จุลสารนวัตกรรม ฉบับที่ 79 – นวัตกรรมจากสถาบัน : เรื่อง การจัดการเรียนรู้แบบสะตีมภายใต้กรอบแนวคิดความรู้ในเนื้อหาผนวกวิธีสอนและเทคโนโลยีเพื่อจัดการเรียนรู้วิชาคณิตศาสตร์ เรื่อง ปริมาตรและพื้นที่ผิว

        จากแผนภาพ 1 จะเห็นได้ว่า ความรู้ในเนื้อหาผนวกวิธีสอนและเทคโนโลยี (TPACK) เกิดจากความรู้องค์ประกอบที่สำคัญ 3 อย่าง คือ CK, PK และ TK ที่มีความสัมพันธ์กัน นอกจากนั้นแล้ว การเชื่อมสัมพันธ์ระหว่างความรู้องค์ประกอบอย่างน้อย 2 อย่างเข้าด้วยกัน (ขจรศักดิ์ บัวระพันธ์ และจิรัฐิติกาล พิมพ์วิชัย, 2564) ยังก่อให้เกิดความรู้ที่เรียกว่า TPK, TCK และ PCK กล่าวคือ 1) ความรู้ด้านเทคโนโลยีเพื่อวิธีสอน (Technological Pedagogical Knowledge : TPK) ตัวอย่างเช่น การใช้ YouTube โดยผู้สอนจะต้องมีความรู้ด้านเทคนิควิธีสอนและการเรียนรู้ที่มีการเปลี่ยนแปลงไปตามเทคโนโลยี 2) ความรู้ด้านเทคโนโลยีเพื่อเนื้อหา (Technological Content Knowledge : TCK) ตัวอย่างเช่น การใช้ Google โดยผู้สอนจำเป็นต้องมีความรู้ ความเข้าใจการใช้เทคโนโลยีที่หลากหลายและเหมาะสมกับเนื้อหา และ 3) ความรู้ด้านเนื้อหาผสานวิธีสอน (Pedagogical Content Knowledge : PCK) คือ ความรู้เกี่ยวกับการบูรณาการระหว่างความรู้ด้านเนื้อหากับความรู้ด้านการสอนในการสอนเนื้อหาเฉพาะเรื่องเพื่อช่วยให้ผู้เรียนเกิดการเรียนรู้อย่างลึกซึ้ง
        จากกรอบแนวคิด TPACK จะเห็นว่า เมื่อพิจารณาในบริบทของการจัดการเรียนรู้วิชาคณิตศาสตร์ ครูผู้สอนคณิตศาสตร์ควรพิจารณาประยุกต์ใช้กรอบแนวคิดความรู้ในเนื้อหาผนวกวิธีสอนและเทคโนโลยีมาเป็นกรอบแนวคิดในการจัดการเรียนรู้ โดยควรมีความรู้ความเข้าใจและตระหนักถึงความสำคัญในการเลือกใช้เทคโนโลยีช่วยการเรียนรู้ (TK) ที่เหมาะสมกับวิธีสอน/กิจกรรมการเรียนรู้ (PK) และเนื้อหาที่ต้องการสอน (CK) โดยคำนึงถึงความเหมาะสมกับบริบทของผู้เรียนและธรรมชาติของวิชาด้วย อนึ่ง วิชาคณิตศาสตร์นั้นมีธรรมชาติของวิชาที่เน้นกระบวนการแก้ปัญหาโดยใช้ความรู้ที่เกี่ยวข้อง ซึ่งตรงส่วนนี้ครูผู้สอนคณิตศาสตร์สามารถทำได้เป็นอย่างดีแล้ว อย่างไรก็ตาม ครูผู้สอนคณิตศาสตร์อาจยังไม่ได้เน้นการสร้างกระบวนการหรือผลผลิตใหม่เพื่อใช้ประโยชน์ในชีวิตจริง และบูรณาการศิลปะในการสร้างสสรค์ผลผลิตใหม่นั้น ๆ ด้วย ซึ่งเป็นแนวคิดสำคัญของการจัดการเรียนรู้แบบสะตีม (STEAM)

