ลับคม Creative thinking Skill ผ่าน STEM ในวิชาเคมี

หลายครั้งที่มักได้ยินนักเรียนบอกว่า “วิชาเคมีเป็นวิชาที่ยากและไม่อยากเรียน” นักเรียนไม่เห็นความสําคัญของการเรียนเนื่องจากไม่สามารถนําเอาความรู้มาใช้ในชีวิตประจําวันได้นั้น ส่งผลให้ผู้เรียนขาดทักษะกระบวนการที่สําคัญในการนําเอาความรู้วิทยาศาสตร์ที่ได้เรียนรู้มาแก้ปัญหาในชีวิตจริง การจัดกิจกรรมสะเต็มศึกษาอย่างไรให้เกิดขึ้นในห้องเรียนวิชาเคมีที่ทำให้นักเรียนรู้สึกสนุกไปกับการทำกิจกรรม และสามารถสร้างองค์ความรู้ได้ด้วยนั้นเป็นสิ่งที่สำคัญยิ่ง ผู้สอนจึงได้ออกแบบกิจกรรม STEM Micro Mole Stoichiometry Rockets เรื่องการคำนวณปริมาณสารในปฏิกิริยาเคมี โดยใช้การจัดการเรียนรู้แบบ 6E – Learning ซึ่งเป็นหนึ่งในวิธีจัดการเรียนรู้ตามแนวทางสะเต็มศึกษาโดยเชื่อมโยงความเหมือนและความต่างจากการจัดการเรียนรู้แบบสืบเสาะที่ครูวิทยาศาสตร์ส่วนใหญ่คุ้นเคยโดยมีการบูรณาการกระบวนการออกแบบทางวิศวกรรม (Engineering design) เข้าไปทดแทนขั้นขยายความรู้ (Elaboration) ของการจัดการเรียนรู้แบบสืบเสาะ และขั้นปรับปรุง (Enrich) ตามแนวทางสะเต็มศึกษาโดยมีกระบวนการจัดการเรียนรู้ การใช้สื่อ การใช้คำถาม เทคนิควิธีการสอนต่างๆ ที่จะช่วยให้นักเรียนเกิดทักษะความคิดสร้างสรรค์ ได้ดังนี้

ขั้นที่ 1 Engage

การใช้การตอบคำถามใน Application Plickers ทดสอบความรู้พื้นฐานเดิมของนักเรียนเรื่องปฏิกิริยาเคมี ร่วมกับใช้วิดีทัศน์ประกอบการใช้คำถามกระตุ้นความคิด สามารถเชื่อมโยงความรู้ของนักเรียนนำไปสู่เนื้อหาในกิจกรรมได้ ทำให้รู้ได้ในตอนนั้นว่านักเรียนมีความรู้พื้นฐานหรือเข้าใจในเนื้อหาที่กำลังจะสอนต่อไปมากน้อยเพียงใด จากคำตอบของนักเรียนที่แสดงผลปรากฏขึ้น และอธิบายเพิ่มเติมในแต่ละข้อ นักเรียนมีความตื่นตัวในการทำกิจกรรมและทำให้บรรยากาศในห้องมีความสนุกสนานมากยิ่งขึ้น ประกอบการใช้วีดิทัศน์แสดงร่วมกับการใช้คำถามที่เน้นการสังเกตข้อมูล ทำให้นักเรียนสามารถได้แนวคิดในการเชื่อมโยงสู่การทำกิจกรรม การใช้วิดีทัศน์แสดงหลักการทำงานของเครื่องยนต์เชื้อเพลิงไฮโดรเจน (hydrogen fuel cell car) ให้นักเรียนดูประกอบการใช้คำถามกระตุ้นความคิดเพื่อเชื่อมโยงความรู้การใช้เชื้อเพลิงไฮโดรเจนเป็นแหล่งพลังงาน ผลที่ได้จากแนวปฏิบัตินี้ ทำให้นักเรียนได้แนวคิดในเรื่องการใช้เชื้อเพลิงไฮโดรเจนเป็นแหล่งพลังงานสะอาด และมีแรงบันดาลใจและมีความมุ่งมั่นตั้งใจทำกิจกรรมทำให้เกิดการเรียนรู้ตามที่ต้องการอยากจะเรียนทำให้สามารถนำองค์ความรู้ไปใช้ในชีวิตประจำวันได้

