิทยาศาสตร์มีความความคงทน 4. วิทยาศาสตร์ไม่สามารถให้คำตอบที่สมบรูณ์แก่คำถามทุกคำถามได้ 5. วิทยาศาสตร์ต้องการหลักฐาน ธรรมชาติของวิทยาศาสตร์ (nature of science) จิตวิทยาศาสตร์ (scientific mind) วิธีการทางวิทยาศาสตร์ (scientific method) ทักษะกระบวนการทางวิทยาศาสตร์ (science process skills) กระบวนการแสวงหาความรู้ทางวิทยาศาสตร์ (processes of science) องค์ความรู้ทางวิทยาศาสตร์ (scientific knowledge)
37 6. วิทยาศาสตร์เป็นการผสมผสานระหว่างเหตุผลกับจินตนาการ 7. วิทยาศาสตร์ให้คำอธิบายและคำทำนาย 8. นักวิทยาศาสตร์พยายามที่จะบ่งชี้และหลีกเลี่ยงอคติ 9. วิทยาศาสตร์ไม่ใช่เรื่องการเชื่อฟังผู้มีอำนาจหรือเผด็จการ 10. วิทยาศาสตร์เป็นกิจกรรมทางสังคมที่สลับซับซ้อน 11. วิทยาศาสตร์ได้ถูกจัดระบบอยู่ในเนื้อหาวิชาสาขาต่าง ๆ และมีการดำเนินการในสถาบัน ต่าง ๆ 12. การดำเนินงานทางวิทยาศาสตร์ต้องมีจรรยาบรรณ 13. นักวิทยาศาสตร์เข้าร่วมในกิจกรรมสาธารณะทั้งในฐานะที่เป็นผู้เชี่ยวชาญและเป็นพลเมือง ความรู้ทางวิทยาศาสตร์ ปัจจุบันความรู้ทางวิทยาศาสตร์จัดเป็นความรู้เชิงประจักษ์ถือหลักการเข้าถึงความรู้ที่เป็นความจริงได้ โดยการใช้ประสบการณ์ซึ่งมีขอบข่าย หมายถึง การรับรู้เกี่ยวกับความจริงโดยผ่านประสาทสัมผัส 5 อย่าง ได้แก่ ตา หูจมูก ลิ้น และผิวกาย กระทบหรือสัมผัสกับรูป เสียง กลิ่น รส และสิ่งที่กระทบกายเป็นคู่ๆ ตามลำดับ เกิดเป็นประสบการณ์สรุปเป็นความรู้เชิงประจักษ์ซึ่งถือว่าเป็นความจริง โดยใช้กระบวนการทาง วิทยาศาสตร์ได้แก่ การกาหนดปัญหา การตั้งสมมติฐานเพื่อคาดเดาคำตอบ การเก็บรวบรวมข้อมูลโดยการใช้ ประสบการณ์การวิเคราะห์ข้อมูลและการสรุปผล กระทำตามกระบวนการนี้ครั้งแล้วครั้งเล่าในปัญหาเดียวกัน จนเกิดผลเป็นที่ยอมรับว่าเป็นความจริง นอกจากนี้การมีแนวคิดเชิงวิทยาศาสตร์ยังถือเป็นปัจจัยสำคัญอีก ประการหนึ่งในการเข้าถึงความจริงทางวิทยาศาสตร์ซึ่งนักวิทยาศาสตร์จะมีแนวคิดเชิงวิทยาศาสตร์ที่สามารถ นามาผสมผสานกับวิธีการทางวิทยาศาสตร์ ลักษณะความรู้ทางวิทยาศาสตร์ จะมีลักษณะเฉพาะ ดังนี้ 1. เป็นความรู้เชิงประจักษ์(empirical knowledge) ที่สร้างขึ้นจากข้อเท็จจริงที่ได้จากการ สังเกตและทดลอง 2. เป็นความรู้ที่ได้มาด้วยกระบวนการแสวงหาความรู้ทางวิทยาศาสตร์(scientific