6 รูปแบบกิจกรรมการเรียนรู้ ด้วยการสืบเสาะทางวิทยาศาสตร์

Chinn and Malhotra ได้ทำการศึกษากิจกรรมการเรียนรู้วิทยาศาสตร์ ทั้งในหนังสือเรียน งานวิจัย และเอกสารต่าง ๆ จำนวน 468 กิจกรรม

พวกเขาพบว่า กิจกรรมส่วนใหญ่มีอยู่ 3 รูปแบบ

1. การทดลองอย่างง่ายที่มีตัวแปรต้นและตัวแปรตามอย่างละตัว โดยตัวแปรทั้งหมดถูกกำหนดมาให้ล่วงหน้าแล้ว

2. การสังเกต โดยนักเรียนทราบล่วงหน้าแล้วว่า ตนเองต้องสังเกตและบันทึกอะไร

3. การสาธิตเพื่อยืนยันความรู้ในหนังสือวิทยาศาสตร์

พวกเขาเห็นว่า กิจกรรมเหล่านี้ตรงไปตรงมาเกินไป

นักเรียนแทบไม่ต้องคิดอะไร เพียงแค่ทำไปตามสิ่งที่คู่มือบอกไว้เท่านั้น

นักเรียนแทบไม่ฝึกวิธีคิดทางวิทยาศาสตร์

อย่างไรก็ดี พวกเขาพบว่า บางกิจกรรม (ส่วนน้อย) เปิดโอกาสให้นักเรียน ได้ฝึกคิด ปฏิบัติ และให้เหตุผลแบบนักวิทยาศาสตร์

พวกเขาสรุปออกมาเป็น 5 รูปแบบ

1. การออกแบบการศึกษาปากเปล่า (Verbal design of studies)

ครูมีคำถามทางวิทยาศาสตร์ แล้วให้นักเรียนลองออกแบบดูสิว่า ถ้าจะตอบคำถามนี้ นักเรียนจะทำการสืบเสาะทางวิทยาศาสตร์อย่างไร

การสืบเสาะทางวิทยาศาสตร์ในทีนี้อาจเป็น การสำรวจ การทดลอง หรือการหาความสัมพันธ์ระหว่างตัวแปรก็ได้ ทั้งนี้ขึ้นอยู่ประเภทของคำถามทางวิทยาศาสตร์

นักเรียนไม่ต้องทำจริง เพียงแค่ออกแบบ ซึ่งครูสามารถประเมินได้ว่า นักเรียนเข้าใจการสืบเสาะทางวิทยาศาสตร์หรือไม่

ไม่ว่าจะเป็นการกำหนดตัวแปร การตั้งสมมติฐาน การเลือกเครื่องมือเก็บข้อมูล การควบคุมตัวแปรแทรกซ้อน (ถ้ามี) วิธีการวิเคราะห์ข้อมูล หลักฐานและข้อสรุปที่เป็นไปได้

นักเรียนจะมีโอกาสให้วิพากษ์ การออกแบบการศึกษาของเพื่อน ๆ ด้วยว่า มันมีจุดอ่อนและจุดแข็งอย่างไร พร้อมทั้งให้ข้อเสนอแนะ

กิจกรรมรูปแบบนี้เน้นให้นักเรียนได้เข้าใจ เกี่ยวกับการสืบเสาะทางวิทยาศาสตร์ แม้โรงเรียนอาจขาดแคลนวัสดุอุปกรณ์ก็ตาม

ตัวอย่างเช่น ในการเรียนการสอนเรื่อง “ภาวะโลกร้อน” ครูให้นักเรียนออกแบบเพื่อทดสอบสมมติฐานที่ว่า “CO2 เป็นสาเหตุให้อุณหภูมิของโลก เพิ่มสูงขึ้นกว่าปกติหรือไม่”

2. การวิเคราะห์ข้อมูล (Data Analysis)

ครูมีคำถามทางวิทยาศาสตร์มาให้ พร้อมทั้งข้อมูลดิบชุดหนึ่ง (ข้อมูลทุติยภูมิ) ซึ่งมีความซับซ้อนในตัวเอง นักเรียนต้องจัดกระทำและวิเคราะห์ข้อมูลดิบนั้น เพื่อตอบคำถามทางวิทยาศาสตร์นั้นด้วยหลักฐาน

นักเรียนจะได้ฝึกใช้ความคิดสร้างสรรค์ ในการจัดกระทำและวิเคราะห์ข้อมูล ซึ่งมักไม่มีวิธีการที่แน่นอนตายตัว

นักเรียนจะได้เรียนรู้ว่า แม้มีคำถามเดียวกัน ข้อมูลชุดเดียวกัน แต่ด้วยวิธีการวิเคราะห์ข้อมูลต่างกัน แต่ละคนอาจได้หลักฐานและคำตอบไม่เหมือนกัน อันจะนำไปสู่การชี้แจงเหตุผลทางวิทยาศาสตร์

ตัวอย่างเช่น ครูมีคำถามว่า “ปรากฏการณ์น้ำขึ้นน้ำลง และปรากฏการณ์ข้างขึ้นข้างแรม เกี่ยวข้องกันหรือไม่” ถ้าใช่ ให้นักเรียนวิเคราะห์ข้อมูลเพื่อหาหลักฐาน ที่แสดงถึงความเกี่ยวข้องกันนั้น

ลักษณะของดวงจันทร์ ระดับน้ำทะเล ช่วงเวลาเดียวกัน

3. การประเมินหลักฐาน (Evidence Evaluation)

