โปรแกรมวิจัยการปฏิรูปฟิสิกส์ศึกษาอย่างยั่งยืน

ฟิสิกส์เป็น 1 ใน 3 ศาสตร์หลักของวิชาวิทยาศาสตร์บริสุทธิ์ที่จำเป็นอย่างยิ่งต่อการพัฒนาเทคโนโลยีใหม่ ๆ  ทำให้ในหลายประเทศให้ความสนใจต่อการพัฒนาการเรียนการสอนฟิสิกส์ ประกอบกับฟิสิกส์เป็นวิชาที่ผู้เรียนส่วนใหญ่ประสบปัญหามากที่สุด เนื่องจากเนื้อหาส่วนใหญ่ค่อนข้างเป็นนามธรรม ใช้คณิตศาสตร์เป็นภาษา ทำให้เข้าใจได้ยาก ฟิสิกส์จึงเป็นวิชาที่มีความท้าทายทั้งในแง่การเรียนและการสอน แต่ฟิสิกส์เป็นองค์ความรู้สำคัญสำหรับพัฒนาแรงงานให้มีความรู้และทักษะที่จำเป็นต่อการแข่งขันในยุคสังคมฐานความรู้ (knowledge-based society) ดังนั้นการยกระดับคุณภาพการเรียนรู้วิทยาศาสตร์โดยเฉพาะฟิสิกส์ในประเทศไทยจึงจำเป็นอย่างยิ่ง เพื่อเพิ่มแรงงานไทยที่มีศักยภาพในการร่วมขับเคลื่อนและสอดรับกับโมเดลเศรษฐกิจ Thailand 4.0 ที่เน้นการขับเคลื่อนประเทศด้วยนวัตกรรม เทคโนโลยี และความคิดสร้างสรรค์

ตลอดสี่สิบกว่าปีที่ผ่านมา ผลงานวิจัยด้านฟิสิกส์ศึกษาช่วยพัฒนาการเรียนการสอนฟิสิกส์ทั้งในประเทศสหรัฐอเมริกา ออสเตรเลีย และประเทศในทวีปยุโรป ให้เหมาะสมกับธรรมชาติการเรียนรู้ของผู้เรียนมากขึ้น ผลวิจัยบ่งชี้ว่าก่อนการเรียนฟิสิกส์ผู้เรียนมีความเข้าใจปรากฏการณ์ฟิสิกส์ในชีวิตประจำวัน แต่ความเข้าใจส่วนใหญ่ขัดกับหลักการฟิสิกส์ ซึ่งเรียกว่า ความเข้าใจที่คลาดเคลื่อน (misconceptions) ซึ่งเกิดจากการที่ผู้เรียนสร้างรูปแบบความคิดความเข้าใจอย่างง่าย  (naïve model) เพื่ออธิบายปรากฏการณ์ที่พบในชีวิตประจำวันและค่อย ๆ หยั่งรากลึกกลายเป็นความเข้าใจที่คลาดเคลื่อน ซึ่งการเรียนการสอนด้วยการบรรยายเพียงอย่างเดียวไม่สามารถแก้ไขความเข้าใจที่คลาดเคลื่อนนี้ได้ คณาจารย์และนักวิจัยฟิสิกส์ในระดับอุดมศึกษาเล็งเห็นความสำคัญและผลกระทบระยะยาวของปัญหานี้ จึงเริ่มระบบการวิจัยเพื่อพัฒนาหลักสูตรและเทคนิคการสอน โดยเน้นใช้ผลการวิจัยทางด้านฟิสิกส์ศึกษา มาออกแบบหลักสูตร สื่อการเรียนการสอน ที่เน้นเทคนิคการสอนตามแนวทางเรียนรู้เชิงรุก (active learning approach) ที่เน้นให้ผู้เรียนมีส่วนร่วมในการเรียนรู้ เน้นการลงมือทำและการคิดวิเคราะห์ระหว่างการเรียนฟิสิกส์ เทคนิคการสอนเชิงรุกจะมีขั้นตอนที่ทำให้ผู้เรียนตระหนักว่ารูปแบบความคิดง่ายๆ ของตนมีข้อจำกัด เพื่อให้ผู้เรียนเปิดใจสร้างความเข้าใจเนื้อหาฟิสิกส์ที่ถูกต้อง

