การจัดการเรียนรู้ สะเต็มศึกษา

STEM EDUCATION

       สะเต็มศึกษา คือ แนวทางการจัดการเรียนรู้ที่
บูรณาการความรู้ใน 4 วิชา ได้แก่

• วิทยาศาสตร์ (S) 
• เทคโนโลยี (T) 
• วิศวกรรมศาสตร์ (E)  
• คณิตศาสตร์ (M)

โดยเน้นการนำความรู้ไปใช้แก้ปัญหาในชีวิตจริงรวมทั้งการพัฒนากระบวนการหรือผลิตใหม่ ที่เป็นประโยชน์ต่อการดำเนินชีวิต และการทำงาน


ENGINEERING DESIGN PROCESS 
(กระบวนการทางวิศวกรรม)

เป้าหมายของการเรียนการสอน STEM

Science Literacy

           ความรู้ ความเข้าใจเกี่ยวกับเนื้อหา (หลัก กฏ และ ทฤษฎี) วิชาวิทยาศาสตร์ สามารถเชื่อมโยงความเกี่ยวเนื่องเนื้อหาระหว่างสาขาวิชา และมีทักษะในการปฏิบัติการเชิงวิทยาศาสตร์ มีทักษะในการคิดที่เป็นเหตุเป็นผล สามารถค้นหาความรู้และแก้ปัญหาอย่างเป็นระบบ สามารถตัดสินใจโดยใช้ข้อมูลที่หลากหลายและมีประจักษ์พยานที่ตรวจสอบได้

Mathematics Literacy

          ความาสามารถในการวิเคราหะ์ ให้เหตุผล และการประยุกต์แนวคิดทางคณิตศาสตร์ เพื่อสร้างคำอธิบายและทำนายปรากฎการณ์ต่าง ๆ ภายใต้บริบทที่แตกต่างกัน รวมถึงตระหนักถึงบทบาทของคณิตศาสตร์และสามารถใช้คณิตศาสตร์ช่วยในการวินิจฉัยและการตัดสินใจที่ดี

Technology Literacy

         ความเข้าใจและความสามารถในการใช้งาน จัดการและเข้าถึงเทคโนโลยี (กระบวนการหรือสิ่งประดิษฐ์ที่สร้างขึ้นเพื่อตอบสนองความต้องการของมนุษย์)

Engineer Literacy

          ความเข้าใจการพัฒนาหรือการได้มาของเทคโนโลยีโดยการประยุกต์ความรู้วิทยาศาสตร์และคณิตศาสตร์ และเทคโนโลยีที่มีอยู่กับกระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรม เพื่อสร้างเครื่องใช้หรือวิธีการเพื่อพัฒนาคุณภาพชีวิต

ตัวอย่างการจัดการเรียนการสอน STEM EDUCATION

กิจกรรม : กล่องของขวัญจากกระดาษรูปเรขาคณิต

สาระการเรียนรู้ 
วิทยาศาสตร์ 
สมบัติของวัสดุ 

           วัสดุ คือ สิ่งที่นํามาทําสิ่งของเครื่องใช้ต่างๆ วัสดุรอบตัวเรามีทั้งวัสดุธรรมชาติ ซึ่งได้มาจากสิ่งมีชีวิตและไม่มี ชีวิต เช่น ไม้ ขนสัตว์ ไยไหม เปลือกหอย ดินเหนียว หิน ทราย และวัสดุสังเคราะห์ เช่น พลาสติก เส้นใยสังเคราะห์  วัสดุมีสมบัติต่างๆ  คือ 

