ครูบ้านนอก

การพัฒนาผลสัมฤทธิ์ทางการเรียนและการสร้างคำอธิบายทางวิทยาศาสตร์

โดยใช้การจัดการเรียนรู้แบบสืบเสาะหาความรู้ร่วมกับเทคนิคการทำนาย–สังเกต–อธิบาย

นางสาวเนตรทราย ประเสริฐผล

โรงเรียนผดุงปัญญา จังหวัดตาก

บทคัดย่อ

บทความนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อขยายความและสังเคราะห์หลักฐานเชิงทฤษฎีและเชิงประจักษ์ที่สนับสนุนว่า การจัดการเรียนรู้แบบสืบเสาะหาความรู้ (Inquiry-Based Learning: IBL) ผนวกเทคนิคการทำนาย–สังเกต–อธิบาย (Predict–Observe–Explain: POE) ช่วยยกระดับผลสัมฤทธิ์ทางการเรียนและความสามารถในการสร้างคำอธิบายทางวิทยาศาสตร์ของผู้เรียนเคมีระดับมัธยมศึกษา แรงผลักดันสำคัญมาจากผลการประเมินระดับชาติและนานาชาติที่สะท้อนปัญหาความเข้าใจเชิงมโนทัศน์และการเชื่อมโยงความรู้ระหว่างระดับมหภาค–จุลภาค–สัญลักษณ์ (สทศ., 2565; สสวท., 2566; OECD, 2012) บทความสังเคราะห์กรอบแนวคิดคอนสตรักติวิสม์และโมเดล 5E เชื่อมโยงกับกรอบ CER (Claim–Evidence–Reasoning) เพื่ออธิบายกลไกการเรียนรู้ที่ผลักดันให้ผู้เรียนสร้างองค์ความรู้ใหม่บนฐานหลักฐานเชิงประจักษ์ พร้อมทบทวนงานวิจัยเชิงประจักษ์ที่ยืนยันประสิทธิผลของ การจัดการเรียนรู้แบบสืบเสาะหาความรู้ผนวกเทคนิคการทำนาย–สังเกต–อธิบายในหัวข้อเคมีและฟิสิกส์หลายบริบท (กฤตกร สภาสันติกุล, 2559; ภูสิทธิ์ จันทนา และสุระ วุฒิพรหม, 2558; ชุลีพร จันทร์ไตรรัตน์, 2557; พงศ์รัตน์ ธรรมชาติ, 2564; Tri Wahyn Setiyani, 2019) ข้อเสนอเชิงปฏิบัติประกอบด้วยการออกแบบภารกิจการคาดคะเนที่ท้าทาย การเก็บหลักฐานเชิงระบบ การอภิปรายเชิงเหตุผล และการประเมินสมรรถนะการอธิบายด้วยรูบริก CER ซึ่งคาดว่าจะนำไปสู่การเรียนรู้เชิงลึก การคิดอย่างเป็นระบบ และผลสัมฤทธิ์ทางการเรียนที่สูงขึ้นในรายวิชาเคมี

คำสำคัญ: ผลสัมฤทธิ์ทางการเรียน; การสร้างคำอธิบายทางวิทยาศาสตร์; การสืบเสาะหาความรู้; เทคนิคการทำนาย–สังเกต–อธิบาย

1. บทนำ

เป้าหมายหลักของการศึกษาวิทยาศาสตร์ยุคศตวรรษที่ 21 คือการพัฒนาสมรรถนะทางวิทยาศาสตร์ เพื่อให้ผู้เรียนใช้ความรู้ กระบวนการ และหลักฐานเชิงประจักษ์ในการอธิบาย ตัดสินใจ และแก้ปัญหาในชีวิตจริง (OECD, 2009; NRC, 2012) อย่างไรก็ดี หลักฐานเชิงประเมินผลลัพธ์การเรียนรู้ของผู้เรียนไทยสะท้อนปัญหาความเข้าใจเชิงมโนทัศน์ โดยเฉพาะในสาขาเคมีซึ่งต้องเชื่อมโยงความคิดทั้งสามระดับ ได้แก่ มหภาค จุลภาค และสัญลักษณ์ ผู้เรียนจำนวนมากยังไม่สามารถสร้างคำอธิบายทางวิทยาศาสตร์ได้อย่างถูกต้อง ส่งผลให้ผลสัมฤทธิ์ทางการเรียนต่ำ (สทศ., 2565; สสวท., 2566; OECD, 2012) แนวโน้มดังกล่าวสอดคล้องกับข้อค้นพบเชิงคุณภาพที่ระบุว่า ชั้นเรียนวิทยาศาสตร์ของไทยยังคงพึ่งพาการถ่ายทอดเนื้อหาและการสรุปโดยครู มากกว่าการให้ผู้เรียนสร้างองค์ความรู้ด้วยตนเอง (จงกล บุญรอด และอลิศรา ชูชาติ, 2559)