ขั้นที่ 2 Explore

กำหนดสถานการณ์ ให้นักเรียนออกแบบวิธีการแก้ปัญหา นำเสนอข้อค้นพบที่ได้จากกระบวนการการสืบเสาะ มาสร้างแบบจำลองภายใต้เงื่อนไขที่กำหนดได้ ทำให้นักเรียนเกิดความท้าท้าย มีแรงบันดาลใจที่และมีความมุ่งมั่นตั้งใจที่จะทำกิจกรรม และสามารถพัฒนาทักษะความคิดสร้างสรรค์ได้ โดยเริ่มต้นได้นำสถานการณ์ในขั้นแรก ให้นักเรียนออกแบบวิธีการแก้ปัญหา โดยให้นักเรียนแสดงบทบาทสมมติเป็นวิศวกรน้อยซึ่งจะต้องการออกแบบจรวดปิเปต (Micro Rockets) ที่ใช้พลังงานจากการเกิดปฏิกิริยาเผาไหม้ของแก๊สไฮโดรเจนกับแก๊สออกซิเจนเพื่อขับเคลื่อนจรวดปิเปต โดยมีเงื่อนไขต่อไปนี้ คือผลิตแก๊สไฮโดรเจนกับแก๊สออกซิเจนจากปฏิกิริยาเคมีของสารในห้องปฏิบัติการ โดยเลือกใช้จากสารเคมีในปริมาณที่น้อยที่สุดและไม่เป็นอันตราย โดยแต่ละกลุ่มสามารถบอกปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นแต่ละปฏิกริยาได้แตกต่างกัน (ด้านการคิดยืดหยุ่น (Flexibility) เป็นการระบุคำตอบที่มีกลุ่มหรือรูปแบบที่หลากหลาย โดยการเลือกปฏิกิริยาเคมีที่สามารถผลิตแก๊สออกซิเจนกับแก๊สไฮโดรเจน) จากนั้นออกแบบจรวดปิเปิตที่ทำให้เคลื่อนที่ไปได้ไกลที่สุด และอยู่ในอากาศได้นานที่สุด ในขั้นตอนนี้นักเรียนเกิดความท้าท้ายในการทำกิจกรรม จากนั้นให้แต่ละกลุ่มศึกษาข้อมูลที่มีเนื้อหาเกี่ยวกับสมบัติของสารแต่ละชนิดที่ทำปฏิกิริยากันแล้วได้แก๊สเป็นผลิตภัณฑ์ โดยนักเรียนสามารถเลือกปฏิกิริยาใดก็ได้ที่สามารถผลิตแก๊สไฮโดรเจนและแก๊สออกซิเจน แล้ววิเคราะห์ข้อมูลร่วมกันในกลุ่มเพื่อตัดสินใจเลือกปฏิกิริยาเคมีที่จะนำมาเป็นแหล่งพลังงานให้กับจรวดปิดเปต โดย มีเงื่อนไขคือ ต้องใช้ปริมาณสารให้น้อยที่สุดและไม่เกิดอันตราย ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นต้องไม่รุนแรงและไม่เกิดผลิตภัณฑ์เร็วเกินไป และต้องสามารถออกแบบ Generator ผลิตแก๊สไฮโดรเจน และ Generator ผลิตแก๊สออกซิเจน โดยใช้อุปกรณ์ในห้องปฏิบัติการหรือวัสดุรีไซเคิลอื่นๆ ที่สามารถเก็บแก๊สไว้ในหลอดปิเปตได้ และได้ให้นักเรียนออกแบบการทดลองเพื่อพิสูจน์สมมติฐานแล้วให้นักเรียนทำการทดลองตามแผนนั้น จากนั้นนำผลการทดลองที่ได้มาวิเคราะห์และอภิปรายร่วมกันในกลุ่ม เพื่อสร้าง Generator ผลิตแก๊ส ในการผลิตแก๊สทั้งสองชนิด (ด้านการคิดริเริ่ม Originality เป็นการระบุคำตอบที่มีความแตกต่างจากผู้อื่น โดยระบุรูปแบบออกแบบ เครื่อง Generator ที่ใช้ในการผลิตแก๊สไฮโดรเจน และแก๊สออกซิเจนที่แตกต่างจากของผู้อื่น) แล้วร่วมกันอภิปรายว่า Generator ผลิตแก๊ส ที่แต่ละกลุ่มนำเสนอมีจุดเด่นจุดด้อยใดบ้าง แล้วปรับให้สมบูรณ์ขึ้น เมื่อนักเรียนสามารถผลิตแก๊สไฮโดรเจนและแก๊สออกซิเจนได้แล้วครูจึงให้ทดสอบสมบัติของแก๊สที่เกิดขึ้นกับปืนยิงแก๊สกำหนดส่วนผสมแก๊สไฮโดรเจนและแก๊สออกซิเจนที่ดีที่สุดสำหรับปฏิกิริยาการเผาไหม้เพื่อขับเคลื่อนจรวดปิเปต โดยทดสอบจากการระเบิดของเสียงที่ได้ยินจากการเกิดปฏิกิริยาการเผาไหม้ของแก๊สออกซิเจนกับแก๊สไฮโดรเจน (สารปริมาณน้อยในปิเปตพลาสติกไม่เป็นอันตราย) ผลที่ได้จากการจัดกิจกรรมตามขั้นตอนดังกล่าว พบว่านักเรียนเกิดการเรียนรู้อย่างต่อเนื่องจากแต่ละขั้น ตั้งแต่การกำหนดสถานการณ์ที่นักเรียนเกิดความสนใจ แล้วมาออกแบบวิธีการแก้ปัญหาและได้ค้นหาคำตอบด้วยตนเอง ซึ่งนักเรียนสามารถทำได้หลากหลายรูปแบบ ขั้นตอนการเรียนรู้นี้จึงพัฒนาทักษะความคิดสร้างสรรค์ของนักเรียนได้ 