1. สมบัติความยืดหยุ่น  ความยืดหยุ่น หมายถึง ลักษณะที่วัตถุนั้นสามารถกลับคืนรูปร่างทรงเดิมได้ หลังจากแรงที่มา กระทําต่อวัตถุหยุดกระทําต่อวัตถุนั้น  วัสดุที่ถูกแรงกระทําแล้วสามารถเปลี่ยนรูปร่างหรือขนาดของวัสดุ และเมื่อเรา หยุดออกแรงวัสดุนั้นจะกลับคืนสู่สภาพเดิม เรียกว่า วัสดุนั้นมีสภาพความยืดหยุ่น เช่น ถุงมือยาง ยางยืด ฟองน้ํา วัสดุแต่ละชนิดมีสภาพยืดหยุ่นไม่เท่ากัน การใช้ความยืดหยุ่นในชีวิตประจําวัน เช่น การใช้ยางรัดผม การใช้ยางยืดทํา ขอบกางเกง ใช้เส้นเอ็นทําไม้แบดมินตันหรือไม้เทนนิส

2. ความแข็งของวัสดุ  ความแข็ง  หมายถึง ความทนทานต่อการตัดและการขูดขีด  วัสดุที่มีความแข็งมากจะทนทาน ต่อการขูดขีดมาก เช่น ตะปูกับไม้ เมื่อเราเอาตะปูไปขูดกับไม้ จะพบว่า ไม้เกิดรอย นั้นแสดงว่า วัสดุใดที่เกิดรอยจะมี ความแข็งน้อยกว่าวัสดุที่ไม่เกิดรอย แสดงว่า ตะปูมีความแข็งมากกว่าไม้  การใช้ความแข็งในชีวิตประจําวันให้เหมาะ แก่การใช้ประโยชน์และใช้งานได้ เช่น กล่องสําหรับเก็บของ โต๊ะ เก้าอี้ แก้ว กระเบื้อง ม้านั่ง

3. ความเหนียวของวัสดุ  ความเหนียว  หมายถึง ความสามารถในการรับน้ําหนักของวัสดุ ดึงขาดยาก  ถ้าเราทําการ พิจารณาด้านความเหนียวสามารถทําได้ 2 วิธี คือ  1.ความสามารถในการดึงเป็นเส้น  2.ความสามารถในการตีเป็น แผ่นบางได้  การใช้ความเหนียวในชีวิตประจําวัน  เช่น ใช้เชือกผูกสิ่งของ เบ็ดตกปลา วัสดุในการทําสะพานแขวน

4. การนําความร้อนของวัสดุ  การนําความร้อน หมายถึง การถ่ายเทพลังงานความร้อนจากอนุภาคหนึ่งสู่อนุภาคหนึ่ง และถ่ายทอดกันไปเรื่อยๆ ภายในเนื้อของวัตถุ วัสดุแต่ละชนิดสามารถนําความร้อนได้แตกต่างกัน วัสดุที่นําความร้อน ได้ดีจะถ่ายเทพลังงานความร้อนได้เร็ว และมาก เมื่อวัสดุชนิดนั้นได้รับความร้อนที่บริเวณใดบริเวณหนึ่ง จะถ่ายโอน ความร้อนไปสู่บริเวณอื่นด้วย  วัสดุบางชนิดไม่นําความร้อน

5. การนําไฟฟ้า  การนําไฟฟ้า หมายถึง สมบัติยอมให้ประจุไฟฟ้าหรือกระแสไฟฟ้าไหลผ่านได้ และสามารถแสดง อํานาจไฟฟ้าออกมา  ซึ่งวัสดุแต่ละชนิดมีสมบัติการนําไฟฟ้าที่แตกต่างกัน ดังนี้

ตัวนําไฟฟ้า  คือ  วัสดุที่ยอมให้ประจุไฟฟ้าหรือกระแสไฟฟ้าไหลผ่านได้ ได้แก่ โลหะต่างๆ 

ฉนวนไฟฟ้า  คือ  วัสดุที่ไม่ยอมให้ประจุไฟฟ้าหรือกระแสไฟฟ้าไหลผ่านหรือผ่านได้น้อยมาก เช่น ไม้ แก้ว 

คณิตศาสตร์ 
รูปเรขาคณิตสองมิติ 

 แบ่งออกเป็น 4 ชนิด คือ รูปสี่เหลี่ยม  รูปสามเหลี่ยม  รูปวงกลม และรูปหลายเหลี่ยม ซึ่งมีลักษณะดังต่อไปนี้ 

