การเรียนรู้โดยใช้ปัญหาเป็นฐาน (Problem-based Learning) มีแนวทางการดำเนินการโดยเริ่มจากการสำรวจและกำหนดปัญหาที่เกิดขึ้นจริงในชุมชนของผู้เรียนเพื่อเข้าสู่กระบวนการสืบเสาะหาสาเหตุของปัญหา จากนั้นรวบรวมประเด็นหรือแนวทางที่ใช้แก้ไขปัญหา แล้วทบทวนวิธีการแก้ไขปัญหา สุดท้ายคือการบูรณาการและต่อยอดเป็นองค์ความรู้ใหม่
องค์การพิพิธภัณฑ์วิทยาศาสตร์แห่งชาติ (NSM) ได้เล็งเห็นถึงความเป็นไปได้ในการใช้กลวิธีดังกล่าวเพื่อส่งเสริมความตระหนักรู้เรื่องปัญหาทรัพยากรแหล่งน้ำ จึงได้พัฒนากิจกรรมในหลักสูตรที่แบ่งเป็น 3 ธีม ประกอบด้วย เนื้อหาการเรียนรู้ที่เกี่ยวข้องปัญหาเกี่ยวกับทรัพยากรธรรมชาติและสิ่งแวดล้อมที่มาจากบริบทจริงของประเทศจีนและไทย แต่หากจะนำไปประยุกต์ใช้ก็ต้องเข้าใจบริบทของพื้นที่โดยรอบของโรงเรียนและชุมชนก่อนเช่นกัน ตัวอย่างกิจกรรม มีดังนี้
กิจกรรมที่ 1 การอภิปรายและทดลองเกี่ยวกับปัญหาน้ำใต้ดิน เป็นกิจกรรมที่เกิดขึ้นจากปัญหาแผ่นดินทรุด โดยมีข้อสมมุติฐานที่มาจากบริบทจริงในชุมชนจังหวัดจันทบุรีว่า ปัญหาการสูบน้ำใต้ดินมาใช้ในจังหวัดจันทบุรีในปริมาณมากทำให้แผ่นดินทรุดจริงหรือไม่ จากนั้นให้ผู้เรียนร่วมกันอภิปรายเพื่อแลกเปลี่ยนความคิดเห็นกับประเด็นปัญหาดังกล่าวก่อน แล้วให้ผู้เรียนทดลองตามขั้นตอนการทดลองทางวิทยาศาสตร์ โดยเริ่มตั้งแต่การจัดเตรียมอุปกรณ์ การออกแบบแบบจำลองให้คล้ายคลึงกับสถานการณ์ปัญหาจริงมากที่สุด และดำเนินการตามสภาพปัญหาและสาเหตุของปัญหา
จากนั้นบันทึกผลการทดลอง โดยจะทำควบคู่กับการทดลองเพราะผู้เรียนต้องบันทึกให้เห็นความแตกต่างทั้งก่อนและหลังการทดลอง โดยใช้การวัดเพื่อตรวจสอบว่าหลังจากน้ำสูบออกไปหมดแล้ว ชั้นดินจำลองนั้นมีความสูงเปลี่ยนแปลงไปหรือไม่ อย่างไร แล้วสรุปผลการทดลองเพื่อตอบและแก้ไขปัญหาที่ตั้งไว้
ผลคือหากสูบน้ำไปในปริมาณที่มากเกินความจำเป็น น้ำที่แทรกอยู่ในชั้นดินและหินจะหายไป ทำให้ชั้นดินและหินทรุดตัวลงตามแรงโน้มถ่วงของโลก สุดท้ายคือการหาแนวทางแก้ไขปัญหา โดยการเจาะน้ำบาดาลให้ลงลงไปอีก อย่างไรก็ตามวิธีดังกล่าวเป็นการแก้ไขปัญหาจากปลายเหตุ จะดีอย่างยิ่ง หากหาวิธีแก้ไขปัญหาจากต้นเหตุได้