ขั้นที่ 3 Explain

ในขั้นนี้ได้ให้นักเรียนเขียนสมการเคมีของปฏิกิริยาการเผาไหม้ของไฮโดรเจนและออกซิเจนพร้อมดุลสมการ และร่วมกันอภิปรายว่าจำนวนโมลของสารที่ทำปฏิกิริยากัน แก๊สออกซิเจน / แก๊สไฮโดรเจนที่ผลิตส่วนผสมที่ระเบิดได้มากที่สุด นักเรียนสามารถเขียนสมการเคมีของปฏิกิริยาการเผาไหม้ของไฮโดรเจนและออกซิเจนพร้อมดุลสมการได้ จากนั้นร่วมกันอภิปรายว่าจำนวนโมลของสารที่ทำปฏิกิริยากันระหว่างแก๊สออกซิเจนและแก๊สไฮโดรเจนที่ผลิตได้ อัตราส่วนที่เผาไม้แล้วเกิดเสียงดังมากที่สุด โดยแก๊สผสมที่ระเบิดได้มีออกซิเจน 2 ส่วนและไฮโดรเจน 4 ส่วน เมื่อส่วนผสมของแก๊สที่ถูกเผาไหม้มีไม่มีอะไรเหลือเลย ซึ่งอัตราส่วนที่นักเรียนเลือกมาส่วนใหญ่คือ H2 : O2 ในอัตราส่วน 4 : 2  ในขั้นนี้จะมุ่งเน้นให้นักเรียนได้ลงมือปฏิบัติด้วยตนเอง แล้วนำเสนอข้อค้นพบที่ได้จากการสืบเสาะในขั้นก่อนหน้า โดยนำมาอภิปรายร่วมกับเพื่อนในชั้นเรียนเพื่อให้ได้กรอบแนวคิดทางทฤษฎีที่ชัดเจนก่อนนำไปออกแบบและสร้าง Micro Rockets จากปิเปตพลาสติก