ครูมีคำถามทางวิทยาศาสตร์มาให้ รวมทั้งคำตอบ(ทฤษฎี)ที่อาจเป็นไปได้ (มากกว่า 1 คำตอบ) และหลักฐานชุดหนึ่ง เพื่อให้นักเรียนประเมินดูว่า จากหลักฐานที่มีอยู่ คำตอบใดเป็นไปได้มากที่สุด

นักเรียนจะได้ฝึกมองหลักฐาน ด้วยมุมมองทางทฤษฎีที่หลากหลาย และให้เหตุผลเพื่อชี้แจงความสัมพันธ์ ระหว่างหลักฐานและทฤษฎี

นักเรียนจะได้ฝึกโต้แย้งทางวิทยาศาสตร์ ซึ่งเป็นกระบวนการทางสังคมของนักวิทยาศาสตร์ ในการที่จะยอมรับหรือปฏิเสธข้อสรุปใด ๆ

ตัวอย่างเช่น ครูนำเสนอคำถามที่ว่า “ดวงจันทร์เกิดขึ้นได้อย่างไร” (ซึ่งเป็นคำถามทางทฤษฎี)

แล้วครูจึงนำเสนอ 4 ทฤษฎีที่อาจเป็นไปได้ (จริง ๆ มีมากกว่านี้) ได้แก่ 1 แล้วครูจึงนำเสนอ 4 ทฤษฎีที่อาจเป็นไปได้ (จริง ๆ มีมากกว่านี้) ได้แก่ 1. Fission theory 2. Capture theory 3. Nebular theory 4. Giant collision theory

แล้วครูจึงนำเสนอหลักฐานต่าง ๆ เกี่ยวกับดวงจันทร์ เช่น รูปร่างของดวงจันทร์ การหมุนรอบตัวเองของดวงจันทร์ ระนาบวงโคจรของดวงจันทร์ แกนหมุนของดวงจันทร์ (เมื่อเทียบกับโลก) ขนาดของดวงจันทร์ และองค์ประกอบของหินจากดวงจันทร์ ฯลฯ

นักเรียนอภิปรายกันเพื่อตัดสินว่า ทฤษฎีใดเป็นไปได้ที่สุด

เหตุการณ์คล้ายกับที่นักวิทยาศาสตร์มาตัดสินร่วมกันว่า ดาวพลูโตควรเป็นดาวเคราะห์ในระบบสุริยะหรือไม่

4. การทดลองเสมือนด้วยโปรแกรมคอมพิวเตอร์ (Computer-simulated experiments)

ครูมีคำถามทางวิทยาศาสตร์ให้ (คำถามเชิงทดลอง) แล้วให้นักเรียนทำการทดลองกับโปรแกรมคอมพิวเตอร์

นักเรียนจะได้ฝึกทุกอย่างเกี่ยวกับการทดลองทางวิทยาศาสตร์ ทั้งการกำหนดตัวแปร การตั้งสมมติฐาน การควบคุมตัวแปร การบันทึกข้อมูล การวิเคราะห์ข้อมูล การลงข้อสรุปจากข้อมูล การนำเสนอผลการทดลอง และการโต้แย้งเกี่ยวกับผลการทดลอง

ยกเว้นการใช้เครื่องมือวิทยาศาสตร์เพื่อเก็บข้อมูล เพราะโปรแกรมจะแสดงค่ามาให้โดยอัตโนมัติ

โปรแกรมยอดนิยม PhET https://phet.colorado.edu/th/

Natural Selection

โปรแกรม PhET มีจุดเด่นคือ มันไม่มีเฉลยว่า ความรู้ทางวิทยาศาสตร์คืออะไร นักเรียนต้องเล่นกับโปรแกรม และเก็บข้อมูลอย่างเป็นระบบ เพื่อสร้างข้อสรุปนั้นด้วยตัวเอง

5. การสืบเสาะโดยการลงมือปฏิบัติจริง (Hands-on Inquiry)

กิจกรรมรูปแบบนี้เหมือนเอาทุกอย่างมารวมไว้ โดยครู/นักเรียนมีการตั้งคำถามทางวิทยาศาสตร์ แล้วนักเรียนทำการสืบเสาะทางวิทยาศาสตร์ เพื่อหาหลักฐานและคำตอบด้วยตนเอง

6. การสร้างคำอธิบาย (Explanation Building)

ครูมีคำถามทางวิทยาศาสตร์มาให้ พร้อมทั้งหลักฐานชุดหนึ่ง ทั้งนี้เพื่อให้นักเรียนสร้างคำอธิบาย ที่ตอบคำถามทางวิทยาศาสตร์นั้น

นักเรียนจะได้ฝึกตีความและลงข้อสรุปจากหลักฐาน รวมทั้งเชื่อมโยงข้อสรุปจากหลักฐานต่าง ๆ เข้าด้วยกัน เป็นคำอธิบายทางวิทยาศาสตร์

ตัวอย่างเช่น กิจกรรมเรื่อง “ไขปริศนานกฟินช์” ตัวอย่างเช่น กิจกรรมเรื่อง “ไขปริศนานกฟินช์”

ครูมีคำถามว่า “การเปลี่ยนแปลงทางสิ่งแวดล้อม (ภัยแล้ง) ส่งผลต่อ ความหลากหลายทางพันธุกรรมของนกฟินช์ (จะงอยปาก) หรือไม่ และอย่างไร”