โปรแกรมวิจัยการปฏิรูปฟิสิกส์ศึกษาอย่างยั่งยืนนี้ ซึ่งจะใช้เวลาดำเนินงานระหว่างวันที่ 1 ตุลาคมพ.ศ. 2559 – 30 กันยายน พ.ศ. 2562 มีเป้าหมายในการดำเนินงานวิจัยด้านฟิสิกส์ศึกษาที่ทำให้เกิดการปฏิรูปการเรียนการสอนฟิสิกส์ในประเทศ เน้นไปที่การทำวิจัยพื้นฐานเกี่ยวกับความเข้าใจฟิสิกส์ของนักเรียนในระดับก่อนอุดมศึกษาจนถึงนักศึกษาในระดับอุดมศึกษา เพื่อนำองค์ความรู้ที่ได้ไปพัฒนาสื่อการสอนฟิสิกส์เชิงรุกที่เหมาะกับนักเรียนและนักศึกษาไทย ตลอดไปจนถึงการเผยแพร่ผลการวิจัย สื่อการเรียนการสอนฟิสิกส์ในรูปแบบการอบรมครู โปรแกรมวิจัยนี้มีการวางแผนการวิจัยฟิสิกส์ศึกษาอย่างเป็นระบบ และนำผลการวิจัยไปพัฒนาการสอนและหลักสูตรที่มีประสิทธิภาพ <b>(ดังรูปที่ 1)</b> จะช่วยให้เกิดการปฏิรูปฟิสิกส์ศึกษาในประเทศไทยได้อย่างยั่งยืนเช่นกัน

ในระยะแรกของการจัดตั้งศูนย์ความเป็นเลิศทางด้านฟิสิกส์ (ปีงบประมาณ 2551-2555) มีการให้ทุนสนับสนุนการทำวิจัยทางด้านฟิสิกส์ศึกษาและพัฒนาบุคลากรทางด้านนี้ ทำให้ประเทศไทยมีจำนวนบุคลากรทางด้านฟิสิกส์ศึกษาจำนวนหนึ่ง ที่สามารถขับเคลื่อนงานวิจัยและพัฒนาสื่อการเรียนการสอนฟิสิกส์เชิงรุกเมื่อเริ่มงานด้านฟิสิกส์ศึกษาอย่างเต็มรูปแบบในระยะที่สองของศูนย์ความเป็นเลิศด้านฟิสิกส์ (ปีงบประมาณ 2559-2563) โดยในโปรแกรมวิจัยนี้จะเป็นความร่วมมือของนักวิจัยทางด้านฟิสิกส์ศึกษาเกือบทั่วประเทศ ความพร้อมทางด้านบุคลากรส่งผลให้การเผยแพร่สื่อการสอนเชิงรุกผ่านการอบรมครูสามารถทำได้ครอบคลุมเกือบทุกพื้นที่ในประเทศ

นอกจากนี้เพื่อให้สอดคล้องกับแนวทางการจัดการเรียนรู้ที่เน้นให้เกิดทักษะการเรียนรู้ในศตวรรษที่ 21 ที่ทางกระทรวงศึกษาธิการและสถาบันส่งเสริมวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี (สสวท.) เน้นให้จัดการเรียนการสอนวิทยาศาสตร์แบบสะเต็มศึกษา (STEM education) ทางโปรแกรมวิจัยจึงเน้นงานวิจัยที่สนับสนุนให้ครูวิทยาศาสตร์ปรับไปใช้ในการเรียนการสอนวิทยาศาสตร์ เพื่อสร้างให้นักเรียนมีทักษะการเรียนรู้ในศตวรรษที่ 21 ทั้งนี้เพื่อให้เกิดความต่อเนื่องในการขยายผลต่อยอดงานวิจัยและสร้างสื่อการสอนฟิสิกส์ที่สามารถนำไปใช้ในการเรียนการสอนทั้งในประเทศและประเทศเพื่อนบ้านในภูมิภาคอาเซียน

โปรแกรมวิจัยนี้แบ่งงานออกเป็น 4 โครงการวิจัยที่สอดรับกัน ดังนี้

1)โครงการฟิสิกส์ศึกษาระดับรากฐาน (Basic Physics Education Research)                      

ที่มีเป้าประสงค์เพื่อให้ได้องค์ความรู้เกี่ยวกับการเรียนการสอนฟิสิกส์ในประเทศไทยที่ครอบคลุมทุกด้าน ทั้งความเข้าใจเชิงความคิดรวบยอด สมรรถภาพในการแก้โจทย์ปัญหา ผลการสอนปฏิบัติการและการสาธิต ความสามารถในการใช้คณิตศาสตร์ในฟิสิกส์ เจตคติและความเชื่อต่อวิชาฟิสิกส์ ผลวิจัยที่ได้นำไปพัฒนาสื่อและเทคนิคการสอนเชิงรุกที่เหมาะสมในบริบทของประเทศไทย