ขั้นที่ 4 Engineer

การจัดการเรียนรู้ที่ส่งเสริมให้นักเรียนมีส่วนร่วมในการสร้างตัวต้นแบบตามที่นักเรียนได้ออกแบบไว้เพื่อให้เกิดประสบการณ์ด้วยตนเองสามารถฝึกให้นักเรียนพัฒนาทักษะความคิดสร้างสรรค์ของนักเรียนได้ (ด้านการคิดคล่อง (Fluency) เป็นการระบุจำนวนคำตอบที่เป็นไปได้มากและหลากหลาย โดยระบุรูปแบบออกแบบ Micro Rocket ที่แตกต่างจากของผู้อื่น ส่วนของปีก ส่วนของหัวจรวด (Nose Design) จุดส่วนถ่วง (CG) )

ครูให้นักเรียนวาดภาพร่างของ Micro Rockets ที่ออกแบบไว้ โดยระบุรายละเอียดส่วนประกอบต่างๆ และขนาดให้ชัดเจนนักเรียนจะเกิดกระบวนการร่วมกันคิดและลงมือปฏิบัติด้วยตนและอภิปรายร่วมกันเพื่อปรับปรุงหรือเปลี่ยนแปลงให้ชิ้นงานของตนเองสมบูรณ์มากยิ่งขึ้น และนักเรียนได้นำแบบที่ร่างไว้มาออกแบบผ่าน Application Makers Empire ในโทรศัพท์มือถือ มาสร้างเป็นตัวต้นแบบหรือนวัตกรรมของจริงด้วย ซึ่งเป็นการส่งเสริมให้นักเรียนได้ฝึกทักษะความคิดสร้างสรรค์ เพิ่มมากขึ้น ให้นักเรียนนำสิ่งที่ได้เรียนรู้ในขั้นก่อนหน้ามาใช้ในการออกแบบและสร้างชิ้นงานตามแนวคิดและวิธีการที่ได้ออกแบบไว้โดยที่กิจกรรมข้างต้น โดยกำหนดเวลาให้นักเรียนลงมือทำ 50 นาที โดยมีเงื่อนไขว่าการเก็บแก๊สที่เกิดขึ้นจะบรรจุอยู่ในหลอดปิเปตพลาสติกตามอัตราส่วนที่นักเรียนเลือกจากผลการทดลองของแต่ละกลุ่ม ซึ่งในกระบวนการสร้างชิ้นงาน นักเรียนต้องใช้ความรู้ทางคณิตศาสตร์และเทคโนโลยีด้วย โดยเพิ่มเงื่อนไขเพิ่มเติมให้นักเรียนจะต้องคำนึงถึงว่าหลักการของ ส่วนของปีก (Fins Desigs) ส่วนของหัวจรวด (Nose Design) จุดส่วนถ่วง และเกณฑ์การสร้างชิ้นงานที่สำคัญคือ ราคาถูก อุปกรณ์ปลอดภัย และจรวดเคลื่อนที่ไปได้ไกล นักเรียนสามารถสร้างชิ้นงานได้ตามเงื่อนไขที่ครูกำหนดไว้ได้ สามารถแก้ไขปัญหาที่เกิดขึ้นระหว่างสร้างชิ้นงาน

ขั้นที่ 5 Enrich

การนำเสนอนวัตกรรมของนักเรียนที่สร้างขึ้นผ่านกิจกรรมการแข่งขันทำให้นักเรียนเกิดความท้าทาย เกิดความรู้สึกอยากเอาชนะ กระตือรือร้นที่จะทดสอบประสิทธิภาพของชิ้นงาน ร่วมกับการใช้วีดิทัศน์นำเสนอจะช่วยฝึกทักษะความคิดสร้างสรรค์ได้