inquiry) 3. เป็นความรู้ที่มีลักษณะเป็นความจริงสากล (universal) ความจริงนี้ใช้กันทั่วโลก 4. เป็นความรู้ที่ยังไม่มีความจริงที่สมบูรณ์ต้องมีการปรับปรุงแก้ไขให้สมบูรณ์ยิ่งขึ้นเป็นความ จริงที่เชื่อถือได้สูงนำไปใช้ในชีวิตประจำวันได้ 5. มีลักษณะเป็นปรนัย (objectivity) คือเป็นสิ่งที่ได้ผ่านการตรวจสอบตามวิธีการทาง วิทยาศาสตร์จนเป็นความรู้ทางวิทยาศาสตร์แล้ว ทุกคนจะเข้าใจตรงกัน สื่อความหมายตรงกัน รวมทั้งการ กระทาของแต่ละคนในเรื่องนั้น ๆ ภายใต้สภาวะแวดล้อมอย่างเดียวกัน จะได้ผลออกตรงกัน เช่น เมื่อพูดว่า
38 ของแข็ง ปริมาตร พื้นที่ หรือความหนาแน่นทุกคนจะเข้าใจตรงกัน แต่ถ้าความรู้เป็นอัตนัย (subjectivity) มักจะเปลี่ยนไปตามความเข้าใจของแต่ละคนตามเวลาและสถานที่ 6. เป็นความรู้ที่อาศัยเหตุผลง่าย ๆ ไปจนถึงเหตุผล ที่ต้องใช้ความรู้เฉพาะและต้องมีความรู้ พื้นฐานทางวิทยาศาสตร์จึงจะมีความเข้าใจได้ 7. เป็นความรู้ที่นำมาพัฒนาความเจริญในด้านต่าง ๆ ได้แก่ กฏและทฤษฎีทางวิทยาศาสตร์ ต่าง ความจริงที่เกี่ยวกับธรรมชาติที่ได้มาโดยอาศัยกระบวนการแสวงหาความรู้ทางวิทยาศาสตร์ หรือที่ เรียกว่าความรู้ทางวิทยาศาสตร์นั้น มีลักษณะที่แตกต่างกัน สามารถแบ่งประเภทได้ดังนี้ 1. ข้อเท็จจริงวิทยาศาสตร์(scientific facts) หรือเรียกอีกอย่างหนึ่งว่า ความจริงเดี่ยว (Fact) ความรู้ทางวิทยาศาสตร์ที่ถูกจัดไว้เป็นประเภทข้อเท็จจริงนั้น ได้แก่ ความรู้ที่ได้จากการสังเกตวัตถุ เหตุการณ์หรือปรากฏการณ์ธรรมชาติมีทั้งที่สามารถสังเกตได้โดยตรง และโดยอ้อม กรณีที่สังเกตโดยอ้อมอาจ จำเป็นต้องมีอุปกรณ์ช่วยในการสังเกตความรู้ที่ได้นี้เมื่อทดสอบในสถานการณ์หรือสภาวะเดียวกันจะได้ผล เหมือนเดิมทุกครั้ง เช่น “น้ำเดือดที่อุณหภูมิ100 องศาเซลเซียส ณ บริเวณที่ระดับน้ำทะเล” 2. มโนมติ(concepts) หรือ บางคนใช้คาว่า “ความคิดรวบยอด” “มโนทัศน์” หรือ “มโน มติ” มาจากคำศัพท์ภาษาอังกฤษว่า “concept” เกิดจากการนำเอาข้อเท็จจริงหลาย ๆ ข้อเท็จจริงที่เกี่ยวข้อง กันมาผสมผสานกันจนเกิดรูปแบบใหม่ที่เรียกว่าความคิดรวบยอดหรือมโนมติของสิ่งนั้น ซึ่งเป็นเรื่องของแต่ละ บุคคล การที่บุคคลหนึ่งบุคคลใดสังเกตวัตถุหรือปรากฏการณ์ต่าง ๆ จะทาให้เกิดการรับรู้บุคคลนั้นจะนำการ เรียนรู้นี้มาสัมพันธ์กับประสบการณ์เดิมของเขา และเมื่อเราพบข้อมูลชุดหนึ่งหรือปรากฏการณ์ใดปรากฏการณ์ หนึ่ง ถ้าต้องการทราบว่าเรามีมโนมติหรือความคิดรวบยอดต่อข้อมูลนั้นหรือไม่ มีแนวทางในการพิจารณา 3 ประเด็น คือ การมองเห็นคุณสมบัติร่วมสิ่งต่าง ๆ ในปรากฏการณ์นั้น การมองเห็นความสัมพันธ์ของสิ่งต่าง ๆ ในปรากฏการณ์นั้น และการมองเห็นแนวโน้มของสิ่งต่าง ๆ ในปรากฏการณ์นั้น ดังนั้นมโนมติในทางวิทยาศาสตร์จึงเป็นความรู้ที่เป็นผลผลิตของการใช้ความคิดพิจารณา จัดระบบข้อเท็จจริง และประสบการณ์อย่างรอบคอบ มโนมติของแต่ละบุคคลอาจจะแตกต่างกันขึ้นกับ ประสบการณ์และวุฒิภาวะของบุคคล ซึ่งอาจแบ่งออกเป็น 3 ประเภท 3. หลักการ (principles) หรือเรียกอีกอย่างหนึ่งว่า “ความจริงหลัก” คือ ความจริงที่สามารถ ใช้เป็นหลักในการอ้างอิงได้จากการนำมโนมติที่เกี่ยวข้องสัมพันธ์มาผสมผสานกัน ดังนั้น หลักการจึงเป็นกลุ่ม ของมโนมติคุณสมบัติของหลักการ คือจะต้องเป็นความจริงที่สามารถทดสอบได้และได้ผลเหมือนเดิมทุกครั้ง หลักการอาจเกิดมาจากการอุปมานมโนมติที่เกี่ยวข้องได้เป็นหลักการ แต่หลักการบางอย่างอาจเกิดจาก อนุมานจากทฤษฎีด้วย 4. กฎ (laws) คือ หลักการอย่างหนึ่ง เป็นข้อความที่มีความสัมพันธ์ระหว่างเหตุผล และอาจ เขียนในลักษณะรูปสมการแทนได้กฎอาจถูกล้มเลิกได้เมื่อมีผลการทดลองใดที่น่าเชื่อถือขัดแย้ง บางกฎได้มา
39 โดยการอนุมาน (deduction) จากทฤษฎีแต่กฎส่วนใหญ่ได้จากการอุปมาน (Induction) โดยนำเอา ข้อเท็จจริงทั้งหลายมาผสมผสานกันเป็นมโนมติเป็นหลักการจนถึงขั้นยอมรับเป็นกฎ ดังภาพที่ 2.2 ภาพที่ 2.2 การอุปมานข้อเท็จจริงไปเป็นหลักการหรือกฎ 5. ทฤษฎี(theories) เราจะเห็นว่ากฎและหลักการ เน้นเรื่องความสัมพันธ์ระหว่างเหตุกับผล และเป็นสิ่งที่มีจริงอยู่แล้วในธรรมชาตินักวิทยาศาสตร์เป็นผู้ไปค้นพบเท่านั้น ไม่ได้สร้างขึ้นเอง สิ่งที่ นักวิทยาศาสตร์สร้างขึ้นเอง คือทฤษฎีโดยการยอมรับทั่วกันว่า สามารถใช้อธิบายกฎหรือหลักการ และนำไป พยากรณ์ปรากฏการณ์ต่าง ๆ ที่อยู่ในขอบเขตของทฤษฎีนั้น ๆ เพราะลำพังตัวกฎหรือหลักการไม่สามารถ อธิบายถึงความสัมพันธ์ของตัวเองได้เกณฑ์ในการยอมรับทฤษฎีทฤษฎีที่นักวิทยาศาสตร์สร้างขึ้นไม่ว่าจะสร้าง ด้วยวิธีใดก็ตาม การยอมรับว่าเป็นทฤษฎีทางวิทยาศาสตร์นั้น จะขึ้นอยู่กับเกณฑ์ดังต่อไปนี้(ภพ เลาหไพบูลย์. 