    1 .  รูปสี่เหลี่ยม  คือ รูปปิดที่มี 4 ด้าน 4มุม   แบ่งเป็น 6 ชนิด คือ  รูปสี่เหลี่ยมมุมฉาก  รูปสี่เหลี่ยมผืนผ้ารูป สี่เหลี่ยมจัตุรัส   รูปสี่เหลี่ยมด้านขนาน   รูปสี่เหลี่ยมขนมเปียกปูน  รูปสี่เหลี่ยมคางหมู     

    2 .  รูปสามเหลี่ยม  คือรูปปิด ที่มี 3 ด้าน 3 มุม  มุมภายในรวมกันได้ 180 องศา  แบ่งเป็น 2 ลักษณะ คือ  แบ่ง ตามลักษณะของด้าน แบ่งได้ 3 ชนิด คือ  รูปสามเหลี่ยมด้านเท่า   รูปสามเหลี่ยมด้านไม่เท่า   รูปสามเหลี่ยมหน้าจั่ว แบ่งตามลักษณะของมุม มี 3 ชนิด คือ  รูปสามเหลี่ยมมุมแหลม   รูปสามเหลี่ยมมุมฉาก รูปสามเหลี่ยมมุมป้าน 

    3 .  รูปวงกลม  คือ รูปบนระนาบ ที่ล้อมรอบด้วยเส้นโค้งที่มีระยะห่างจากจุดคงที่ ภายในจุดหนึ่งเป็นระยะทาง เท่ากัน  ส่วนประกอบของรูปวงกลม ได้แก่  จุดศูนย์กลาง  เส้นผ่านศูนย์กลาง         เส้นรอบวง รัศมี   และคอร์ด 

    4 .  รูปหลายเหลี่ยม  คือ  รูปที่ปิดล้อมไปด้วยด้าน ตั้งแต่ 3 ด้านขึ้นไป   รูปหลายเหลี่ยม จะมีจํานวนมุมเท่ากับ จํานวนด้าน  ตัวอย่างของรูปหลายเหลี่ยม ได้แก่   รูปสามเหลี่ยม  รูปสี่เหลี่ยม  รูปห้าเหลี่ยม  รูปหกเหลี่ยม  รูปเจ็ดเหลี่ยม  และอีกมากมาย.... 

เทคโนโลยี ( คอมพิวเตอร์และออกแบบเทคโนโลยี ) 

          การสืบค้นข้อมูลทางอินเทอร์เน็ต (Search Engine) คือ เครื่องมือที่ใช้ในการค้นหาข้อมูลหรือโปรแกรมการค้นหาข้อมูลต่างๆ ในโลกออนไลน์ อินเทอร์เน็ต ไม่ว่าจะค้นหาข้อมูลที่เป็นข้อความ รูปภาพ ภาพเคลื่อนไหว เพลง ซอฟต์แวร์ แผนที่ ข้อมูลบุคคล ข่าว อื่นๆ โดยการค้นหาข้อมูลจากการกําหนดคําสําคัญ หรือ Keyword ที่ผู้ใช้ป้อนเข้าไปในเว็บไซต์ค้นหาคํา จากนั้นเว็บไซต์ก็จะทําการค้นหาคํานั้นให้ แล้วแสดงผลลัพธ์ที่คิดว่าผู้ใช้ต้องการขึ้นมาได้อย่างรวดเร็ว Search Engine มีหลายตัวแต่ปัจจุบันที่นิยมมากที่สุดคือ google ซึ่งจะบันทึกประวัติการค้นหาข้อมูลไว้ด้วยประโยชน์ของ Search Engineคือ 

1. ค้นหาเว็บที่ต้องการได้สะดวกรวดเร็ว

2. สามารถค้นหาข้อมูลแบบเจาะลึกได้ ทั้งข้อความ รูปภาพ ข่าว เพลง ภาพเคลื่อนไหว ฯลฯ

3. มีความหลากหลายในการค้นหาข้อมูล

4. รองรับการค้นหาภาษาไทย

ผังมโนทัศน์ 

• วิทยาศาสตร์

            กําหนดปัญหา ทดลอง เปรียบเทียบ และอธิบายสมบัติ ของวัสดุชนิดต่างๆ ในด้าน ความแข็งแรง ความเหนียว สภาพยืดหยุ่น การนําความ ร้อน และการนําไฟฟ้า