ตัวอย่างงานวิจัยเช่น: การพัฒนาแบบประเมินความเข้าใจด้านการวัดและความคลาดเคลื่อน เนื่องจากการจัดการเรียนรู้แบบสะเต็มศึกษา นักเรียนจำเป็นต้องมีความเข้าใจด้านการวัดและความคลาดเคลื่อนเพื่อการวิเคราะห์ข้อมูลจากการทดลอง

2)โครงการพัฒนาสื่อการสอนฟิสิกส์ (Development of Physics Instruction Media)

ที่มีเป้าประสงค์เพื่อพัฒนาสื่อการสอนฟิสิกส์ที่สอดคล้องกับความต้องการของครูฟิสิกส์ทั้งในระดับประถมจนถึงระดับอุดมศึกษา โดยนำผลวิจัยจากระดับพื้นฐานมาพัฒนาสื่อการสอนฟิสิกส์ที่มีประสิทธิภาพ นอกจากนี้เพื่อให้เกิดผลในระดับสังคมของผู้สอนฟิสิกส์ จะมีการรวบรวมผลงานที่พัฒนาขึ้นทั้งในรูปแบบหนังสือ และเว็บไซต์ เพื่อให้ครูฟิสิกส์ทั่วประเทศสามารถเข้าถึงได้โดยง่าย

ตัวอย่างงานวิจัยเช่น: เครื่องมือเพื่อส่งเสริมการสอนเชิงรุกช่วยเอื้อให้การที่ผู้เรียนมีส่วนร่วมในห้องเรียนเป็นไปได้ง่ายขึ้น โดยการใช้แอพพลิเคชัน Plickers เพื่อรวบรวมคำตอบของผู้เรียนในห้อง เมื่อผู้สอนถามคำถามปรนัย ผู้เรียนตอบโดยยกแผ่นป้ายในลักษณะต่างๆ ที่แสดงถึงตัวเลือกที่ต่างกัน จากนั้นผู้สอนถ่ายรูปผ่านแอพพลิเคชัน Plicker ที่จะประมวลผลการตอบของผู้เรียนทั้งห้องออกมาทันทีในรูปแบบกราฟ ทำให้ผู้สอนสามารถรู้ได้ว่าผู้เรียนเข้าใจในหัวข้อที่เรียนมากน้อยเพียงใด และสามารถเลือกที่จะอธิบายเพิ่มเติมหรือสอนในหัวข้อต่อไปได้ Plickers สามารถนำไปใช้ได้กับห้องเรียนทุกขนาดและไม่ต้องใช้งบประมาณในการซื้อเครื่องมือประมวลผลใดๆ

อีกหนึ่งตัวอย่างงานวิจัย ก็คือ สื่อการสอนเชิงรุกทางเทอร์โมไดนามิกส์ กล่าวคือการเกิดหมอกในขวดเป็นหัวข้อที่นิยมนำมาเป็นสื่อสาธิตเกี่ยวกับกระบวนการแอเดียบาติก ในงานวิจัยได้พัฒนาสื่อการสอนแสดงข้อมูลความดันและอุณหภูมิของอากาศภายในขวดระหว่างการเกิดหมอก ทำให้สามารถหาการเปลี่ยนแปลงเอนโทรปีและนำไปสู่การอธิบายกระบวนการแอเดียบาติกที่ผันกลับไม่ได้

3)โครงการส่งเสริมศักยภาพครูฟิสิกส์ (Capacity Enhancement for Physics Teachers)

ที่มีเป้าประสงค์เพื่อให้เกิดการปฏิรูปฟิสิกส์ศึกษาได้อย่างยั่งยืน ซึ่งต้องเริ่มที่ครูฟิสิกส์ โดยเน้นให้ครูใช้เทคนิคการสอนเชิงรุกที่กระตุ้นให้ผู้เรียนสร้างความรู้ฟิสิกส์ที่ถูกต้องและมีการวิจัยในห้องเรียนเพื่อศึกษาประสิทธิภาพของการสอนฟิสิกส์เชิงรุก โดยมีการทำวิจัยร่วมกันระหว่างนักวิจัยในโครงการวิจัยและครูฟิสิกส์ นอกจากนี้โครงการเน้นส่งเสริมการนำองค์ความรู้จากงานวิจัยและสื่อการสอนที่ได้พัฒนาขึ้นมาต่อยอดใน 2 ลักษณะได้แก่