2537 : 7) 1) ทฤษฎีจะต้องอธิบายกฎ หลักการ และข้อเท็จจริงที่เกี่ยวข้องนั้นได้ 2) ทฤษฎีจะต้องอนุมานเป็นกฎหรือหลักการบางอย่างได้ 3) ทฤษฎีจะต้องอธิบายปรากฏการณ์ที่อาจเกิดตามมาได้ ถ้าต้องการให้ทฤษฎีใดทฤษฎีหนึ่งน่าเชื่อถือและเป็นที่ยอมรับกันทั่วไปนั้นจะต้องนำทฤษฎีนั้น ไปทำนายปรากฏการณ์ต่าง ๆ ให้ได้หลาย ๆ ครั้ง และหลาย ๆ ปรากฏการณ์ 6. สมมติฐานทางวิทยาศาสตร์ (scientific hypothesis) บางคนอาจไม่ยอมรับว่าสมมติฐาน เป็นความรู้ทางวิทยาศาสตร์ เพราะเป็นความรู้ที่ยังไม่ได้รับการทดสอบหรือรับรอง แต่สมมติฐานก็เป็นความ จริง ชั่วคราว ที่อาจกลายเป็น กฎ หลักการ หรือทฤษฎีต่อไปได้เมื่อผ่านการทดสอบว่าเป็นจริง เช่น ตัวอย่าง สังเกต ข้อเท็จจริง รับรู้ มโนมติ หลักการ กฎ
40 ของ อาเมเดโอ อโวกาโดร (Amedeo Avogadro) นักวิทยาศาสตร์ชาวอิตาลีได้เสนอสมมติฐานว่า “ก๊าซทุก ชนิดเมื่อมีปริมาตรเท่ากันภายใต้อุณหภูมิและความดันเดียวกันจะมีโมเลกุลของก๊าซเท่ากัน ” สมมติฐานนั้น ได้รับการเชื่อถือมายาวนานไม่มีการทดลองใดมาหักล้างได้ต่อมาจึงกลายเป็นกฎ เรียกว่า “กฎของอโวกาโดร” ดังนั้น จะเห็นว่าสมมติฐานเป็นข้อความที่นักวิทยาศาสตร์สร้างขึ้น เพื่อคาดคะเน คำตอบของปัญหาไว้ล่วงหน้า ก่อนที่จะดำเนินการทดลอง ซึ่งในที่นี้จัดว่าเป็นความรู้ทางวิทยาศาสตร์อีกประเภทหนึ่ง สมมติฐานใดน่าเชื่อถือ มากน้อยเพียงใดนั้น ขึ้นอยู่กับว่าผู้ที่ตั้งสมมติฐานนั้น ศึกษาหลักฐานและเหตุผลประกอบที่มาสนับสนุน หรือ คัดค้าน ทั้งทางตรง และทางอ้อมมากน้อยเพียงใด ความรู้ทางวิทยาศาสตร์ที่เป็นข้อเท็จจริง มโนมติหลักการ กฎ ทฤษฎีสมมติฐานทั้ง 6 ประเภทนี้ จะ มีความสัมพันธ์เกี่ยวข้องกัน ซึ่งสามารถสรุปเป็นแสดงโครงสร้างกระบวนการแสวงหาความรู้วิทยาศาสตร์ ดัง ภาพ 2.3 ภาพที่ 2.3 แสดงโครงสร้างกระบวนการแสวงหาความรู้วิทยาศาสตร์ ที่มา : ภพ เลาหไพบูลย์, 2537. ทฤษฎี หลักการ กฎ สมมติฐาน ข้อเท็จจริง จากการ พยากรณ์ ข้อเท็จจริง จากการ สังเกต มโนมติ กลุ่มของ มโนมติ การอุปมาน การอนุมาน
