ก การจัดการเรียนรู้ตามแนวสะเต็มศึกษาเพื่อพัฒนาทักษะกระบวนการทางวิทยาศาสตร์ เรื่อง การแยกสารผสม ของนักเรียนชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 2 Organizing learning according to STEM education to develop scientific process skills Subject: Separating mixed substances for Mathayom 2 students. นรีกานต์ นนท์ยะโส รายงานการวิจัยฉบับนี้เป็นส่วนหนึ่งของการศึกษาตามหลักสูตร ครุศาสตรบัณฑิต สาขาวิชาวิทยาศาสตร์ทั่วไปและเคมี มหาวิทยาลัยราชภัฏอุดรธานี 2566
ข การจัดการเรียนรู้ตามแนวสะเต็มศึกษาเพื่อพัฒนาทักษะกระบวนการทางวิทยาศาสตร์ เรื่อง การแยกสารผสม ของนักเรียนชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 2 Organizing learning according to STEM education to develop scientific process skills Subject: Separating mixed substances for Mathayom 2 students. นรีกานต์ นนท์ยะโส รายงานการวิจัยฉบับนี้เป็นส่วนหนึ่งของการศึกษาตามหลักสูตร ครุศาสตรบัณฑิต สาขาวิชาวิทยาศาสตร์ทั่วไปและเคมี มหาวิทยาลัยราชภัฏอุดรธานี 2566
ค ชื่อเรื่อง การจัดการเรียนรู้ตามแนวสะเต็มศึกษาเพื่อพัฒนาทักษะกระบวนการทาง วิทยาศาสตร์เรื่อง การแยกสารผสม ของนักเรียนชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 2 ผู้วิจัย นางสาวนรีกานต์ นนท์ยะโส สาขาวิชา วิทยาศาสตร์ทั่วไปและเคมี ปีการศึกษา 2566 อาจารย์ที่ปรึกษา ผู้ช่วยศาสตราจารย์ชมพูนุท สงกลาง ครูพี่เลี้ยง นางเพ็ญศรี พิเดช บทคัดย่อ การวิจัยครั้งนี้มีวัตถุประสงค์1) เพื่อเปรียบเทียบผลสัมฤทธิ์ทางการเรียน เรื่อง การแยกสารผสม ของ นักเรียนชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 2 ก่อนและหลังการจัดการเรียนรู้ตามแนวสะเต็มศึกษา 2) เพื่อศึกษาพัฒนาการ ทักษะกระบวนการทางวิทยาศาสตร์ของนักเรียนชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 2 ที่ได้รับการจัดการเรียนรู้ตามแนวสะเต็ม ศึกษา เรื่อง การแยกสารผสม กลุ่มตัวอย่างที่ใช้ในการวิจัยครั้งนี้เป็นนักเรียนชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 2/3 โรงเรียน เทศบาล 2 มุขมนตรี ได้มาโดยการเลือกแบบเจาะจง จำนวน 25 คน เครื่องมือที่ใช้ในการวิจัยประกอบด้วย 1) แผนการจัดการเรียนรู้ตามแนวสะเต็มศึกษา เรื่อง การแยกสารผสม 2) แบบทดสอบเพื่อวัดผลสัมฤทธิ์ทางการ เรียน เรื่อง การแยกสารผสม การวิจัยนี้เป็นการวิจัยเชิงทดลอง วิเคราะห์ข้อมูลโดยค่าเฉลี่ยค่า (x̅) ส่วน เบี่ยงเบนมาตรฐาน (S.D.) และการทดสอบ t-test แบบ Dependent ผลการวิจัยพบว่า หลังจากการจัดการ เรียนรู้ตามแนวสะเต็มศึกษา 1) ผลสัมฤทธิ์ทางการเรียนเรื่อง การแยกสารผสม ของนักเรียนหลังเรียนสูงกว่า ก่อนเรียน 2) ทักษะกระบวนการทางวิทยาศาสตร์ของนักเรียนโดยภาพรวมอยู่ในระดับดีมีพัฒนาการสูงขึ้น คำสำคัญ : การจัดการเรียนรู้ตามแนวสะเต็มศึกษา ทักษะกระบวนการทางวิทยาศาสตร์
ง กิตติกรรมประกาศ วิจัยฉบับนี้ ได้ศึกษาเกี่ยวกับการจัดการเรียนรู้ตามแนวสะเต็มศึกษา เพื่อพัฒนาทักษะกระบวนการ ทางวิทยาศาสตร์ เรื่อง การแยกสารผสม ของนักเรียนชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 2 ซึ่งรายงานวิจัยฉบับนี้สำเร็จลุล่วง ได้ด้วยความอนุเคราะห์จาก ผู้ช่วยศาสตราจารย์ดร. จันทร์จิรา จูมพลหล้า หัวหน้าสาขาวิชาวิทยาศาสตร์ ที่ ท่านให้ความอนุเคราะห์และเป็นที่ปรึกษาคอยให้คำแนะนำ พร้อมทั้งได้ตรวจสอบความถูกต้องของรูปแบบ เนื้อหา ตลอดจนการเก็บรวบรวมข้อมูลและการสรุปการวิจัย จนวิจัยฉบับนี้มีความสมบูรณ์ยิ่งขึ้น ผู้จัดทำ รายงานการวิจัยจึงขอขอบพระคุณท่านไว้ ณ ที่นี้เป็นอย่างสูง ขอขอบพระคุณ นายพิบูลย์ สิทธิมงคล ผู้อำนวยการสถานศึกษา โรงเรียนเทศบาล 2 มุขมนตรี ขอขอบพระคุณ คุณครูเพ็ญศรี พิเดช ครูพี่เลี้ยง คุณครูรัฐสิริ ตรุณจันทร์และคุณครูณัฐรุจา วรรณเสริฐ ผู้เชี่ยวชาญที่กรุณาตรวจสอบคุณภาพและความสอดคล้องของเครื่องมือที่ใช้ในการวิจัย ขอขอบพระคุณคณาจารย์ประจำหลักสูตรครุศาสตรบัณฑิต สาขาวิชาวิทยาศาสตร์คณะครุศาสตร์ มหาวิทยาลัยราชภัฏอุดรธานี ทุกท่านที่ได้อบรมสั่งสอน และประสิทธิประสาทวิชาความรู้ทั้งหลายแก่ผู้วิจัย ขอกราบขอบพระคุณบิดา มารดา และญาติพี่น้องที่ได้ให้ความรัก ความอบอุ่น ความห่วงใยและคอย เป็นกำลังใจ ทำให้ผู้วิจัยประสบความสำเร็จมาจนถึงบัดนี้ นรีกานต์ นนท์ยะโส
5 สารบัญ สารบัญ หน้า สารตาราง สารบัญภาพ บทที่ 1 บทนำ ความเป็นมาและความสำคัญ………………………………………………………………………..7 วัตถุประสงค์ของงานวิจัย……………………………………………………………………………..9 สมมติฐานการวิจัย………………………………………………………………………………………9 ขอบเขตของงานวิจัย……………………………………………………………………………………9 ระยะเวลาที่ใช่ในการวิจัย………………….……………………………………………………….10 นิยายศัพท์เฉพาะของการวิจัย…………………………………………………………………….10 ประโยชน์ที่ได้รับจากการวิจัย……………………………………………………………………..12 บทที่ 2 เอกสารและงานวิจัยที่เกี่ยวข้อง หลักสูตรแกนกลางการศึกษาขั้นพื้นฐาน พุทธศักราช 2551……………………………13 (ฉบับปรับปรุง 2560) กลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี กลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี…………………………………………..15 แนวคิดเกี่ยวกับการจัดการเรียนรู้รูปแบบสะเต็มศึกษา…………………………………..41 งานวิจัยที่เกี่ยวข้อง……………………………………………………………………………………46 บทที่ 3 วิธีการดำเนินงานวิจัย ประชากรและกลุ่มตัวอย่าง…………………………………………………………………………49 แบบแผนการวิจัย……………………………………………………………………………………..49 เครื่องมือที่ใช้ในการวิจัย…………………………………………………………………………….50 การสร้างและหาคุณภาพเครื่องมือ………………………………………………………………51 การเก็บรวบรวมข้อมูล……………………………………………………………………………….54 บทที่ 4 การวิเคราะห์ข้อมูล……………………………………………………………………………………54 ผลการวิเคราะห์ข้อมูล ผลการศึกษาทักษะกระบวนการทางวิทยาศาสตร์…………………………………………55 ผลการเปรียบเทียบทักษะกระบวนการทางวิทยาศาสตร์………………………………..56
6 บทที่ 5 สรุปผลและข้อเสนอแนะ วัตถุประสงค์งานวิจัย…………………………………………………………………………………58 สมติฐานงานวิจัย………………………………………………………………………………………58 ประชากรและกลุ่มตัวอย่าง…………………………………………………………………………58 ตัวแปรที่ศึกษา………………………………………………………………………………………….58 เนื้อหาที่ใช้ในการวิจัย………………………………………………………………………………..59 ระยะเวลาที่ใช้ในการวิจัย…………………………………………………………………………..59 เครื่องมือที่ใช้ในการวิจัย…………………………………………………………………………….59 การเก็บรวบรวมข้อมูล……………………………………………………………………………….59 การวิเคราะห์ข้อมูล……………………………………………………………………………………60 สรุปผลการวิจัย…………………………………………………………………………………………60 อภิปรายผล………………………………………………………………………………………………60 ข้อเสนอแนะ…………………………………………………………………………………………….61 เอกสารอ้างอิง……………………………………………………………………………………….…62 ภาคผนวก………………………………………………………………………………………………..64 รายการอ้างอิง ................................................................................................................................
7 บทที่ 1 บทนำ 1.1 ความเป็นมาและความสำคัญ การจัดการเรียนรู้วิทยาศาสตร์มีบทบาทสำคัญอย่างยิ่งในสังคมปัจจุบันและอนาคต เพราะ วิทยาศาสตร์เกี่ยวข้องกับทุกคนทั้งในชีวิตประจำวันและการงานอาชีพต่างๆ ตลอดจนเทคโนโลยี เครื่องมือ เครื่องใช้และผลผลิตต่างๆ ที่มนุษย์ได้ใช้เพื่ออำนวยความสะดวกในชีวิตและการทำงานเหล่านี้ล้วนเป็นผลของ ความรู้จากวิทยาศาสตร์ที่ผสมผสานกับความคิดสร้างสรรค์และศาสตร์อื่นๆ วิทยาศาสตร์ช่วยให้มนุษย์ได้ พัฒนาวิธีคิด ทั้งความคิดเป็นเหตุเป็นผล คิดสร้างสรรค์ คิดวิเคราะห์ วิจารณ์ มีทักษะสำคัญในการค้นคว้าหา ความรู้ มีความ สามารถในการแก้ปัญหาอย่างเป็นระบบ สามารถตัดสินใจโดยใช้ข้อมูลที่หลากหลายและมี ประจักษ์พยานที่ตรวจสอบได้ วิทยาศาสตร์เป็นวัฒนธรรมของโลกสมัยใหม่ซึ่งเป็นสังคมแห่งการเรียนรู้ (Knowledge-basedsociety) ดังนั้นทุกคนจึงจำเป็นต้องได้รับการพัฒนาให้รู้วิทยาศาสตร์ เพื่อให้เกิดความรู้ ความเข้าใจในธรรมชาติและเทคโนโลยีที่มนุษย์สร้างสรรค์ขึ้น สามารถนำความรู้ไปใช้อย่างมีเหตุผล สร้างสรรค์ และมีคุณธรรม(กระทรวงศึกษาธิการ, 2560) สอดคล้องกับการจัดการเรียนรู้ตามแนวสะเต็มศึกษา (STEM education) ซึ่งเป็นการจัดการเรียนการสอนแบบบูรณาการระหว่างวิชาวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี วิศวกรรมศาสตร์และคณิตศาสตร์ โดยอาศัยเนื้อหาสาระความรู้วิทยาศาสตร์คณิตศาสตร์ และใช้หลักการทาง วิศวกรรมศาสตร์ในการสร้างสรรค์ชิ้นงาน และนำไปประยุกต์ใช้ในชีวิตประจำวัน เป็นการจัดการศึกษาที่ สามารถพัฒนาให้ผู้เรียนนำความรู้ทุกแขนงทั้งด้านความรู้ ทักษะการคิดและทักษะอื่นๆ มาใช้ในการแก้ปัญหา การค้นคว้า สร้างและพัฒนาคิดค้นสิ่งต่างๆ การเน้นความเข้าใจอย่างลึกซึ้ง การมีส่วนร่วมของผู้เรียนกับข้อมูล เครื่องมือทางเทคโนโลยี การสร้างความยืดหยุ่นในเนื้อหาวิชาความท้าทาย การสร้างสรรค์ความแปลกใหม่และ การแก้ปัญหา (พรทิพย์ ศิริภัทราชัย, 2556) และสอดคล้องกับแนวคิดทฤษฎีการจัดการเรียนรู้ด้วยวิธีการสอน วิทยาศาสตร์ในรูปแบบต่างๆ ที่เปิดโอกาสให้ผู้เรียนได้ศึกษา ค้นคว้าและลงมือปฏิบัติด้วยตนเองตามความ สามารถ ความถนัดและความสนใจ โดยอาศัยกระบวนการทางวิทยาศาสตร์หรือกระบวนการอื่นใด เพื่อ นำไปใช้ในการศึกษาหาคำตอบในเรื่องนั้นๆ โดยมีครูผู้สอนคอยกระตุ้นแนะนำและให้คำปรึกษาแก่ผู้เรียนอย่าง ใกล้ชิด จากความสำคัญของการจัดการเรียนรู้ตามแนวสะเต็มศึกษา (STEM education) จะสามารถพัฒนา ทักษะกระบวนการทางวิทยาศาสตร์ให้กับผู้เรียน โดยเน้นให้ผู้เรียนทำความเข้าใจกับปัญหา และฝึกการแก้ ปัญหาด้วยกระบวนการหรือวิธีการผนวกกับความรู้ทางทักษะต่างๆ ประกอบกันอย่างมีเหตุผลและเป็นระบบ สอดคล้องกับแนวคิด ทฤษฎี หลักการของการจัดการเรียนการสอนด้วยกระบวนการสืบสอบและแสวงหาความ รู้เป็นกลุ่ม (Group Investigation Instructional Model) (นันทกา พหลยุทธ, 2554 อ้างถึงใน Joyce & Weil,1996: 80-88) ซึ่งได้อธิบายไว้ว่าสิ่งสำคัญที่สามารถช่วยให้ผู้เรียนเกิดความรู้สึกหรือความต้องการที่จะ สืบค้นหรือเสาะแสวงหาความรู้นั้น คือ ปัญหา ปัญหานั้นจะต้องมีความท้าทายเพียงพอที่จะทำให้ผู้เรียนเกิด
8 ความต้องการในการแสวงหาคำตอบ นอกจากนั้นยังต้องเป็นปัญหาชวนให้เกิดความงุนงงสงสัยหรือก่อให้เกิด ความขัดแย้งทางความคิด จะยิ่งทำให้ผู้เรียนเกิดความต้องการที่จะเสาะแสวงหาความรู้หรือคำตอบมากยิ่งขึ้น การพัฒนาทักษะกระบวนการทางวิทยาศาสตร์นั้นเป็นกระบวนการทางความคิด สอดคล้องกับวรรณ ทิพารอดแรงค้า และพิมพันธ์ เดชะคุปต์ (2542: 3) ที่กล่าวว่า ทักษะกระบวนการทางวิทยาศาสตร์เป็นทักษะ ทางสติปัญญานักวิทยาศาสตร์รวมถึงผู้นำวิธีการทางวิทยาศาสตร์ จะนำมาใช้แก้ปัญหา ศึกษาค้นคว้าสืบ เสาะหาความรู้ต่างๆ เพื่อให้บรรลุตามเป้าหมายที่กำหนดไว้ ซึ่งงานวิจัยในครั้งนี้ ผู้วิจัยได้ศึกษาทักษะกระบวน การทางวิทยาศาสตร์โดยยึดตามแนวคิดของนักการศึกษาวิทยาศาสตร์สมาคมอเมริกันเพื่อความก้าวหน้าทาง วิทยาศาสตร์(The American association for the advancement of science; AAAS, 1970: 1848 - 1899) ได้จำแนกทักษะกระบวนการทางวิทยาศาสตร์ไว้ 2 ประเภท คือ ระดับทักษะกระบวนการทาง วิทยาศาสตร์ขั้นพื้นฐาน 8 ทักษะ เหมาะสำหรับระดับประถมศึกษา และระดับทักษะกระบวนการทาง วิทยาศาสตร์ขั้นบูรณาการ 5 ทักษะเหมาะสำหรับระดับมัธยมศึกษา ซึ่งทักษะกระบวนการทางวิทยาศาสตร์ที่ผู้ วิจัยต้องการให้เกิดขึ้นกับผู้เรียนที่ได้รับการจัดการเรียนรู้ตามแนวสะเต็มศึกษา คือ ทักษะกระบวนการทาง วิทยาศาสตร์ ขั้นบูรณาการ 5 ทักษะ (พิมพันธ์เดชะคุปต์, 2548) ได้แก่ 1) การกำหนดและการควบคุมตัวแปร 2) การตั้งสมมติฐาน 3) การกำหนดนิยามเชิงปฏิบัติการของตัวแปร 4) การทดลอง และ 5) การตีความข้อมูล และการลงข้อสรุป เพื่อตอบสนองต่อทักษะศตวรรษที่ 21 ที่มุ่งเน้นพัฒนาผู้เรียนให้มีทักษะด้านการเรียนรู้และ นวัตกรรม (วิจารณ์ พานิช, 2556) โดยมีพื้นฐานมาจากแนวคิดทฤษฎีการสร้างความรู้ด้วยตนเองโดยการสร้าง สรรค์ชิ้นงาน (Constructionism) ผู้เรียนมีโอกาสได้สร้างความคิดและนำความคิดของตนเองไปสร้างสรรค์ ชิ้นงานโดยอาศัยสื่อและเทคโนโลยีที่เหมาะสม เมื่อผู้เรียนสร้างสิ่งใดสิ่งหนึ่งขึ้นมาซึ่งหมายถึงการสร้างความรู้ ขึ้นในตนเองนั่นเอง ความรู้ที่ผู้เรียนสร้างขึ้นในตอนนี้จะมีความหมายต่อผู้เรียน ผู้เรียนจะไม่ลืมง่ายและสามารถ ถ่ายทอดให้ผู้อื่นเข้าใจความคิดของตนได้ดี นอกจากนั้นความรู้ที่สร้างขึ้นเองนี้จะเป็นฐานให้ผู้เรียนสามารถ สร้างความรู้ใหม่ต่อไปอย่างไม่มีที่สิ้นสุด (ทิศนา แขมมณี, 2559: 96) พบว่า นักเรียนยังต้องพัฒนาในด้านทักษะกระบวนการทางวิทยาศาสตร์และความสามารถในการ สร้างสรรค์ผลงานซึ่งยังอยู่ในเกณฑ์ที่ต้องปรับปรุงโดยอ้างอิงข้อมูลจากผลสัมฤทธิ์ทางการเรียนของนักเรียนในปี การศึกษาที่ผ่านมา โดยมีเกณฑ์การประเมินทักษะกระบวนการทางวิทยาศาสตร์ 5 ทักษะ ซึ่งเหมาะสำหรับ ระดับการศึกษาในชั้นมัธยมศึกษา (The American association for the advancement of science; AAAS, 1970: 30-176) ประกอบด้วย 5 ทักษะดังนี้การตั้งสมมติฐาน การกำหนดและการควบคุมตัวแปร การ กำหนดนิยามเชิงปฏิบัติการของตัวแปร การทดลองและการตีความข้อมูลและการลงข้อสรุป เกณฑ์การประเมิน ความสามารถในการสร้างสรรค์ผลงานวัดความสามารถ 4 ด้าน คือ ด้านนวภาพหรือด้านความสร้างสรรค์ของ ผลงาน ด้านการแก้ปัญหา ด้านการใช้ประโยชน์ และด้านการต่อเติมและการสังเคราะห์ดังนั้นผู้วิจัยจึงได้มี ความสนใจที่จะนำการสอนตามแนวสะเต็มศึกษามาเป็นแนวทางในการพัฒนาทักษะกระบวนการทาง วิทยาศาสตร์และพัฒนาความสามารถในการสร้างสรรค์ผลงานของนักเรียนให้ดียิ่งขึ้น จากเหตุผลดังกล่าวนี้ ผู้วิจัยเห็นถึงความสำคัญของการจัดกิจกรรมการเรียนรู้ให้สอดคล้องกับทักษะ ศตวรรษที่ 21 ที่ต้องการให้นักเรียนเกิดทักษะการสร้างสรรค์และนวัตกรรม (Creativity & innovation) ซึ่ง