        การจัดการเรียนรู้ตามแนวคิดสะตีม (STEAM) เป็นการจัดการศึกษาที่ต่อยอดมาจากแนวคิดสะเต็มศึกษา โดย STEAM เป็นการนำศาสตร์ทั้ง 5 แขนงมาบูรณาการเข้าด้วยกัน คือ วิทยาศาสตร์ (Science: S) เทคโนโลยี (Technology: T) วิศวกรรมศาสตร์ (Engineering: E)  ศิลปะ (Arts: A) และคณิตศาสตร์ (Mathematics: M) โดยรายวิชาต่าง ๆ สามารถเชื่อมโยงและสนับสนุนกันผ่านการประยุกต์กับสถานการณ์จริง เนื้อหาในแต่ละวิชาที่นำมาบูรณาการไม่จำเนต้องมีสัดส่วนเท่ากัน อาจเน้นเรื่องใดเรื่องหนึ่งและบูรณาการวิชาอื่น ๆ ไปพร้อม ๆ กัน ซึ่งศิลปะที่กล่าวถึงใน STEAM นั้นไม่ใช่แค่วิชาศิลปะที่เน้นการวาดภาพเพียงอย่างเดียว แต่เป็นศิลปะในหลายแขนง สามารถแบ่งออกเป็น 5 ลักษณะ ได้แก่ 1) ศิลปะอุตสาหกรรม 2) ศิลปะภาษา 3) ศิลปะกายภาพ 4) ศิลปะศาสตร์   และ 5) วิจิตรศิลป์ ในการเพิ่มศิลปะเข้าไปใน STEM เนื่องด้วยต้องการสร้างกรอบความคิดทางการศึกษาที่สามารถเชื่อมโยงการศึกษาวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี และคณิตศาสตร์กับสาขาต่าง ๆ ชองศิลปะ และยังช่วยให้ผู้เรียนสามารถถ่ายโอนความรู้ด้วยการคิดขั้นสูงระหว่างสาขาวิชา ส่งเสริมให้ผู้เรียนได้แสดงความคิดหลากหลายและสร้างสรรค์ ปัจจัยพื้นฐานของ STEAM คือ การออกแบบสร้างสรรค์ และการสร้างความจับใจโดยที่จัดประสบการณ์ส่งเสริมการเรียนรู้ด้วยตนเองอยู่บนพื้นฐานความรู้ กระบวนการ ธรรมชาติที่หลากหลายของวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี (Yakman & Lee, 2012) 
        ดังนั้น ในบทความนี้ ผู้เขียนขอนำเสนอขั้นตอนการจัดการเรียนรู้แบบสะตีมภายใต้กรอบแนวคิดความรู้ในเนื้อหาผนวกวิธีสอนและเทคโนโลยี 7 ขั้นตอน เพื่อให้ครูผู้สอนคณิตศาสตร์หรือในสาขาอื่นๆ ที่เกี่ยวข้องนำไปประยุกต์ใช้ในการจัดการเรียนรู้ได้อย่างเหมาะสม ประกอบด้วย 1) การระบุปัญหา 2) ทำความเข้าใจปัญหา  3) ศึกษาค้นคว้าวิธีการแก้ปัญหา  4) ออกแบบวิธีการ/เครื่องมือเพื่อแก้ปัญหา  5) สร้างสรรค์ชิ้นงานเพื่อนำไปสู่การแก้ปัญหา  6) ทดสอบ ประเมิน ปรับปรุงวิธีการ/เครื่องมือเพื่อแก้ปัญหา  7) นำเสนอวิธีการแก้ปัญหา ผลการแก้ปัญหาหรือชิ้นงาน ซึ่งในทุกขั้นตอน ครูผู้สอนควรพิจารณาเลือกใช้เทคโนโลยีที่เหมาะสมมาเป็นส่วนหนึ่งของกิจกรรมการเรียนรู้หรือช่วยในการจัดการเรียนรู้ของครูผู้สอน หรือในการเรียนรู้ของผู้เรียน เช่น การทดสอบความรู้เดิมก่อนเรียน (prior knowledge) โดยใช้แอปพลิเคชัน Kahoot หรือ Quizizz การนำเสนอสถานการณ์โดยใช้คลิปวิดีทัศน์ YouTube หรือ Animation การเรียนรู้ผ่าน simulation เช่น PhET การเรียนรู้ผ่าน AR (Augmented Reality) หรือ VR (Virtual Reality) การระดมความคิดโดยใช้กระดาน Padlet การส่งงานโดยใช้ Google Forms, Line, Facebook การนำเสนอโดยใช้ Keynote หรือ Canva การซักถามก่อนออกจากห้องเรียนโดยใช้ Slido เป็นต้น (Wongsa & Buaraphan, 2024)
        ผู้เขียนจึงได้ยกตัวอย่างแผนการจัดการเรียนรู้วิชาคณิตศาสตร์ จำนวน 1 แผน เรื่อง ปริมาตรและพื้นที่ผิวของทรงกลมสำหรับนักเรียนระดับชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 3 โดยมีจุดประสงค์การเรียนรู้ ดังนี้  1) หาปริมาตรและพื้นที่ผิวของทรงกลมได้  2) ประยุกต์ใช้ความรู้เรื่องปริมาตรและพื้นที่ผิวของทรงกลมในการแก้ปัญหาคณิตศาสตร์และปัญหาในชีวิตจริงได้  3) พัฒนาการแก้ปัญหาเกี่ยวกับการหาปริมาตรและพื้นที่ผิวของทรงกลม  4) พัฒนาการคิดวิเคราะห์สถานการณ์ปัญหาเกี่ยวกับการหาปริมาตรและพื้นที่ผิวของทรงกลม และ 5) พัฒนาความคิดสร้างสรรค์ด้วยการออกแบบชิ้นงานที่ใช้ความรู้เกี่ยวกับการหาปริมาตรและพื้นที่ผิวของทรงกลม 