41 วิธีการทางวิทยาศาสตร์ วิธีการทางวิทยาศาสตร์ (scientific method) หมายถึง การแสวงหาความรู้ทางวิทยาศาสตร์อย่าง มีกระบวนการที่เป็นแบบแผนมีขั้นตอนที่สามารถปฏิบัติตามได้ โดยขั้นตอนวิธีการทางวิทยาศาสตร์ ที่เป็น เครื่องมือสำคัญและสามารถทำให้ผู้คนได้ฝึกการสังเกตและมีความละเอียด รอบคอบมากขึ้น วิธีการทางวิทยาศาสตร์ เป็นการเสาะแสวงหาความจริง หรือความรู้ต่าง ๆในทางธรรมชาติ อย่างมี กระบวนการที่เป็นแบบแผนมีขั้นตอนที่สามารถปฏิบัติตามได้ ซึ่งประกอบด้วย 5 ขั้นตอน ได้แก่ 1. การตั้งปัญหา พยายามตั้งปัญหาให้ชัดเจน เมื่อมีปัญหา หรือข้อข้องใจใด ๆ เกิดขึ้น ว่าเป็นปัญหาเรื่องอะไร มีประเด็นปัญหาที่สำคัญอะไรบ้าง ก่อนที่จะดำเนินการค้นหาคำตอบ ต้องเข้าใจปัญหาให้ชัดเจนก่อน ปัญหาที่ ดีทางวิทยาศาสตร์ จะต้องเป็นปัญหาที่มีคุณค่าต่อการศึกษา ค้นคว้า สัมพันธ์กับความรู้เดิม (ข้อเท็จจริงที่ รวบรวมได้ และสามารถวางแนวทางในการตรวจสอบได้ด้วยการทดลอง) เช่น อเล็กซานเดอร์ เฟลมมิง (Alexander Fleming)ได้สังเกตพบโดยบังเอิญว่า ถ้ามีกลุ่มราชนิด Penicillium notatum มาขึ้นในจานเลี้ยง แบคทีเรียจะมีผลในการยับยั้งการเจริญเติบโตของแบคทีเรียได้ แสดงว่าเขาเป็นคนช่างสังเกต ละเอียด รอบคอบ มีความอยากรู้อยากเห็น เมื่อสงสัยเขาจึงตั้งปัญหาขึ้น ลองฝึกตั้งปัญหาเกี่ยวกับเรื่องต่าง ๆ เช่น 1. ทำไมแบคทีเรียจึงไม่เจริญเติบโต เมื่อมีราอยู่ในจานเลี้ยงเชื้อ 2. ราแย่งอาหารที่ทำลายแบคทีเรียได้หรือไม่ 3. ราชนิดใดบ้างมีอิทธิพลยับยั้งการเจริญเติบโตของแบคทีเรีย 4. แบคทีเรียชนิดใดบ้างที่ไม่เจริญในจานเพาะเลี้ยงเชื้อเมื่อมีราขึ้น 5. ราปล่อยสารบางอย่างมายับยั้งการเจริญเติบโตของแบคทีเรียใช่หรือไม่ 2. การเก็บรวบรวมข้อมูล หรือข้อเท็จจริง เมื่อเราเข้าใจปัญหาแล้ว ต้องรวบรวมข้อมูลจากการสังเกต และค้นคว้าจากแหล่งข้อมูลที่ เกี่ยวข้องกับ ปัญหานั้น ๆ เพื่อนำไปสู่การ แก้ปัญหาตัวอย่าง ข้อมูลที่ได้จากการสังเกต เช่น 1. ขณะที่เป็นไข้อุณหภูมิของร่างกายจะสูงกว่า 37 องศาเซลเซียส 2. ต้นพืชที่อยู่ใต้ต้นไม้ใหญ่มักไม่เจริญงอกงาม 3. ใบไม้จะมีหลังใบสีเขียวเข้มกว่าด้านท้องใบ 3. การสร้างสมมติฐาน หลังจากได้ข้อมูลต่าง ๆแล้วตั้งสมมติฐาน คือ คิดหาทางเลือกไว้ว่า ทางเลือกไหนน่าจะเป็น ทางเลือกที่ถูกต้อง โดยอาศัยการ พิจารณาจากข้อมูลต่าง ๆที่รวบรวมไว้ก่อนที่จะทดลองค้นหาความจริงต่อไป สมมติฐานที่ดี ควรสามารถอธิบายปัญหาต่าง ๆ ได้ชัดเจนและแน่นอน สมมติฐานที่ตั้งขึ้นในการแก้ปัญหาต่าง ๆ มีลักษณะสำคัญอยู่ 2 ประการ ดังนี้
