1.เป้าหมายของการสอน : วิทยาศาสตร์พื้นฐาน เรื่อง แรงในชีวิตประจำวัน ระดับชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 2

การจัดการเรียนการสอนในเรื่องของแรงในชีวิตประจำวัน สำหรับนักเรียนชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 2 ครูผู้สอนได้ออกแบบ สร้างสรรค์ และนำความรู้ที่ได้จากการเข้าอบรมสะเต็มศึกษาของสถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี (สสวท.) มาปรับใช้ให้เกิดขึ้นจริงในห้องเรียน เน้นให้นักเรียนได้ลงมือทำ เป็นการสร้างประสบการณ์ตรงให้กับนักเรียน จนได้เกิดเป็นการจัดการเรียนรู้ในรูปแบบสะเต็มศึกษา เรื่อง "ช่วยชีวิต คิดอย่างวิศวกร"

2.กระบวนการ หรือขั้นตอนการจัดการเรียนรู้

การเรียนการสอนในเรื่องนี้คุณครูได้จัดทำแผนการจัดการเรียนรู้ทั้งสิ้น 5 แผน ซึ่งครอบคลุมทั้ง 4 ศาสตร์ ได้แก่ วิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี วิศวกรรม และคณิตศาสตร์ เป็นการสร้างแผนการจัดการเรียนรู้กับคุณครูอีก 1 ท่าน ซึ่งท่านสอนในกลุ่มสาระการเรียนรู้คณิตศาสตร์ รายละเอียดแผนทั้ง 5 แผนมีดังนี้

• แผนที่ 1 เรียนรู้เทคโนโลยีของการยกสิ่งของ
• แผนที่ 2 เครื่องกลอย่างง่าย
• แผนที่ 3 การประยุกต์เกี่ยวกับอัตราส่วน
• แผนที่ 4 โจทย์ปัญหาการประยุกต์เกี่ยวกับอัตราส่วน
• แผนที่ 5 แก้ปัญหาอย่างนักวิศวกร

3.คอนเซ็ปต์วิทยาศาสตร์ที่เชื่อมโยงกับกระบวนการเรียนรู้

คำว่า “สะเต็ม” หรือ “STEM” เป็นคำย่อจากภาษาอังกฤษของศาสตร์ 4 สาขาวิชา ได้แก่ วิทยาศาสตร์ (Science) เทคโนโลยี (Technology) วิศวกรรมศาสตร์(Engineering) และคณิตศาสตร์ (Mathematics) หมายถึงองค์ความรู้ วิชาการของศาสตร์ทั้งสี่ที่มีความเชื่อมโยงกันในโลกของความเป็นจริงที่ต้องอาศัยองค์ความรู้ต่างๆ มาบูรณาการเข้าด้วยกันในการดำเนินชีวิตและการทำงาน คำว่า STEM ถูกใช้

ครั้งแรกโดยสถาบันวิทยาศาสตร์แห่งประเทศสหรัฐอเมริกา (the National Science Foundation: NSF) ซึ่งใช้คำนี้เพื่ออ้างถึงโครงการหรือโปรแกรมที่เกี่ยวข้องกับวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี วิศวกรรมศาสตร์ และคณิตศาสตร์ อย่างไรก็ตามสถาบันวิทยาศาสตร์แห่งประเทศสหรัฐอเมริกาไม่ได้ให้นิยามที่ชัดเจนของคำว่า STEM มีผลให้มีการใช้และให้ความหมายของคำนี้แตกต่างกันไป (Hanover Research, 2011, p.5) เช่น มีการใช้คำว่า STEM ในการอ้างอิงถึงกลุ่มอาชีพที่มีความเกี่ยวข้องกับวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี วิศวกรรมศาสตร์ และคณิตศาสตร์

สะเต็มศึกษา คือ แนวทางการจัดการศึกษาที่บูรณาการความรู้ใน 4 สหวิทยาการ ได้แก่ วิทยาศาสตร์ วิศวกรรม เทคโนโลยี และคณิตศาสตร์ โดยเน้นการนำความรู้ไปใช้แก้ปัญหาในชีวิตจริง รวมทั้งการพัฒนากระบวนการหรือผลผลิตใหม่ ที่เป็นประโยชน์ต่อการดำเนินชีวิต และการทำงาน ช่วยนักเรียนสร้างความเชื่อมโยงระหว่าง 4 สหวิทยาการ กับชีวิตจริงและการทำงาน การจัดการเรียนรู้แบบสะเต็มศึกษาเป็นการจัดการเรียนรู้ที่ไม่เน้นเพียงการท่องจำทฤษฎีหรือกฏทางวิทยาศาสตร์ และคณิตศาสตร์ แต่เป็นการสร้างความเข้าใจทฤษฎีหรือกฏเหล่านั้นผ่านการปฏิบัติให้เห็นจริงควบคู่กับการพัฒนาทักษะการคิด ตั้งคำถาม แก้ปัญหาและการหาข้อมูลและวิเคราะห์ข้อค้นพบใหม่ๆ พร้อมทั้งสามารถนำข้อค้นพบนั้นไปใช้หรือบูรณาการกับชีวิตประจำวันได้

ในเรื่อง แรง แทนด้วยสัญลักษณ์ (F) มีหน่วยเป็น นิวตัน (N) จัดเป็นปริมาณเวกเตอร์ ดังนั้นเมื่อพูดถึงแรงต้องระบุทั้งขนาดและทิศทางจึงจะสมบูรณ์

         เครื่องกลยุคใหม่ส่วนมากไม่ว่าสลับซับซ้อนเพียงใดก็จะประกอบด้วยส่วนประกอบของส่วนเคลื่อนที่พื้นฐานสองสามชิ้น ที่นักฟิสิกส์เรียกว่าเครื่องกลอย่างง่าย ส่วนต่างๆ ได้แก่ คาน พื้นเอียง และล้อที่อำนวยความสะดวกแก่มนุษย์ตั้งแต่ยุคเริ่มมีอารยธรรม นอกเหนือจากอิเล็กทรอนิกส์แล้วสิ่งที่น่าประหลาดใจเชิงกลที่สลับซับซ้อนอย่างมากของทุกวันนี้สืบทอดโดยตรงจากเครื่องมือที่ใช้เมื่อหลายพันปีมาแล้วในการตัดต้นไม้ สร้างที่หลบภัยและก่อสร้างปิรามิด นักฟิสิกส์นิยาม 5 ประเภทของเครื่องกลอย่างง่ายว่า คาน ล้อและเพลา รอก พื้นเอียง และสลักเกลียว แต่ละประเภทจะทำงานหนึ่งในสามแบบมันสามารถปรับแรงกระทำโดยบุคคลและเปลี่ยนทิศทางใหม่ เช่น ถ้าเราต้องการดึงของมากกว่าผลักของ เราก็สามารถเปลี่ยนความพยายามที่เล็กน้อยเป็นแรงมากได้โดยใช้แนวคิดที่เป็นที่รู้จักว่าได้เปรียบเชิงกล หรือเราสามารถเพิ่มระยะทางต่อแรงกระทำก็ได้ ขณะที่เครื่องกลเหล่านี้ไม่ได้ลดปริมาณของงาน แต่กลับสามารถลดแรงที่ต้องการจากผู้ใช้ได้ การใช้เครื่องกลอย่างง่ายที่เหมาะสมไม่ว่าจะใช้เดี่ยวๆ หรือใช้ร่วมกับชนิดอื่น สามารถทำให้งานที่ยากที่สุดง่ายขึ้นมาก สปริงซึ่งเป็นอุปกรณ์เครื่องกลที่ยืดและหดได้อย่างสม่ำเสมอมีความสัมพันธ์กับเครื่องกลอย่างง่าย จึงสามารถใช้วัดความแรงของแรงต่างๆได้ 

ที่มา

หนังสือชุดขุมทรัพย์โลกวิทยาศาสตร์ ฟิสิกส์และพลังงาน

• National Research Council, 2012. A Framework for K-12 Science Education: Practices, Crosscutting Concept, and Core Ideas. Committee on New Science Education Standards, Board on Science Education, Division of Behavioral and Social Science and Education. Washington, DC: National Academy Press.
• Vasquez, J.A., Sneider, C., and Comer, M. (2013). STEM Lesson Essentials: Integrating Science, Technology, Engineering, and Mathematics. Portsmouth, NH: Heinemann.
• http://www.teachengineering.org/view_activity.php?url=collection/cub_/activities/cub_convshoes/cub_convshoes_lesson01_activity1.xml, retrieved on April 20, 2014.
• Hanover Research, 2011. District Administration Practice.