9 ผู้เรียนจะใช้กระบวนการแสวงหาความรู้ด้วยตนเองผ่านการลงมือปฏิบัติจริง นำความรู้ที่ได้รับมาบูรณาการทำ ให้ผู้เรียนเกิดความคิดสร้างสรรค์ในการพัฒนาผลงานใหม่ ๆ จึงได้สนใจที่จะพัฒนาผู้เรียนให้มีทักษะ กระบวนการทางวิทยาศาสตร์ จึงได้เกิดเป็นแนวคิดการวิจัยเชิงทดลอง การจัดการเรียนรู้ตามแนวสะเต็มศึกษา ในรายวิชาวิทยาศาสตร์พื้นฐานเพื่อพัฒนาทักษะกระบวนการทางวิทยาศาสตร์ของนักเรียนชั้นมัธยมศึกษาปีที่2 1.2 วัตถุประสงค์ของการวิจัย 1. เพื่อเปรียบเทียบผลสัมฤทธิ์ทางการเรียน เรื่อง การแยกสารผสม ของนักเรียนชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 2 ก่อนและหลังการจัดการเรียนรู้ตามแนวสะเต็มศึกษา 2. เพื่อศึกษาพัฒนาการทักษะกระบวนการทางวิทยาศาสตร์ของนักเรียนชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 2 ที่ได้รับ การจัดการเรียนรู้ตามแนวสะเต็มศึกษา เรื่อง การแยกสารผสม 1.3 สมมติฐานการวิจัย 1. ผลสัมฤทธิ์ทางการเรียน เรื่อง การแยกสารผสม หลังได้รับการจัดการเรียนรู้ตามแนวสะเต็มศึกษาของ นักเรียนชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 2 สูงกว่าก่อนเรียน 2. ทักษะกระบวนการทางวิทยาศาสตร์ของนักเรียนชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 2 ที่ได้รับการจัดการเรียนรู้ตาม แนวสะเต็มศึกษามีพัฒนาการอยู่ในระดับดี 1.4 ขอบเขตของการวิจัย 1.4.1 ขอบเขตด้านประชากร ประชากรที่ใช้ในการวิจัย คือ นักเรียนชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 2/3 และ 2/4 โรงเรียนเทศบาล 2 มุข มนตรีปีการศึกษา 2566 จำนวน 2 ห้องเรียน ทั้งหมด 50 คน เป็นนักเรียนแบบ คละความสามารถ กลุ่มตัวอย่างที่ใช้ในการวิจัย คือ นักเรียนชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 2/3 เป็นนักเรียนแบบคละ ความสามารถ โรงเรียนเทศบาล 2 มุขมนตรีปีการศึกษา 2566 เลือกจำนวน 1 ห้องเรียน จำนวน 25 คน โดย การเลือกแบบเจาะจง (Purposive Sampling) 1.4.2 ขอบเขตด้านเนื้อหา การวิจัยครั้งนี้ผู้วิจัยใช้เนื้อหาจากหลักสูตรแกนกลางการศึกษาขั้นพื้นฐาน พุทธศักราช 2551 (ฉบับ ปรับปรุง 2560 ) กลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี รายวิชา วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ชั้น มัธยมศึกษาปีที่ 2 สาระที่ 2 วิทยาศาสตร์กายภาพ มาตรฐาน ว 2.1 ตัวชี้วัด 1 , 2 และ 3 เรื่อง การแยกสาร ผสม ประกอบด้วยเนื้อหาย่อย ดังนี้ 1) เรื่อง การระเหยแห้ง 2) เรื่อง การตกผลึก 3) เรื่อง การกลั่น
10 4) เรื่อง โครมาโทกราฟีแบบกระดาษ 5) เรื่อง การสกัดด้วยตัวทำละลาย 1.4.3 ตัวแปรที่ศึกษา ตัวแปรต้น ได้แก่ การจัดการเรียนรู้ตามแนวสะเต็มศึกษา ตัวแปรตาม ได้แก่ - ผลสมฤทธิ์ทางการเรียนวิชาวิทยาศาสตร์เรื่อง การแยกสารผสม - ทักษะกระบวนการทางวิทยาศาสตร์ 1.4.4 ระยะเวลาที่ใช้ในการวิจัย ดำเนินการวิจัยในระยะเวลาที่ใช้ในการทดลอง จำนวน 3 สัปดาห์ภาคเรียนที่ 2 ปีการศึกษา 2566 1.5 ระยะเวลาการวิจัย ระยะเวลาในการทดลอง ภาคเรียนที่ 2 ปีการศึกษา 2566 ใช้เวลาทดลองสัปดาห์ละ 3 ชั่วโมง จำนวน 3 สัปดาห์รวมทั้งหมด 9 ชั่วโมง 1.6 นิยายศัพท์เฉพาะของการวิจัย 1. การจัดการเรียนรู้ตามแนวสะเต็มศึกษา หมายถึง การจัดการเรียนรู้แบบบูรณาการ 4 วิชา ได้แก่ คณิตศาสตร์ วิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี และการออกแบบทางวิศวกรรมโดยการให้นักเรียนได้ เรียนรู้จากการลง มือปฏิบัติจริง ซึ่งผู้วิจัยได้นำขั้นตอนและวิธีการสอนตามแนวสะเต็มศึกษาของ สถาบันส่งเสริมวิทยาศาสตร์และ เทคโนโลยี (สสวท.) (สถาบันส่งเสริมวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี กระทรวงศึกษาธิการ, 2557) มี 6 ขั้นตอน ดังนี้ 1.1 ระบุปัญหา (Problem Identification) เป็นการทำความเข้าใจปัญหาหรือความท้าทายวิเคราะห์ เงื่อนไขหรือข้อจำกัดของสถานการณ์ปัญหา เพื่อกำหนดขอบเขตของปัญหา ซึ่งจะนำไปสู่การสร้างชิ้นงานหรือ วิธีการในการแก้ปัญหา โดยครูทำหน้าที่เป็นผู้นำเสนอเหตุการณ์หรือสถานการณ์ที่จะทำไปสู่ปัญหาและใช้ คำถามเพื่อกระตุ้นให้นักเรียนอยากเรียนรู้ เมื่อนักเรียนได้รับรู้ถึงปัญหาแล้ว จึงเกิดการระดมความคิดเพื่อ ช่วยกันกำหนดขอบเขตของปัญหา แบ่งปัญหาออกเป็นรายข้อและเลือกปัญหาที่สำคัญที่สุดเพื่อนำไปสู่การ รวบรวมข้อมูล 1.2 รวบรวมข้อมูลและแนวคิดที่เกี่ยวข้องกับปัญหา (Related Information Search) เป็นการ รวบรวมข้อมูลและแนวคิดทางวิทยาศาสตร์ คณิตศาสตร์ และเทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องกับแนวทางการแก้ปัญหา เมื่อนักเรียนเลือกปัญหาที่สำคัญที่สุดจำเป็นต้องหาข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับปัญหานั้น โดยข้อมูลนั้นได้จากการครู เป็นผู้สอนในบทเรียนและนักเรียนสืบค้นข้อมูลเพิ่มเติมจากอินเทอร์เน็ตโดยใช้โทรศัพท์สมาร์ทโฟนเป็น เครื่องมือในการค้นหาเพื่อนำข้อมูลที่ได้นำไปใช้ในการออกแบบชิ้นงาน 1.3 ออกแบบวิธีการแก้ปัญหา (Solution Design) เป็นการประยุกต์ใช้ข้อมูลและแนวคิดที่เกี่ยวข้อง เพื่อการออกแบบชิ้นงานหรือวิธีการในการแก้ปัญหา นักเรียนจะเริ่มออกแบบชิ้นงานโดยอาศัยข้อมูลที่รวบรวม มาช่วยในการออกแบบ โดยมีครูเป็นผู้ให้คำแนะนำช่วยเหลือ และสังเกตการทำงานของนักเรียนแต่ละคน
11 1.4 วางแผนและดำเนินการแก้ปัญหา (Planning and Development) เป็นการกำหนดลำดับขั้นตอน ของการสร้างชิ้นงานหรือวิธีการ แล้วลงมือสร้างชิ้นงานหรือพัฒนาวิธีการเพื่อใช้ในการแก้ปัญหา เมื่อนักเรียน ได้แบบร่างมาแล้วจึงเริ่มสร้างชิ้นงานขึ้นตามแบบที่ได้กำหนดไว้ โดยมีครูเป็นผู้ให้คำแนะนำ ช่วยเหลือตลอดจน ดูแลด้านความปลอดภัยในการใช้อุปกรณ์และสังเกตการทำงานของนักเรียนแต่ละคน 1.5 ทดสอบ ประเมินผลและปรับปรุงแก้ไขวิธีการแก้ปัญหาหรือชิ้นงาน (Testing, Evaluation and Design Improvement) เป็นการทดสอบและประเมินการใช้งานของชิ้นงานหรือวิธีการ โดยผลที่ได้อาจ นำมาใช้ในการปรับปรุงและพัฒนา เมื่อนักเรียนสร้างชิ้นงานเสร็จเรียบร้อยแล้วจึงนำไปทดสอบว่าชิ้นงานนี้ สามารถแก้ปัญหาได้หรือไม่โดยทดสอบชิ้นงานที่ละกลุ่ม แต่ละกลุ่มทดสอบและจดบันทึกผลข้อบกพร่องเพื่อ นำไปใช้ในการปรับปรุงชิ้นงาน หลังจากที่นักเรียนทดสอบชิ้นงานแล้วครูให้นักเรียนแต่ละกลุ่มมีส่วนร่วมในการ ให้คะแนนชิ้นงานของเพื่อนนักเรียนด้วยกัน เพื่อให้นักเรียนแสดงความรู้สึกและฝึกการยอมรับข้อแตกต่างโดย ครูทำหน้าที่เป็นผู้ดำเนินกิจกรรม 1.6 นำเสนอวิธีการแก้ปัญหา ผลการแก้ปัญหาหรือชิ้นงาน (Presentation) เป็นการนำเสนอแนวคิด และขั้นตอนการแก้ปัญหาของการสร้างชิ้นงานให้ผู้อื่นเข้าใจ และได้ข้อเสนอแนะเพื่อการพัฒนาต่อไป เมื่อ นักเรียนทดสอบชิ้นงานและรวบรวมผลที่ได้จากการทดสอบแล้ว ให้นักเรียนแต่ละกลุ่มน ำเสนอผลการ แก้ปัญหา ข้อดีข้อเสียของชิ้นงานและการข้อเสนอแนะในการทำงานครั้งต่อไป จากนั้นครูและนักเรียนร่วมกัน สรุปผลการทำกิจกรรมปัญหาเพื่อใช้เป็นแนวทางในการทำกิจกรรมในครั้งต่อไป 2. ผลสมฤทธิ์ทางการเรียนวิชาวิทยาศาสตร์ หมายถึง คะแนนความรู้ความเข้าใจเกี่ยวกับ เนื้อหาวิชา วิทยาศาสตร์เรื่อง การแยกสารผสม ของนักเรียนชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 2/3 ก่อนและหลังใช้การเรียนรู้ตามแนวสะ เต็มศึกษา โดยใช้แบบทดสอบข้อสอบปรนัย 4 ตัวเลือก จำนวน 30 ข้อ 3. ทักษะกระบวนการทางวิทยาศาสตร์ หมายถึง ระดับความสามารถของนักเรียน ในการศึกษาค้นคว้า ข้อเท็จจริงด้วยวิธีการทางวิทยาศาสตร์ เพื่อสืบค้นรวบรวมข้อมูลสำหรับใช้ แก้ปัญหา เป็นทักษะกระบวนการ ทางวิทยาศาสตร์ชั้นบูรณาการ 5 ทักษะซึ่งเหมาะสำหรับระดับ การศึกษาในชั้นมัธยมศึกษา (The Americanassociation for the advancement of science: AAAS (1970: 30-176) ประกอบด้วย 5 ทักษะดังนี้ 1) การตั้งสมมติฐาน 2) การกำหนดและ การควบคุมตัวแบบ 3) การกำหนดนิยามเชิงปฏิบัติการ ของตัวแปร 4) การทดลอง 5) การตีความข้อมูลและการลงข้อสรุป ซึ่งให้คะแนนเป็นรายกลุ่มตามเกณฑ์การให้ คะแนนแบบ Rubrics Score มี 5 ระดับ คือ มาก ปานกลาง พอใช้และปรับปรุงโดยใช้แบบประเมินที่ผู้วิจัยได้ สร้างขึ้น 4. การแยกสารผสม หมายถึง การแยกสารที่ผสมกันตั้งแต่ 2 ชนิดขึ้นไปออกจากกัน เพื่อนำสารที่ได้นั้นไป ใช้ประโยชน์ตามต้องการ ซึ่งสามารถแยกสารผสมด้วย การระเหยแห้ง การตกผลึก การกลั่น โครมาโทกราฟี แบบกระดาษ และการสกัดด้วยตัวทำละลาย
12 1.7 ประโยชน์ที่ได้รับจากการวิจัย 1. นักเรียนชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 2/3 ได้รับการจัดการเรียนรู้ตามแนวสะเต็มศึกษา สามารถนำความรู้ความ เข้าใจไปปรับใช้ได้อย่างเหมาะสม 2. ครูผู้สอนสามารถนำแนวทางการจัดการเรียนการสอนตามแนวสะเต็มศึกษาไปใช้ในการจัดกิจกรรมการ เรียนการสอนในรายวิชาอื่นๆได้อีกด้วย 3. โรงเรียนได้บุคลากรที่มีคุณภาพสามารถพัฒนาวิชาชีพให้สูงขึ้น
13 บทที่ 2 เอกสารและงานวิจัยที่เกี่ยวข้อง การวิจัยเรื่อง การจัดการเรียนรู้ตามแนวสะเต็มศึกษาเพื่อพัฒนาทักษะกระบวนการทางวิทยาศาสตร์ ของ นักเรียนชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 2 ครั้งนี้ผู้วิจัยได้ดำเนินการศึกษาค้นคว้าเกี่ยวข้องเอกสารและงานวิจัยที่เกี่ยวข้อง ดังต่อไปนี้ 1. หลักสูตรแกนกลางการศึกษาขั้นพื้นฐาน พุทธศักราช 2551 (ฉบับปรับปรุง 2560) 2. กลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี 3. แนวคิดเกี่ยวกับการจัดการเรียนรู้ตามแนวสะเต็มศึกษา 4. แนวคิดเกี่ยวกับทักษะกระบวนการวิทยาศาสตร์ 5. งานวิจัยที่เกี่ยวข้อง 2.1 หลักสูตรแกนกลางการศึกษาขั้นพื้นฐาน พุทธศักราช 2551 (ฉบับปรับปรุง 2560) 2.1.1 วิสัยทัศน์ หลักสูตรสถานศึกษา มุ่งพัฒนาผู้เรียนทุกคน ซึ่งเป็นกำลังของชาติให้เป็นมนุษย์ที่มีความ สมดุลทั้งด้านร่างกาย ความรู้ คุณธรรม มีจิตสำนึกในความเป็นพลเมืองไทยและเป็นพลเมืองโลก ยึดมั่นในการ ปกครองตามระบอบประชาธิปไตยอันมีพระมหากษัตริย์ทรงเป็นประมุข มีความรู้และทักษะพื้นฐาน รวมทั้งเจต คติที่จำเป็นต่อการศึกษาต่อ การประกอบอาชีพ และการศึกษาตลอดชีวิต โดยมุ่งเน้นผู้เรียนเป็นสำคัญบน พื้นฐานความเชื่อว่า ทุกคนสามารถเรียนรู้และพัฒนาตนเองได้เต็มตามศักยภาพ 2.1.2 หลักการ หลักสูตรสถานศึกษา มีหลักการที่สำคัญ ดังนี้ 1. เป็นหลักสูตรการศึกษาเพื่อความเป็นเอกภาพของชาติ มีจุดหมายและมาตรฐานการ เรียนรู้เป็นเป้าหมายสำหรับพัฒนาเด็กและเยาวชนให้มีความรู้ ทักษะ เจตคติ และคุณธรรม บนพื้นฐานของ ความเป็นไทยควบคู่กับความเป็นสากล 2. เป็นหลักสูตรการศึกษาเพื่อปวงชน ที่ทุกคนมีโอกาสได้รับการศึกษาอย่างเสมอภาคและมี คุณภาพ 3. เป็นหลักสูตรการศึกษาที่สนองการกระจายอำนาจ ให้สังคมมีส่วนร่วมในการจัดการศึกษา ให้สอดคล้องกับสภาพและความต้องการของท้องถิ่น 4. เป็นหลักสูตรการศึกษาที่มีโครงสร้างยืดหยุ่นทั้งด้านสาระการเรียนรู้ เวลา และการจัดการ เรียนรู้ 5. เป็นหลักสูตรการศึกษาที่เน้นผู้เรียนเป็นสำคัญ 6. เป็นหลักสูตรการศึกษาสำหรับการศึกษาในระบบ นอกระบบ และตามอัธยาศัย ครอบคลุม ทุกกลุ่มเป้าหมาย สามารถเทียบโอนผลการเรียนรู้ และประสบการณ์
14 2.1.3 จุดมุ่งหมาย หลักสูตรสถานศึกษา มุ่งพัฒนาผู้เรียนให้เป็นคนดี มีปัญญา มีความสุข มีศักยภาพ ใน การศึกษาต่อ และประกอบอาชีพ จึงกำหนดเป็นจุดหมายเพื่อให้เกิดกับผู้เรียน เมื่อจบการศึกษาขั้นพื้นฐาน ดังนี้ 1. มีคุณธรรม จริยธรรม และค่านิยมที่พึงประสงค์ เห็นคุณค่าของตนเอง มีวินัยและปฏิบัติตน ตามหลักธรรมของพระพุทธศาสนา หรือศาสนาที่ตนนับถือ ยึดหลักปรัชญาของเศรษฐกิจพอเพียง 2. มีความรู้ ความสามารถในการสื่อสาร การคิด การแก้ปัญหา การใช้เทคโนโลยี และมีทักษะ ชีวิต 3. มีสุขภาพกายและสุขภาพจิตที่ดี มีสุขนิสัย และรักการออกกำลังกาย 4. มีความรักชาติ มีจิตสำนึกในความเป็นพลเมืองไทยและพลเมืองโลก ยึดมั่นในวิถีชีวิตและ การปกครองตามระบอบประชาธิปไตยอันมีพระมหากษัตริย์ทรงเป็นประมุข 5. มีจิตสำนึกในการอนุรักษ์วัฒนธรรมและภูมิปัญญาไทย การอนุรักษ์และพัฒนาสิ่งแวดล้อม มี จิตสาธารณะมุ่งทำประโยชน์และสร้างสิ่งที่ดีงามในสังคม และอยู่ร่วมกันในสังคมอย่างมีความสุข 2.1.4 สมรรถนะสำคัญของผู้เรียน หลักสูตรสถานศึกษา มุ่งให้ผู้เรียนเกิดสมรรถนะสำคัญ 5 ประการ ดังนี้ 1. ความสามารถในการสื่อสาร เป็นความสามารถในการรับและส่งสาร มีวัฒนธรรม การใช้ ภาษาถ่ายทอดความคิด ความรู้ความเข้าใจ ความรู้สึก และทัศนะของตนเอง เพื่อแลกเปลี่ยนข้อมูลข่าวสาร และประสบการณ์อันจะเป็นประโยชน์ต่อการพัฒนาตนเองและสังคม รวมทั้งการเจรจาต่อรองเพื่อขจัดและลด ปัญหาความขัดแย้งต่างๆ การเลือกรับหรือไม่รับข้อมูลข่าวสารด้วยหลักเหตุผลและความถูกต้อง ตลอดจนการ เลือกใช้วิธีการสื่อสารที่มีประสิทธิภาพ โดยคำนึงถึงผลกระทบที่มีต่อตนเองและสังคม 2. ความสามารถในการคิด เป็นความสามารถในการคิดวิเคราะห์ การคิดสังเคราะห์ การคิด อย่างสร้างสรรค์การคิดอย่างมีวิจารณญาณ และการคิดเป็นระบบ เพื่อนำไปสู่การสร้างองค์ความรู้ หรือ สารสนเทศเพื่อการตัดสินใจเกี่ยวกับตนเองและสังคมได้อย่างเหมาะสม 3. ความสามารถในการแก้ปัญหา เป็นความสามารถในการแก้ปัญหาและอุปสรรคต่างๆ ที่ เผชิญได้อย่างถูกต้องเหมาะสมบนพื้นฐานของหลักเหตุผล คุณธรรมและข้อมูลสารสนเทศ เข้าใจความสัมพันธ์ และการเปลี่ยนแปลงของเหตุการณ์ต่างๆ ในสังคม แสวงหาความรู้ ประยุกต์ความรู้มาใช้ในการป้องกันและ แก้ไขปัญหา และมีการตัดสินใจที่มีประสิทธิภาพ โดยคำนึงถึงผลกระทบที่เกิดขึ้นต่อตนเอง สังคม และ สิ่งแวดล้อม 4. ความสามารถในการใช้ทักษะชีวิต เป็นความสามารถในการนำกระบวนการต่างๆ ไปใช้ใน การดำเนินชีวิตประจำวัน การเรียนรู้ด้วยตนเอง การเรียนรู้อย่างต่อเนื่อง การทำงาน และการอยู่ร่วมกันใน สังคมด้วยการสร้างเสริมความสัมพันธ์อันดีระหว่างบุคคล การจัดการปัญหาและความขัดแย้งต่างๆ อย่าง