42 1. สมมติฐานที่ดีต้องสามารถอธิบายถึงปัญหาต่าง ๆได้ชัดเจนและแน่นอน โดย อธิบายและแสดงความสัมพันธ์ระหว่างข้อมูล หรือข้อเท็จจริงต่าง ๆที่ได้จากการสังเกต 2.สมมติฐานที่ดีต้องทำให้เกิดความสัมพันธ์ระหว่างปัญหาและข้อมูลต่าง ๆ อันก่อให้เกิดปัญหาอันใหม่หรือข้อมูลใหม่ที่แจ่มชัดมากขึ้น ตัวอย่าง เช่น การตั้งสมมติฐานจากการสังเกตของอเล็กซานเดอร์ เฟลมมิง เกี่ยวกับอิทธิพล ของราต่อการเจริญของแบคทีเรีย เช่น 1. รากินและย่อยแบคทีเรียจนตายหมด 2. ราแข็งแรงและเจริญเร็วกว่าแบคทีเรียจึงแย่งที่จนแบคทีเรียอยู่ไม่ได้ 3. ราแย่งสารอาหารในวุ้นที่ใช้เลี้ยงแบคทีเรีย ฯลฯ ในกณีที่สมมติฐานที่ยังพิสูจน์ไม่ได้ ซึ่งอาจต้องมีการเปลี่ยนแปลงหรือล้มเลิกไป อย่างไรก็ตาม สมมติฐาน และทฤษฎีซึ่งเป็นสมมติฐานที่ได้รับการตรวจสอบมาแล้วหลายครั้ง และสามารถใช้อ้างอิงหรือ กำหนดข้อเท็จจริงอื่น ๆได้กว้างขวาง อาจมีการเปลี่ยนแปลง หรือล้มเลิกไปได้ เมื่อได้รับข้อเท็จจริงเพิ่มขึ้นและ ถูกต้องกว่า โดยทั่วไปทฤษฎีที่ดีต้องกำหนดขอบเขต และสถานการณ์เป็นข้อบ่งชี้ไว้ด้วย ถ้านอกขอบเขตหรือ สถานการณ์นี้แล้วจะไม่สามารถทำนายเหตุการณ์ได้อย่างถูกต้อง 4. การทดลองพิสูจน์ เมื่อกำหนดสมมติฐาน หรือกำหนดคำตอบไว้แล้วต้องทำการทดลองเพื่อพิสูจน์ทุกคำตอบว่า คำตอบใดถูกต้องเป็นจริงเพื่อเป็นการทดสอบหาเหตุผล สมมติฐานที่ตั้งนั้น การตรวจสอบสมมติฐาน กระทำได้ โดย ทำการทดลองที่มีการควบคุม (control experiment) กลุ่มควบคุม (controlled group) คือกลุ่มที่ไม่มี ตัวแปรเข้ามาเกี่ยวข้องแต่มีไว้เป็นตัวเปรียบเทียบกับกลุ่มทดลอง (experiment group) สิ่งที่ต้องควบคุมให้ เหมือนกัน คือสิ่งที่เราไม่ต้องการศึกษาสิ่งที่ต้องการศึกษาจะให้แตกต่างกันเราเรียกว่าตัวแปร (variables) ดังตัวอย่าง เช่น การศึกษาการเจริญเติบโตของผักคะน้า กวางตุ้ง และผักกาดหอม ต้องการ pH ระหว่าง 5 –6 ตัวแปรต้น คือ pH ของสารละลายปุ๋ย ตัวแปรตาม คือ การเจริญเติบโตของผัก ตัวแปรที่ต้องควบคุม คือ แสง อุณหภูมิ ความชื้น ปริมาณของสารละลายปุ๋ย เครื่อง ปลูกทุกชิ้น เมล็ดพันธุ์ 5. การสรุปผล เมื่อกำหนดปัญหารวบรวมข้อมูล ตั้งสมมติฐาน และทดลองพิสูจน์แล้วก็นำผลที่ได้จากการทดลองมา สรุปผลการทดลองเพื่อ พิจารณาเลือกคำตอบที่ถูกต้อง แล้วตั้งกฏเกณฑ์ สูตร และกฏวิทยาศาสตร์ขึ้นไว้ สำหรับใช้ต่อไป