ในขั้นนี้ได้ให้นักเรียนทดสอบประสิทธิภาพของชิ้นงานโดยนำไปทดสอบหาอัตราส่วนผสมของแก๊สที่เหมาะสมจรวดและวางบนฐานปล่อยจรวด จุดประกายด้วยปืนยิงแก๊ส แล้ววัดระยะทางว่าจรวดเดินทางไกลแค่ไหน บันทึกผล ปรับปรุงชิ้นงานของนักเรียนให้ดีขึ้น ให้นักเรียนแต่ละกลุ่มเลือกอัตราส่วนของแก๊สที่บรรจุอยู่ในจรวดปิเปตที่ดีที่สุด แล้วให้แต่ละกลุ่มนำมาแข่งกัน โดยนักเรียนสามารถสร้างชิ้นงานได้ตามเงื่อนไขที่ครูกำหนดไว้ได้ สามารถแก้ไขปัญหาที่เกิดขึ้นระหว่างสร้างชิ้นงาน และทำ Micro Rockets ออกมาได้สำเร็จ พบว่านักเรียนสนุกกับกิจกรรมนี้มาก และนักเรียนยังได้นำเสนอนวัตกรรมของตนเองที่สร้างขึ้นโดยการนำเสนอในรูปแบบคลิปโอวิดีโอสั้นๆ จะช่วยฝึกทักษะความคิดสร้างสรรค์ได้ด้วย

ขั้นที่ 6 Evaluate

การประเมินชิ้นงานร่วมกันเพื่อพัฒนาทักษะการสร้างสรรค์ (ด้านการคิดละเอียดลออ Elaboration เป็นระบุคำตอบที่มีความแตกต่างจากผู้อื่น ในเรื่องการคำนวณปริมาณสารในสมการเคมีได้ถูกต้อง)

ครูให้นักเรียนหาการใช้อัตราส่วนโมลของไฮโดรเจนกับออกซิเจนจากกิจกรรม ที่ใช้ในการเกิดปฏิกิริยาการเผาไหม้ เพื่อระบุว่าสารตัวทำปฏิกิริยา จะเหลือเท่าไหร่หลังจากปฏิกิริยาการเผาไหม้สิ้นสุด และเชื่อมโยงความรู้ เรื่องกฎของเกย์ลูสแซก กฎอาโวกาโดร มาอธิบายสิ่งที่เกิดขึ้น และร่วมกันประเมินชิ้นงานที่ปรับปรุงใหม่เพื่อให้ทราบว่าผู้เรียนได้เรียนรู้อะไร และมากน้อยเพียงใด ครูประเมินผลงานและการปฏิบัติงานของนักเรียนรายกลุ่ม โดยการสังเกต การสัมภาษณ์ และการประเมินชิ้นงานร่วมกัน

สุดท้ายนี้ผู้เขียนอยากเชิญชวนให้คุณครูได้ออกแบบการเรียนรู้วิทยาสตร์เพื่อเปลี่ยนห้องเรียนวิทย์ให้เป็นมิตรต่อการเรียนรู้ ไม่จำเป็นต้องเหมือนใคร แต่ทำในแบบที่เราเป็น ปรับให้เข้ากับบริบทในห้องเรียนของเรา จะช่วยให้นักเรียนเรียนได้เรียนรู้อย่างมีความหมาย เพราะเขาสามารถเชื่อมโยงสิ่งที่เรียนกับสิ่งที่ได้นำเอาไปใช้ในชีวิตจริง สุดท้ายแล้วสิ่งที่ได้ค้นพบนอกจากแนวปฏิบัติที่ดีในการสอนแล้วเกิดผล นั่นคือรอยยิ้มที่มาพร้อมกับการเรียนรู้ในห้องเรียน อย่างไรก็ตามในครั้งแรกอาจจะยังไม่สมบูรณ์แบบ การพัฒนาทักษะการเรียนรู้ในศตวรรษที่ 21 โดยเฉพาะทักษะความคิดสร้างสรรค์ก็เช่นเดียวกัน ต้องอาศัยเวลาและความมุ่งมั่นในการฝึกฝนทั้งตัวผู้เรียนและผู้สอน ดังนั้นผู้เขียนขอเอาใจช่วยให้ครูทุกคนไม่ละทิ้งความเป็นตัวเองและเชิญชวนให้เรามาร่วมกันสร้างการเปลี่ยนแปลงเล็ก ๆ ให้กับห้องเรียนของเรากันนะคะ