• คณิตศาสตร์ 

             รูปเรขาคณิตสองมิติ รูปสี่เหลี่ยม  ร ูปสามเหลี่ยม     รูปวงกลม และรูปหลายเหลี่ยม 

• การออกแบบทางวิศวกรรม 

             การออกแบบ สิ่งประดิษฐ์ เป็นภาพร่าง3 มิติ  ด้วยรูป เรขาคณิตและรูปร่างธรรมชาติ ที่บอกขนาดชัดเจน

• เทคโนโลยี 

            การค้นหาข้อมูลในการสร้าง สิ่งประดิษฐ์โดยใ ช้อินเตอร์เน็ต Searchหาข้อมูลเกี่ยวกับอุปกรณ์  วิธีการประดิษฐ์รูปแบบ และหลักการทํางาน

จุดประสงค์ 

1. เพื่อให้นักเรียนสามารถนําความรู้ในเรื่องของรูปเรขาคณิตสองมิติมาประยุกต์ใช้ให้เกิดประโยชน์ใน

ชีวิตประจําวัน

2. เพื่อให้นักเรียนสามารถสร้างกล่องของขวัญจากกระดาษที่ออกแบบรูปคลี่เป็นรูปเรขาคณิตสองมิติได้ และวางสัดส่วนต่างๆ อย่างเหมาะสม

3. เพื่อให้นักเรียนได้นําความรู้ในเรื่องสมบัติของวัสดุมาใช้ประกอบการเลือกวัสดุทํากล่องของขวัญได้อย่าง เหมาะสมตามประโยชน์การใช้สอย

4. เพื่อให้นักเรียนหาแนวทางที่ดีที่สุดในการพัฒนารูปแบบและคุณภาพของกล่องของขวัญที่สร้างขึ้นให้มี ความสวยงาม  ทนทาน  และใช้ประโยชน์ได้จริง

วัสดุอุปกรณ์ 

1. กระดาษโปสเตอร์สี ,กระดาษโปสเตอร์แข็ง , กระดาษห่อปก , กระดาษหนังสือพิมพ์ 

2. เชือกหรือริบบิ้นทําโบว์

3. กรรไกร

4. แผ่นรองตัด

5. กาวลาเท็ก

6. มีดคัดเตอร์

7. ดินสอ ยางลบ ไม้บรรทัด  สีไม้

แนวการจัดกิจกรรมการเรียนรู้ 

1. กิจกรรมนําเข้าสู่บทเรียน

          สนทนากับนักเรียนทบทวนความรู้ในเรื่องของรูปเรขาคณิตสองมิติแบบต่างๆ  ได้แก่  รูปสี่เหลี่ยม รูปสามเหลี่ยม  รูปวงกลม  และรูปหลายเหลี่ยม  รวมถึงวิธีการสร้างรูปเรขาคณิตสองมิติเหล่านั้น  ทั้งจาก การใช้อุปกรณ์และการใช้แบบในการสร้าง 

2. กิจกรรมพัฒนานักเรียน

         ให้นักเรียนได้เปิดประเด็นสนทนากันว่าถ้านักเรียนจะสร้างสิ่งประดิษฐ์หรือสิ่งของเครื่องใช้สักอย่าง อะไรบ้างที่นักเรียนจะต้องพิจารณา  ซึ่งอาจได้แก่  การนําไปใช้  ต้นทุนในการผลิต  วัสดุที่จะเลือกใช้ และ เหตุผลอื่นๆ  ที่นักเรียนจะนําเสนอแตกต่างกันออกไป 