15 เหมาะสม การปรับตัวให้ทันกับการเปลี่ยนแปลงของสังคมและสภาพแวดล้อม และการรู้จักหลีกเลี่ยง พฤติกรรมไม่พึงประสงค์ที่ส่งผลกระทบต่อตนเองและผู้อื่น 5. ความสามารถในการใช้เทคโนโลยีเป็นความสามารถในการเลือก และใช้เทคโนโลยีด้าน ต่างๆ และมีทักษะกระบวนการทางเทคโนโลยี เพื่อการพัฒนาตนเองและสังคมในด้าน การเรียนรู้ การสื่อสาร การทำงาน การแก้ปัญหาอย่างสร้างสรรค์ถูกต้อง เหมาะสม และมีคุณธรรม 2.1.5 คุณลักษณะอันพึงประสงค์ หลักสูตรสถานศึกษา มุ่งพัฒนาผู้เรียนให้มีคุณลักษณะอันพึงประสงค์ เพื่อให้สามารถ อยู่ ร่วมกับผู้อื่นในสังคมอย่างมีความสุข ในฐานะเป็นพลเมืองไทยและพลเมืองโลก ดังนี้ 1. รักชาติ ศาสน์ กษัตริย์ 2. ซื่อสัตย์สุจริต 3. มีวินัย 4. ใฝ่เรียนรู้ 5. อยู่อย่างพอเพียง 6. มุ่งมั่นในการทำงาน 7. รักความเป็นไทย 8. มีจิตสาธารณะ 2.2 กลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี 2.2.1 ความสำคัญของวิทยาศาสตร์ การเรียนรู้วิทยาศาสตร์เป็นการพัฒนาผู้เรียนให้ได้รับทั้งความรู้กระบวนการเจตคติผู้เรียนทุก คน ควรได้รับการกระตุ้นส่งเสริม ให้สนใจและกระตือรือร้น ที่จะเรียนรู้วิทยาศาสตร์มีความสงสัย เกิดคำถาม ในสิ่งต่างๆที่เกี่ยวกับโลกธรรมชาติรอบตัว มีความมุ่งมั่น และมีความสุขที่จะศึกษาค้นคว้า สืบเสาะหาความรู้ เพื่อรวบรวมข้อมูล วิเคราะห์ผล นำไปสู่คำตอบของคำถาม สามารถตัดสินใจด้วยการใช้ข้อมูลอย่างมี เหตุผล สามารถสื่อสารคำถาม คำตอบ ข้อมูลและสิ่งที่ค้นพบจากการเรียนรู้ให้ผู้อื่นเข้าใจได้ การเรียนรู้วิทยาศาสตร์เป็นการเรียนรู้ตลอดชีวิต เนื่องจากความรู้วิทยาศาสตร์เป็นเรื่องราว เกี่ยวกับโลกธรรมชาติ ซึ่งมีการเปลี่ยนแปลงตลอดเวลา ทุกคนจึงต้องเรียนรู้เพื่อนำผลการเรียนรู้ไปใช้ในชีวิต และการประกอบอาชีพ เมื่อผู้เรียนได้เรียนวิทยาศาสตร์โดยได้รับการกระตุ้นให้เกิดความตื่นเต้นท้าทายกับการ เผชิญสถานการณ์หรือปัญหา มีการร่วมกันคิด ลงมือปฏิบัติจริง ก็เข้าใจและเห็นความเชื่อมโยงของ วิทยาศาสตร์กับวิชาอื่น และชีวิต ทำให้สามารถอธิบาย ทำนาย คาดการณ์สิ่งต่างๆได้อย่างมีเหตุผล การ ประสบความสำเร็จในการเรียนวิทยาศาสตร์จะเป็นแรงกระตุ้นให้ผู้เรียนมีความสนใจ มุ่งมั่นที่จะสังเกตสำรวจ ตรวจสอบ สืบค้นความรู้ทีมีคุณค่าเพิ่มขึ้นอย่างไม่หยุดยั้ง การจัดกิจกรรมการเรียนการสอนจึงต้องสอดคล้อง
16 กับสภาพจริงในชีวิต โดยใช้แหล่งเรียนรู้หลากหลายในท้องถิ่น และคำนึงถึงผู้เรียนที่มีวิธีการเรียนรู้ความสนใจ และความถนัดแตกต่างกัน การเรียนรู้วิทยาศาสตร์พื้นฐาน เป็นการเรียนรู้เพื่อความเข้าใจ ซาบซึ้งและเห็นความสำคัญของ ธรรมชาติและสิ่งแวดล้อม ซึ่งจะส่งผลให้ผู้เรียนสามารถเชื่อมโยงองค์ความรู้หลายๆด้าน เป็นความรู้แบบองค์ รวม อันจะนำไป สู่การสร้างสรรค์สิ่งต่างๆ และพัฒนาคุณภาพชีวิต มีความสามารถในการจัดการ และร่วมกัน ดูแลรักษาโลกธรรมชาติอย่างยั่งยืน 2.2.2 ธรรมชาติและลักษณะเฉพาะของวิทยาศาสตร์ ธรรมชาติของวิทยาศาสตร์ เป็นลักษณะเฉพาะ ซึ่งจะบ่งบอกถึงความแตกต่างระหว่างตัว วิทยาศาสตร์และศาสตร์อื่นๆ ธรรมชาติวิทยาศาสตร์เป็นลักษณะของค่านิยม ข้อสรุป แนวคิดหรือแม้แต่ คำอธิบายที่จะบอกว่าวิทยาศาสตร์คืออะไร มีส่วนเกี่ยวข้องกับอะไรบ้าง และอย่างไร คำอธิบายเหล่านี้จะ ผสมผสานกลมกลืนอยู่ในตัววิทยาศาสตร์ ความรู้ทางวิทยาศาสตร์ และการพัฒนาความรู้ทางวิทยาศาสตร์ รวมถึงการมองสิ่งเหล่านี้ในเชิงปรัชญาเกี่ยวกับการกำเนิด ธรรมชาติ วิธีการและขอบเขตของความรู้ของมนุษย์ (Epistemology) และในเชิงสังคมวิทยา (Sociology) ธรรมชาติของวิทยาศาสตร์ประกอบไปด้วยแนวคิดเกี่ยวกับตัววิทยาศาสตร์อยู่หลายแนวคิด ซึ่ง ในที่นี้อาจจัดหมวดหมู่ของแนวคิดเหล่านั้นได้เป็น 3 กลุ่มใหญ่ๆ ตามการจัดของThe American Association for the Advancement of Science (AAAS) ได้แก่ ด้านที่ 1 โลกในมุมมองแบบวิทยาศาสตร์(Scientific World View) 1.1 โลกคือสิ่งที่สามารถทำความเข้าใจได้ เราสามารถทำความเข้าใจปรากฏการณ์ต่างๆที่เกิดขึ้นบนโลกและจักรวาลได้ด้วย ความคิด และการใช้ปัญญา โดยมีวิธีการศึกษาอย่างเป็นระบบ ใช้เครื่องมือต่างๆในการรวบรวมข้อมูล เพื่อให้ ได้มาซึ่งคำตอบ แต่ก็มักจะเกิดคำถามใหม่ๆได้เสมอจากการศึกษา 1.2 แนวคิดทางวิทยาศาสตร์สามารถเปลี่ยนแปลงได้ วิทยาศาสตร์ คือ กระบวนการสร้างองค์ความรู้ ซึ่งประกอบด้วยการสังเกต ปรากฏการณ์ต่างๆ ในธรรมชาติอย่างละเอียดรอบคอบเพื่อทำความเข้าใจปรากฏการณ์นั้นๆ ดังนั้นคำถามใหม่ จึงเกิดขึ้นต่อเนื่องตลอดเวลาอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ และส่งผลในการปรับปรุงหรือคิดค้นวิธีการใหม่ในการค้นหา คำตอบ ซึ่งการสังเกตครั้งใหม่อาจได้ข้อมูลที่ความรู้ทางวิทยาศาสตร์ที่มีอยู่แล้วยังไม่สามารถอธิบายได้ แม้ว่าใน มุมมองวิทยาศาสตร์นั้นไม่มีความจริงใดที่สัมบูรณ์ที่สุด(Absolute Truth) แต่ข้อมูลที่มีความถูกต้องแม่นยำ มากขึ้นจะยิ่งทำให้มนุษย์เข้าใจปรากฏการณ์นั้นๆ ได้ใกล้เคียงความเป็นจริงมากขึ้น 1.3 ความรู้ทางวิทยาศาสตร์มีความคงทน ความรู้ทางวิทยาศาสตร์พัฒนาขึ้นมาอย่างช้าๆ ผ่านวิธีการทางวิทยาศาสตร์ เช่น การสำรวจ สืบค้น ทดลอง สร้างแบบจำลอง อย่างต่อเนื่องซ้ำแล้วซ้ำเล่า ดังนั้นแม้ว่าวิทยาศาสตร์จะยอมรับ เรื่องความไม่แน่นอน (Uncertainty) และปฏิเสธเรื่องความจริงสัมบูรณ์ว่าเป็นส่วนหนึ่งของธรรมชาติ แต่
17 ความรู้ทางวิทยาศาสตร์ส่วนใหญ่มีความคงทน เชื่อถือได้เพราะผ่านวิธีการทางวิทยาศาสตร์ที่เน้นความถูกต้อง แม่นยำ 1.4 ทฤษฎีและกฎมีความสัมพันธ์กันแต่มีความแตกต่างกัน แนวความคิดคลาดเคลื่อนที่พบบ่อยเกี่ยวกับทฤษฎีและกฎ คือ “กฎเป็นทฤษฎีที่ พัฒนาแล้ว จึงมีความน่าเชื่อถือและมีคุณค่ามากกว่าทฤษฎี” ในความเป็นจริงแล้ว ทั้งกฎและทฤษฎีเป็น ผลผลิตของวิทยาศาสตร์ที่มีความสำคัญเท่าเทียมกัน โดย กฎ คือ แบบแผนที่ปรากฏในธรรมชาติ ส่วน ทฤษฎี คือ คำอธิบายว่าทำไมแบบแผนของธรรมชาติจึงเป็นไปตามกฎนั้นๆ 1.5 วิทยาศาสตร์ไม่สามารถตอบได้ทุกคำถาม นักวิทยาศาสตร์ไม่มีหน้าที่ให้คำตอบหรืออภิปรายในเรื่องเหล่านี้ แม้ว่าคำอธิบาย ทางวิทยาศาสตร์อาจให้คำตอบหรือทางเลือกที่เป็นไปได้ก็ตามในหลายสิ่งหลายอย่างบนโลกไม่สามารถพิสูจน์ หรือตรวจสอบได้ด้วยวิธีการทางวิทยาศาสตร์ เช่น พลังเหนือธรรมชาติ (Supernatural Power and Being) ความเชื่อเรื่องปาฏิหาริย์ (Miracle) ผีสาง(Superstition) การทำนายโชคชะตา (Fortune-telling) หรือ โหราศาสตร์ (Astrology) ด้านที่ 2 การสืบเสาะหาความรู้ทางวิทยาศาสตร์(Scientific Inquiry) การสืบเสาะหาความรู้ทางวิทยาศาสตร์มีความซับซ้อนมากกว่าที่หลายคนคิด การ สืบเสาะหาความรู้มีความหมายโดยนัยมากกว่าการสังเกตอย่างละเอียดแล้วจัดกระทำข้อมูลเป็นลำดับขั้นที่ ตายตัว การสืบเสาะหาความรู้ประกอบด้วยการให้เหตุผลเชิงตรรกะ (Logic) ข้อมูลหลักฐานเชิงประจักษ์ (Empirical Evidence) จินตนาการ (Imagination) และการคิดสร้างสรรค์ (Inventiveness) และเป็นทั้งการ ทำงานโดยส่วนตัวและการทำงานร่วมกันของกลุ่มคน 2.1 วิทยาศาสตร์ต้องการหลักฐาน แนวคิดทางวิทยาศาสตร์ต้องการหลักฐานเชิงประจักษ์เพื่อยืนยันความถูกต้องและ ได้รับการยอมรับจากองค์กรวิทยาศาสตร์ (Scientific Enterprise) การทำงานทางวิทยาศาสตร์ของบุคคลหนึ่ง อาจได้ค้นพบสิ่งที่ยิ่งใหญ่ แต่ความก้าวหน้าทางองค์ความรู้ทางวิทยาศาสตร์ขึ้นกับการยอมรับขององค์กร วิทยาศาสตร์ 2.2 วิทยาศาสตร์มีการผสมผสานระหว่างตรรกศาสตร์ จินตนาการและการคิด สร้างสรรค์ การทำความเข้าใจปรากฏการณ์ต่างๆ ที่เกิดขึ้นบนโลกซึ่งต้องมีการพิสูจน์ด้วยการ ให้เหตุผลเชิงตรรกะ (Logic) ที่เชื่อมโยงหลักฐานเข้ากับข้อสรุป อย่างไรก็ตามการใช้ตรรกะเพียงอย่างเดียวไม่ เพียงพอต่อความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์จินตนาการและการคิดสร้างสรรค์มีส่วนสำคัญอย่างมากในการสร้าง สมมติฐาน ทฤษฎี เพื่อทำความเข้าใจปรากฏการณ์นั้นๆ ดังคำกล่าวของไอสไตน์ว่า “การจินตนาอย่างมีเหตุผล มีบทบาทสำคัญในวิทยาศาสตร์”
18 2.3 วิทยาศาสตร์ให้คำอธิบายและการทำนาย นักวิทยาศาสตร์พยายามอธิบายปรากฏการณ์ที่สังเกตโดยใช้วิธีการทางวิทยาศาสตร์ ที่เป็นที่ยอมรับ ซึ่งความน่าเชื่อถือของคำอธิบายทางวิทยาศาสตร์มาจากความสามารถในการแสดง ความสัมพันธ์ระหว่างหลักฐานและปรากฏการณ์ที่ไม่เคยค้นพบมาก่อน นอกจากวิทยาศาสตร์จะให้คำอธิบาย เกี่ยวกับปรากฏการณ์ต่างๆ แล้ว วิทยาศาสตร์ยังให้ความสำคัญกับการทำนายซึ่งอาจเป็นได้ทั้งการทำนาย ปรากฏการณ์ หรือเหตุการณ์ในอนาคตหรือในอดีตที่ยังไม่มีการค้นพบหรือศึกษามาก่อน 2.4 นักวิทยาศาสตร์พยายามที่จะระบุและหลีกเลี่ยงความลำเอียง ข้อมูลหลักฐานมีความสำคัญอย่างมากในการนำเสนอแนวคิดใหม่ ๆ นักวิทยาศาสตร์ มักมีคำถามว่า “แนวคิดนี้มีหลักฐานอะไรมายืนยัน” ดังนั้นการรวบรวมหลักฐานทางวิทยาศาสตร์ต้องมีความ ถูกต้องแม่นยำ ปราศจากความลำเอียง บางครั้งหลักฐานเชิงวิทยาศาสตร์ที่ได้อาจมาจากความลำเอียง อันเกิด จากตัวผู้สังเกต กลุ่มตัวอย่าง เครื่องมือและวิธีการที่ใช้ การตีความหมาย หรือการรายงานข้อมูล โดยเฉพาะ ความลำเอียงอันเกิดมาจากนักวิทยาศาสตร์ซึ่งอาจมาจากเพศ อายุ เชื้อชาติ ความรู้และประสบการณ์เดิม หรือ ความเชื่อ 2.5 วิทยาศาสตร์ไม่ยอมรับการมีอำนาจเหนือบุคคลอื่น วิทยาศาสตร์ไม่ยอมรับนับถือการมีอำนาจเหนือบุคคลอื่น (Authority) และเชื่อว่าไม่ มีบุคคลใดหรือนักวิทยาศาสตร์คนไหน ไม่ว่าจะมีชื่อเสียงหรือตำแหน่งหน้าที่การงานสูงเพียงใดที่จะมีอำนาจ ตัดสินว่า อะไรคือความจริง หรือมีสิทธิพิเศษในการเข้าถึงความจริงมากกว่าคนอื่น ๆเพราะความรู้ทาง วิทยาศาสตร์ที่ค้นพบจะต้องพิสูจน์ตัวเองด้วยความสามารถในการอธิบายปรากฏการณ์หนึ่ง ๆ ได้ดีกว่าแนวคิด ที่มีอยู่เดิม ด้านที่ 3 องค์กรทางวิทยาศาสตร์(Scientific Enterprise) วิทยาศาสตร์ คือ กิจกรรมของมนุษยชาติ (Human activity) ซึ่งมีมิติในระดับของ บุคคล สังคม หรือองค์กร โดยกิจกรรมทางวิทยาศาสตร์ที่กระทำอาจเป็นสิ่งที่แบ่งแยกยุคสมัยต่าง ๆออกจาก กันอย่างชัดเจน 3.1 วิทยาศาสตร์คือกิจกรรมทางสังคมที่ซับซ้อน วิทยาศาสตร์ คือ กิจกรรมที่อยู่ภายใต้ระบบสังคมของมนุษย์ ดังนั้นกิจกรรมทาง วิทยาศาสตร์จึงอาจได้รับการสนับสนุนหรือถูกขัดขวางด้วยปัจจัยต่าง ๆ ทาง 3.2 วิทยาศาสตร์แตกแขนงเป็นสาขาต่าง ๆ และมีการดำเนินการในหลายองค์กร วิทยาศาสตร์ คือ การรวบรวมความรู้ที่หลากหลายของศาสตร์สาขาต่าง ๆ ซึ่งมี ความแตกต่างกันในด้านประวัติศาสตร์ ปรากฏการณ์ที่ศึกษา เป้าหมาย และเทคนิควิธีการที่ใช้ การทำงานที่ แยกออกเป็นสาขาต่าง ๆ มีประโยชน์ในการจัดโครงสร้างการทำงานและข้อค้นพบ แต่แท้ที่จริงแล้ว ไม่มีเส้น แบ่งหรือขอบเขตระหว่างสาขาต่าง ๆ โดยสิ้นเชิง ดังจะเห็นได้จากสาขาใหม่ ๆ ที่เกิดขึ้นที่แสดงถึงการเชื่อมโยง ระหว่างสาขา
19 3.3 วิทยาศาสตร์มีหลักการทางจริยธรรมในการดำเนินการ นักวิทยาศาสตร์ต้องทำงานโดยมีจริยธรรมทางวิทยาศาสตร์ (Ethical norms of science) เพราะในบางครั้งความต้องการได้รับการยกย่องว่าเป็นคนแรกที่ค้นพบความรู้ใหม่อาจทำให้ นักวิทยาศาสตร์ก้าวไปในทางที่ผิดได้ 3.4 นักวิทยาศาสตร์เข้าร่วมกิจกรรมทางสังคมในฐานะผู้เชี่ยวชาญและประชาชนคน หนึ่ง ในบางครั้งนักวิทยาศาสตร์เข้าร่วมกิจกรรมทางสังคมในฐานะผู้เชี่ยวชาญที่มีความรู้ ทักษะ และประสบการณ์เฉพาะทาง แต่ในบางครั้งก็เข้าร่วมกิจกรรมทางสังคมในฐานะประชาชนคนหนึ่งที่มี มุมมอง ความสนใจ ค่านิยม และความเชื่อส่วนตัว 3.5 ความสัมพันธ์ระหว่างวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี บางคนอาจเข้าใจว่า วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีมีความหมายเหมือนกันหรือ คล้ายกันแต่แท้ที่จริงแล้ว ทั้งสองมีจุดเน้นที่แตกต่างกัน โดยวิทยาศาสตร์จะเน้นการแสวงหาความรู้เพื่อการต่อ ยอดความรู้ ส่วนเทคโนโลยีจะเน้นการใช้ความรู้เพื่อตอบสนองต่อการดำรงชีวิตที่สะดวกสบายมากยิ่งขึ้น อย่างไรก็ตาม วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีมีความสัมพันธ์กัน 2.2.3 เป้าหมายของการจัดการเรียนการสอนวิทยาศาสตร์ วิทยาศาสตร์เป็นเรื่องของการเรียนรู้เกี่ยวกับธรรมชาติโดยมนุษย์ใช้กระบวนการสังเกต สำรวจ ตรวจสอบ และการทดลองเกี่ยวกับปรากฏการณ์ทางธรรมชาติและนำผลมาจัดระบบ หลักการ แนวคิดและ ทฤษฎีดังนั้นการเรียนการสอนวิทยาศาสตร์จึงมุ่งเน้นให้ผู้เรียนได้เป็นผู้เรียนรู้และค้นพบด้วยตนเองมากที่สุด นั่นคือให้ได้ทั้งกระบวนการและองค์ความรู้ตั้งแต่วัยเริ่มแรกก่อนเข้าเรียน เมื่ออยู่ในสถานศึกษาและเมื่อออก จากสถานศึกษาไปประกอบอาชีพแล้ว การจัดการเรียนการสอนวิทยาศาสตร์ในสถานศึกษามีเป้าหมายสำคัญดังนี้ 1. เพื่อให้เข้าใจหลักการ ทฤษฎีที่เป็นพื้นฐานในวิทยาศาสตร์ 2. เพื่อให้เข้าใจขอบเขต ธรรมชาติและข้อจำกัดของวิทยาศาสตร์ 3. เพื่อให้มีทักษะที่สำคัญในการศึกษาค้นคว้าและคิดค้นทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี 4. เพื่อพัฒนากระบวนการคิดและจินตนาการ ความสามารถในการแก้ปัญหาและการจัดการ ทักษะในการสื่อสาร และความสามารถในการตัดสินใจ 5. เพื่อให้ตระหนักถึงความสัมพันธ์ระหว่างวิทยาศาสตร์เทคโนโลยีมวลมนุษย์และ สภาพแวดล้อมในเชิงที่มีอิทธิพลและผลกระทบซึ่งกันและกัน 6. เพื่อนำความรู้ความเข้าใจในเรื่องวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีไปใช้ให้เกิดประโยชน์ ต่อสังคม และการดำรงชีวิต 7. เพื่อให้เป็นคนมีจิตวิทยาศาสตร์ มีคุณธรรม จริยธรรม และค่านิยมในการใช้วิทยาศาสตร์และ เทคโนโลยีอย่างสร้างสรรค์