ขั้นที่ 1 ระบุปัญหา 

1. นักเรียนทบทวนความรู้เดิมโดยใช้เกมจับคู่ในแอพพลิเคชั่น Wordwall เรื่อง ปริมาตรและพื้นที่ผิวของรูปทรงสามมิติ
2. ครูเปิด YouTube เรื่อง รวม 10 ของฝากจากไทยที่นักท่องเที่ยวต้องซื้อ เพื่อกระตุ้นความสนใจของนักเรียนและนำนักเรียนเข้าสู่กิจกรรม เรื่อง ของที่ระลึกตุ๊กตาล้มลุก
3. นักเรียนอ่านทำความเข้าใจสถานการณ์ปัญหา เรื่อง ของที่ระลึกตุ๊กตาล้มลุก พร้อมทั้งระบุปัญหาจากสถานการณ์

ขั้นที่ 2 ทำความเข้าใจปัญหา   

1. นักเรียนแต่ละกลุ่มทำความเข้าใจปัญหาในสถานการณ์ เรื่อง ของที่ระลึกตุ๊กตาล้มลุก โดยนักเรียนอาจสืบค้นจากแหล่งข้อมูลต่างๆ เช่น หนังสือเรียน เว็บไซต์ที่เกี่ยวข้อง เพื่อทำความเข้าใจปัญหาในสถานการณ์ให้ดีที่สุด จากนั้นนักเรียนแต่ละกลุ่มแลกเปลี่ยนเรียนรู้ที่ได้ผ่านแอพพลิเคชั่น Wooclap หัวข้อ “ความเข้าใจปัญหาในสถานการณ์ของที่ระลึกตุ๊กตาล้มลุก” เพื่อพิมพ์สิ่งที่รู้จากการระดมความคิดจากสมาชิกในกลุ่มเพื่อแสดงถึงความเข้าใจในสถานการณ์
2. นักเรียนร่วมกันสังเคราะห์ความรู้ที่ได้จาก Wooclap เพี่อให้เข้าใจสถานการณ์ในการออกแบบและผลิตตุ๊กตาล้มลุก

ขั้นที่ 3 ศึกษาค้นคว้าวิธีการแก้ปัญหา  

1. นักเรียนอ่านและทำความเข้าใจหลักการของตุ๊กตาล้มลุกจากใบความรู้ เรื่อง หลักการของตุ๊กตาล้มลุก
2. ครูเปิด Google Slide เรื่อง รู้จักรูปทรงกลม เพื่อแสดงตัวอย่างสิ่งของที่มีลักษณะเป็นรูปทรงกลมและส่วนประกอบรูปทรง
3. นักเรียนศึกษาที่มาของสูตรการหาปริมาตรของทรงกลมจากคลิปวิดีทัศน์ คลังความรู้ SciMath: สื่อเสริมเพิ่มความรู้ : การหาปริมาตรของทรงกลมและสรุปสมการการหาปริมาตรของทรงกลม
4. นักเรียนศึกษาการนำสมการ ไปใช้ในการหาปริมาตรของทรงกลม และทำใบงานเรื่อง ปริมาตรของทรงกลม
5. ครูเปิดสื่อเสริมการเรียนรู้ เรื่อง พื้นที่ผิวของทรงกลม โดยใช้แอพพลิเคชัน AR สสวท. คณิตมัธยม โดยเชื่อมต่อขึ้นบนจอ SMART TV เพื่อให้นักเรียนเข้าใจและนำสมการไปใช้ในการแก้โจทย์ปัญหาการหาพื้นที่ผิวของทรงกลม

ขั้นที่ 4  ออกแบบวิธีการ/เครื่องมือเพื่อแก้ปัญหา  

ครูแจกใบกิจกรรม เรื่อง การออกแบบของที่ระลึกตุ๊กตาล้มลุก โดยกำหนดเป็นสถานการณ์สมมติให้นักเรียนเป็นสมาชิกในกลุ่มผลิตสินค้าของที่ระลึกบ้านเวียงหมอก เพื่อให้นักเรียนแต่ละกลุ่มระดมสมองออกแบบของที่ระลึกตุ๊กตาล้มลุก จากสิ่งที่นักเรียนได้สืบค้นและศึกษามา

