การจัดการเรียนรู้วิทยาศาสตร์ในศตวรรษที่ 21 อย่างไรให้ประสบความสําเร็จในโลกยุคปัจจุบัน เป็นสิ่งที่ครูและ ผู้เกี่ยวข้องกับการจัดการศึกษาวิทยาศาสตร์ต่างตั้งคําถามและให้ความสําคัญ ทั้งนี้ เนื่องด้วย “วิทยาศาสตร์” เป็นศาสตร์ที่มีลักษณะเฉพาะและมีธรรมชาติแตกต่างจากศาสตร์อื่น ฉะนั้น ในเบื้องต้นการจะประสบความสําเร็จ ในการจัดการเรียนรู้วิทยาศาสตร์ จึงต้องให้ความสําคัญกับการสร้างความเข้าใจในธรรมชาติของวิทยาศาสตร์ ซึ่งจะนําเสนอ
ในบทที่ 1 เพื่อช่วยให้ทราบว่านักวิทยาศาสตร์ผู้ซึ่งแสวงหาและค้นพบความรู้วิทยาศาสตร์แขนง ต่าง ๆ จนประสบความสําเร็จนั้น เขามีมุมมองต่อปรากฏการณ์ธรรมชาติที่เกิดขึ้นบนโลกใบนี้อย่างไร และเขาใช้ วิธีการใดในการสืบเสาะแสวงหาความรู้นั้น รวมทั้งเขาทํางานและดํารงตนอยู่ในสังคมของนักวิทยาศาสตร์และ สังคมของประชาชนทั่วไปอย่างไร ความเข้าใจเบื้องต้นเกี่ยวกับธรรมชาติของวิทยาศาสตร์นี้ เป็นสิ่งจําเป็นที่ครู จะต้องสื่อสารให้ผู้เรียนเข้าใจและเห็นคุณค่าของวิทยาศาสตร์ รวมทั้งเปิดใจที่จะเรียนรู้และศึกษาวิทยาศาสตร์ ตามวิถีของนักวิทยาศาสตร์
สัมภาษณ์นักเขียน
ด้วยสภาพสังคมและบริบทของโลกในศตวรรษที่ 21 ที่เข้าสู่ระบบเศรษฐกิจและสังคมแบบดิจิทัล ทําให้ประเทศไทยต้องการสร้างพลเมืองที่มีความฉลาดรู้ด้านวิทยาศาสตร์ หรือเป็นผู้ที่สามารถใช้ความรู้ วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีเป็นฐานในการดํารงชีวิต และสามารถประกอบอาชีพได้อย่างเป็นสุข (Organisation for Economic Co-Operation and Development, OECD, 2005; 2019)
ฉะนั้นการจัดการเรียนรู้วิทยาศาสตร์ จึงมิได้เป็นเพียงการช่วยให้ผู้เรียนมีความรู้ความเข้าใจในวิทยาศาสตร์เท่านั้น แต่ยังต้องช่วยให้ผู้เรียนสามารถ นําความรู้วิทยาศาสตร์ไปประยุกต์ใช้ในชีวิตประจําวันได้อย่างรู้เท่าทัน ทั้งนี้การศึกษาและทําความเข้าใจเกี่ยวกับ ความฉลาดรู้ด้านวิทยาศาสตร์ จะช่วยให้ทราบถึงขอบเขตความรู้ทางวิทยาศาสตร์ที่สังคมต้องการ ทักษะ การแสวงหาความรู้ที่จําเป็น รวมทั้งเจตคติทางวิทยาศาสตร์ที่สัมพันธ์กับบริบทของโลกที่เปลี่ยนแปลงไป ตั้งแต่ก่อนศตวรรษที่ 21 จนถึงปัจจุบันซึ่งจะนําเสนอในบทที่ 2
การจัดการเรียนรู้วิทยาศาสตร์ ในบทที่ 3 ทักษะการแสวงหาความรู้ทางวิทยาศาสตร์ ผู้เรียนต้องอาศัยทักษะกระบวนการ ทางวิทยาศาสตร์เป็นพื้นฐานสําหรับการสืบเสาะหาความรู้แบบนักวิทยาศาสตร์ ไม่ว่าจะเป็นการสังเกต การวัด การใช้ตัวเลขหรือการคํานวณ การจําแนกประเภท การหาความสัมพันธ์ระหว่างมิติกับมิติและมิติกับเวลาการจัด กระทําและสื่อความหมายข้อมูล การลงความเห็นจากข้อมูล การพยากรณ์ การกําหนดและการควบคุมตัวแปร การตั้งสมมติฐาน