20 2.2.4 สาระและมาตรฐานการเรียนรู้วิทยาศาสตร์ สาระที่ 1 วิทยาศาสตร์ชีวภาพ มาตรฐาน ว 1.1 เข้าใจความหลากหลายของระบบนิเวศ ความสัมพันธ์ระหว่างสิ่งไม่มีชีวิต กับสิ่งมีชีวิต และ ความสัมพันธ์ระหว่างสิ่งมีชีวิตกับสิ่งมีชีวิตต่าง ๆ ในระบบนิเวศ การถ่ายทอดพลังงาน การ เปลี่ยนแปลงแทนที่ในระบบนิเวศ ความหมายของ ประชากร ปัญหาและผลกระทบที่มีต่อ ทรัพยากรธรรมชาติและสิ่งแวดล้อม แนวทางในการอนุรักษ์ทรัพยากรธรรมชาติและการ แก้ไขปัญหาสิ่งแวดล้อม รวมทั้งนำความรู้ไปใช้ประโยชน์ มาตรฐาน ว 1.2 เข้าใจสมบัติของสิ่งมีชีวิต หน่วยพื้นฐานของสิ่งมีชีวิต การลำเลียงสารเข้า และออกจากเซลล์ ความสัมพันธ์ของโครงสร้าง และหน้าที่ของระบบต่าง ๆ ของสัตว์และมนุษย์ที่ทำงาน สัมพันธ์กัน ความสัมพันธ์ของโครงสร้าง และหน้าที่ ของอวัยวะต่างๆ ของพืชที่ทำงาน สัมพันธ์กัน รวมทั้งนำความรู้ไปใช้ประโยชน์ มาตรฐาน ว 1.3 เข้าใจกระบวนการและความสำคัญของการถ่ายทอดลักษณะทางพันธุกรรม สารพันธุกรรม การเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรมที่มีผลต่อสิ่งมีชีวิต ความหลากหลาย ทางชีวภาพและ วิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิต รวมทั้งนำความรู้ไปใช้ประโยชน์ สาระที่ 2 วิทยาศาสตร์กายภาพ มาตรฐาน ว 2.1 เข้าใจสมบัติของสสาร องค์ประกอบของสสาร ความสัมพันธ์ระหว่างสมบัติของ สสารกับ โครงสร้างและแรงยึดเหนี่ยวระหว่างอนุภาค หลักและธรรมชาติของการเปลี่ยนแปลง สถานะของสสาร การเกิดสารละลาย และการเกิด ปฏิกิริยาเคมี มาตรฐาน ว 2.2 เข้าใจธรรมชาติของแรงในชีวิตประจำวัน ผลของแรงที่กระทำต่อวัตถุ ลักษณะ การเคลื่อนที่ แบบต่าง ๆ ของวัตถุรวมทั้งนำความรู้ไปใช้ประโยชน์ มาตรฐาน ว 2.3 เข้าใจความหมายของพลังงาน การเปลี่ยนแปลงและการถ่ายโอนพลังงาน ปฏิสัมพันธ์ ระหว่างสสารและพลังงาน พลังงานในชีวิตประจำวัน ธรรมชาติของ คลื่น ปรากฏการณ์ที่ เกี่ยวข้องกับเสียง แสง และคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า รวมทั้ง นำความรู้ไปใช้ประโยชน์ สาระที่ 3 วิทยาศาสตร์โลก และอวกาศ มาตรฐาน ว 3.1 เข้าใจองค์ประกอบ ลักษณะ กระบวนการเกิด และวิวัฒนาการของเอกภพ กาแล็กซีดาวฤกษ์ และระบบสุริยะ รวมทั้งปฏิสัมพันธ์ภายในระบบสุริยะ ที่ส่งผลต่อสิ่งมีชีวิต และการ ประยุกต์ใช้เทคโนโลยีอวกาศ มาตรฐาน ว 3.2 เข้าใจองค์ประกอบและความสัมพันธ์ของระบบโลก กระบวนการเปลี่ยนแปลง ภายในโลก และบนผิวโลก ธรณีพิบัติภัย กระบวนการเปลี่ยนแปลงลมฟ้า อากาศและภูมิอากาศโลก รวมทั้งผลต่อสิ่งมีชีวิตและสิ่งแวดล้อม สาระที่ 4 เทคโนโลยี มาตรฐาน ว 4.1 เข้าใจแนวคิดหลักของเทคโนโลยีเพื่อการดำรงชีวิตในสังคมที่มีการเปลี่ยนแปลง อย่างรวดเร็ว ใช้ความรู้และทักษะทางด้านวิทยาศาสตร์คณิตศาสตร์และ ศาสตร์อื่น ๆ เพื่อแก้ปัญหาหรือ
21 พัฒนางานอย่างมีความคิดสร้างสรรค์ด้วยกระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรม เลือกใช้ เทคโนโลยีอย่างเหมาะสม โดยคำนึงถึงผลกระทบต่อชีวิต สังคม และสิ่งแวดล้อม มาตรฐาน ว 4.2 เข้าใจและใช้แนวคิดเชิงคำนวณในการแก้ปัญหาที่พบในชีวิตจริงอย่างเป็น ขั้นตอนและเป็น ระบบ ใช้เทคโนโลยีสารสนเทศและการสื่อสารในการเรียนรู้การทำงาน และการแก้ปัญหา ได้อย่างมีประสิทธิภาพ รู้เท่าทัน และมีจริยธรรม 2.2.5 คุณภาพของผู้เรียนวิทยาศาสตร์ จบชั้นมัธยมศึกษาปีที่ ๓ เข้าใจลักษณะและองค์ประกอบที่สำคัญของเซลล์สิ่งมีชีวิต ความสัมพันธ์ของการทำงานของระบบ ต่างๆ ในร่างกายมนุษย์การดำรงชีวิตของพืช การถ่ายทอดลักษณะทางพันธุกรรม การเปลี่ยนแปลงของยีนหรือ โครโมโซม และตัวอย่างโรคที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรม ประโยชน์และผลกระทบของสิ่งมีชีวิตดัด แปรพันธุกรรม ความหลากหลายทางชีวภาพ ปฏิสัมพันธ์ขององค์ประกอบของระบบนิเวศและการถ่ายทอด พลังงานในสิ่งมีชีวิต เข้าใจองค์ประกอบและสมบัติของธาตุ สารละลาย สารบริสุทธิ์ สารผสมหลักการแยกสาร การ เปลี่ยนแปลงของสารในรูปแบบของการเปลี่ยนสถานะ การเกิดสารละลายและการเกิดปฏิกิริยาเคมีและสมบัติ ทางกายภาพ และการใช้ประโยชน์ของวัสดุประเภทพอลิเมอร์เซรามิก และวัสดุผสม เข้าใจการเคลื่อนที่ แรงลัพธ์และผลของแรงลัพธ์กระทำต่อวัตถุ โมเมนต์ของแรง แรงที่ปรากฏใน ชีวิตประจำวัน สนามของแรง ความสัมพันธ์ของงาน พลังงานจลน์ พลังงานศักย์โน้มถ่วง กฎการอนุรักษ์ พลังงาน การถ่ายโอนพลังงาน สมดุลความร้อน ความสัมพันธ์ของปริมาณทางไฟฟ้า การต่อวงจรไฟฟ้าในบ้าน พลังงานไฟฟ้า และหลักการเบื้องต้นของวงจรอิเล็กทรอนิกส์ เข้าใจสมบัติของคลื่น และลักษณะของคลื่นแบบต่าง ๆ แสง การสะท้อน การหักเหของแสงและทัศน อุปกรณ์ เข้าใจการโคจรของดาวเคราะห์รอบดวงอาทิตย์ การเกิดฤดู การเคลื่อนที่ปรากฏของดวงอาทิตย์การ เกิดข้างขึ้นข้างแรม การขึ้นและตกของดวงจันทร์การเกิดน้ำขึ้นน้ำลง ประโยชน์ของเทคโนโลยีอวกาศและ ความก้าวหน้าของโครงการสํารวจอวกาศ เข้าใจลักษณะของชั้นบรรยากาศ องค์ประกอบและปัจจัยที่มีผลต่อลมฟ้าอากาศ การเกิดและผลกระทบ ของพายุฟ้าคะนอง พายุหมุนเขตร้อน การพยากรณ์อากาศ สถานการณ์การเปลี่ยนแปลงภูมิอากาศโลก กระบวนการเกิดเชื้อเพลิงซากดึกดำบรรพ์และการใช้ประโยชน์ พลังงานทดแทนและการใช้ประโยชน์ลักษณะ โครงสร้างภายในโลก กระบวนการเปลี่ยนแปลงทางธรณีวิทยาบนผิวโลก ลักษณะชั้นหน้าตัดดิน กระบวนการ เกิดดิน แหล่งน้ำผิวดิน แหล่งน้ำใต้ดิน กระบวนการเกิดและผลกระทบของภัยธรรมชาติและธรณีพิบัติภัย เข้าใจแนวคิดหลักของเทคโนโลยีได้แก่ ระบบทางเทคโนโลยีการเปลี่ยนแปลงของเทคโนโลยี ความสัมพันธ์ระหว่างเทคโนโลยีกับศาสตร์อื่น โดยเฉพาะวิทยาศาสตร์ หรือคณิตศาสตร์วิเคราะห์ เปรียบเทียบ และตัดสินใจเพื่อเลือกใช้เทคโนโลยีโดยคำนึงถึงผลกระทบต่อชีวิต สังคม และสิ่งแวดล้อม ประยุกต์ใช้ความรู้ ทักษะ และทรัพยากรเพื่อออกแบบและสร้างผลงานสำหรับการแก้ปัญหาในชีวิตประจำวันหรือการประกอบ
22 อาชีพ โดยใช้กระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรม รวมทั้งเลือกใช้วัสดุอุปกรณ์และเครื่องมือได้อย่างถูกต้อง เหมาะสม ปลอดภัย รวมทั้งคำนึงถึงทรัพย์สินทางปัญญา 2.2.6 ตัวชี้วัดและสาระการเรียนรู้แกนกลาง ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 2 สาระที่ 1 วิทยาศาสตร์ชีวภาพ มาตรฐาน ว 1.2 เข้าใจสมบัติของสิ่งมีชีวิต หน่วยพื้นฐานของสิ่งมีชีวิต การลําเลียงสารเข้าและออกจากเซลล์ ความสัมพันธ์ของโครงสร้างและหน้าที่ของระบบต่าง ๆของสัตว์และมนุษย์ที่ทำงานสัมพันธ์กัน ความสัมพันธ์ ของโครงสร้างและหน้าที่ของอวัยวะต่าง ๆ ของพืชที่ทำงานสัมพันธ์กัน รวมทั้งนําความรู้ไปใช้ประโยชน์ ชั้น ตัวชี้วัด สาระการเรียนรู้แกนกลาง ม.2 1. ระบุอวัยวะและบรรยายหน้าที่ของอวัยวะ ที่เกี่ยวข้องในระบบหายใจ 2. อธิบายกลไกการหายใจเข้าและออก โดยใช้ แบบจําลอง รวมทั้งอธิบายกระบวนการ แลกเปลี่ยนแก๊ส 3. ตระหนักถึงความสำคัญของระบบหายใจ โดยการบอกแนวทางในการดูแลรักษาอวัยวะ ในระบบหายใจให้ทำงานเป็นปกติ • ระบบหายใจมีอวัยวะต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้อง ได้แก่ จมูก ท่อลม ปอด กะบังลม และกระดูกซี่โครง • มนุษย์หายใจเข้า เพื่อนําแก๊สออกซิเจนเข้าสู่ร่างกาย เพื่อนําไปใช้ในเซลล์และหายใจออกเพื่อกําจัดแก๊ส คาร์บอนไดออกไซด์ออกจากร่างกาย • อากาศเคลื่อนที่เข้าและออกจากปอดได้เนื่องจากการ เปลี่ยนแปลงปริมาตรและความดันของอากาศภายใน ช่องอกซึ่งเกี่ยวข้องกับการทำงานของกะบังลม และ กระดูกซี่โครง • ก า ร แ ล ก เ ป ล ี ่ ย น แ ก ๊ ส อ อ ก ซ ิ เ จ น ก ั บ แ ก๊ ส คาร์บอนไดออกไซด์ในร่างกาย เกิดขึ้นบริเวณถุงลมใน ปอดกับหลอดเลือดฝอยที่ถุงลม และระหว่างหลอด เลือดฝอยกับเนื้อเยื่อ • การสูบบุหรี่การสูดอากาศที่มีสารปนเปื้อน และ การ เป็นโรคเกี่ยวกับระบบหายใจบางโรคอาจทำให้เกิดโรค ถุงลมโป่งพอง ซึ่งมีผลให้ความจุอากาศของปอดลดลง ดังนั้นจึงควรดูแลรักษาระบบหายใจ ให้ทำหน้าที่เป็น ปกติ 4. ระบุอวัยวะและบรรยายหน้าที่ของอวัยวะ ในระบบขับถ่ายในการกําจัดของเสียทางไต 5. ตระหนักถึงความสำคัญของระบบขับถ่าย ในการกําจัดของเสียทางไต โดยการบอก • ระบบขับถ่ายมีอวัยวะที่เกี่ยวข้อง คือ ไต ท่อไต กระเพาะปัสสาวะ และท่อปัสสาวะ โดยมีไตทำหน้าที่ กําจัดของเสีย เช่น ยูเรีย แอมโมเนียกรดยูริก รวมทั้ง สารที่ร่างกายไม่ต้องการออกจากเลือด และควบคุม
23 แนวทางในการปฏิบัติตนที่ช่วยให้ระบบ ขับถ่ายทำหน้าที่ได้อย่างปกติ สารที่มีมากหรือน้อยเกินไป เช่น น้ำ โดยขับออกมาใน รูปของปัสสาวะ • การเลือกรับประทานอาหารที่เหมาะสม เช่น รับประทานอาหารที่ไม่มีรสเค็มจัด การดื่มน้ำสะอาด ให้เพียงพอ เป็นแนวทางหนึ่งที่ช่วยให้ระบบขับถ่ายทำ หน้าที่ได้อย่างปกติ 6. บรรยายโครงสร้างและหน้าที่ของหัวใจ หลอดเลือด และเลือด 7. อธิบายการทำงานของระบบหมุนเวียน เลือดโดยใช้แบบจําลอง • ระบบหมุนเวียนเลือดประกอบด้วย หัวใจ หลอด เลือด และเลือด • หัวใจของมนุษย์แบ่งเป็น ๔ ห้อง ได้แก่ หัวใจห้องบน ๒ ห้อง และห้องล่าง ๒ ห้อง ระหว่างหัวใจห้องบนและ หัวใจห้องล่างมีลิ้นหัวใจกั้น • หลอดเลือด แบ่งเป็น หลอดเลือดอาร์เตอรีหลอด เลือดเวน หลอดเลือดฝอย ซึ่งมีโครงสร้างต่างกัน • เลือด ประกอบด้วย เซลล์เม็ดเลือด เพลตเลต และพลาสมา • การบีบและคลายตัวของหัวใจทําให้เลือดหมุนเวียน และลําเลียงสารอาหาร แก๊ส ของเสีย และสารอื่นๆ ไป ยังอวัยวะและเซลล์ต่าง ๆ ทั่วร่างกาย • เลือดที่มีปริมาณแก๊สออกซิเจนสูงจะออกจากหัวใจ ไปยังเซลล์ต่าง ๆ ทั่วร่างกาย ขณะเดียวกันแก๊ส คาร์บอนไดออกไซด์จากเซลล์จะแพร่เข้าสู่เลือดและ ลําเลียงกลับเข้าสู่หัวใจและถูกส่งไปแลกเปลี่ยนแก๊สที่ ปอด 8. ออกแบบการทดลองและทดลอง ในการ เปรียบเทียบอัตราการเต้นของหัวใจ ขณะ ปกติและหลังทำกิจกรรม 9. ตระหนักถึงความสำคัญของระบบ หมุนเวียนเลือดโดยการบอกแนวทางในการ ดูแลรักษาอวัยวะในระบบหมุนเวียนเลือดให้ ทำงานเป็นปกติ • ชีพจรบอกถึงจังหวะการเต้นของหัวใจซึ่งอัตราการ เต้นของหัวใจในขณะปกติและหลังจากทำกิจกรรมต่าง ๆ จะแตกต่างกันส่วนความดันเลือด ระบบหมุนเวียน เลือดเกิดจากการทำงานของหัวใจและหลอดเลือด • อัตราการเต้นของหัวใจมีความแตกต่างกันในแต่ละ บุคคล คนที่เป็นโรคหัวใจและหลอดเลือดจะส่งผลทำ ให้หัวใจสูบฉีดเลือดไม่เป็นปกติ
24 • การออกกําลังกาย การเลือกรับประทานอาหารการ พักผ่อน และการรักษาภาวะอารมณ์ให้เป็นปกติจึงเป็น ทางเลือกหนึ่งในการดูแลรักษาระบบหมุนเวียนเลือด ให้เป็นปกติ 10. ระบุอวัยวะและบรรยายหน้าที่ของอวัยวะ ในระบบประสาทส่วนกลางในการควบคุมการ ทำงานต่าง ๆ ของร่างกาย 11. ตระหนักถึงความสำคัญของระบบ ประสาทโดยการบอกแนวทางในการดูแล รักษารวมถึงการป้องกันการกระทบกระเทือน และอันตรายต่อสมองและไขสันหลัง • ระบบประสาทส่วนกลาง ประกอบด้วยสมองและไข สันหลัง จะทำหน้าที่ร่วมกับเส้นประสาทซึ่งเป็นระบบ ประสาทรอบนอก ในการควบคุมการทำงานของ อวัยวะต่าง ๆ รวมถึงการแสดงพฤติกรรม เพื่อการ ตอบสนองต่อสิ่งเร้า • เมื่อมีสิ่งเร้ามากระตุ้นหน่วยรับความรู้สึก จะเกิด กระแสประสาทส่งไปตามเซลล์ประสาทรับความรู้สึก ไปยังระบบประสาทส่วนกลาง แล้วส่งกระแสประสาท มาตามเซลล์ประสาทสั่งการ ไปยังหน่วยปฏิบัติงาน เช่น กล้ามเนื้อ • ระบบประสาทเป็นระบบที่มีความซับซ้อนและมี ความสัมพันธ์กับทุกระบบในร่างกาย ดังนั้น จึงควร ป้องกันการเกิดอุบัติเหตุที่กระทบกระเทือนต่อสมอง หลีกเลี่ยงการใช้สารเสพติด หลีกเลี่ยงภาวะเครียด และรับประทานอาหารที่มีประโยชน์เพื่อดูแลรักษา ระบบประสาทให้ทำงานเป็นปกติ 12. ระบุอวัยวะและบรรยายหน้าที่ของอวัยวะ ในระบบสืบพันธุ์ของเพศชายและเพศหญิง โดยใช้แบบจําลอง 13. อธิบายผลของฮอร์โมนเพศชายและเพศ หญิงที่ควบคุมการเปลี่ยนแปลงของร่างกาย เมื่อเข้าสู่วัยหนุ่มสาว 14. ตระหนักถึงการเปลี่ยนแปลงของร่างกาย เมื่อเข้าสู่วัยหนุ่มสาว โดยการดูแลรักษา ร่างกายและจิตใจของตนเองในช่วงที่มีการ เปลี่ยนแปลง • มนุษย์มีระบบสืบพันธุ์ที่ประกอบด้วยอวัยวะต่างๆ ที่ ทำหน้าที่เฉพาะ โดยรังไข่ในเพศหญิงจะทำหน้าที่ผลิต เซลล์ไข่ส่วนอัณฑะในเพศชายจะทำหน้าที่สร้างเซลล์ อสุจิ • ฮอร์โมนเพศทำหน้าที่ควบคุมการแสดงออกของ ลักษณะทางเพศที่แตกต่างกัน เมื่อเข้าสู่วัยหนุ่มสาวจะ มีการสร้างเซลล์ไข่และเซลล์อสุจิการตกไข่การมีรอบ เดือน และถ้ามีการปฏิสนธิของเซลล์ไข่และเซลล์อสุจิ จะทำให้เกิดการตั้งครรภ์
25 15. อธิบายการตกไข่การมีประจำเดือนการ ปฏิสนธิและการพัฒนาของไซโกตจนคลอด เป็นทารก 16. เลือกวิธีการคุมกำเนิดที่เหมาะสมกับ สถานการณ์ที่กำหนด 17. ตระหนักถึงผลกระทบของการตั้งครรภ์ ก่อนวัยอันควร โดยการประพฤติตนให้ เหมาะสม • การมีประจำเดือน มีความสัมพันธ์กับการตกไข่โดย เป็นผลจากการเปลี่ยนแปลงของระดับฮอร์โมนเพศ หญิง • เมื่อเพศหญิงมีการตกไข่และเซลล์ไข่ได้รับการ ปฏิสนธิกับเซลล์อสุจิจะทำให้ได้ไซโกตไซโกตจะเจริญ เป็นเอ็มบริโอและฟีตัสจนกระทั่งคลอดเป็นทารก แต่ ถ้าไม่มีการปฏิสนธิเซลล์ไข่จะสลายตัว ผนังด้านใน มดลูกรวมทั้งหลอดเลือดจะสลายตัวและหลุดลอกออก เรียกว่าประจำเดือน • การคุมกำเนิดเป็นวิธีป้องกันไม่ให้เกิดการตั้งครรภ์ โดยป้องกันไม่ให้เกิดการปฏิสนธิหรือไม่ให้มีการฝังตัว ของเอ็มบริโอ ซึ่งมีหลายวิธีเช่น การใช้ถุงยางอนามัย การกินยาคุมกำเนิด สาระที่ 2 วิทยาศาสตร์กายภาพ มาตรฐาน ว 2.1 เข้าใจสมบัติของสสาร องค์ประกอบของสสาร ความสัมพันธ์ระหว่างสมบัติของสสารกับ โครงสร้างและแรงยึดเหนี่ยวระหว่างอนุภาค หลักและธรรมชาติของการเปลี่ยนแปลงสถานะของสสาร การเกิด สารละลาย และการเกิดปฏิกิริยาเคมี ชั้น ตัวชี้วัด สาระการเรียนรู้แกนกลาง ม.2 1. อธิบายการแยกสารผสมโดยการระเหยแห้ง การตกผลึก การกลั่นอย่างง่ายโครมาโทกราฟี แบบกระดาษ การสกัดด้วยตัวทำละลาย โดย ใช้หลักฐานเชิงประจักษ์ 2. แยกสารโดยการระเหยแห้ง การตกผลึก การกลั่นอย่างง่าย โครมาโทกราฟีแบบ กระดาษการสกัดด้วยตัวทำละลาย • การแยกสารผสมให้เป็นสารบริสุทธิ์ทำได้หลายวิธี ขึ้นอยู่กับสมบัติของสารนั้น ๆ การระเหยแห้งใช้แยก สารละลายซึ่งประกอบด้วยตัวละลายที่เป็นของแข็งใน ตัวทำละลายที่เป็นของเหลว โดยใช้ความร้อนระเหย ตัวทำละลายออกไปจนหมดเหลือแต่ตัวละลาย การตก ผลึกใช้แยกสารละลายที่ประกอบด้วยตัวละลายที่เป็น ของแข็งในตัวทำละลายที่เป็นของเหลวโดยทำให้ สารละลายอิ่มตัวแล้วปล่อยให้ตัวทำละลายระเหย ออกไปบางส่วนตัวละลายจะตกผลึกแยกออกมา การ กลั่นอย่างง่ายใช้แยกสารละลายที่ประกอบด้วยตัว ละลายและตัวทำละลายที่เป็นของเหลวที่มีจุดเดือด