เพื่อตอบโจทย์เชิงระบบดังกล่าว บทความนี้เสนอการบูรณาการรูปแบบการสืบเสาะหาความรู้ (IBL) กับเทคนิคทำนาย–สังเกต–อธิบาย (POE) ซึ่งตั้งอยู่บนฐานคิดคอนสตรักติวิสม์และการเรียนรู้เชิงรุก (Active Learning) โดยเน้นให้ผู้เรียนทำนายผลลัพธ์ สังเกตปรากฏการณ์จริง และอธิบายด้วยกรอบเหตุผล–หลักฐาน (CER) อันเป็นแกนกลางของการรู้ทางวิทยาศาสตร์ (McNeill & Krajcik, 2006; Sampson & Clark, 2009)

2. กรอบแนวคิดทางทฤษฎีและทบทวนวรรณกรรม

คอนสตรักติวิสม์มองว่าการเรียนรู้เกิดจากการสร้างและปรับโครงสร้างมโนมติด้วยการเชื่อมโยงประสบการณ์เดิมกับข้อมูลใหม่ (Cobb, 1992 อ้างใน ศรีนภา ภาคภูมิ, 2554) รูปแบบ 5E (Engagement–Exploration–Explanation–Elaboration–Evaluation) ทำหน้าที่เป็นกลไกการจัดลำดับกิจกรรมที่เอื้อต่อการเรียนรู้เชิงรุกและการประมวลหลักฐานอย่างมีระบบ (พัณนิดา มีลา และร่มเกล้า อาจเดช, 2560) ขณะเดียวกัน เทคนิค POE ช่วยก่อให้เกิดความขัดแย้งทางปัญญาที่เหมาะสม ซึ่งเป็นตัวเร่งให้เกิดการปรับโครงสร้างมโนมติ (Conceptual Change) ผ่านลำดับการคาดคะเน–สังเกต–อธิบาย

กรอบ CER (Claim–Evidence–Reasoning) ของ McNeill และ Krajcik (2006) ทำหน้าที่เป็นทั้งกรอบการสอนและกรอบการประเมิน เพื่อให้ผู้เรียนสร้างคำอธิบายที่น่าเชื่อถือ โดยระบุข้ออ้าง หลักฐานที่เพียงพอ และเหตุผลที่เชื่อมโยงหลักฐานกับทฤษฎี วรรณกรรมวิจัยจำนวนมากยืนยันว่าการใช้กรอบดังกล่าวช่วยยกระดับความเข้าใจแนวคิด การคิดเชิงวิพากษ์ และผลสัมฤทธิ์ทางการเรียน (NRC, 2012; OECD, 2012)

3. การออกแบบการจัดการเรียนรู้ การจัดการเรียนรู้แบบสืบเสาะหาความรู้ผนวกเทคนิคการทำนาย–สังเกต–อธิบายในรายวิชาเคมี

การจัดการเรียนรู้ การจัดการเรียนรู้แบบสืบเสาะหาความรู้ผนวกเทคนิคการทำนาย–สังเกต–อธิบายสำหรับหัวข้อเคมีเน้นการเชื่อมโยงสามระดับของความเข้าใจ (มหภาค–จุลภาค–สัญลักษณ์) โดยมีกิจกรรมหลักดังนี้:

1) ขั้นสร้างความสนใจ (Engagement + Predict): ใช้สถานการณ์สมจริง/คลิปทดลองสั้น กระตุ้นให้ผู้เรียนตั้งสมมติฐานและทำนายผลลัพธ์บนฐานความรู้เดิม

2) ขั้นสำรวจและค้นหา (Exploration + Observe): ผู้เรียนออกแบบการทดลอง เก็บข้อมูล สังเกตเชิงระบบ ใช้บันทึกผลและตารางข้อมูลเพื่อลดอคติในการสังเกต

3) ขั้นอธิบายและสรุปผล (Explanation + Explain): ผู้เรียนจัดระเบียบข้อมูล เลือกหลักฐานที่เกี่ยวข้อง และสร้างคำอธิบายด้วยกรอบ CER พร้อมอภิปรายเปรียบเทียบกับทฤษฎี

4) ขั้นขยายความรู้ (Elaboration): ประยุกต์ใช้คำอธิบายกับสถานการณ์ใหม่ เช่น ปัจจัยที่มีผลต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยาในบริบทอุตสาหกรรม/สิ่งแวดล้อม