43 ดังนั้นวิธีการทางวิทยาศาสตร์จึง เป็นวิธีการใช้ในการหาแสวงหาความรู้ สามารถสรุปเป็นขั้นตอน โดยทั่วไปดังนี้ 1. การระบุปัญหา (problem) หรือการตั้งคำถาม (ask a question) ที่เกิดจากการสังเกต (observation) 2. การตั้งสมมติฐาน (construct hypothesis) 3. การตรวจสอบสมมติฐาน (hypothesis testing) โดยการสังเกต การรวบรวมข้อเท็จจริง หรือพิสูจน์ ด้วยการทดลอง (experiment) เพื่อหาคำตอบของปัญหา 4. การวิเคราะห์ข้อมูล (data analysis) นำข้อมูลทั้งหมดมาแปลความหมายหรือเปรียบเทียบกับ สมมติฐานที่ตั้งไว้ 5. การสรุปผล (conclusion) เป็นการยอมรับหรือปฏิเสธสมมติฐานเพื่อนำไปสู่การสร้างทฤษฎี ภาพที่ 2.4 ขั้นตอนของวิธีการทางวิทยาศาสตร์ จากการศึกษาการทำงานของนักวิทยาศาสตร์สามารถสรุปได้ว่านักวิทยาศาสตร์มีวิธีการทำงานอย่างมี ระบบ มีขั้นตอนและมีการพัฒนาการต่อเนื่องกันมาตามลำดับจนได้ชื่อว่าเป็นวิธีการทางวิทยาศาสตร์ ซึ่งวิธีการ ทำงานดังกล่าวเป็นองค์ประกอบที่สำคัญอย่างหนึ่งที่ทำให้การศึกษาค้นคว้าทางวิทยาศาสตร์ประสบผลสำเร็จ และเกิดความเจริญก้าวหน้าในด้านต่าง ๆ อย่างรวดเร็ว จนถึงปัจจุบันนี้บุคคลต่าง ๆ ในสาขาอื่น ๆ ก็ได้ มองเห็นความสำคัญและประโยชน์จากวิธีการทางวิทยาศาสตร์ว่าสามารถนำไปใช้กับกระบวนการศึกษาค้นคว้า และรวบรวมความรู้ทุกสาขาวิชา ดังนั้นอาจกล่าวได้ว่าวิธีการทางวิทยาสาสตร์ไม่ได้เป็นเพียงแค่วิธีการเฉพาะ สำหรับนักวิทยาศาสตร์เท่านั้น แต่ยังเป็นวิธีการแสวงหาความรู้ทั่ว ๆ ไป ที่เรียกว่า “วิธีการทาง วิทยาศาสตร์” ทักษะกระบวนการทางวิทยาศาสตร์ พฤติกรรมที่เกิดจากการคิดและการปฏิบัติการทางวิทยาศาสตร์จนเกิดความชำนาญและความ คล่องแคล่วในการใช้เพื่อแสวงหาความรู้ทางวิทยาศาสตร์ตลอดจนหาวิธีการเพื่อแก้ปัญหาต่าง ๆ รวมเรียกว่า ทักษะกระบวนการทางวิทยาศาสตร์ ระบุปัญหา ตั้งสมมติฐาน ศึกษา ค้นคว้าและ รวบรวม ข้อมูล ทดลอง สรุปผล