26 ต่างกันมาก วิธีนี้จะแยกของเหลวบริสุทธิ์ออกจาก สารละลายโดยให้ความร้อนกับสารละลายของเหลวจะ เดือดและกลายเป็นไอแยกจากสารละลายแล้ว ควบแน่นกลับเป็นของเหลวอีกครั้ง ขณะที่ของเหลว เดือด อุณหภูมิของไอจะคงที่ โครมาโทกราฟีแบบ กระดาษเป็นวิธีการแยกสารผสมที่มีปริมาณน้อยโดยใช้ แยกสารที่มีสมบัติการละลายในตัวทำละลายและการ ถูกดูดซับด้วยตัวดูดซับแตกต่างกัน ทำให้สารแต่ละ ชนิดเคลื่อนที่ไปบนตัวดูดซับได้ต่างกัน สารจึงแยกออก จากกันได้อัตราส่วนระหว่างระยะทางที่สาร องค์ประกอบแต่ละชนิดเคลื่อนที่ได้บนตัวดูดซับกับ ระยะทางที่ตัวทำละลายเคลื่อนที่ได้เป็นค่าเฉพาะตัว ของสารแต่ละชนิดในตัวทำละลายและตัวดูดซับหนึ่ง ๆ การสกัดด้วยตัวทำละลายเป็นวิธีการแยกสารผสมที่มี สมบัติการละลายในตัวทำละลายที่ต่างกัน โดยชนิด ของตัวทำละลายมีผลต่อชนิดและปริมาณของสารที่ สกัดได้การสกัดโดยการกลั่นด้วยไอน้ำ ใช้แยกสารที่ ระเหยง่าย ไม่ละลายน้ำ และไม่ทำปฏิกิริยากับน้ำออก จากสารที่ระเหยยาก โดยใช้ไอน้ำเป็นตัวพา 3. นําวิธีการแยกสารไปใช้แก้ปัญหาใน ชีวิตประจำวันโดยบูรณาการวิทยาศาสตร์ คณิตศาสตร์เทคโนโลยีและวิศวกรรมศาสตร์ • ความรู้ด้านวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับการแยกสารบูรณา การกับคณิตศาสตร์เทคโนโลยีโดยใช้กระบวนการทาง วิศวกรรม สามารถนําไปใช้แก้ปัญหาในชีวิตประจำวัน หรือปัญหาที่พบในชุมชนหรือสร้างนวัตกรรม โดยมี ขั้นตอน ดังนี้ - ระบุปัญหาในชีวิตประจำวันที่เกี่ยวกับการแยกสาร โดยใช้สมบัติทางกายภาพ หรือนวัตกรรมที่ต้องการ พัฒนา โดยใช้หลักการดังกล่าว - รวบรวมข้อมูลและแนวคิดเกี่ยวกับการแยกสารโดย ใช้สมบัติทางกายภาพที่สอดคล้องกับปัญหาที่ระบุ หรือนําไปสู่การพัฒนานวัตกรรมนั้น - ออกแบบวิธีการแก้ปัญหา หรือพัฒนานวัตกรรม
27 ที่เกี่ยวกับการแยกสารในสารผสม โดยใช้สมบัติทาง กายภาพ โดยเชื่อมโยงความรู้ด้านวิทยาศาสตร์ คณิตศาสตร์เทคโนโลยีและกระบวนการทางวิศวกรรม รวมทั้งกำหนดและควบคุมตัวแปรอย่างเหมาะสม ครอบคลุม - วางแผนและดำเนินการแก้ปัญหา หรือพัฒนา นวัตกรรม รวบรวมข้อมูล จัดกระทำข้อมูลและเลือก วิธีการสื่อความหมายที่เหมาะสมในการนําเสนอผล - ทดสอบ ประเมินผล ปรับปรุงวิธีการแก้ปัญหาหรือ นวัตกรรมที่พัฒนาขึ้น โดยใช้หลักฐานเชิงประจักษ์ที่ รวบรวมได้ - นําเสนอวิธีการแก้ปัญหา หรือผลของนวัตกรรมที่ พัฒนาขึ้น และผลที่ได้โดยใช้วิธีการสื่อสารที่เหมาะสม และน่าสนใจ 4. ออกแบบการทดลองและทดลองในการ อธิบายผลของชนิดตัวละลาย ชนิดตัวทำ ละลายอุณหภูมิที่มีต่อสภาพละลายได้ของสาร รวมทั้งอธิบายผลของความดันที่มีต่อสภาพ ละลายได้ของสาร โดยใช้สารสนเทศ • สารละลายอาจมีสถานะเป็นของแข็ง ของเหลวและ แก๊ส สารละลายประกอบด้วยตัวทำละลายและตัว ละลาย กรณีสารละลายเกิดจากสารที่มีสถานะเดียวกัน สารที่มีปริมาณมากที่สุดจัดเป็นตัวทำละลาย กรณี สารละลายเกิดจากสารที่มีสถานะต่างกัน สารที่มี สถานะเดียวกันกับสารละลายจัดเป็นตัวทำละลาย • สารละลายที่ตัวละลายไม่สามารถละลายในตัวทำ ละลายได้อีกที่อุณหภูมิหนึ่งๆ เรียกว่าสารละลายอิ่มตัว • สภาพละลายได้ของสารในตัวทำละลาย เป็นค่าที่ บอกปริมาณของสารที่ละลายได้ในตัวทำละลาย ๑๐๐ กรัม จนได้สารละลายอิ่มตัว ณ อุณหภูมิและความดัน หนึ่ง ๆ สภาพละลายได้ของสารบ่งบอกความสามารถ ในการละลายได้ของตัวละลายในตัวทำละลาย ซึ่ง ความสามารถในการละลายของสารขึ้นอยู่กับชนิดของ ตัวทำละลายและตัวละลาย อุณหภูมิและความดัน
28 • สารชนิดหนึ่งๆ มีสภาพละลายได้แตกต่างกันในตัวทำ ละลายที่แตกต่างกัน และสารต่างชนิดกันมีสภาพ ละลายได้ในตัวทำละลายหนึ่งๆไม่เท่ากัน • เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น สารส่วนมาก สภาพละลายได้ของ สารจะเพิ่มขึ้น ยกเว้นแก๊สเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นสภาพการ ละลายได้จะลดลง ส่วนความดันมีผลต่อแก๊ส โดยเมื่อ ความดันเพิ่มขึ้น สภาพละลายได้จะสูงขึ้น • ความรู้เกี่ยวกับสภาพละลายได้ของสาร เมื่อ เปลี่ยนแปลงชนิดตัวละลาย ตัวทำละลาย และ อุณหภูมิสามารถนําไปใช้ประโยชน์ในชีวิตประจำวัน เช่น การทำน้ำเชื่อมเข้มข้น การสกัดสารออกจาก สมุนไพรให้ได้ปริมาณมากที่สุด 5. ระบุปริมาณตัวละลายในสารละลาย ใน หน่วยความเข้มข้นเป็นร้อยละ ปริมาตรต่อ ปริมาตรมวลต่อมวล และมวลต่อปริมาตร 6. ตระหนักถึงความสำคัญของการนําความรู้ เรื่องความเข้มข้นของสารไปใช้โดยยกตัวอย่าง การใช้สารละลายในชีวิตประจำวันอย่าง ถูกต้องและปลอดภัย • ความเข้มข้นของสารละลาย เป็นการระบุปริมาณตัว ละลายในสารละลาย หน่วยความเข้มข้นมีหลายหน่วย ที่นิยมระบุเป็นหน่วยเป็นร้อยละปริมาตรต่อปริมาตร มวลต่อมวล และมวลต่อปริมาตร • ร้อยละโดยปริมาตรต่อปริมาตร เป็นการระบุปริมาตร ตัวละลายในสารละลาย ๑๐๐ หน่วยปริมาตรเดียวกัน นิยมใช้กับสารละลายที่เป็นของเหลวหรือแก๊ส • ร้อยละโดยมวลต่อมวล เป็นการระบุมวลตัวละลาย ในสารละลาย ๑๐๐ หน่วยมวลเดียวกันนิยมใช้กับ สารละลายที่มีสถานะเป็นของแข็ง • ร้อยละโดยมวลต่อปริมาตร เป็นการระบุมวลตัว ละลายในสารละลาย ๑๐๐ หน่วยปริมาตรนิยมใช้กับ สารละลายที่มีตัวละลายเป็นของแข็งในตัวทำละลายที่ เป็นของเหลว • การใช้สารละลาย ในชีวิตประจำวัน ควรพิจารณา จากความเข้มข้นของสารละลาย ขึ้นอยู่กับจุดประสงค์ ของการใช้งาน และผลกระทบต่อสิ่งชีวิตและ สิ่งแวดล้อม
29 สาระที่ 2 วิทยาศาสตร์กายภาพ มาตรฐาน ว 2.2 เข้าใจธรรมชาติของแรงในชีวิตประจำวัน ผลของแรงที่กระทำต่อวัตถุลักษณะการเคลื่อนที่ แบบต่าง ๆ ของวัตถุ รวมทั้งนําความรู้ไปใช้ประโยชน์ ชั้น ตัวชี้วัด สาระการเรียนรู้แกนกลาง ม.2 1. พยากรณ์การเคลื่อนที่ของวัตถุที่เป็นผล ของแรงลัพธ์ที่เกิดจากแรงหลายแรงที่กระทำ ต่อวัตถุในแนวเดียวกันจากหลักฐานเชิง ประจักษ์ 2. เขียนแผนภาพแสดงแรงและแรงลัพธ์ที่เกิด จากแรงหลายแรงที่กระทำต่อวัตถุในแนว เดียวกัน • แรงเป็นปริมาณเวกเตอร์เมื่อมีแรงหลายๆ แรง กระทำต่อวัตถุแล้วแรงลัพธ์ที่กระทำต่อวัตถุมีค่าเป็น ศูนย์วัตถุจะไม่เปลี่ยนแปลงการเคลื่อนที่แต่ถ้าแรงลัพธ์ ที่กระทำต่อวัตถุมีค่าไม่เป็นศูนย์วัตถุจะเปลี่ยนแปลง การเคลื่อนที่ 3. ออกแบบการทดลองและทดลองด้วยวิธีที่ เหมาะสมในการอธิบายปัจจัยที่มีผลต่อความ ดันของของเหลว • เมื่อวัตถุอยู่ในของเหลวจะมีแรงที่ของเหลวกระทำต่อ วัตถุในทุกทิศทาง โดยแรงที่ของเหลวกระทำตั้งฉากกับ ผิววัตถุต่อหนึ่งหน่วยพื้นที่เรียกว่าความดันของ ของเหลว • ความดันของของเหลวมีความสัมพันธ์กับความลึก จากระดับผิวหน้าของของเหลว โดยบริเวณที่ลึกลงไป จากระดับผิวหน้าของของเหลวมากขึ้นความดันของ ของเหลวจะเพิ่มขึ้น เนื่องจากของเหลวที่อยู่ลึกกว่า จะ มีน้ำหนักของของเหลวด้านบนกระทำมากกว่า 4. วิเคราะห์แรงพยุงและการจม การลอยของ วัตถุในของเหลวจากหลักฐานเชิงประจักษ์ 5. เขียนแผนภาพแสดงแรงที่กระทำต่อวัตถุใน ของเหลว • เมื่อวัตถุอยู่ในของเหลว จะมีแรงพยุงเนื่องจาก ของเหลวกระทำต่อวัตถุโดยมีทิศขึ้นในแนวดิ่งการจม หรือการลอยของวัตถุขึ้นกับน้ำหนักของวัตถุและแรง พยุง ถ้าน้ำหนักของวัตถุและแรงพยุงของของเหลวมี ค่าเท่ากัน วัตถุจะลอยนิ่งอยู่ในของเหลว แต่ถ้าน้ำหนัก ของวัตถุมีค่ามากกว่าแรงพยุงของของเหลววัตถุจะจม 6. อธิบายแรงเสียดทานสถิตและแรงเสียด ทานจลน์จากหลักฐานเชิงประจักษ์ • แรงเสียดทานเป็นแรงที่เกิดขึ้นระหว่างผิวสัมผัสของ วัตถุ เพื่อต้านการเคลื่อนที่ของวัตถุนั้นโดยถ้าออกแรง กระทำต่อวัตถุที่อยู่นิ่งบนพื้นผิวให้เคลื่อนที่แรงเสียด ทานก็จะต้านการเคลื่อนที่ของวัตถุแรงเสียดทานที่ เกิดขึ้นในขณะที่วัตถุยังไม่เคลื่อนที่เรียก แรงเสียดทาน
30 สถิต แต่ถ้าวัตถุกําลังเคลื่อนที่แรงเสียดทานก็จะทำให้ วัตถุนั้นเคลื่อนที่ช้าลงหรือหยุดนิ่ง เรียกแรงเสียดทาน จลน์ 7. ออกแบบการทดลองและทดลองด้วยวิธีที่ เหมาะสมในการอธิบายปัจจัยที่มีผลต่อขนาด ของแรงเสียดทาน 8. เขียนแผนภาพแสดงแรงเสียดทานและแรง อื่น ๆที่กระทำต่อวัตถุ 9. ตระหนักถึงประโยชน์ของความรู้เรื่องแรง เสียดทานโดยวิเคราะห์สถานการณ์ปัญหา และเสนอแนะวิธีการลดหรือเพิ่มแรงเสียด ทานที่เป็นประโยชน์ต่อการทำกิจกรรมใน ชีวิตประจำวัน • ขนาดของแรงเสียดทานระหว่างผิวสัมผัสของวัตถุ ขึ้นกับลักษณะผิวสัมผัสและขนาดของแรงปฏิกิริยาตั้ง ฉากระหว่างผิวสัมผัส • กิจกรรมในชีวิตประจำวันบางกิจกรรมต้องการแรง เสียดทาน เช่น การเปิดฝาเกลียวขวดน้ำการใช้แผ่นกัน ลื่นในห้องน้ำ บางกิจกรรมไม่ต้องการแรงเสียดทาน เช่น การลากวัตถุบนพื้นการใช้น้ำมันหล่อลื่นใน เครื่องยนต์ • ความรู้เรื่องแรงเสียดทานสามารถนําไปใช้ประโยชน์ ในชีวิตประจำวันได้ 10. ออกแบบการทดลองและทดลองด้วยวิธี ที่เหมาะสมในการอธิบายโมเมนต์ของแรง เมื่อวัตถุอยู่ในสภาพสมดุลต่อการหมุน และ คํานวณโดยใช้สมการ M = Fl • เมื่อมีแรงที่กระทำต่อวัตถุโดยไม่ผ่านศูนย์กลางมวล ของวัตถุจะเกิดโมเมนต์ของแรง ทำให้วัตถุหมุนรอบ ศูนย์กลางมวลของวัตถุนั้น • โมเมนต์ของแรงเป็นผลคูณของแรงที่กระทำต่อวัตถุ กับระยะทางจากจุดหมุนไปตั้งฉากกับแนวแรง เมื่อ ผลรวมของโมเมนต์ของแรงมีค่าเป็นศูนย์วัตถุจะอยู่ใน สภาพสมดุลต่อการหมุน โดยโมเมนต์ของแรงในทิศ ทวนเข็มนาฬิกาจะมีขนาดเท่ากับโมเมนต์ของแรงใน ทิศตามเข็มนาฬิกา • ของเล่นหลายชนิดประกอบด้วยอุปกรณ์หลายส่วนที่ ใช้หลักการโมเมนต์ของแรง ความรู้เรื่องโมเมนต์ของ แรงสามารถนําไปใช้ออกแบบและประดิษฐ์ของเล่นได้ 11. เปรียบเทียบแหล่งของสนามแม่เหล็ก สนามไฟฟ้า และสนามโน้มถ่วง และทิศทาง ของแรงที่กระทำต่อวัตถุที่อยู่ในแต่ละสนาม จากข้อมูลที่รวบรวมได้ 12. เขียนแผนภาพแสดงแรงแม่เหล็ก แรง ไฟฟ้าและแรงโน้มถ่วงที่กระทำต่อวัตถุ • วัตถุที่มีมวลจะมีสนามโน้มถ่วงอยู่โดยรอบแรงโน้ม ถ่วงที่กระทำต่อวัตถุที่อยู่ในสนามโน้มถ่วงจะมีทิศพุ่ง เข้าหาวัตถุที่เป็นแหล่งของสนามโน้มถ่วง • วัตถุที่มีประจุไฟฟ้าจะมีสนามไฟฟ้าอยู่โดยรอบแรง ไฟฟ้าที่กระทำต่อวัตถุที่มีประจุจะมีทิศพุ่งเข้าหาหรือ ออกจากวัตถุที่มีประจุที่เป็นแหล่งของสนามไฟฟ้า
31 • วัตถุที่เป็นแม่เหล็กจะมีสนามแม่เหล็กอยู่โดยรอบแรง แม่เหล็กที่กระทำต่อขั้วแม่เหล็กจะมีทิศพุ่งเข้าหาหรือ ออกจากขั้วแม่เหล็กที่เป็นแหล่งของสนามแม่เหล็ก 13. วิเคราะห์ความสัมพันธ์ระหว่างขนาดของ แรงแม่เหล็ก แรงไฟฟ้า และแรงโน้มถ่วงที่ กระทำต่อวัตถุที่อยู่ในสนามนั้นๆกับระยะห่าง จากแหล่งของสนามถึงวัตถุจากข้อมูลที่ รวบรวมได้ • ขนาดของแรงโน้มถ่วง แรงไฟฟ้า และแรงแม่เหล็กที่ กระทำต่อวัตถุที่อยู่ในสนามนั้น ๆ จะมีค่าลดลงเมื่อ วัตถุอยู่ห่างจากแหล่งของสนามนั้น ๆ มากขึ้น 14. อธิบายและคํานวณอัตราเร็วและความเร็ว ของการเคลื่อนที่ของวัตถุโดยใช้สมการจาก หลักฐานเชิงประจักษ์ 15. เขียนแผนภาพแสดงการกระจัดและ ความเร็ว • การเคลื่อนที่ของวัตถุเป็นการเปลี่ยนตำแหน่งของ วัตถุเทียบกับตำแหน่งอ้างอิง โดยมีปริมาณที่เกี่ยวข้อง กับการเคลื่อนที่ซึ่งมีทั้งปริมาณสเกลาร์และปริมาณ เวกเตอร์เช่น ระยะทางอัตราเร็ว การกระจัด ความเร็ว ปริมาณสเกลาร์เป็นปริมาณที่มีขนาด เช่น ระยะทาง อัตราเร็วปริมาณเวกเตอร์เป็นปริมาณที่มีทั้งขนาดและ ทิศทาง เช่น การกระจัด ความเร็ว • เขียนแผนภาพแทนปริมาณเวกเตอร์ได้ด้วยลูกศรโดย ความยาวของลูกศรแสดงขนาดและหัวลูกศรแสดง ทิศทางของเวกเตอร์นั้น ๆ • ระยะทางเป็นปริมาณสเกลาร์โดยระยะทางเป็นความ ยาวของเส้นทางที่เคลื่อนที่ได้ • การกระจัดเป็นปริมาณเวกเตอร์โดยการกระจัดมีทิศ ชี้จากตำแหน่งเริ่มต้นไปยังตำแหน่งสุดท้ายและมีขนาด เท่ากับระยะที่สั้นที่สุดระหว่างสองตำแหน่งนั้น • อัตราเร็วเป็นปริมาณสเกลาร์โดยอัตราเร็วเป็น อัตราส่วนของระยะทางต่อเวลา • ความเร็วปริมาณเวกเตอร์มีทิศเดียวกับทิศของการ กระจัด โดยความเร็วเป็นอัตราส่วนของการกระจัดต่อ เวลา
32 สาระที่ 2 วิทยาศาสตร์กายภาพ มาตรฐาน ว 2.3 เข้าใจความหมายของพลังงาน การเปลี่ยนแปลงและการถ่ายโอนพลังงานปฏิสัมพันธ์ระหว่าง สสารและพลังงาน พลังงานในชีวิตประจำวัน ธรรมชาติของคลื่น ปรากฏการณ์ที่เกี่ยวข้องกับเสียง แสง และ คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ารวมทั้งนําความรู้ไปใช้ประโยชน์ ชั้น ตัวชี้วัด สาระการเรียนรู้แกนกลาง ม.2 1. วิเคราะห์สถานการณ์และคํานวณเกี่ยวกับ งานและกําลังที่เกิดจากแรงที่กระทำต่อวัตถุ โดยใช้สมการ W = Fs และ P = จากข้อมูลที่รวบรวมได้ 2. วิเคราะห์หลักการทำงานของเครื่องกล อย่างง่ายจากข้อมูลที่รวบรวมได้ 3. ตระหนักถึงประโยชน์ของความรู้ของ เครื่องกลอย่างง่าย โดยบอกประโยชน์และ การประยุกต์ใช้ในชีวิตประจำวัน • เมื่อออกแรงกระทำต่อวัตถุแล้วทำให้วัตถุเคลื่อนที่ โดยแรงอยู่ในแนวเดียวกับการเคลื่อนที่จะเกิดงาน งาน จะมีค่ามากหรือน้อยขึ้นกับขนาดของแรงและ ระยะทางในแนวเดียวกับแรง • งานที่ทำในหนึ่งหน่วยเวลาเรียกว่า กําลัง หลักการ ของงานนําไปอธิบายการทำงานของเครื่องกลอย่างง่าย ได้แก่คาน พื้นเอียงรอกเดี่ยวลิ่มสกรูล้อและเพลาซี่ง นําไปใช้ประโยชน์ด้านต่างๆในชีวิตประจำวัน 4. ออกแบบและทดลองด้วยวิธีที่เหมาะสมใน การอธิบายปัจจัยที่มีผลต่อพลังงานจลน์และ พลังงานศักย์โน้มถ่วง • พลังงานจลน์เป็นพลังงานของวัตถุที่เคลื่อนที่พลังงาน จลน์จะมีค่ามากหรือน้อยขึ้นกับมวลและอัตราเร็ว ส่วน พลังงานศักย์โน้มถ่วงเกี่ยวข้องกับตำแหน่งของวัตถุจะ มีค่ามากหรือน้อยขึ้นกับมวลและตำแหน่งของวัตถุ เมื่อวัตถุอยู่ในสนามโน้มถ่วง วัตถุจะมีพลังงานศักย์โน้ม ถ่วง พลังงานจลน์และพลังงานศักย์โน้มถ่วงเป็น พลังงานกล 5. แปลความหมายข้อมูลและอธิบายการ เปลี่ยนพลังงานระหว่างพลังงานศักย์โน้มถ่วง และพลังงานจลน์ของวัตถุโดยพลังงานกลของ วัตถุมีค่าคงตัวจากข้อมูลที่รวบรวมได้ • ผลรวมของพลังงานศักย์โน้มถ่วงและพลังงานจลน์ เป็นพลังงานกล พลังงานศักย์โน้มถ่วงและพลังงาน จลน์ของวัตถุหนึ่ง ๆ สามารถเปลี่ยนกลับไปมาได้โดย ผลรวมของพลังงานศักย์โน้มถ่วงและพลังงานจลน์มีค่า คงตัว นั่นคือพลังงานกลของวัตถุมีค่าคงตัว 6. วิเคราะห์สถานการณ์และอธิบายการ เปลี่ยนและการถ่ายโอนพลังงานโดยใช้กฎการ อนุรักษ์พลังงาน • พลังงานรวมของระบบมีค่าคงตัวซึ่งอาจเปลี่ยนจาก พลังงานหนึ่งเป็นอีกพลังงานหนึ่ง เช่นพลังงานกล เปลี่ยนเป็นพลังงานไฟฟ้าพลังงานจลน์เปลี่ยนเป็น พลังงานความร้อนพลังงานเสียง พลังงานแสง