5) ขั้นประเมินผล (Evaluation): ใช้รูบริก CER ตรวจทั้งคุณภาพคำอธิบาย ความถูกต้องของการใช้หลักฐาน และความสอดคล้องของเหตุผล พร้อมประเมินภาระงานรายบุคคลและกลุ่ม (ณัฐธิดา พรหมยอด, 2562)

สำหรับหัวข้อ “อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี” ควรใช้ภารกิจที่เน้นการควบคุมตัวแปร (อุณหภูมิ ความเข้มข้น พื้นที่ผิว ตัวเร่ง) ให้ผู้เรียนทำนายแนวโน้ม สร้างแบบจำลองระดับอนุภาค และอธิบายผลด้วยแนวคิดพลังงานก่อกัมมันต์และความถี่การชน เพื่อเชื่อมโยงทั้งสามระดับอย่างเป็นระบบ

4. หลักฐานเชิงประจักษ์จากงานวิจัยที่เกี่ยวข้อง

งานวิจัยหลากหลายยืนยันผลเชิงบวกของ การจัดการเรียนรู้แบบสืบเสาะหาความรู้ร่วมกับเทคนิคการทำนาย–สังเกต–อธิบายต่อผลสัมฤทธิ์และการอธิบายเชิงเหตุผล เช่น กฤตกร สภาสันติกุล (2559) พบว่าการใช้ POE กับนักเรียน ม.4 ช่วยเพิ่มคุณภาพคำอธิบายและความมีเหตุผลอย่างมีนัยสำคัญ; ภูสิทธิ์ จันทนา และสุระ วุฒิพรหม (2558) รายงานความเข้าใจไฟฟ้ากระแสตรงที่ดีขึ้นหลังเรียน; ชุลีพร จันทร์ไตรรัตน์ (2557) และพงศ์รัตน์ ธรรมชาติ (2564) พบการยกระดับผลสัมฤทธิ์ในหัวข้ออะตอมและพันธะเคมีตามลำดับ; ลำพูน สิงห์ขา (2555) ชี้ถึงการพัฒนามโนมติทางวิทยาศาสตร์; Tri Wahyn Setiyani (2019) รายงานผลเชิงบวกระดับมัธยมศึกษาตอนปลายในต่างประเทศ ซึ่งสอดคล้องกับกรอบการประเมินของ OECD (2012) ว่าการสืบเสาะร่วมกับการอธิบายเชิงหลักฐานเป็นแกนของสมรรถนะการรู้วิทยาศาสตร์

5. อภิปรายผลและนัยเชิงปฏิบัติ

ผลการสังเคราะห์เสนอว่า การจัดการเรียนรู้แบบสืบเสาะหาความรู้ร่วมกับเทคนิคการทำนาย–สังเกต–อธิบายทำงานผ่านสามกลไกสำคัญ ได้แก่ (ก) การกระตุ้นความขัดแย้งทางปัญญาเพื่อนำไปสู่การปรับโครงสร้างมโนมติ (ข) การใช้หลักฐานจริงจากการทดลองเพื่อเสริมความน่าเชื่อถือของคำอธิบาย และ (ค) การวางกรอบการให้เหตุผลด้วย CER ซึ่งร่วมกันผลักดันการเรียนรู้เชิงลึกและผลสัมฤทธิ์ทางการเรียน ในเชิงปฏิบัติ ครูควร (1) ออกแบบโจทย์ทำนายที่ชัดเจนและท้าทาย (2) จัดระบบการเก็บข้อมูลที่ลดอคติและเน้นความเที่ยงตรง (3) ใช้คำถามชี้นำเพื่อพาผู้เรียนเชื่อมโยงหลักฐานกับทฤษฎี (4) ประเมินด้วยรูบริก CER ที่มีระดับคุณภาพ และ (5) สร้างชุมชนการเรียนรู้ครูเพื่อแลกเปลี่ยนแบบฝึกและรูบริกที่มีคุณภาพ

6. สรุป

การบูรณาการ การจัดการเรียนรู้แบบสืบเสาะหาความรู้ร่วมกับเทคนิคการทำนาย–สังเกต–อธิบายในรายวิชาเคมีเป็นแนวทางที่มีศักยภาพสูงในการพัฒนาผลสัมฤทธิ์ทางการเรียนและความสามารถในการสร้างคำอธิบายทางวิทยาศาสตร์ ด้วยการยึดกรอบ CER และการจัดลำดับกิจกรรมแบบ 5E ผู้เรียนได้รับโอกาสสร้างองค์ความรู้บนฐานหลักฐานเชิงประจักษ์และฝึกการให้เหตุผลอย่างมีระบบ ข้อค้นพบจากวรรณกรรมยืนยันความสอดคล้องของผลลัพธ์ทั้งด้านความเข้าใจเชิงมโนมติและผลสัมฤทธิ์ ซึ่งสนับสนุนการขยายผลในชั้นเรียนเคมีระดับมัธยมศึกษา