         ขั้นที่  1  กําหนดปัญหาหรือความต้องการ 

สร้างสถานการณ์ให้กับนักเรียนแต่ละกลุ่ม  โดยให้แต่ละกลุ่มคิดทํากล่องของขวัญขึ้นมาด้วยตนเอง เพื่อมอบให้เพื่อนสนิทในโอกาสวันขึ้นปีใหม่  โดยมีเงื่อนไขว่านักเรียนจะต้องเลือกกระดาษที่จะนํามาทํา  และ วาดแบบรูปคลี่เพียงชิ้นเดียวบนกระดาษก่อนตัดพับเป็นกล่องของขวัญ  ซึ่งรูปคลี่ที่วาดนั้นจะต้องประกอบไป ด้วยรูปเรขาคณิตแบบต่างๆ ไม่จํากัดจํานวนรูปแต่ให้เชื่อมโยงเป็นรูปเดียวกัน   โดยมีอุปกรณ์มาให้นักเรียน แต่ละกลุ่ม คือ  กระดาษโปสเตอร์สี ,กระดาษโปสเตอร์แข็ง , กระดาษห่อปก , กระดาษหนังสือพิมพ์ , กระดาษนิตยสาร , เชือกหรือริบบิ้นทําโบว์ , กรรไกร , แผ่นรองตัด , กาวลาเท็ก , มีดคัดเตอร์ , ดินสอ , ยางลบ , ไม้บรรทัด และ สีไม้ 

           ขั้นที่  2  รวบรวมข้อมูล 

ให้นักเรียนใช้เครื่องมือสื่อสารโทรศัพท์มือถือ  โดยเข้าสู่อินเตอร์เน็ตเพื่อค้นหาข้อมูลในการนํา อุปกรณ์ที่ให้มาประดิษฐ์เป็นกล่องของขวัญตามสถานการณ์ที่กําหนด   

           ขั้นที่  3  เลือกวิธีการ 

นําข้อมูลที่ได้จากการสืบค้นซึ่งมีหลากหลายแนวทางมาร่วมกันปรึกษาหารือกับสมาชิกในกลุ่ม  เพื่อ

เลือกวิธีที่เหมาะสมในการออกแบบ  โดยรูปแบบที่เลือกนั้นต้องได้รับความเห็นชอบจากสมาชิกทุกคนในกลุ่ม 

         ขั้นที่  4  ออกแบบและปฏิบัติการ 

สมาชิกในกลุ่มร่วมกันออกแบบกล่องของขวัญ  โดยลงมือออกแบบชิ้นงานเป็นรูปคลี่ 2 มิติ  ของ กล่องของขวัญที่ประกอบมาจากรูปเรขาคณิต 2 มิติ  และภาพร่าง 3 มิติ ของกล่องของขวัญที่ประกอบสําเร็จ แล้ว  ด้วยรูปที่บอกขนาดชัดเจนลงในกระดาษ  จากนั้นจึงเริ่มลงมือสร้างชิ้นงานจากอุปกรณ์ที่มีภายในเวลาที่ กําหนด 

          ขั้นที่  5  ทดสอบ 

นําชิ้นงานที่สร้างเสร็จไปทดลองใส่สิ่งของที่ใช้แทนของขวัญที่จะมอบให้เพื่อน  เพื่อทดสอบคุณภาพ ของชิ้นงานว่าสามารถใช้การได้ดีหรือไม่  มีความสมดุลหรือไม่ และจุดบกพร่องใดต้องแก้ไข 

           ขั้นที่  6  ปรับปรุงแก้ไข 

เมื่อพบข้อบกพร่องของชิ้นงานแล้วให้นํามาปรับปรุงแก้ไขพัฒนาชิ้นงาน  โดยอาจทําการปรับเปลี่ยน แบบ  หรือปรับเปลี่ยนวัสดุ  หรือปรับสัดส่วนต่างๆ  ให้เหมาะสมยิ่งขึ้น  จากนั้นให้ทดสอบอีกครั้งโดยในครั้ง นี้แต่ละกลุ่มจะต้องเลือกกล่องของขวัญที่ประดิษฐ์ขึ้นโดยที่สมาชิกในกลุ่มพอใจที่สุดเพียงชนิดเดียว เพื่อนํามา ประเมินผลร่วมกันกลุ่มอื่นๆ 