44 ทักษะกระบวนการทางวิทยาศาสตร์เป็นทักษะการคิดของนักวิทยาศาสตร์ที่นำมาใช้ในการศึกษา ค้นคว้า สืบเสาะหาความรู้ และแก้ปัญหาต่าง ๆ ซึ่งสมาคมความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์ของอเมริกา ได้ กำหนดจุดมุ่งหมายของการใช้กระบวนการทางวิทยาศาสตร์ เป็นเครื่องมือในการแสวงหาความรู้ทั้งสิ้น 13 ทักษะ โดยจัดแบ่งออกเป็น 2 หมวด คือ ทักษะพื้นฐาน ตั้งแต่ทักษะที่ 1-8 และทักษะขั้นบูรณาการ ตั้งแต่ ทักษะที่ 8-13 ดังนี้ 1. ทักษะการสังเกต (observation) หมายถึง ความสามารถในการใช้ประสาทสัมผัสอย่างใด อย่างหนึ่ง หรือหลายอย่างรวมกัน ได้แก่ ตา หู จมูก ลิ้น และผิวกาย เข้าไปสัมผัสโดยตรงกับวัตถุหรือ ปรากฏการณ์ต่าง ๆ โดยไม่ลงความเห็นของผู้สังเกต 2. ทักษะการวัด (measurement) หมายถึง ความสามารถในการใช้เครื่องมือวัดหาปริมาณ ของสิ่งต่าง ๆ ได้อย่างถูกต้อง ความสามารถในการเลือกใช้เครื่องมืออย่างเหมาะสม และความสามารถในการ อ่านค่าที่ได้จากการวัดได้ถูกต้องและใกล้เคียงกับความจริง 3. ทักษะการคำนวณ (using numbers) หมายถึง ความสามารถในการบวก ลบ คูณ หาร หรือจัดกระทำกับตัวเลขที่แสดงค่าปริมาณของสิ่งใดสิ่งหนึ่ง ซึ่งได้จากการสังเกต การวัด การทดลองโดยตรง หรือจากแหล่งอื่น 4. ทักษะการจำแนกประเภท (classification) หมายถึง ความสามารถในการจัดจำแนกหรือ เรียงลำดับวัตถุ หรือสิ่งที่อยู่ในปรากฏการณ์ต่าง ๆ ออกเป็นหมวดหมู่โดยมีเกณฑ์ในการจัดจำแนก เกณฑ์ ดังกล่าวอาจใช้ ความเหมือน ความแตกต่าง หรือความสัมพันธ์อย่างใดอย่างหนึ่งก็ได้ โดยจัดสิ่งที่มีสมบัติบาง ประการร่วมกันให้อยู่ในกลุ่มเดียวกัน 5. ทักษะการหาความสัมพันธ์ระหว่างสเปซกับสเปซ และสเปซกับเวลา (space/space relationship and space/time relationship) หมายถึง ความสามารถในการระบุความสัมพันธ์ระหว่างสิ่ง ต่อไปนี้ คือ 1) ความสัมพันธ์ระหว่าง 2 มิติ กับ 3 มิติ 2) สิ่งที่อยู่หน้ากระจกเงากับภาพที่ปรากฏจะเป็นซ้ายขวาของกันและกันอย่างไร 3) ตำแหน่งที่อยู่ของวัตถุหนึ่งกับอีกวัตถุหนึ่ง 4) การเปลี่ยนแปลงตำแหน่งที่อยู่ของวัตถุกับเวลาหรือสเปซของวัตถุ ที่เปลี่ยนแปลง ไปกับเวลา 6. ทักษะการจัดกระทำและสื่อความหมายข้อมูล (organizing data and communication) หมายถึง ความสามารถในการนำข้อมูลที่ได้จากการสังเกต การวัด การทดลอง และจากแหล่งอื่นมาจัดกระทำ ใหม่โดยวิธีการต่าง ๆ เช่น การจัดเรียงลำดับ การแยกประเภท หรือคำนวณหาค่าใหม่ เพื่อให้ผู้อื่นเข้าใจมาก ขึ้น อาจนำเสนอในรูปของตาราง แผนภูมิ แผนภาพ กราฟ สมการ เป็นต้น