33 เนื่องมาจากแรงเสียดทาน พลังงานเคมีในอาหาร เปลี่ยนเป็นพลังงานที่ไปใช้ในการทำงานของสิ่งมีชีวิต • นอกจากนี้พลังงานยังสามารถถ่ายโอนไปยังอีกระบบ หนึ่งหรือได้รับพลังงานจากระบบอื่นได้เช่น การถ่าย โอนความร้อนระหว่างสสารการถ่ายโอนพลังงานของ การสั่นของแหล่งกำเนิดเสียงไปยังผู้ฟัง ทั้งการเปลี่ยน พลังงานและการถ่ายโอนพลังงาน พลังงานรวมทั้งหมด มีค่าเท่าเดิมตามกฎการอนุรักษ์พลังงาน สาระที่ 3 วิทยาศาสตร์โลก และอวกาศ มาตรฐาน ว 3.2 เข้าใจองค์ประกอบและความสัมพันธ์ของระบบโลก กระบวนการเปลี่ยนแปลงภายในโลก และบนผิวโลก ธรณีพิบัติภัย กระบวนการเปลี่ยนแปลงลมฟ้าอากาศและภูมิอากาศโลก รวมทั้งผลต่อสิ่งมีชีวิต และสิ่งแวดล้อม ชั้น ตัวชี้วัด สาระการเรียนรู้แกนกลาง ม.2 1. เปรียบเทียบกระบวนการเกิด สมบัติและ การใช้ประโยชน์รวมทั้งอธิบายผลกระทบจาก การใช้เชื้อเพลิงซากดึกดำบรรพ์จากข้อมูลที่ รวบรวมได้ • เชื้อเพลิงซากดึกดำบรรพ์เกิดจากการเปลี่ยนแปลง สภาพของซากสิ่งมีชีวิตในอดีต โดยกระบวนการทาง เคมีและธรณีวิทยา เชื้อเพลิงซากดึกดำบรรพ์ ได้แก่ ถ่านหิน หินน้ำมัน และปิโตรเลียม ซึ่งเกิดจากวัตถุต้น กำเนิด และสภาพแวดล้อมการเกิดที่แตกต่างกัน ทำให้ ได้ชนิดของเชื้อเพลิงซากดึกดำบรรพ์ที่มีลักษณะ สมบัติและการนําไปใช้ประโยชน์แตกต่างกัน สำหรับ ปิโตรเลียมจะต้องมีการผ่านการกลั่นลำดับส่วนก่อน การใช้งานเพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์ที่เหมาะสมต่อการใช้ ประโยชน์เชื้อเพลิงซากดึกดำบรรพ์เป็นทรัพยากรที่ใช้ แล้วหมดไป เนื่องจากต้องใช้เวลานานหลายล้านปีจึง จะเกิดขึ้นใหม่ได้ 2. แสดงความตระหนักถึงผลจากการใช้ เชื้อเพลิงซากดึกดำบรรพ์โดยนําเสนอแนว ทางการใช้เชื้อเพลิงซากดึกดำบรรพ์ • การเผาไหม้เชื้อเพลิงซากดึกดำบรรพ์ในกิจกรรม ต่างๆ ของมนุษย์จะทำให้เกิดมลพิษทางอากาศซึ่ง ส่งผลกระทบต่อสิ่งมีชีวิตและสิ่งแวดล้อมนอกจากนี้ แก๊สบางชนิดที่เกิดจากการเผาไหม้เชื้อเพลิงซากดึกดำ บรรพ์เช่น แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์และไนตรัส
34 ออกไซด์ยังเป็นแก๊สเรือนกระจกซึ่งส่งผลให้เกิดการ เปลี่ยนแปลงภูมิอากาศของโลกรุนแรงขึ้น ดังนั้นจึง ควรใช้เชื้อเพลิงซากดึกดำบรรพ์โดยคำนึงถึงผลที่ เกิดขึ้นต่อสิ่งมีชีวิตและสิ่งแวดล้อม เช่น เลือกใช้ พลังงานทดแทน หรือเลือกใช้เทคโนโลยีที่ลดการใช้ เชื้อเพลิงซากดึกดำบรรพ์ 3. เปรียบเทียบข้อดีและข้อจํากัดของพลังงาน ทดแทนแต่ละประเภทจากการรวบรวมข้อมูล และนําเสนอแนวทางการใช้พลังงานทดแทน ที่เหมาะสมในท้องถิ่น • เชื้อเพลิงซากดึกดำบรรพ์เป็นแหล่งพลังงานที่สำคัญ ในกิจกรรมต่าง ๆ ของมนุษย์เนื่องจากเชื้อเพลิงซากดึก ดำบรรพ์มีปริมาณจํากัดและมักเพิ่มมลภาวะใน บรรยากาศมากขึ้น จึงมีการใช้พลังงานทดแทนมากขึ้น เช่น พลังงานแสงอาทิตย์พลังงานลม พลังงานน้ำ พลังงานชีวมวลพลังงานคลื่น พลังงานความร้อนใต้ พิภพพลังงานไฮโดรเจน ซึ่งพลังงานทดแทนแต่ละชนิด จะมีข้อดีและข้อจํากัดที่แตกต่างกัน 4. สร้างแบบจําลองที่อธิบายโครงสร้างภายใน โลกตามองค์ประกอบทางเคมีจากข้อมูลที่ รวบรวมได้ • โครงสร้างภายในโลกแบ่งออกเป็นชั้นตาม องค์ประกอบทางเคมีได้แก่ เปลือกโลก ซึ่งอยู่นอกสุด ประกอบด้วยสารประกอบของซิลิกอนและอะลูมิเนียม เป็นหลัก เนื้อโลกคือส่วนที่อยู่ใต้เปลือกโลกลงไปจนถึง แก่นโลก มีองค์ประกอบหลักเป็นสารประกอบของ ซิลิกอน แมกนีเซียมและเหล็ก และแก่นโลกคือส่วนที่ อยู่ใจกลางของโลก มีองค์ประกอบหลักเป็นเหล็กและ นิกเกิลซึ่งแต่ละชั้นมีลักษณะแตกต่างกัน 5. อธิบายกระบวนการผุพังอยู่กับที่การกร่อน และการสะสมตัวของตะกอนจากแบบจําลอง รวมทั้งยกตัวอย่างผลของกระบวนการ ดังกล่าวที่ทำให้ผิวโลกเกิดการเปลี่ยนแปลง • การผุพังอยู่กับที่การกร่อน และการสะสมตัวของ ตะกอน เป็นกระบวนการเปลี่ยนแปลงทางธรณีวิทยา ที่ทำให้ผิวโลกเกิดการเปลี่ยนแปลงเป็นภูมิลักษณ์แบบ ต่าง ๆ โดยมีปัจจัยสำคัญ คือ น้ำ ลม ธารน้ำแข็ง แรง โน้มถ่วงของโลก สิ่งมีชีวิตสภาพอากาศ และปฏิกิริยา เคมี • การผุพังอยู่กับที่คือ การที่หินผุพังทำลายลงด้วย กระบวนการต่าง ๆ ได้แก่ลมฟ้าอากาศกับน้ำฝน และ รวมทั้งการกระทำของต้นไม้กับแบคทีเรีย ตลอดจน
35 การแตกตัวทางกลศาสตร์ซึ่งมีการเพิ่มและลดอุณหภูมิ สลับกัน เป็นต้น • การกร่อน คือ กระบวนการหนึ่งหรือหลาย กระบวนการที่ทำให้สารเปลือกโลกหลุดไปละลายไป หรือกร่อนไปโดยมีตัวนําพาธรรมชาติคือ ลม น้ำ และ ธารน้ำแข็ง ร่วมกับปัจจัยอื่น ๆได้แก่ลมฟ้าอากาศ สารละลาย การครูดถูการนําพา ทั้งนี้ไม่รวมถึงการ พังทลายเป็นกลุ่มก้อน เช่น แผ่นดินถล่ม ภูเขาไฟ ระเบิด • การสะสมตัวของตะกอน คือ การสะสมตัวของวัตถุ จากการนําพาของน้ำ ลม หรือธารน้ำแข็ง 6. อธิบายลักษณะของชั้นหน้าตัดดินและ กระบวนการเกิดดิน จากแบบจําลอง รวมทั้ง ระบุปัจจัยที่ทำให้ดินมีลักษณะและสมบัติ แตกต่างกัน • ดินเกิดจากหินที่ผุพังตามธรรมชาติผสมคลุกเคล้ากับ อินทรียวัตถุที่ได้จากการเน่าเปื่อยของซากพืชซากสัตว์ ทับถมเป็นชั้น ๆ บนผิวโลก ชั้นดินแบ่งออกเป็นหลาย ชั้น ขนานหรือเกือบขนานไปกับผิวหน้าดิน แต่ละชั้นมี ลักษณะแตกต่างกันเนื่องจากสมบัติทางกายภาพ เคมี ชีวภาพ และลักษณะอื่น ๆเช่น สีโครงสร้าง เนื้อดิน การยึดตัวความเป็นกรด-เบส สามารถสังเกตได้จาก การสํารวจภาคสนาม การเรียกชื่อชั้นดินหลักจะใช้ อักษรภาษาอังกฤษตัวใหญ่ ได้แก่ O, A, E,B, C,R • ชั้นหน้าตัดดิน เป็นชั้นดินที่มีลักษณะปรากฏให้เห็น เรียงลำดับเป็นชั้นจากชั้นบนสุดถึงชั้นล่างสุด • ปัจจัยที่ทำให้ดินแต่ละท้องถิ่นมีลักษณะและสมบัติ แตกต่างกัน ได้แก่ วัตถุต้นกำเนิดดิน ภูมิอากาศ สิ่งมีชีวิตในดิน สภาพภูมิประเทศ และระยะเวลาใน การเกิดดิน 7. ตรวจวัดสมบัติบางประการของดิน โดยใช้ เครื่องมือที่เหมาะสมและนําเสนอแนว ทางการใช้ประโยชน์ดินจากข้อมูลสมบัติของ ดิน • สมบัติบางประการของดิน เช่น เนื้อดิน ความชื้นดิน ค่าความเป็นกรด-เบส ธาตุอาหารในดิน สามารถ นําไปใช้ในการตัดสินใจถึงแนวทางการใช้ประโยชน์ ที่ดิน โดยอาจนําไปใช้ประโยชน์ทางการเกษตรหรือ
36 อื่น ๆ ซึ่งดินที่ไม่เหมาะสมต่อการทำการเกษตร เช่น ดินจืดดินเปรี้ยวดินเค็มและดินดาน อาจเกิดจากสภาพ ดินตามธรรมชาติหรือการใช้ประโยชน์จะต้องปรับปรุง ให้มีสภาพเหมาะสม เพื่อนําไปใช้ประโยชน์ 8. อธิบายปัจจัยและกระบวนการเกิดแหล่งน้ำ ผิวดินและแหล่งน้ำใต้ดิน จากแบบจําลอง • แหล่งน้ำผิวดินเกิดจากน้ำฝนที่ตกลงบนพื้นโลกไหล จากที่สูงลงสู่ที่ต่ำด้วยแรงโน้มถ่วง การไหลของน้ำทำ ให้พื้นโลกเกิดการกัดเซาะเป็นร่องน้ำ เช่น ลำธารคลอง และแม่น้ำ ซึ่งร่องน้ำจะมีขนาดและรูปร่างแตกต่างกัน ขึ้นอยู่กับปริมาณน้ำฝนระยะเวลาในการกัดเซาะ ชนิด ดินและหิน และ ลักษณะภูมิประเทศ เช่น ความลาด ชัน ความสูงต่ำของพื้นที่ เมื่อน้ำไหลไปยังบริเวณที่เป็น แอ่งจะเกิดการสะสมตัวเป็นแหล่งน้ำ เช่น บึง ทะเลสาบทะเล และมหาสมุทร • แหล่งน้ำใต้ดินเกิดจากการซึมของน้ำผิวดินลงไป สะสมตัวใต้พื้นโลก ซึ่งแบ่งเป็นน้ำในดินและน้ำบาดาล น้ำในดินเป็นน้ำที่อยู่ร่วมกับอากาศตามช่องว่าง ระหว่างเม็ดดิน ส่วนน้ำบาดาลเป็นน้ำที่ไหลซึมลึกลงไป และถูกกักเก็บไว้ในชั้นหินหรือชั้นดิน จนอิ่มตัวไปด้วย น้ำ 9. สร้างแบบจําลองที่อธิบายการใช้น้ำ และ นําเสนอแนวทางการใช้น้ำอย่างยั่งยืนใน ท้องถิ่นของตนเอง • แหล่งน้ำผิวดินและแหล่งน้ำใต้ดินถูกนำมาใช้ใน กิจกรรมต่างๆ ของมนุษย์ส่งผลต่อการจัดการการใช้ ประโยชน์น้ำและคุณภาพของแหล่งน้ำ เนื่องจากการ เพิ่มขึ้นของจำนวนประชากรการใช้ประโยชน์พื้นที่ใน ด้านต่างๆ เช่น ภาคเกษตรกรรม ภาคอุตสาหกรรม และการเปลี่ยนแปลงภูมิอากาศ ทำให้เกิดการ เปลี่ยนแปลงปริมาณน้ำฝนในพื้นที่ลุ่มน้ำและแหล่งน้ำ ผิวดินไม่เพียงพอสำหรับกิจกรรมของมนุษย์น้ำจาก แหล่งน้ำใต้ดินจึงถูกนำมาใช้มากขึ้น ส่งผลให้ปริมาณ น้ำใต้ดินลดลงมากจึงต้องมีการจัดการใช้น้ำอย่าง เหมาะสมและยั่งยืนซึ่งอาจทำได้โดยการจัดหาแหล่งน้ำ
37 เพื่อให้มีแหล่งน้ำเพียงพอสำหรับการดำรงชีวิต การ จัดสรรและการใช้น้ำอย่างมีประสิทธิภาพ การอนุรักษ์ และฟื้นฟูแหล่งน้ำ การป้องกันและแก้ไขปัญหา คุณภาพน้ำ 10. สร้างแบบจําลองที่อธิบายกระบวนการ เกิดและผลกระทบของน้ำท่วม การกัดเซาะ ชายฝั่ง ดินถล่ม หลุมยุบ แผ่นดินทรุด • น้ำท่วม การกัดเซาะชายฝั่ง ดินถล่ม หลุมยุบ แผ่นดิน ทรุด มีกระบวนการเกิดและผลกระทบที่แตกต่างกัน ซึ่งอาจสร้างความเสียหายร้ายแรงแก่ชีวิต และ ทรัพย์สิน • น้ำท่วม เกิดจากพื้นที่หนึ่งได้รับปริมาณน้ำเกินกว่าที่ จะกักเก็บได้ทำให้แผ่นดินจมอยู่ใต้น้ำ โดยขึ้นอยู่กับ ปริมาณน้ำและสภาพทางธรณีวิทยาของพื้นที่ • การกัดเซาะชายฝั่ง เป็นกระบวนการเปลี่ยนแปลง ของชายฝั่งทะเลที่เกิดขึ้นตลอดเวลาจากการกัดเซาะ ของคลื่นหรือลม ทำให้ตะกอนจากที่หนึ่งไปตกทับถม ในอีกบริเวณหนึ่ง แนวของชายฝั่งเดิมจึงเปลี่ยนแปลง ไป บริเวณที่มีตะกอนเคลื่อนเข้ามาน้อยกว่าปริมาณที่ ตะกอนเคลื่อนออกไปถือว่าเป็นบริเวณที่มีการกัดเซาะ ชายฝั่ง • ดินถล่ม เป็นการเคลื่อนที่ของมวลดินหรือหินจำนวน มากลงตามลาดเขา เนื่องจากแรงโน้มถ่วงของโลกเป็น หลัก ซึ่งเกิดจากปัจจัยสำคัญ ได้แก่ความลาดชันของ พื้นที่สภาพธรณีวิทยา ปริมาณน้ำฝน พืชปกคลุมดิน และการใช้ประโยชน์พื้นที่ • หลุมยุบ คือ แอ่งหรือหลุมบนแผ่นดินขนาดต่างๆที่ อาจเกิดจากการถล่มของโพรงถ้ำหินปูน เกลือหินใต้ดิน หรือเกิดจากน้ำพัดพาตะกอนลงไปในโพรงถ้ำหรือธาร น้ำใต้ดิน • แผ่นดินทรุดเกิดจากการยุบตัวของชั้นดิน หรือ หิน ร่วน เมื่อมวลของแข็งหรือของเหลวปริมาณมากที่ รองรับอยู่ใต้ชั้นดินบริเวณนั้นถูกเคลื่อนย้ายออกไปโดย ธรรมชาติหรือโดยการกระทำของมนุษย์
38 สาระที่ 4 เทคโนโลยี มาตรฐาน ว 4.1 เข้าใจแนวคิดหลักของเทคโนโลยีเพื่อการดำรงชีวิตในสังคมที่มีการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว ใช้ความรู้และทักษะทางด้านวิทยาศาสตร์ คณิตศาสตร์ และศาสตร์อื่น ๆ เพื่อแก้ปัญหาหรือพัฒนางานอย่างมี ความคิดสร้างสรรค์ด้วยกระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรม เลือกใช้เทคโนโลยีอย่างเหมาะสมโดยคำนึงถึง ผลกระทบต่อชีวิต สังคม และสิ่งแวดล้อม ชั้น ตัวชี้วัด สาระการเรียนรู้แกนกลาง ม.2 1. คาดการณ์แนวโน้มเทคโนโลยีที่จะเกิดขึ้น โดยพิจารณาจากสาเหตุหรือปัจจัยที่ส่งผลต่อ การเปลี่ยนแปลงของเทคโนโลยีและวิเคราะห์ เปรียบเทียบ ตัดสินใจเลือกใช้เทคโนโลยีโดย คำนึงถึงผลกระทบที่เกิดขึ้นต่อชีวิต สังคมและ สิ่งแวดล้อม • สาเหตุหรือปัจจัยต่าง ๆ เช่น ความก้าวหน้าของ ศาสตร์ต่าง ๆ การเปลี่ยนแปลงทางด้านเศรษฐกิจ สังคม วัฒนธรรม ทำให้เทคโนโลยีมีการเปลี่ยนแปลง ตลอดเวลา • เทคโนโลยีแต่ละประเภทมีผลกระทบต่อชีวิตสังคม และสิ่งแวดล้อมที่แตกต่างกัน จึงต้องวิเคราะห์ เปรียบเทียบข้อดีข้อเสีย และตัดสินใจเลือกใช้ให้ เหมาะสม 2. ระบุปัญหาหรือความต้องการในชุมชนหรือ ท้องถิ่น สรุปกรอบของปัญหา รวบรวม วิเคราะห์ข้อมูลและแนวคิดที่เกี่ยวข้องกับ ปัญหา • ปัญหาหรือความต้องการในชุมชนหรือท้องถิ่นมี หลายอย่าง ขึ้นกับบริบทหรือสถานการณ์ที่ประสบ เช่น ด้านพลังงาน สิ่งแวดล้อม การเกษตร การอาหาร • การระบุปัญหาจำเป็นต้องมีการวิเคราะห์สถานการณ์ ของปัญหาเพื่อสรุปกรอบของปัญหาแล้วดำเนินการ สืบค้น รวบรวมข้อมูล ความรู้จากศาสตร์ต่าง ๆ ที่ เกี่ยวข้อง เพื่อนําไปสู่การออกแบบแนวทางการ แก้ปัญหา 3. ออกแบบวิธีการแก้ปัญหา โดยวิเคราะห์ เปรียบเทียบ และตัดสินใจเลือกข้อมูลที่ จําเป็นภายใต้เงื่อนไขและทรัพยากรที่มีอยู่ นําเสนอแนวทางการแก้ปัญหาให้ผู้อื่นเข้าใจ วางแผนขั้นตอนการทำงานและดำเนินการ แก้ปัญหาอย่างเป็นขั้นตอน • การวิเคราะห์เปรียบเทียบ และตัดสินใจเลือกข้อมูลที่ จําเป็น โดยคำนึงถึงเงื่อนไขและทรัพยากร เช่น งบประมาณ เวลา ข้อมูลและสารสนเทศ วัสดุ เครื่องมือและอุปกรณ์ช่วยให้ได้แนวทางการแก้ปัญหา ที่เหมาะสม • การออกแบบแนวทางการแก้ปัญหาทำได้หลากหลาย วิธีเช่น การร่างภาพ การเขียนแผนภาพ การเขียนผัง งาน
39 • การกำหนดขั้นตอนระยะเวลาในการทำงานก่อน ดำเนินการแก้ปัญหาจะช่วยให้การทำงานสำเร็จได้ตาม เป้าหมาย และลดข้อผิดพลาดของการทำงานที่อาจ เกิดขึ้น 4. ทดสอบ ประเมินผล และอธิบายปัญหา หรือ ข้อบกพร่องที่เกิดขึ้น ภายใต้กรอบ เงื่อนไขพร้อมทั้งหาแนวทางการปรับปรุง แก้ไข และนําเสนอผลการแก้ปัญหา • การทดสอบและประเมินผลเป็นการตรวจสอบ ชิ้นงาน หรือวิธีการว่าสามารถแก้ปัญหาได้ตาม วัตถุประสงค์ภายใต้กรอบของปัญหา เพื่อหา ข้อบกพร่อง และดำเนินการปรับปรุงให้สามารถแก้ไข ปัญหาได้ • การนําเสนอผลงานเป็นการถ่ายทอดแนวคิดเพื่อให้ ผู้อื่นเข้าใจเกี่ยวกับกระบวนการทำงานและชิ้นงานหรือ วิธีการที่ได้ซึ่งสามารถทำได้หลายวิธีเช่น การเขียน รายงานการทำแผ่นนําเสนอผลงาน การจัดนิทรรศการ 5. ใช้ความรู้และทักษะเกี่ยวกับวัสดุอุปกรณ์ เครื่องมือ กลไก ไฟฟ้า และอิเล็กทรอนิกส์เพื่อ แก้ปัญหาหรือพัฒนางานได้อย่างถูกต้อง เหมาะสม และปลอดภัย • วัสดุแต่ละประเภทมีสมบัติแตกต่างกัน เช่น ไม้โลหะ พลาสติก จึงต้องมีการวิเคราะห์สมบัติเพื่อเลือกใช้ให้ เหมาะสมกับลักษณะของงาน • การสร้างชิ้นงานอาจใช้ความรู้เรื่องกลไก ไฟฟ้า อิเล็กทรอนิกส์เช่น LED มอเตอร์บัซเซอร์เฟือง รอก ล้อ เพลา • อุปกรณ์และเครื่องมือในการสร้างชิ้นงานหรือพัฒนา วิธีการมีหลายประเภท ต้องเลือกใช้ให้ถูกต้อง เหมาะสม และปลอดภัย รวมทั้งรู้จักเก็บรักษา สาระที่ 4 เทคโนโลยี มาตรฐาน ว 4.2 เข้าใจและใช้แนวคิดเชิงคํานวณในการแก้ปัญหาที่พบในชีวิตจริงอย่างเป็นขั้นตอนและเป็น ระบบ ใช้เทคโนโลยีสารสนเทศและการสื่อสารในการเรียนรู้การทำงาน และการแก้ปัญหาได้อย่างมี ประสิทธิภาพ รู้เท่าทัน และมีจริยธรรม ชั้น ตัวชี้วัด สาระการเรียนรู้แกนกลาง ม.2 1. ออกแบบอัลกอริทึมที่ใช้แนวคิดเชิง คํานวณในการแก้ปัญหา หรือการทำงานที่พบ ในชีวิตจริง • แนวคิดเชิงคํานวณ • การแก้ปัญหาโดยใช้แนวคิดเชิงคํานวณ • ตัวอย่างปัญหา เช่น การเข้าแถวตามลำดับ