บรรณานุกรม

กฤตกร สภาสันติกุล, ปริณดา ลิมปานนท์ พรหมรัตน์, และพร้อมพงศ์ เพียรพินิจธรรม. (2559). ผลของกลวิธีการสอนเคมีโดยใช้การทำนาย การสังเกต การอธิบาย อย่างมีขั้นตอนที่มีต่อความสามารถในการสร้างคำอธิบายทางวิทยาศาสตร์และความมีเหตุผลของนักเรียนชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 4. วารสารอิเล็กทรอนิกส์ทางการศึกษา, 11(1), 219–237.

จงกล บุญรอด, และอลิศรา ชูชาติ. (2559). ผลของการจัดการเรียนการสอนวิทยาศาสตร์โดยใช้แบบจำลอง MORE ที่มีต่อผลสัมฤทธิ์ทางการเรียนวิทยาศาสตร์และความสามารถในการสร้างคำอธิบายทางวิทยาศาสตร์ของนักเรียนมัธยมศึกษาตอนต้น. วารสารอิเล็กทรอนิกส์ทางการศึกษา, 10(2), 238–248.

ชวนพิศ คณะพัฒน์, ธีรพงษ์ แสงประดิษฐ์, มนัส บุญประกอบ, และประสงค์ เมธีพินิตกุล. (2559). ผลการใช้รูปแบบการเรียนรู้วิทยาศาสตร์ตามแนวคิดการใช้ปัญหานำทางและการวิพากษ์วิจารณ์ทางสังคมและแนวคิดวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยีและสังคมเพื่อส่งเสริมการรู้วิทยาศาสตร์สำหรับนักเรียนชั้นมัธยมศึกษาตอนต้น. เอกสารประชุมสัมมนาวิชาการ ราชภัฏนครสวรรค์วิจัย ครั้งที่ 1, 133–143.

ชุลีพร จันทร์ไตรรัตน์. (2557). ผลของการจัดการเรียนรู้แบบทำนาย–สังเกต–อธิบายที่มีต่อความเข้าใจมโนมติวิชาเคมี (เรื่องอะตอมและตารางธาตุ).

ณัฐธิดา พรหมยอด. (2562). การสร้างคำอธิบายทางวิทยาศาสตร์ผ่านกระบวนการเรียนรู้แบบ CER (Claim, Evidence, and Reasoning). นิตยสาร สสวท., 50(219), 11–15.

พงศ์รัตน์ ธรรมชาติ. (2564). ผลของการใช้ POE ต่อผลสัมฤทธิ์ทางการเรียนหัวข้อพันธะเคมีของนักเรียนชั้นมัธยมศึกษาตอนปลาย.

พัณนิดา มีลา, และร่มเกล้า อาจเดช. (2560). การสืบเสาะหาความรู้โดยใช้แบบจำลองเป็นฐานและการอธิบายทางวิทยาศาสตร์: การส่งเสริมการสร้างความหมายในชั้นเรียน. วารสารศึกษาศาสตร์ มหาวิทยาลัยนเรศวร, 19(3), 1–15.

ลำพูน สิงห์ขา. (2555). ผลของการจัดการเรียนรู้แบบทำนาย–สังเกต–อธิบายต่อมโนมติทางวิทยาศาสตร์ของผู้เรียน.

สถาบันทดสอบการศึกษาแห่งชาติ (องค์การมหาชน). (2565). รายงานผลการทดสอบทางการศึกษาระดับชาติขั้น พื้นฐาน (O-NET).

สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี. (2566). กรอบสมรรถนะ PISA 2025 ด้านวิทยาศาสตร์ (ฉบับภาษาไทย).

McNeill, K. L., & Krajcik, J. S. (2006). Scientific explanations: Characterizing and evaluating the effects of teachers’ instructional practices on student learning. Journal of Research in Science Teaching, 45(1), 53–78.

National Research Council. (2012). A framework for K–12 science education: Practices, crosscutting concepts, and core ideas. National Academies Press.

Organization for Economic Co-operation and Development. (2009). PISA 2009 assessment framework: Key competencies in reading, mathematics and science.

Organization for Economic Co-operation and Development. (2012). PISA 2012 results: What students know and can do (Vol. I).

Sampson, V., & Clark, D. B. (2009). The impact of collaboration on the outcomes of scientific argumentation. Science Education, 93(3), 448–484.

Tri Wahyn Setiyani. (2019). The effectiveness of POE-based inquiry on students’ conceptual understanding in science.

เว็บน่าสนใจ