ก) เป็นสื่อในการอบรมครูฟิสิกส์

ข) แหล่งการเรียนรู้และการสอนฟิสิกส์เชิงรุกที่สามารถนำไปประยุกต์ใช้ในการเรียนการสอนฟิสิกส์ได้อย่างเป็นรูปธรรม

ตัวอย่างความคิดเห็นของผู้เข้ารับการอบรมเรื่อง “การสอนวิทย์ให้คิดเป็นด้วยสะเต็มศึกษา”

ซึ่งเป็นครูวิทยาศาสตร์ระดับประถมศึกษาและระดับมัธยมศึกษาตอนต้นจำนวน 30 คน  การอบรมเน้นให้ครูลงมือปฏิบัติจริงและมีการมอบอุปกรณ์เพื่อให้ครูนำกลับไปใช้สอนที่โรงเรียน ครูที่เข้ารับการอบรมได้ความรู้ฟิสิกส์และประสบการณ์ที่ดี ดังที่ครูได้เขียนแสดงความประทับใจไว้ดังนี้

“มีความสุขในการเรียนรู้มากค่ะ ทั้งสนุก ได้ความรู้ กิจกรรมเยอะมากๆ เทคโนโลยีก็ล้ำสุดๆ วิทยากรเก่งมาก จัดกิจกรรมได้ดีมากค่ะ ตื่นเต้น น่าเรียนรู้ สนุกสุดๆ เลยค่ะ”

“คุ้มค่าจริง เสาร์-อาทิตย์ ไปเรียนรู้ สัปดาห์หนึ่งมี 7 วัน ไม่ได้หยุด ถ้ามีอีกก็ไปเหมือนเดิม”

“เป็นวิทยากรที่เก่งมากๆ ค่ะ ประทับใจที่ได้เข้ารับการอบรม สนุก ตื่นเต้นตลอดเวลา ได้ความรู้และเทคนิคการสอนกลับมาใช้ที่โรงเรียนเยอะมากๆ ขอบคุณคณะวิทยากรและทีมงานด้วยคะ”

“กิจกรรมอบรม วันที่ 27-28 สิงหาคม 2559 เป็นการนำเอาสิ่งใหม่ๆ มาให้ครูเพื่อนำไปปรับใช้กับนักเรียนอย่างยอดเยี่ยม ความรู้ฟรี กินฟรี ที่พักฟรี บริการดีๆ แบบนี้ ไม่น่าพลาด ดีใจจัง ที่ได้รับโอกาสนี้ หวังว่าจะได้มีโอกาสดีๆ แบบนี้อีกค่ะ”

 

4)โครงการการพัฒนานวัตกรรมการเรียนรู้ตามแนวทางแบบสะเต็มเพื่อส่งเสริมทักษะการเรียนรู้ฟิสิกส์สำหรับผู้เรียนแห่งศตวรรษที่ 21 (Development of Learning Innovation Based on STEM Education for Promoting Learning Skills in Physics for 21st Century Learners)

ได้วางแนวทางการดำเนินงานในระยะแรกในแนวตั้งไว้สามส่วนได้แก่

4.1) การวิจัยและพัฒนาในการเรียนการสอนฟิสิกส์ที่ส่งเสริมแนวคิดการเรียนรู้เชิงวิเคราะห์หรือความคิดเชิงวิจารณญาณสำหรับกลุ่มประชากรเด็กและวัยรุ่น เพื่อที่จะได้รู้เท่าทันข้อมูลข่าวสารอันมากมายและความก้าวหน้าของเทคโนโลยีในศตวรรษที่ 21

4.2) การพัฒนาสร้างนวัตกรรมในการเรียนการสอนฟิสิกส์ในบริบทของสะเต็ม (STEM) ที่ส่งเสริมการนำความรู้ที่หลากหลายจากศาสตร์ทั้งสี่ คือ วิทยาศาสตร์ (Science) เทคโนโลยี (Technology) วิศวกรรมศาสตร์ (Engineering) และคณิตศาสตร์ (Mathematics) มาหลอมรวมบูรณาการเข้าด้วยกันเพื่อพัฒนาองค์ความรู้ใหม่และใช้ประโยชน์ในการดำเนินชีวิตและการทำงาน และ