40 ความสูงให้เร็วที่สุด จัดเรียงเสื้อให้หาได้ง่ายที่สุด 2. ออกแบบและเขียนโปรแกรมที่ใช้ตรรกะ และฟังก์ชันในการแก้ปัญหา • ตัวดำเนินการบูลีน • ฟังก์ชัน • การออกแบบและเขียนโปรแกรมที่มีการใช้ตรรกะ และฟังก์ชัน • การออกแบบอัลกอริทึม เพื่อแก้ปัญหาอาจใช้แนวคิด เชิงคํานวณในการออกแบบ เพื่อให้การแก้ปัญหามี ประสิทธิภาพ • การแก้ปัญหาอย่างเป็นขั้นตอนจะช่วยให้แก้ปัญหาได้ อย่างมีประสิทธิภาพ • ซอฟต์แวร์ที่ใช้ในการเขียนโปรแกรม เช่น Scratch, python, java, c • ตัวอย่างโปรแกรม เช่น โปรแกรมตัดเกรดหาคําตอบ ทั้งหมดของอสมการหลายตัวแปร 3. อภิปรายองค์ประกอบและหลักการทำงาน ของระบบคอมพิวเตอร์และเทคโนโลยีการ สื่อสารเพื่อประยุกต์ใช้งานหรือแก้ปัญหา เบื้องต้น • องค์ประกอบและหลักการทำงานของระบบ คอมพิวเตอร์ • เทคโนโลยีการสื่อสาร • การประยุกต์ใช้งานและการแก้ปัญหาเบื้องต้น 4. ใช้เทคโนโลยีสารสนเทศอย่างปลอดภัย มี ความรับผิดชอบ สร้างและแสดงสิทธิในการ เผยแพร่ผลงาน • ใช้เทคโนโลยีสารสนเทศอย่างปลอดภัย โดยเลือก แนวทางปฏิบัติเมื่อพบเนื้อหาที่ไม่เหมาะสม เช่น แจ้ง รายงานผู้เกี่ยวข้อง ป้องกันการเข้ามาของข้อมูลที่ไม่ เหมาะสม ไม่ตอบโต้ไม่เผยแพร่ • การใช้เทคโนโลยีสารสนเทศอย่างมีความรับผิดชอบ เช่น ตระหนักถึงผลกระทบในการเผยแพร่ข้อมูล • การสร้างและแสดงสิทธิ์ความเป็นเจ้าของผลงาน • การกำหนดสิทธิการใช้ข้อมูล
41 2.3 แนวคิดเกี่ยวกับการจัดการเรียนรู้ตามแนวสะเต็มศึกษา 2.3.1 ความหมายของการจัดการเรียนรู้ตามแนวสะเต็มศึกษา การจัดการเรียนรู้แบบสะเต็มศึกษาเป็นการจัดการเรียนรู้แบบบูรณาการ4 สาขาวิชา ได้แก่ วิทยาศาสตร์ (Science) เทคโนโลยี(Technology) วิศวกรรมศาสตร์ (Engineering) และ คณิตศาสตร์(Mathematics) (สิรินภา กิจเกื้อกูล, 2558) มีจุดเด่นที่การนำกระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรม มาผนวกเข้า กับการจัดการเรียนรู้วิทยาศาสตร์ คณิตศาสตร์ และเทคโนโลยีที่อยู่ในหลักสูตรแกนกลางการศึกษาขั้นพื้นฐาน ของไทย กิจกรรมสะเต็มศึกษาเน้นการนำประเด็นหรือสถานการณ์ที่อยู่ใกล้ตัวนักเรียนอาจเป็นปัญหา เหตุการณ์ หรืออาชีพที่พบเห็นได้ในชุมชนมาเชื่อมโยงเข้ากับเนื้อหาวิทยาศาสตร์และคณิตศาสตร์ สร้างโอกาส ให้นักเรียนได้ใช้ความรู้วิทยาศาสตร์ คณิตศาสตร์ที่ได้เรียนรู้ในชั้นเรียน และความรู้เกี่ยวกับเทคโนโลยีหาวิธีการ หรือพัฒนาชิ้นงานเพื่อแก้ปัญหาหรือสถานการณ์ที่ครูนำเสนอ การจัดการเรียนรู้แบบนี้ช่วยให้นักเรียนได้เห็น ประโยชน์ของความรู้วิทยาศาสตร์และคณิตศาสตร์ที่นักเรียนใช้ในชั้นเรียน อีกทั้งเป็นการฝึกความสามารถใน การแก้ปัญหาที่ซับซ้อน อย่างไรก็ตาม เนื้อหาวิทยาศาสตร์ คณิตศาสตร์ และสถานการณ์ที่ครูกำหนดต้อง สอดคล้องกับตัวชี้วัดในระดับชั้นที่นักเรียนศึกษาอยู่และต้องคำนึงถึงวิธีการเรียนรู้และความสามารถในการ เรียนรู้ของนักเรียนในแต่ละวัย (เสกสรรสรรสรพิสุทธิ์, 2558) ซึ่งการผลักดันให้ สะเต็มศึกษาเกิดขึ้นอย่างเป็น รูปธรรมแบบองค์รวมในโรงเรียนได้นั้นผู้บริหารสถานศึกษาต้องเอาจริงเอาจัง ส่งเสริมให้ครูทุกคนที่เกี่ยวข้อง ต้องมีความตระหนักถึงความสำคัญของสะเต็มศึกษา และต้องมีความรู้ความเข้าใจที่ถูกต้องเกี่ยวกับสะเต็ม ศึกษา (สสวท., 2558,) 2.3.2 ขั้นตอนการจัดการเรียนรู้รูปแบบสเต็มศึกษา จุดเด่นที่ชัดเจนข้อหนึ่งของการจัดการเรียนการเรียนรู้แบบสะเต็ม คือ การผนวกแนวคิดการ ออกแบบเชิงวิศวกรรมเข้ากับการเรียนรู้วิทยาศาสตร์ คณิตศาสตร์ และเทคโนโลยีของผู้เรียน กล่าวคือ ในขณะ ที่นักเรียนทำกิจกรรมเพื่อพัฒนาความรู้ ความเข้าใจ และฝึกทักษะด้านวิทยาศาสตร์ คณิตศาสตร์ และ เทคโนโลยี ผู้เรียนต้องมีโอกาสนำความรู้มาออกแบบวิธีการหรือกระบวนการเพื่อตอบสนองความต้องการหรือ แก้ปัญหาที่เกี่ยว ข้องกับชีวิตประจำวัน เพื่อให้ได้เทคโนโลยีซึ่งเป็นผลผลิตจากกระบวนการออกแบบเชิง วิศวกรรม (NRC, 2012) กระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรมประกอบด้วยองค์ประกอบ 6 ขั้นตอน ดังต่อไปนี้ ขั้นนตอนที่ 1 การระบุปัญหาและเงื่อนไขที่เกี่ยวข้องกับปัญหา (Defining and delimiting engineering problem) นักเรียนทำความเข้าใจปัญหา ระบุปัญหาเพื่อแก้ไขและกำหนดเป้าหมายให้ชัดเจน เพื่อให้ได้วิธีการแก้ไขปัญหาหรือสร้างผลิตภัณฑ์ใหม่ ๆ เกิดขึ้น ระบุเงื่อนไขหรือข้อจำกัดอะไรบ้างที่เป็นกรอบ เงื่อนไขของการแก้ปัญหา ขั้นตอนที่ 2 รวบรวมข้อมูล และแนวคิดที่เกี่ยวข้องกับปัญหา (Related Information Search)นักเรียนรวบรวมข้อมูลที่เกี่ยวข้องกับปัญหา โดยการค้นหาและรวบรวมข้อมูล เช่น สืบค้นหรือสํารวจ จากแหล่งข้อมูลต่าง ๆ แล้วรวบรวมเพื่อหาแนวทางการแก้ปัญหาและคัดเลือกวิธีการแก้ปัญหาที่เหมาะสม
42 ขั้นตอนที่ 3 ออกแบบวิธีการแก้ปัญหา (Solution Design) นักเรียนนําข้อมูลที่ได้จากขั้นตอน ที่ 2 มาออกแบบชิ้นงานหรือวิธีการ โดยผ่านวิธีการต่าง ๆ เช่น การวาดภาพร่าง และการเขียนอธิบาย ขั้นตอนที่ 4 วางแผนและดำเนินการแก้ปัญหา (Planning and Development) นักเรียน ลำดับขั้นตอนการทำงาน แล้วลงมือปฏิบัติเพื่อสร้างหรือพัฒนาชิ้นงาน โดยคำนึงถึงเงื่อนไขและข้อจำกัดที่พบ ขั้นตอนที่ 5 ทดสอบ ประเมินผลและปรังปรุงแก้ไขวิธีการแก้ไขปัญหาหรือชิ้นงาน (Testing Evaluation and Design Improvement) นักเรียนตรวจสอบและประเมินชิ้นงานวิธีการว่าบรรลุตาม วัตถุประสงค์หรือไม่ หากไม่สำเร็จควรจะปรับปรุงแก้ไขส่วนใด แล้วจึงแก้ไขในส่วนที่บกพร่องให้สามารถนําไป แก้ปัญหาได้จริง ขั้นตอนที่ 6 นําเสนอวิธีการแก้ปัญหาผลการแก้ปัญหาหรือชิ้นงาน (Presentation) นักเรียน คิดวิธีการนําเสนอชิ้นงานหรือวิธีการ หลังจากนั้นนักเรียนนําเสนอชิ้นงานที่สร้างขึ้น และแต่ละกลุ่มร่วมกันให้ ข้อเสนอแนะในชิ้นงานเพื่อเป็นแนวทางในการพัฒนาต่อไป นอกจากนี้Billiar, Hubelban, Oliva and Camesano (2014, pp.) ได้ระบุขั้นตอนของ กระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรมศาสตร์ (Engineering Design Process) ไว้ 8 ขั้นตอน 1. ระบุปัญหาและความต้องการ (Identify the Problem/Need) ระบุหัวข้อที่น่าสนใจสำหรับ นักเรียนในการเรียนรู้และระบุวัตถุประสงค์การเรียนรู้ 2. ศึกษาวิจัย จัดอันดับ เป้าหมายและข้อจำกัด(Research and Rank Objectives and Constraints) ศึกษาค้นคว้าหาเทคนิคการจัดการเรียนรู้ โดยการพิจารณาบริบทของการจัดการเรียนรู้ (เช่น นักเรียน โรงเรียน) ข้อจำกัด จัดลำดับจุดประสงค์การเรียนรู้และวิเคราะห์ข้อจำกัดที่พบ 3. หาวิธีแก้ปัญหาที่เป็นไปได้ (Develop Possible Solutions) หาแนวคิดการออกแบบการ จัดการเรียนรู้ที่หลากหลายและเหมาะสมกับสภาพจริง 4. เลือกวิธีแก้ปัญหาภายใต้ข้อจำกัด (Select the Best Solution within Constraints) เลือกแนวคิดที่เหมาะสมกับจุดประสงค์ บริบท และข้อจำกัด 5. สร้างโมเดล (Construct a Prototype/Model Solution) สร้างหน่วยการเรียนรู้ 6. ทดสอบ/ประเมินผลการใช้รูปแบบ (Test/Evaluate the Solution) ทดสอบหน่วยการใช้ หน่วยการเรียนรู้ที่สร้างขึ้น 7. นําเสนอ/สื่อสารผลการประเมิน (Present/Communicate the Results) นําเสนอและ อภิปรายผลการใช้หน่วยการเรียนรู้ 8. ปรับปรุงแก้ไขรูปแบบของการแก้ปัญหา (Redesign and Revise) ปรับปรุงแก้ไข หน่วยการ เรียนรู้ตามผลการประเมิน กระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรมทั้ง 8 ขั้นตอน มีลักษณะของการจัดกิจกรรมในระยะยาว และใช้เวลานาน เป็นขั้นตอนการจัดการเรียนรู้ที่ละเอียด เหมาะกับการจัดกิจกรรมที่มีระยะเวลาในการทำ กิจกรรมนานและเก็บผลในระยะยาว ดังเช่นงานวิจัยของ Billiar, Hubelban, Oliva and Camesano (2014,
43 p. 17) ที่ได้นําไปใช้เป็นแนวทางสำหรับครูผู้สอนในสร้างหน่วยการเรียนรู้หรือหลักสูตรโดยใช้การจัดการเรียนรู้ ตามกระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรม National Research Council (2012) ได้แบ่งกระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรมเป็น6 ขั้นตอน ซึ่งสถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีนำมาใช้เพื่อให้ได้เทคโนโลยีซึ่งเป็นผลผลิตจา กระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรม ดังนี้ ขั้นตอนที่ 1 ระบุปัญหา (Problem Identification) เป็นการทำความเข้าใจปัญหาหรือความท้า ทายวิเคราะห์เงื่อนไขหรือข้อจำกัดของสถานการณ์ปัญหา เพื่อก าหนดขอบเขตของปัญหา ซึ่งจะนำไปสู่การ สร้างชิ้นงานหรือวิธีการในการแก้ปัญหา ขั้นตอนที่ 2 รวบรวมข้อมูลและแนวคิดที่เกี่ยวข้องกับปัญหา (Related Information Search) เป็นการรวบรวมข้อมูลและแนวคิดทางวิทยาศาสตร์ คณิตศาสตร์ และเทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องกับแนวทางการ แก้ปัญหาและประเมินความเป็นไปได้ ข้อดีและข้อจำกัด ขั้นตอนที่ 3 ออกแบบวิธีการแก้ปัญหา (Solution Design) เป็นการประยุกต์ใช้ข้อมูลและแนวคิด ที่เกี่ยวข้องเพื่อการออกแบบชิ้นงานหรือวิธีการในการแก้ปัญหา โดยคำนึงถึงทรัพยากร ข้อจำกัดและเงื่อนไข ตามสถานการณ์ที่กำหนด ขั้นตอนที่ 4 วางแผนและดำเนินการแก้ปัญหา (Planning and Development) เป็นการกำหนด ลำดับขั้นตอนของการสร้างชิ้นงานหรือวิธีการ แล้วลงมือสร้างชิ้นงานหรือพัฒนาวิธีการเพื่อใช้ในการแก้ปัญหา ขั้นตอนที่ 5 ทดสอบ ประเมินผล และปรับปรุงแก้ไขวิธีการแก้ปัญหาหรือชิ้นงาน(Testing, Evaluation and Design Improvement) เป็นการทดสอบและประเมินการใช้งานของชิ้นงานหรือวิธีการ โดยผลที่ได้อาจนำมาใช้ในการปรับปรุงและพัฒนาให้มีประสิทธิภาพในการแก้ปัญหาได้อย่างเหมาะสมที่สุด ขั้นตอนที่ 6 นำเสนอวิธีการแก้ปัญหาผลการแก้ปัญหาหรือชิ้นงาน(Presentation) เป็นการ นำเสนอแนวคิดและขั้นตอนการแก้ปัญหาของการสร้างชิ้นงานหรือการพัฒนาวิธีการให้ผู้อื่นเข้าใจและได้ ข้อเสนอแนะเพื่อการพัฒนาต่อไป จากการศึกษากระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรมข้างต้นผู้วิจัยได้เลือกใช้กระบวนการออกแบบ เชิงวิศวกรรม 6 ขั้นตอน เพื่อให้สอดคล้องตามหลักสูตรแกนกลางการศึกษาขั้นพื้นฐาน พุทธศักราช 2551 (ฉบับปรับปรุง 2560) จากสถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีโดยในการจัดกิจกรรมสะเต็ม ศึกษานักเรียนจะได้แก้ไขปัญหาผ่านกระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรม 6 ขั้นตอน ได้แก่ 1.ระบุปัญหา 2. รวบรวมข้อมูลเกี่ยวกับปัญหา 3.ออกแบบวิธีการแก้ปัญหา 4.วางแผนและดำเนินการแก้ปัญหา 5.ทดสอบ และ ปรับปรุงแก้ ไขวิธีการแก้ปัญหา 6.นำเสนอผลการแก้ปัญหาเนื่องจากเป็นกระบวนการที่นักเรียนนําความรู้มา ประยุกต์ใช้ในการแก้ปัญหา และสามารถทำซ้ำหรือย้อนกลับได้เสมอ เหมาะสมกับเนื้อหา เรื่อง สารละลาย ที่ จะพัฒนาสมรรถณะสำคัญทั้ง 5 ด้านของผู้เรียน
44 2.3.3 ประโยชน์ของสเต็มศึกษา การจัดการเรียนรู้แบบสะเต็มศึกษาผ่านกิจกรรมหรือโครงงานที่สอดคล้องกับปัญหาที่พบได้ ในชีวิตจริง เป็นการส่งเสริมการสร้างเสริมประสบการณ์ทักษะชีวิต ความคิดสร้างสรรค์และนำไปสู่การสร้าง นวัตกรรมซึ่งประโยชน์ที่ได้จากการจัดการเรียนรู้ แบบสะเต็มศึกษาสามารถสรุปได้ดังนี้ (สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี 2557) ได้กล่าวว่าประโยชน์ของการ จัดการเรียนรู้ตามแนวทางสะเต็มศึกษา ดังนี้ 1. นักเรียนมีทักษะการคิดวิเคราะห์และสร้างนวัตกรรมใหม่ๆ ที่ใช้วิทยาศาสตร์คณิตศาสตร์ เทคโนโลยีและกระบวนการออกแบบวิศวกรรมเป็นพื้นฐาน 2. นักเรียนเข้าใจสาระวิชาและกระบวนการทางวิทยาศาสตร์และคณิตศาสตร์ขึ้น 3. ส่งเสริมการจัดการเรียนรู้และเชื่อมโยงกันระหว่างกลุ่มสาระวิชา 4. หน่วยงานภาครัฐและภาคเอกชนมีส่วนร่วมสนับสนุนการจัดกิจกรรมของครูและบุคลากร ทางการศึกษา 5. สร้างคนด้านสะเต็มของประเทศไทย เพื่อเพิ่มศักยภาพทางเศรษฐกิจของชาติ (กมลฉัตร กล่อมอิ่ม, 2559) ได้กล่าวว่าประโยชน์ของการจัดการเรียนรู้ตามแนวทางสะเต็ม ศึกษา ดังนี้ 1. นักเรียนที่ได้รับการสอนแบบสะเต็มศึกษาจะมีทักษะการคิดวิเคราะห์และสร้างนวัตกรรม ใหม่ๆที่ใช้วิทยาศาสตร์และคณิตศาสตร์เป็นพื้นฐาน 2. นักเรียนที่ได้รับการสอนแบบสะเต็มศึกษาจะเรียนสนุก และมองเห็นอาชีพการงานที่สนใจ จะทำ หลังจากที่สำเร็จการศึกษาแล้ว 3. นักเรียนที่ได้รับการสอนแบบสะเต็มศึกษา ผลการประเมินทางในการเรียนวิทยาศาสตร์และ คณิตศาสตร์ควรจะดีขึ้น 4. ประเทศไทยจะมีกำลังคนด้านสะเต็มที่จะช่วยยกระดับรายได้ของชาติให้สูงกว่าระดับ รายได้ปานกลางในอนาคต จากประโยชน์ของการจัดการเรียนรู้ แบบสะเต็มศึกษา ผู้วิจัยสรุปได้ว่า การจัดการเรียนรู้ ตาม แนวทางสะเต็มศึกษาช่วยส่งเสริมให้ผู้เรียนบูรณาการความรู้ หลากหลายสาขาเข้ามาแก้ไขปัญหาในชีวิตจริง โดยใช้ทักษะการคิดวิเคราะห์คิดอย่างมีวิจารณญาณ และปลูกฝังให้นักเรียนมีความสามารถในการสื่อสาร รวม ไปถึงการทำงานร่วมกันได้เป็นอย่างดี สอดคล้องกับสมรรถณะสำคัญของผู้เรียน 2.3.4 งานวิจัยที่เกี่ยวข้องกับการจัดการเรียนรู้สเต็มศึกษา (STEM Education) กนกทิพย์ ยาทองไชย (2559) ได้ศึกษาเรื่อง การพัฒนาชุดกิจกรรมสะเต็มศึกษาเรื่อง ปิโตรเลียมและพลังงานทดแทน เพื่อส่งเสริมการคิดอย่างมีวิจารณญาณและการแก้ปัญหาพบว่า นักเรียนมี คะแนนหลังเรียนสูงกว่าก่อนเรียน และมีความสามารถในการคิดอย่างมีวิจารณญาณและการแก้ปัญหา
45 กมลฉัตร กล่อมอิ่ม (2559) ได้เปรียบเทียบผลสัมฤทธิ์ทางการเรียนของนักเรียนที่เรียนด้วย การจัดการเรียนรู้แบบบูรณาการสะเต็มศึกษากับการจัดการเรียนรู้ แบบปกติสำหรับนักเรียนชั้นประถมศึกษาปี ที่ 4 พบว่า นักเรียนที่ได้รับการจัดการเรียนรู้แบบบูรณาการสะเต็มศึกษามีผลสัมฤทธิ์ทางการเรียนหลังเรียนสูง กว่าก่อนเรียน อย่างมีนัยสำคัญทางสถิติที่ระดับ .01 และนักเรียนที่ได้รับการจัดการเรียนรู้แบบบูรณาการสะ เต็มศึกษามีผลสัมฤทธิ์ทางการเรียนสูงกว่านักเรียนที่ได้รับการจัดการเรียนรู้แบบปกติอย่างมีนัยสำคัญทางสถิติ ที่ระดับ .01 อาทิตยา พูนเรือง (2559) ได้ศึกษาเรื่องการพัฒนาผลสัมฤทธิ์ทางการเรียนและความสามารถ ในการแก้ปัญหาทางวิทยาศาสตร์เรื่อง เอนไซม์โดยใช้ การจัดการเรียนรู้ ตามแนวทางสะเต็มศึกษา พบว่า ผลสัมฤทธิ์ ทางการเรียนและความสามารถในการแก้ปัญหาทางวิทยาศาสตร์หลังเรียนสูงกว่าก่อนเรียน Levine and Discenza (2018) ได้ศึกษาเรื่องการจัดกิจกรรมทำขนมด้วยน้ำตาล ในระดับชั้น มัธยมศึกษาตอนปลาย ผลการศึกษาพบว่าการทดลองที่ใช้น้ำตาลเป็นฐานในการจัดกิจกรรมสามารถกระตุ้นผู้ ร่วมกิจกรรมให้กระตือรือร้นอยากเรียนรู้วิทยาศาสตร์มากขึ้นและปรับเปลี่ยนทัศนคติเกี่ยวกับวิชาวิทยาศาสตร์ ที่สามารถนำมาประยุกต์ใช้ประโยชน์ได้อย่างกว้างขวางอีกทั้งเพิ่มความสนใจในการใฝ่หาอาชีพทาง วิทยาศาสตร์ Marle et al. (2014) ได้ศึกษา เรื่อง การใช้สถานการณ์เกี่ยวกับการโจรกรรมสูตรช็อคโกแลตใน รูปแบบสะเต็มศึกษา ซึ่งจัดกิจกรรมโดยใช้ปัญหาเป็นฐาน (PBL) เพื่อให้นักเรียนแก้ไขสถานการณ์และปัญหาที่ เกิดขึ้นในช่วงเวลา 4 วัน โดยแต่ละวันจะมีกิจกรรมที่บูรณาการความรู้ในสาขาวิชาวิทยาศาสตร์เทคโนโลยี คณิตศาสตร์และกระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรม เข้ามาแก้ไขปัญหาที่ผู้วิจัยสร้างสถานการณ์ขึ้นในแต่ละวัน ผลการวิจัยพบว่านักเรียนมีแรงจูงใจในการเรียนวิชาวิทยาศาสตร์นักเรียนได้รับความรู้ เกี่ยวกับเทคนิคทาง วิทยาศาสตร์และสามารถนำความรู้จากกิจกรรมไปประยุกต์ใช้ในรายวิชาอื่น ๆ Burrows, Breiner, Keiner, and Behm (2014) ได้ศึกษาเรื่อง การบูรณาการสะเต็มศึกษา กับไบโอดีเซล โดยบูรณาการร่วมกับวิชาชีววิทยา ชีวเคมีและเคมีพบว่า นักเรียนมีความสนใจในวิทยาศาสตร์ มากขึ้นบทเรียนทำให้นักเรียนสนใจในสาขาวิชาวิศวกรรม นักเรียนเกิดการเรียนรู้จากบทเรียนและนักเรียนมี ความมั่นใจในการทำกิจกรรมและใช้เครื่องมือต่าง ๆ ในห้องปฏิบัติการ หลังจากเรียนด้วยการบูรณาการเรื่อง ไบโอดีเซล ตามแนวทางสะเต็มศึกษา 2.4 แนวคิดเกี่ยวกับทักษะกระบวนการทางวิทยาศาสตร์ ทักษะกระบวนการทางวิทยาศาสตร์ หมายถึง พฤติกรรมที่เกิดจากการคิดและการปฏิบัติการทาง วิทยาศาสตร์จนเกิดความชำนาญและความคล่องแคล่วในการใช้เพื่อแสวงหาความรู้ทางวิทยาศาสตร์ตลอดจน หาวิธีการเพื่อแก้ปัญหาต่างๆ ทักษะกระบวนการทางวิทยาศาสตร์ เป็นทักษะการคิดของนักวิทยาศาสตร์ที่นำมาใช้ในการศึกษา ค้นคว้า สืบเสาะหาความรู้ และแก้ปัญหาต่างๆ ทักษะกระบวนการทางวิทยาศาสตร์ได้แบ่งออกเป็น 13 ทักษะ
46 โดยยึดตามแนวของสมาคมอเมริกาเพื่อความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์ (The American Association for the Advancement of Science – AAAS) ซึ่งประกอบด้วย ทักษะกระบวนการทางวิทยาศาสตร์ขั้นพื้นฐาน 8 ทักษะ และทักษะกระบวนการทางวิทยาศาสตร์ขั้นผสม 5 ทักษะ ดังนี้ ทักษะกระบวนการทางวิทยาศาสตร์ขั้นพื้นฐาน ได้แก่ 1. ทักษะการสังเกต 2. ทักษะการลงความเห็นจากข้อมูล 3. ทักษะการจำแนกประเภท 4. ทักษะการวัด 5. ทักษะการใช้ตัวเลข 6. ทักษะการสื่อความหมายข้อมูล 7. ทักษะการพยากรณ์ 8. ทักษะการหาความสัมพันธ์ระหว่างสเปสกับสเปสและสเปสกับเวลา ทักษะกระบวนการทางวิทยาศาสตร์ขั้นผสม ได้แก่ 1. ทักษะการกำหนดและควบคุมตัวแปร 2. ทักษะการตั้งสมมุติฐาน 3. ทักษะการกำหนดนิยามเชิงปฏิบัติการ 4. ทักษะการทดลอง 5. ทักษะการตีความหมายข้อมูลและลงข้อสรุป 2.5 งานวิจัยที่เกี่ยวข้อง งานวิจัยในประเทศ วิชัดชณา จิตรักศิลป์ ถาดทอง ปานศุภวัชร และนิติธาร ชูทรัพย์ (2561) ได้ทำการศึกษาการพัฒนา ทักษะกระบวนการทางวิทยาศาสตร์โดยการจัดการเรียนรูแบบสะเต็มศึกษา เรื่อง แรง การเคลื่อนที่ และ พลังงาน กลุ่มสาระ การเรียนรูวิทยาศาสตร์ชั้นมัธยมศึกษาปที่ 1 การวิจัยครั้งนี้มีความมุ่งหมายเพื่อ 1) พัฒนา แผนการจัดการเรียนรู้แบบสะเต็มศึกษา กลุ่มสาระการเรียนรู้ วิทยาศาสตร์ของนักเรียน ระดับชั้นมัธยมศึกษาปี ที่ 1 เรื่อง แรง การเคลื่อนที่ และพลังงาน ให้มีประสิทธิภาพตาม เกณฑ์ 75/75 2) เปรียบเทียบทักษะ กระบวนการทางวิทยาศาสตร์ระหว่างก่อนเรียน และหลังเรียน 3) เปรียบเทียบสัมฤทธิ์ทางการเรียนระหว่าง ก่อนเรียน และหลังเรียนและ 4) ศึกษาความพึงพอใจของนักเรียนต่อการจัดการเรียนรู้แบบสะเต็มศึกษา กลุ่ม ตัวอย่างที่ใช้ในการศึกษาเป็นนักเรียนชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 1 โรงเรียนบ้านอูนโคก ภาคเรียนที่ 2 ปีการศึกษา 2559 จำนวน 16 คน ได้มาจากการสุ่มแบบกลุ่ม เครื่องมือ ที่ใช้ในการทดลองครั้งนี้ ได้แก่ แผนการจัดการ เรียนรู้แบบสะเต็มศึกษา แบบทดสอบวัดทักษะกระบวนการทางวิทยาศาสตร์ แบบวัดผลสัมฤทธิ์ทางการเรียน และแบบประเมิน ความพึงพอใจต่อการจัดการเรียนรู้แบบสะเต็มศึกษา สถิติที่ใช้ในการวิเคราะห์ข้อมูล ได้แก่ ค่าร้อยละ ค่าเฉลี่ย ค่าเบี่ยงเบนมาตรฐานและการทดสอบความแตกต่างของค่าเฉลี่ย โดยใช้การทดสอบค่าที
47 (t-test for Dependent Samples)ผลการวิจัย พบว่า 1) การจัดการ เรียนรู้ โดยใช้แผนการจัดการเรียนรู้ แบบสะเต็มศึกษา เรื่อง แรง การเคลื่อนที่และพลังงาน กลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์ ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 1 มีประสิทธิภาพ 76.56/78.75 ซึ่งสูงกว่าเกณฑ์ที่กำหนดไว้คือ 75/75 2) ทักษะกระบวนการทางวิทยาศาสตร์ ก่อนเรียน และหลังเรียนของนักเรียน พบว่าคะแนนหลังเรียนสูงกว่าก่อนเรียน อย่างมีนัยสำคัญ ทางสถิติที่ ระดับ .01 3) ผลสัมฤทธิ์ทางการเรียนก่อนเรียนและหลังเรียนของนักเรียน พบว่า คะแนนหลังเรียนสูงกว่าก่อน เรียน อย่างมีนัยสำคัญทางสถิติที่ระดับ .01 4) ผลการศึกษาความพึงพอใจของนักเรียนโดยการจัดการเรียนรู้ แบบสะเต็มศึกษา อยู่ในระดับความพึงพอใจมากที่สุด วารินท์พร ฟันเฟื่องฟู (2560) ได้ทำการศึกษาเกี่ยวกับสะเต็ม ศึกษากับการศึกษาไทย ซึ่งสะเต็ม ศึกษาเป็นกระบวนวิธีการจัดการเรียนรู้การบูรณาการ ศาสตร์ทั้งสี่ที่เรียกว่า STEM รวมทั้งหลักสูตรสะเต็มที่ เป็นต้นฉบับเดิม เนื่องจากคำว่าSTEM เกิดขึ้นในประเทศตะวันตกเป็นครั้งแรก เช่น สหรัฐอเมริกา อังกฤษ ฟินแลนด์เป็นต้น และเรื่องราวเหล่านี้ก็ได้เข้ามาสู่เอเชีย เช่น สิงคโปร์ ญี่ปุ่น เกาหลี รวมทั้ง ประเทศไทย ทั้งนี้ คำว่าสะเต็มในสังคมไทยอาจเรียกต่างกันออกไป เช่น สะเต็ม หรือสะเต็มศึกษา หรือหลักสูตรสะเต็ม แต่ รูปแบบการจัดการเรียนการสอนหรืออื่น ๆ ที่อยู่ภายใต้คำว่า สะเต็ม ยังคงเหมือนเดิม นอกจากนี้นวัตกรรมที่ เกี่ยวกับสะเต็ม ในสังคมไทยยังคงมีลักษณะคลาดเคลื่อนไปจากข้อมูลปฐมภูมิไปบ้าง งานวิจัยต่างประเทศ Tseng, K., Chang, C., Lou, S., & Chen, W. (2013) ได้ทำการศึกษาเกี่ยวกับเจตคติต่อการบูร ณาการวิชาวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี วิศวกรรมศาสตร์ และคณิตศาสตร์ (STEM) ในการเรียนรูแบบโครงงาน โดยงานวิจัยนี้ มีจุดประสงคเพื่อศึกษาเจตคติก่อน และหลังจากได้รับการจัดกิจกรรมการเรียนรูแบบ ใช โครงงานเปนฐานที่บูรณาการ STEM เครื่องมือที่ใช่เป็นแบบสอบถาม และแบบสัมภาษณ์กลุ่มตัวอยางที่ใชใน การวิจัยนี้คือผู้ที่เริ่มทํางานใหม่ในสถาบันเทคโนโลยีในไตหวัน จํานวน 5 แหง รวม 30 คน ผลการศึกษา พบว่า กลุ่มตัวอยางที่ได้รับการจัดกิจกรรมการเรียน การสอนด้วยโครงงานเปนฐาน มีเจตคติต่อวิศวกรรมศาสตร์ เปลี่ยนไปอยางมีนัยสําคัญ จากการสัมภาษณ์เกือบทั้งหมดแสดงใหเห็นถึงความสําคัญของ STEM คือ ความรู ทักษะ และประสบการณทางดาน STEM จะเปนประโยชนในการประกอบอาชีพในอนาคต สามารถนํามาใช เพื่อแกปญหาที่เกิดขึ้นจริงได้สามารถสรางโลกที่มีสิ่งอํานวยความสะดวก เพิ่มมากขึ้น สามารถแสดงใหเห็นถึง ความหมายของการเรียนรู และอยากที่จะเรียนรู เพิ่มขึ้น และสงผลตอเจตคติในการประกอบอาชีพที่เกี่ยวของ กับ STEM ในภายภาคหนา เพิ่มขึ้นด้วย Tawfik, A., Trueman, R. J., & Trueman M. M. (2014) ได้ศึกษา การจัดการเรียนการสอน ตามแนวทางสะเต็มศึกษา โดยใชรูปแบบการจัดการเรียนรูแบบ Problem-Based Learning และ ServiceLearning ในวิชาชีววิทยาใหกับนักเรียนที่ไม่ใช้สาขาวิทยาศาสตร์ โดยตองการใหนักเรียนได้เรียนรู แนวคิดทางชีววิทยาโดยที่ใหนักเรียน มีสวนรวมในโครงการทําความสะอาดทะเลสาบในมหานครชิคาโก ผลการวิจัย พบวาการจัดการเรียนการสอนตามแนวทางสะเต็มศึกษา โดยใชรูปแบบการจัดการเรียนรูแบบ Problem-BasedLearning และ Service Learning ทําให้ผลคะแนนการเรียนรูของนักเรียน เพิ่มสูงขึ้นจาก คะแนนผลการทดสอบก่อนเรียนพบวานักเรียนได้คะแนน 34.5% และหลังเรียนได้คะแนน 56.7% และผล t-
48 test ยังแสดงวาการบูรณาการระหวาง การจัดการเรียนรูปแบบ Problem-Based Learning และ Service Learning ทำใหผลคะแนน ของนักเรียนมีนัยสําคัญทางสถิติที่ดีขึ้นกวาปที่ผานมา จากการศึกษางานวิจัยที่เกี่ยวข้องดังกล่าวแสดงให้เห็นว่า ความสามารถ ในการแก้ปัญหาถือเป็น พื้นฐานที่สำคัญที่สุดของการคิด และยังเป็นสิ่งที่สำคัญต่อ การดำรงชีวิตในสังคมมนุษย์ ซึ่งต้องนำไปใช้การ แก้ปัญหาที่เกิดขึ้นตลอดเวลา โดยความสามารถในการแก้ปัญหาเป็นสิ่งที่สามารถพัฒนาได้ด้วยการนำการ จัดการเรียนรู้ แบบสะเต็มศึกษามาใช้ในการจัดการเรียนการสอน เพราะเป็นการบูรณาการขามกลุมสาระ วิชา ได้แก่ วิทยาศาสตร์เทคโนโลยี วิศวกรรมศาสตร์และคณิตศาสตร์โดยนำวิธีการสอน ของแต่ละวิชามารวมกัน เพื่อช่วยให้ผู้เรียนเกิดการพัฒนาทักษะการคิด ทักษะการใช้ เทคโนโลยีสารสนเทศ ทักษะการแก้ปัญหา และ ทักษะการสื่อสาร ซึ่งทักษะ ดังกล่าวนี้ เป็นทักษะการเรียนรู้ในศตวรรษที่ 21 ดังนั้น ผู้วิจัยจึงสนใจที่จะใช้การ จัดการเรียนรู้แบบ สะเต็มศึกษาเพื่อพัฒนาความสามารถในการแก้ปัญหา และทำให้ผลสัมฤทธิ์ทางการเรียน ของนักเรียน หลังเรียน สูงกว่าก่อนเรียน สามารถนำความรู้ที่ได้รับไปพัฒนาตนเอง สังคม และประเทศชาติให้ เกิดความยั่งยืนต่อไป
49 บทที่ 3 วิธีการดำเนินงานวิจัย การวิจัยครั้งนี้ เป็นการจัดการเรียนรู้ตามแนวสะเต็มศึกษาเพื่อพัฒนาทักษะกระบวนการทาง วิทยาศาสตร์ของนักเรียนชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 2 โรงเรียนเทศบาล 2 มุขมนตรีอำเภอเมืองอุดรธานี จังหวัด อุดรธานี โดยมีหัวข้อในการดำเนินการวิจัย ดังนี้ 3.1 ประชากรและกลุ่มตัวอย่าง 3.2 แบบแผนการวิจัย 3.3 เครื่องมือที่ใช้ในการวิจัย 3.4 การสร้างและหาคุณภาพเครื่องมือ 3.5 การเก็บรวบรวมข้อมูล 3.6 การวิเคราะห์ข้อมูล 3.1 ประชากรและกลุ่มตัวอย่าง 3.1.1 ประชากรที่ใช้ในการวิจัยครั้งนี้ เป็นนักเรียนชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 2/3 และ 2/4 โรงเรียน เทศบาล 2 มุขมนตรีอำเภอเมืองอุดรธานี จังหวัดอุดรธานี ปีการศึกษา 2566 จำนวน 50 คน 3.1.2 กลุ่มตัวอย่างที่ใช้ในการวิจัยครั้งนี้ เป็นนักเรียนชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 2/3 โรงเรียนเทศบาล 2 มุขมนตรีอำเภอเมืองอุดรธานี จังหวัดอุดรธานี ภาคเรียนที่ 2 ปีการศึกษา 2566 จำนวนนักเรียน 25 คน ซึ่ง ได้มาจากการเลือกแบบเจาะจง 3.2 แบบแผนการวิจัย แบบแผนการวิจัยแบบทดลองขั้นพื้นฐาน (Pre-experimental design) แบบ one-group pre-test post-test design และแบบ One – shot case study (มาเรียม นิลพันธุ์, 2558: 144) และแบบแผนการวิจัย แบบศึกษากลุ่มเดียววัดหลายครั้ง Time – Series design (Campbell and Stanley, 1963: 7) ดังนี้ ภาพที่ 1 แบบแผนการวิจัยแบบ one-group pre-test post-test design และ แบบ One – shot case study ใช้กับวัตถุประสงค์ข้อ 1 เพื่อเปรียบเทียบผลสัมฤทธิ์ทางการเรียน เรื่อง การแยกสารผสม ของ นักเรียนชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 2 ก่อนและหลังการจัดการเรียนรู้ตามแนวสะเต็มศึกษา T1 X T2 T1 หมายถึง การทดสอบก่อนเรียน X หมายถึง การทดลองการจัดการเรียนรู้ตามแนวสะเต็มศึกษา T2 หมายถึง การทดสอบหลังเรียน
50 ภาพที่ 2 แบบแผนการวิจัย แบบศึกษากลุ่มเดียววัดหลายครั้ง Time – Series design ใช้กับ วัตถุประสงค์ข้อ 2 เพื่อศึกษาพัฒนาการทักษะกระบวนการทางวิทยาศาสตร์ของนักเรียนชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 2 ที่ได้รับการจัดการเรียนรู้ตามแนวสะเต็มศึกษา เรื่อง การแยกสารผสม X O1 O2 O3 O4 X หมายถึง การทดลองใช้แบบประเมินทักษะกระบวนการทางวิทยาศาสตร์ O1, O2, O3, …หมายถึง การประเมินระหว่างการทดลองใช้แบบประเมินทักษะกระบวนการทาง วิทยาศาสตร์ 3.3 เครื่องมือที่ใช้ในการวิจัย 1. แผนการจัดการเรียนรู้ตามแนวสะเต็มศึกษา เรื่อง การแยกสารผสม จำนวน 3 แผนกานจัดการ เรียนรู้1) แผนการจัดการเรียนรู้ เรื่อง การแยกสารผสมโดยการตกผลึก จำนวน 3 ชั่วโมง 2) แผนการจัดการ เรียนรู้ เรื่อง การแยกสารผสมโดยการรกลั่น จำนวน 3 ชั่วโมง 3) แผนการจัดการเรียนรู้ เรื่อง การแยกสารผสม โดยการสกัดด้วยตัวทำละลาย จำนวน 3 ชั่วโมง ใช้เวลาในการทดลองจำนวน 3 สัปดาห์สัปดาห์ละ 3 ชั่วโมง รวมทั้งหมด 9 ชั่วโมง ซึ่งมีขั้นตอนการสร้าง ดังนี้ 1.1 ศึกษาวิเคราะห์หลักสูตรแกนกลางการศึกษาขั้นพื้นฐานพุทธศักราช 2551 (ฉบับปรับปรุง 2560) หลักสูตรสถานศึกษา กลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์ ศึกษาผลการเรียนรู้ของนักเรียนชั้นมัธยมศึกษา ปีที่ 2 1.2 ศึกษาแนวคิด ทฤษฎีและหลักการวิธีการจัดการเรียนรู้ตามแนวสะเต็มซึ่งมีทั้งหมด 6 ขั้นตอน วิเคราะห์ความรู้เดิม ความสนใจ และความสามารถของผู้เรียนเพื่อเป็นแนวทางในการจัดกิจกรรมการเรียนรู้ 1.3 กำหนดสาระการเรียนรู้รายวิชาวิทยาศาสตร์ 1.4 สร้างแผนการจัดการเรียนรู้โดยวิเคราะห์ความสัมพันธ์ระหว่างสาระการเรียนรู้ ตัวชี้วัดและ ทักษะกระบวนการทางวิทยาศาสตร์ จำนวน 3 แผน มีการจัดกิจกรรมโดยให้ผู้เรียนได้ระบุปัญหาโดยศึกษาจาก สถานการณ์ต่าง ๆ และรวบรวมข้อมูลและแนวคิดที่เกี่ยวข้องกับปัญหาเพื่อนำไปสู่การแก้ปัญหา เมื่อได้ข้อมูล แล้วผู้เรียนเริ่มออกแบบวิธีการแก้ปัญหาและวางแผนดำเนินการแก้ปัญหาโดยใช้ข้อมูลที่ศึกษามาให้เกิด ประโยชน์นำผลมาทดสอบประเมินผลและปรับปรุงแก้ไขวิธีการแก้ปัญหาหรือปรับปรุงชิ้นงาน จากนั้นน ำ ชิ้นงานมานำเสนอบอกวิธีการแก้ปัญหา และเสนอแนะแนวทางในการปรับปรุงชิ้นงานครั้งต่อไป 1.5 นำแผนการจัดการเรียนรู้เสนออาจารย์ที่ปรึกษาวิทยานิพนธ์ เพื่อตรวจสอบความเหมาะสมของ แผนการจัดการเรียนรู้ แล้วนำมาปรับปรุงแก้ไข