ขั้นที่ 5 สร้างสรรค์ชิ้นงานเพื่อนำไปสู่การแก้ปัญหา   

นักเรียนแต่ละกลุ่มประดิษฐ์ของที่ระลึกตุ๊กตาล้มลุกตามขั้นตอนที่ออกแบบไว้ และบันทึกวิดีโอการทำงานแต่ละขั้นตอนไว้เพื่อจะได้เรียนรู้และปรับปรุงการทำงานในภายหลัง 

ขั้นที่ 6 ทดสอบ ประเมิน ปรับปรุงวิธีการ/เครื่องมือเพื่อแก้ปัญหา 

1. นักเรียนแต่ละกลุ่มประเมินผลงานของตนเอง ทดสอบและปรับปรุงผลงาน จนกว่าผลงานจะมีประสิทธิภาพสูงสุด ในเวลาที่กำหนดให้
2. หากกลุ่มไหนทดสอบและปรับปรุงผลงานจนเป็นที่พอใจแล้ว ให้นักเรียนเตรียมนำเสนอผลงานโดยใช้เทคโนโลยีต่าง ๆ เพื่อช่วยสร้างสรรค์การนำเสนอผลงานให้น่าสนใจ มีความยาวไม่เกิน 3 นาที

ขั้นที่ 7 นำเสนอวิธีการแก้ปัญหา ผลการแก้ปัญหาหรือชิ้นงาน

1. นักเรียนแต่ละกลุ่มนำเสนอผลงาน กลุ่มละไม่เกิน 3 นาที หลังจบการนำเสนอของแต่ละกลุ่ม เปิดโอกาสให้เพื่อนร่วมชั้น ครูผู้สอนซักถาม อภิปราย วิพากษ์ วิจารณ์ ให้ข้อเสนอแนะ กลุ่มละไม่เกิน 3 นาที
2. นักเรียนทำแบบทดสอบหลังเรียนโดยใช้แอพพลิเคชั่น Classtime เรื่อง ปริมาตรและพื้นที่ผิวของทรงกลม จำนวน 10 ข้อ

การสืบค้นงานวิจัยฉบับเต็ม:

Wongsa, S. & Buaraphan, K. (2024). The development of TPACK-STEAM model for teaching volume and surface area of sphere in mathematics for grade 9 students. AIP Conference Proceedings, 3024(1), 050046-1–050046-6

เอกสารอ้างอิง

Mishra, P. & Koehler, M. J. (2006). Technological pedagogical content knowledge: A framework for teacher knowledge. Teachers College Record, 108(6), 1017-1054. https://journals.sagepub.com/doi/pdf/10.1111/j.1467-9620.2006.00684.x

Shulman, L. S. (1986). Those who understand: Knowledge growth in teaching. Educational Researcher, 15(2), 4–14 https://www.jstor.org/stable/1175860  

Yakman, G., & Lee, H. (2012). Exploring the exemplary STEAM education in the U.S. as a practical educational framework for Korea. Journal of the Korean Association for Science Education, 32(6), 1072-1086.

Wongsa, S. & Buaraphan, K. (2024). The development of TPACK-STEAM model for teaching volume and surface area of sphere in mathematics for grade 9 students. AIP Conference Proceedings, 3024(1), 050046-1–050046-6.

ขจรศักดิ์ บัวระพันธ์ และจิรัฐิติกาล พิมพ์วิชัย. (2564). เอกสารประกอบการอบรม Designing TPACK-OBE based course for the 21^st Century. เรียบเรียงโดยทีม CELT สถาบันการเรียนรู้ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี.

สำนักงานคณะกรรมการการศึกษาขั้นพื้นฐาน. (2560).  มาตรฐานการเรียนรู้และตัวชี้วัด กลุ่มสาระการเรียนรู้คณิตศาสตร์ วิทยาศาสตร์ และสาระภูมิศาสตร์ในกลุ่มสาระการเรียนรู้สังคมศึกษา ศาสนา และ  วัฒนธรรม (ฉบับปรับปรุง พ.ศ. 2560) ตามหลักสูตรแกนกลางการศึกษาขั้นพื้นฐาน พุทธศักราช 2551.  กรุงเทพฯ : โรงพิมพ์ชุมนุมสหกรณ์การเกษตรแห่งประเทศไทย.

อัจฉรา สีสุกอง และขจรศักดิ์ บัวระพันธ์. (2564). การพัฒนารูปแบบการจัดการเรียนรู้การอ่านและการเขียนภาษาอังกฤษ: TPACK-KWL Plus Model. วารสารศึกษาศาสตร์ มหาวิทยาลัยขอนแก่น, 44(1), 107-122.