4.3) การอบรมพัฒนาครูและบุคลากรการศึกษา   เพื่อเป็นการบ่มเพาะผู้สอนที่จะนำการศึกษาแบบสะเต็มไปใช้ในระดับเยาวชนต่อไป ทั้งนี้โครงการจะอาศัยการพัฒนาวิจัยหลักสูตรหรือนวัตกรรมเพื่อเตรียมให้ผู้สอนเป็นต้นกล้าความคิดตามหลักการ Train the trainers เปรียบเสมือนการพัฒนากำลังคนและเครื่องมือควบคู่กันไป การพัฒนาครูและบุคลากรการศึกษาจะเป็นส่วนสำคัญอย่างยิ่งต่อการผลักดันการศึกษาที่สอดคล้องและเหมาะสมสำหรับผู้เรียนแห่งศตวรรษที่ 21

รายชื่อบุคลากรประจำโครงการวิจัย

หัวหน้าโครงการวิจัยที่ 1: ผู้ช่วยศาสตราจารย์ ดร.พรรัตน์ วัฒนกสิวิชช์1)

นักวิจัยสมทบ: ผศ. ดร.นฤมล สุวรรณจันทร์ดี2), ผศ. ดร.บุรินทร์ อัศวพิภพ2), ผศ. ดร.สุทธิดา รักกะเปา3), ดร.อัมพร วัจนะ4), ดร.เดชา ศุภพิทยาภรณ์5)

หัวหน้าโครงการวิจัยที่ 2: ผู้ช่วยศาสตราจารย์ ดร.นฤมล เอมะรัตต์6)

นักวิจัยสมทบ: ดร.จินตวัฒน์ ตันอมาตยรัตน์7),  ดร.แสงกฤช กลั่นบุศย์8), ผศ. ดร.สุชัย นพรัตน์แจ่มจำรัส9), ดร.ชัยวุฒิ บุญญศิริวัฒน์6), ดร.กรีฑา แก้วคง5), ดร.วัชราวุฒิ กฤตินธรรม10)

หัวหน้าโครงการวิจัยที่ 3: ผู้ช่วยศาสตราจารย์ ดร. ขวัญ อารยะธนิตกุล6)

นักวิจัยสมทบ: ผศ. ดร.รัชภาคย์ จิตต์อารี6), ผศ. ดร.สุระ วุฒิพรหม11), ดร.สิงหา ประสิทธิพงศ์12), ดร.จิรดาวรรณ หันตุลา13), ดร.อภิสิทธิ์ ธงไชย14), ดร.ไชยพงษ์ เรืองสุวรรณ15), ดร.ฉัตรชัย พะวงษ์16), อาจารย์ ศุภศิลป์ เฟื่องฟุ้ง16)

 

หัวหน้าโครงการวิจัยที่ 4: ผู้ช่วยศาสตราจารย์ ดร.นรินทร์ ณัฐวุฒิ6)

นักวิจัยสมทบ: รศ. ดร.วรรณพงษ์ เตรียมโพธิ์6), ผศ. ดร.ดาราภรณ์ เตรียมโพธิ์17), ดร.มนต์อมร ปรีชารัตน์9)

หน่วยงานต้นสังกัด:

1) ภาควิชาฟิสิกส์และวัสดุศาสตร์  คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่,

2) ภาควิชาฟิสิกส์ คณะวิทยาศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย,

3) ภาควิชาฟิสิกส์ คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยสงขลานครินทร์,

4) ภาควิชาหลักสูตรและการสอน คณะศึกษาศาสตร์ มหาวิทยาลัยรามคำแหง,

5) ภาควิชาหลักสูตร การสอนและการเรียนรู้ คณะศึกษาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่,

6) ภาควิชาฟิสิกส์ คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล,

7) ภาควิชาฟิสิกส์อุตสาหกรรมและอุปกรณ์การแพทย์ คณะวิทยาศาสตร์ประยุกต์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าพระนครเหนือ,

8) ภาควิชาฟิสิกส์ คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี,

9) สถาบันนวัตกรรมการเรียนรู้ มหาวิทยาลัยมหิดล,

10) ภาควิชาฟิสิกส์ คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยพะเยา,

11) ภาควิชาฟิสิกส์ คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยอุบลราชธานี,

12) สาขาการสอนวิทยาศาสตร์และคณิตศาสตร์ คณะศึกษาศาสตร์ มหาวิทยาลัยทักษิณ,

13) สาขาวิทยาศาสตร์ศึกษา คณะศึกษาศาสตร์ มหาวิทยาลัยขอนแก่น,

14) สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี (สสวท.) กระทรวงศึกษาธิการ,

15) ภาควิชาฟิสิกส์ คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยขอนแก่น,

16) สาขาวิชาฟิสิกส์ คณะวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีราชมงคลกรุงเทพ,

17) ภาควิชาเคมี คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล