สร้างสรรค์สิ่งประดิษฐ์กิจกรรมSTEM ด้วยเงินบอลล่าร์

คาบนี้เราได้เห็น .. 

นักเรียนเตรียมพร้อมและอยากมาเรียนในวิชานี้ กระตืนรือร้นในกิจกรรม มีความสุขในการเรียน มีการแลกเปลี่ยนเรียนรู้พูดคุยกัน

ไอเดียที่สร้างสรรค์มาก ๆ จากชิ้นงานของนักเรียน ที่เราไม่คิดมาก่อนว่าจะสามารถแก้ไขปัญหาได้

แรงบันดาลใจของไอเดียนี้ ... 

มาจากเมื่อปีก่อน ๆ ที่สอนวิชาโครงงานโดยทั่วไป นักเรียนยังขาดความสนใจ ขาดความคิดสร้างสรรค์ในการแก้ปัญหา และขาดการวางแผนค่าใช้จ่ายในการแก้ปัญหา

ประกอบกับได้ศึกษาแนวคิดกระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรม และเคยได้ใช้เงินจำลองในกิจกรรมสมัยเป็นนิสิตนักศึกษา

จึงคิดว่าแนวคิดนี้น่าจะนำมาประยุกต์ใช้ในการสอนรายวิชานี้ได้ ส่วนที่มาของเงินสกุล ‘บอลลาร์’ เกิดจากตอนแรกตั้งเป็นดอลลาร์ปกติ แต่นักเรียนเปลี่ยนชื่อให้

ในวิชาวิทยาศาสตร์เราได้ทำ กิจกรรม STEM โดยให้นักเรียนแต่ละกลุ่มบูรณาการความรู้วิทยาศาสตร์ คณิตศาสตร์ และเทคโนโลยี มาสร้างสรรค์ชิ้นงาน เพื่อใช้ในการแก้ปัญหาในชีวิตประจำวัน ผ่านกระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรม

ข้อจัดกัด : เลือกใช้อุปกรณ์ผ่านการซื้อของในคาบเรียนโดยใช้สกุลเงิน ‘บอลลาร์’ (คุณครูชื่อ บอล)

ภาพรวมการสอน

• นักเรียนจะได้ออกแบบผ่านเทคนิค SCAMPER, เทคนิคการพูดรอบวง, เทคนิคการใช้ตารางประเมิน, เทคนิค 5W1H ฯลฯ
• ทดสอบประสิทธิภาพชิ้นงานเพื่อแข่งขันกันระหว่างกลุ่ม 
• มีการประเมินผลงานโดยเพื่อน (Peer assessment) ในด้านประสิทธิภาพ ด้านความคิดสร้างสรรค์ และด้านความประณีต (คุณภาพผลงานเชิงสร้างสรรค์) เพื่อนำมาให้รางวัล Popular Vote
• มีการประเมินความสามารถในการแก้ปัญหาเชิงสร้างสรรค์ของนักเรียน โดยในรายวิชามีการสร้างสรรค์ชิ้นงานจำนวน 5 ชิ้นงาน คือ
• 1) เครื่องคัดแยกขนาด
• 2) กังหันผลิตไฟฟ้า
• 3) สะพานจอมพลัง
• 4) ลอยแพหนีน้ำ
• 5) โครงงานตามความสนใจ

ระหว่างกิจกรรมในแต่ละหน่วย

ตัวอย่างหน่วย กังหันผลิตไฟฟ้า

(ขอแบ่งตามขั้นของกระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรมนะครับ)

PART 1 ขั้นแบ่งกลุ่มและตั้งคำถาม

- ใช้กลุ่มเดิมทั้ง 5 หน่วย แต่ละกลุ่มจะมีสมาชิก A B และ C ตามลำดับ โดยในแต่ละหน่วยสมาชิกจะผลัดกันเป็นหัวหน้า

- นักเรียนจะได้วิเคราะห์สภาพปัญหาของหมู่บ้านแห่งหนึ่งที่ไม่มีไฟฟ้าใช้ และอยู่ในป่าที่มีน้ำตกและลมพัดแรง

- นักเรียนจะทำความเข้าใจปัญหา และสามารถระบุข้อจำกัดของการแก้ปัญหาในสถานการณ์ดังกล่าว

- นักเรียนได้รับโจทย์ ให้เป็นวิศวกรที่ต้องออกแบบกังหัน ให้เหมาะสมกับหมู่บ้านแห่งนี้ โดยต้องมีความแข็งแรงและผลิตไฟฟ้าได้มากที่สุด ราคาถูกที่สุด (สามารถออกแบบได้ทั้งกังหันน้ำหรือกังหันลม) 

- นักเรียนแต่ละกลุ่มได้รับเงินจำลอง 1,200 บอลลาร์ เพื่อเลือกซื้ออุปกรณ์ และกังหันต้องสามารถตั้งกับพื้นได้ โดยแต่ละกลุ่มจะได้รับไดนาโม 1 เครื่อง ซึ่งมีเกณฑ์การให้คะแนน ดังนี้

- ให้นักเรียนดูรายการสิ่งของที่สามารถเลือกซื้อได้ โดยนักเรียนแต่ละกลุ่มจะได้รับเป็นจำนวน 1,200 บอลลาร์ ในการจับจ่ายใช้สอยเพื่อซื้อของมาประดิษฐ์ตามราคาที่กำหนด โดยสิ่งของจะมีให้เลือกประมาณ 20-30 รายการ แล้วแต่กิจกรรม ดังนี้

ตัวอย่างสื่อการนำเสนอที่ใช้ในการตั้งโจทย์ให้นักเรียน

PART 2 ขั้นทำความเข้าใจและสืบค้น

- นักเรียนได้รับความรู้เกี่ยวกับการผลิตไฟฟ้าโดยใช้เครื่องกำเนิดไฟฟ้า การใช้โวลต์มิเตอร์ และการต่อวงจรไฟฟ้า

- นักเรียนแต่ละกลุ่มแยกย้ายเพื่อศึกษารูปร่างของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า และฝึกการใช้โวลต์มิเตอร์ในการวัดความต่างศักย์ของถ่านไฟฉายขนาดต่าง ๆ

- นักเรียนจะได้เห็นตัวอย่างผ่านแบบจำลองกังหันที่ครูเตรียมไว้ให้ เช่น กังหันที่มีแกนยาวแตกต่างกัน มีจำนวนแกนที่แตกต่างกัน ลักษณะการวางกังหันที่แตกต่างกัน และสามารถสรุปหลักการวิทยาศาสตร์ ที่ใช้สร้างกังหันให้มีประสิทธิภาพได้ด้วยตนเอง โดยครูจะเสริมความรู้เรื่องโมเมนต์ของแรงเข้าไป

- นักเรียนแต่ละกลุ่มแยกย้าย เพื่อศึกษาตัวอย่างชิ้นงานจำลองของครูจำนวน 3 ชิ้นงาน และสามารถดูลักษณะ วัดขนาดของอุปกรณ์ที่นักเรียนจะใช้เงินจำลองซื้อได้ ซึ่งในระหว่างนี้นักเรียนสามารถสืบค้นความรู้เพิ่มเติมได้ จากแบบปฏิบัติการและ Internet

- นักเรียนจะได้พิจารณาข้อดี-ข้อจำกัด และเปรียบเทียบความเหมือน-ความต่าง ของชิ้นงานจำลองของครู หรือจากที่นักเรียนสืบค้น เพื่อที่จะสามารถนำมาใช้ออกแบบงานของตนเองได้

- ในระหว่างสืบค้นจะมีคำถามเกี่ยวกับความรู้ทางวิทยาศาสตร์ให้ตอบ กลุ่มใดตอบถูกจะได้รับเงินเพิ่ม 100 บอลลาร์

ภาพบรรยากาศขณะนักเรียนแต่ละกลุ่มศึกษาตัวอย่างชิ้นงานจำลองของครู และตัวอย่างวัสดุที่มีในกิจกรรม

PART 3 ขั้นจินตนาการไอเดีย

- แต่ละคนออกแบบชิ้นงานตนเองอย่างน้อย 2 ชิ้น

- แต่ละคนพูดแนวคิดตนเองให้เพื่อนในกลุ่มฟังผ่านเทคนิคพูดรอบวง คือ ให้ A พูด B, C ฟัง สลับไปเรื่อย ๆ

- แต่ละกลุ่มนำไอเดียของเพื่อนในกลุ่มจากการพูดคุยกัน มาร่างแบบชิ้นงานเพิ่มอีก อย่างน้อย 3 รูป โดยผ่านเทคนิค SCAMPER 

(เป็นเทคนิคการตั้งคำถามเพื่อพัฒนาความคิดสร้างสรรค์และผลิตภัณฑ์ใหม่ ๆ โดยคำว่า SCAMPER ประกอบไปด้วย Substitute, Combine, Adapt, Modify, Put to another use, Eliminate และ Reverse) เช่น ตั้งคำถามว่า จากแบบร่างของคนที่ 1 กลุ่มของนักเรียนสามารถอุปกรณ์ใดมาแทนที่ (Substitute) อุปกรณ์ที่ออกแบบไว้ได้บ้าง (นักเรียนอาจจะได้แนวคิดใช้กระดาษลังมาแทนฟิวเจอร์บอร์ด เป็นต้น)

PART 4 ขั้นเลือกไอเดียและวางแผน

- แต่ละกลุ่มประเมินแบบร่างผ่านตารางประเมิน โดยใช้เกณฑ์ต่างๆ ตามที่กลุ่มของนักเรียนกำหนดเอง เช่น ราคา ความแข็งแรง ความสวยงาม เป็นต้น

- นักเรียนร่างภาพแนวคิดที่ดีที่สุดของกลุ่มตนเองพร้อมทั้งนำแนวคิดอื่น ๆ มาประยุกต์รวม 

- ระบุรายละเอียดในการประดิษฐ์ เช่น ขนาด ราคาสิ่งของที่ต้องใช้ ขั้นตอนการประดิษฐ์ เป็นต้น ส่งใบสั่งซื้อของพร้อมสรุปจำนวนเงินบอลลาร์ที่ใช้ไป

PART 5 ขั้นประดิษฐ์

- แต่ละกลุ่มมารับอุปกรณ์ที่สั่งซื้อ และเริ่มประดิษฐ์ โดยให้เวลาในการประดิษฐ์ประมาณ 90 นาที

- ในระหว่างประดิษฐ์นักเรียนสามารถใช้สิทธิขอทดสอบชิ้นงานได้ 2 ครั้ง แต่ไม่นับเป็นคะแนน อีกทั้งยังสามารถนำเงินบอลลาร์ที่เหลือมาซื้ออุปกรณ์เพิ่มเติมได้

- ในระหว่างประดิษฐ์มีการสอดแทรกคุณธรรม เช่น ขายวัสดุมือ 2 จากกังหันหรือสะพานที่พังแล้วในราคาถูก หรือให้ปริมาณมากขึ้น แต่ภายหลังเฉลยว่า หากเราใช้อุปกรณ์ไม่มีคุณภาพ อาจทำให้เกิดโศกนาฏกรรมได้ เช่น เหตุการณ์สะพานถล่ม เพราะเชือกไม่มีคุณภาพส่งผลให้มีคนเสียชีวิต เป็นต้น หรือมีสถานการณ์การทุจริตสั่งซื้ออุปกรณ์ หากกลุ่มใดเข้าร่วมแล้วไม่มีคนคัดค้านจะได้เงิน แต่ถ้ามีคนคัดค้านก็จะโดนจับ (สอนในเรื่องของการป้องกันการทุจริต) เป็นต้น

PART 6 ขั้นทดสอบ

- นักเรียนแต่ละกลุ่มทดสอบประสิทธิภาพระหว่างการสร้าง และหลังการนำเสนอ จากนั้นสรุปผลการทดสอบ

ภาพแสดงการทดสอบระหว่างเรียน

PART 7 ขั้นประเมินและปรับปรุง

- ในระหว่างการทดสอบช่วงท้าย นักเรียนคนอื่นจะ Scan QR Code เข้าประเมินผลงานเพื่อนในรูปแบบ Online ในด้านความคิดสร้างสรรค์ ประสิทธิภาพ และความประณีต

- ในนักเรียนร่วมกันอภิปรายถึงข้อดี-ข้อจำกัด ของผลงานกลุ่มต่าง ๆ หลังจากนั้นมีการประกาศผลรางวัล และผลคะแนนโหวตจากเพื่อนในแบบประเมิน

- หลังการทดสอบช่วงท้าย นักเรียนร่วมกันอภิปรายภายในกลุ่มถึงวิธีการปรับปรุงคุณภาพผลงานของกลุ่มตนเอง

ตัวอย่างสื่อนำเสนอผลการประเมินของนักเรียนโดยเพื่อน ซึ่งแบ่งเป็น 3 ด้าน

ได้แก่ ความคิดสร้างสรรค์ การนำไปใช้ และความประณีต (คะแนนเต็ม 7 คะแนน)

(กราฟสีเหลืองเป็นผลการประเมินจากกิจกรรมก่อนหน้า คือ การประดิษฐ์อุปกรณ์คัดแยกขนาด และ ดาว คือ ผลคะแนนที่มากที่สุดในแต่ละด้าน)

ตัวอย่างผลงานกังหันน้ำ (ซ้าย) และกังหันลม (ขวา)

ผลลัพธ์

“ ไอเดียที่สร้างสรรค์มาก ๆ จากชิ้นงานของนักเรียน ไม่เคยคิดมาก่อนว่าสามารถแก้ปัญหาในสถานการณ์ที่ให้ไป ภายใต้ข้อจำกัดที่มากมาย เช่น วัสดุ ราคา เวลา ได้อย่างดี นอกจากนี้ยังสามารถสอดแทรกคุณธรรมระหว่างเรียนได้ ”

1. ความสามารถในการแก้ปัญหาเชิงสร้างสรรค์สูงขึ้น พิจารณาการการใช้แบบวัดความสามารถในการแก้ปัญหาเชิงสร้างสรรค์ ก่อนเรียน ระหว่างเรียน และหลังเรียน และให้นักเรียนประเมินการแก้ปัญหาตนเอง

2. คุณภาพผลงานนักเรียนดีขึ้น พิจารณาจากคะแนนที่เพื่อนประเมินในผลงานช่วงหลัง มีแนวโน้มสูงขึ้นกว่าผลงานแรก

3. นักเรียนสามารถนำความรู้เกี่ยวกับวัสดุ หรือการออกแบบมาใช้สร้างสรรค์ชิ้นงานใหญ่ในหน่วย โครงงานตามความสนใจได้

4. นักเรียนมีความสุขในการเรียน ได้ลงมือสร้างสรรค์ชิ้นงานและมีความกระตืนรือร้น ที่จะเตรียมอุปกรณ์มาใช้ในคาบเรียน

5. นักเรียนมีปฏิสัมพันธ์ระหว่างกันมากขึ้น ยอมรับความคิดเห็นซึ่งกันและกัน และไม่ทิ้งไอเดียของเพื่อน สามารถนำไอเดียของทุกคนมารวมกันสร้างสรรค์ชิ้นงานได้

ความคิดเห็นของเด็ก ๆ

สนุกและได้รับความรู้

“ รู้สึกสนุกและเปียก ”

“ ได้เรียนรู้กลไกของกังหัน สนุก แล้วก็ได้ใช้ความคิดค่ะ ”

“ สนุกเเละได้เห็นกังหันใหม่ ๆ ที่น่าสนใจ ”

“ ความเเข็งเเรงเป็นสิ่งสำคัญมาก ”

“ รู้สึกสนุกและได้รับความรู้ในการใช้ไดนาโมรวมถึงวิธีการทำกังหัน ”

“ อาจารย์สอนสนุกมาก ได้ทำกิจกรรมกับเพื่อน ๆ ดีมั่กค่าาา ”

การได้ลงมือทำ

“ ประสบความเร็จ​กว่าครั้งก่อน ”

“ ชอบที่ได้ลองลงมือประดิษฐ์จริง ”

“ รู้สึกตื่นเต้น ท้าทายเเละภูมิใจกับงานที่ได้ทำ ”

“ ได้เรียนรู้การบริหารจัดการกับเวลาที่มีและงบที่จำกัด ”

สิ่งที่อยากส่งต่อ

“ ทุกคาบเรียน คือการเรียนรู้ทั้งครูและเด็ก ”