กิจกรรมที่ 2 การตรวจหาสารปนเปื้อนจากน้ำใต้ดิน เป็นกิจกรรมที่เกิดขึ้นจากปัญหาการพบสารปนเปื้อนในแหล่งน้ำจากอำเภอนางรอง จังหวัดบุรีรัมย์ จึงเกิดคำถามว่าการปนเปื้อนสารเกิดขึ้นจากสาเหตุอะไร แล้วเกิดขึ้นได้อย่างไร จะส่งผลเสียต่อประชาชนที่อยู่ในพื้นที่นั้นอย่างไร การทดลองนี้ต่อยอดมาจากการทดลองในกิจกรรมที่ 1 สิ่งที่เพิ่มเติมในขั้นการทดลองคือ การเติมน้ำที่ปนเปื้อน โดยเติมสีแดงเพื่อจำลองการปนเปื้อนลงไปในแบบจำลองสถานการณ์ และการใช้กระดาษทดสอบสารปนเปื้อน (Test Kit) เพื่อทดสอบให้เห็นความแตกต่างระหว่างน้ำที่ไม่มีสารปนเปื้อนกับน้ำที่มีสารปนเปื้อนผสมอยู่ พบว่า แหล่งน้ำที่มีสารปนเปื้อนจะมีจุดสีแดงขึ้น ในขณะที่แหล่งน้ำที่ไม่มีสารปนเปื้อนไม่มีการเปลี่ยนแปลงของสีกระดาษทดสอบ
ผลจากการทดลองเชื่อมโยงกับปัญหาในสถานการณ์จริงที่เกิดขึ้นในจังหวัดบุรีรัมย์นั้น พบว่า แหล่งน้ำที่พบสารปนเปื้อนไม่ได้เกิดจากการปล่อยสารปนเปื้อนจากโรงงานโดยตรง แต่เกิดจากการขุดเจาะน้ำบาดาลมากเกินไป ทำให้ชั้นดินเกิดช่องโหว่ สารปนเปื้อนจากพื้นผิวดินจึงแทรกซึมไปได้ วิธีแก้ไข คือ การขุดเจาะน้ำบาดาลให้ลึกลงไปอีก ซึ่งเป็นการแก้ไขที่ปลายเหตุ การแก้ไขปัญหาที่ต้นเหตุคือการลดปริมาณสารเคมีและการกำจัดสารเคมีที่ถูกต้องและปลอดภัย
และสุดท้าย กิจกรรมที่ 3 การประดิษฐ์เครื่องสูบน้ำอย่างง่าย เป็นกิจกรรมที่ผู้เรียนจะได้สร้างเครื่องสูบน้ำจำลองจากการได้ใช้เครื่องสูบน้ำจำลองจากการทดลอง เพราะการได้ใช้จริงช่วยให้ผู้เรียนได้ศึกษาการทำงานของเครื่องสูบน้ำไปด้วยทำให้การออกแบบตรงจุดประสงค์ของการใช้มากขึ้น
ในการนำหลักสูตรนี้ไปบูรณาการกับหลักสูตรของสถานศึกษาสามารถทำได้หลากหลายรูปแบบ เช่น การบูรณาการในรายวิชาปกติ การจัดขึ้นในรายวิชาศึกษาอิสระ (IS) การจัดค่าย การจัดในกิจกรรมชุมนุม/ชมรม แต่ไม่ว่าจะรูปแบบใด การเรียนรู้โดยใช้ปัญหาเป็นฐานนั้นจะต้องอาศัยปัญหาที่มาจากเรื่องใกล้ตัวของผู้เรียน ซึ่งจะช่วยให้พวกเขาสามารถแก้ไขปัญหาได้ในชีวิตประจำวันและเห็นคุณค่าของการเรียนรู้ว่า “การเรียนรู้ช่วยแก้ไขและพัฒนาคุณภาพชีวิตได้จริง”