            ขั้นที่  7  ประเมินผล 

แต่ละกลุ่มนําชิ้นงานกล่องของขวัญจากกระดาษรูปเรขาคณิตที่ประดิษฐ์ขึ้น  มาทดสอบคุณภาพทีละ กลุ่ม  โดยแต่ละกลุ่มนํากล่องของขวัญที่ผลิตมาใส่ของขวัญจําลองที่กําหนด  ทดลองวางบนโต๊ะพื้นเรียบเพื่อดู ความสมดุล  ทดลองถือหรือหิ้วเพื่อทดสอบความแข็งแรง  นอกจากนั้นจะมีการประเมินความสวยงามของ กล่องของขวัญ  รวมถึงความคิดสร้างสรรค์  โดยจะมีการแต่งตั้งกรรมการกลางที่เป็นตัวแทนจากทุกกลุ่มใน การให้คะแนน  จากนั้นสรุปผลการประเมิน  กลุ่มที่ได้คะแนนรวมสูงสุดจะเป็นผู้ชนะ 

3. กิจกรรมรวบยอด

        ร่วมกันสรุปว่าการจะสร้างกล่องของขวัญจากกระดาษนั้นจะต้องมีการออกแบบให้เป็นไปตามเงื่อนไข ที่กําหนด  มีการใช้รูปเรขาคณิตสองมิติมาประกอบกันเพื่อให้ได้รูปแบบที่แปลกใหม่ สวยงาม และใช้งานได้ จริง  ต้องเลือกกระดาษที่มีความหนาและแข็งแรงพอที่จะรับน้ําหนักของสิ่งของที่บรรจุลงไปในกล่องได้ รวมถึงต้องเลือกสีสันของกระดาษให้เหมาะสมกับเทศกาล  เช่น  ถ้าเป็นเทศกาลคริสต์มาสก็ควรเลือกใช้ กระดาษสีแดง หรือสีเขียน เป็นต้น  อีกสิ่งที่สําคัญในการทํากล่องของขวัญคือ นักเรียนจะต้องไม่ลืมการเผื่อ พื้นที่ของกระดาษไว้สําหรับติดกาวหรือสําหรับผูกเชือก ซึ่งนักเรียนมักจะมองข้าม 

            สรุปว่านักเรียนได้ความรู้อะไรบ้างจากการทํากล่องของขวัญนี้ คือ วิทยาศาสตร์เกี่ยวกับการเลือก วัสดุตามสมบัติที่เหมาะสมกับการใช้งาน  คณิตศาสตร์เกี่ยวกับรูปเรขาคณิตแบบต่างๆ  รวมถึงการวัดสัดส่วน ต่างๆ อย่างเหมาะสม  เทคโนโลยีเกี่ยวกับการสืบค้นข้อมูลทางอินเตอร์เน็ต  และการออกแบบทางวิศวกรรม ที่นักเรียนได้ออกแบบและดําเนินตามขั้นตอน 

การวัดผลประเมินผล 

1. ประเมินทักษะการทํางานกลุ่ม  ประเด็นการประเมิน

        1. มีการปรึกษาและวางแผนร่วมกันก่อนทํางาน

        2. มีการแบ่งหน้าที่อย่างเหมาะสม และสมาชิกทํางานตามหน้าที่

        3. มีการปฏิบัติงานตามขั้นตอน

        4. มีการให้ความช่วยเหลือกัน

        5. มีการเคารพกติกาของกลุ่ม

        6. ยอมรับฟังความคิดเห็นของผู้อื่น

        7. แสดงความคิดเห็นที่มีประโยชน์ต่อกลุ่ม

        8. มีความเป็นผู้นําและผู้ตามที่ดี

        9. ร่วมมือกันทํางานจนสําเร็จ

      10. ผลงานมีความถูกต้องและเสร็จทันเวลากําหนด

2. ประเมินใบงาน

ตัวอย่างใบกิจกรรม  การออกแบบชิ้นงาน  “กล่องของขวัญจากกระดาษรูปเรขาคณิต” 

ห้อง  ป. ..... /…...     กลุ่มที่ ……     ชื่อกลุ่ม  …………………………..……………………………