การกําหนดนิยามเชิงปฏิบัติการของตัวแปร การทดลอง การตีความหมายข้อมูลและการลง ข้อสรุป และการสร้างแบบจําลอง อีกทั้งยังต้องมีทักษะเพิ่มเติม ที่จําเป็นสําหรับการแสวงหาความรู้และทํางาน เกี่ยวกับวิทยาศาสตร์ในสังคมยุคดิจิทัล ไม่ว่าจะเป็นการคิดริเริ่มสร้างสรรค์ มีวิจารณญาณและแก้ปัญหาได้ สื่อสารและร่วมมือทํางานกับผู้อื่นได้ (ทักษะการเรียนรู้และนวัตกรรม) สามารถเข้าถึงข้อมูลสารสนเทศ รู้เท่าทันสื่อ และใช้เทคโนโลยีเป็น (ทักษะทางสารสนเทศ สื่อ และเทคโนโลยี) รู้จักตนเอง ยืดหยุ่น ปรับตัวเร็วสามารถทํางานกับคนต่างชาติต่างภาษาได้ มีสามัญสํานึกในหน้าที่ รับผิดชอบในงานที่ทํา และมีภาวะผู้นํา (ทักษะชีวิตและอาชีพ) รวมทั้งต้องสามารถเปลี่ยนแปลงตนเองเพื่อให้ประสบความสําเร็จในการเรียนรู้วิทยาศาสตร์ (ทักษะการกํากับการเรียนรู้ของตนเอง) ในยุคดิจิทัลได้
เมื่อเข้าใจถึงธรรมชาติของวิทยาศาสตร์ ความฉลาดรู้ด้านวิทยาศาสตร์ และทักษะการแสวงหา ความรู้วิทยาศาสตร์ในยุคปัจจุบันแล้ว ลําดับต่อไปคือการผสมผสานสิ่งเหล่านี้ลงสู่การจัดการเรียนรู้วิทยาศาสตร์ ในชั้นเรียน แต่ก่อนที่จะดําเนินการใด ๆ ครูควรต้องศึกษาวิเคราะห์เอกสารหลักสูตรวิทยาศาสตร์ เพื่อตรวจสอบ กรอบเนื้อหาวิชาวิทยาศาสตร์ โครงสร้างเวลาเรียน และแนวทางการจัดประสบการณ์การเรียนรู้วิทยาศาสตร์ ให้กับผู้เรียนตามสภาพจริง และใช้ข้อมูลเหล่านี้สําหรับการจัดทํารายวิชา และคําอธิบายรายวิชา
ทั้งนี้การวิเคราะห์ หลักสูตรควรให้ความสําคัญกับการวิเคราะห์ว่า เนื้อหาสาระความรู้ ที่จะต้องจัดกิจกรรมให้กับผู้เรียนนั้น ประกอบด้วยมโนทัศน์ หลักการ กฎ และทฤษฎีใด และ สิ่งที่ผู้เรียนจึงรู้และปฏิบัติได้นั้นมีอะไรบ้าง หลักสูตรได้ ชี้แนะไว้อย่างไร ผลการวิเคราะห์หลักสูตรจะช่วยให้ครูมองเห็นขอบเขตของเนื้อหา และเชื่อมโยงความสัมพันธ์ ระหว่างเนื้อหาและจุดหมายการเรียนรู้ภายในรายวิชาได้ ซึ่งในบทที่ 4 ได้นําเสนอตัวอย่างการวิเคราะห์หลักสูตร และคําอธิบายรายวิชาไว้ด้วยแล้ว
เมื่อเริ่มออกแบบการจัดการเรียนรู้วิทยาศาสตร์ในรายวิชา ครูควรคํานึงถึงหลักการจัดการเรียนรู้ ที่ให้ความสําคัญกับการจัดประสบการณ์ตรงให้ผู้เรียนได้ปฏิบัติ เพื่อเปลี่ยนแปลงความรู้และพฤติกรรมของ ผู้เรียนให้สอดคล้องกับนักวิทยาศาสตร์ จากนั้นจึงจัดทําโครงสร้างรายวิชา แบ่งหน่วยการเรียนรู้ แผนการจัด การเรียนรู้ เวลาเรียน และน้ําหนักคะแนนสําหรับการประเมินผล ซึ่งในการจัดทําแผนการจัดการเรียนรู้รายคาบ ครูสามารถผสมผสานความรู้ความเข้าใจในธรรมชาติของวิทยาศาสตร์ ความฉลาดรู้ด้านวิทยาศาสตร์ และทักษะ การแสวงหาความรู้ทางวิทยาศาสตร์ที่สัมพันธ์กับเนื้อหาและจุดหมายการเรียนรู้ของรายวิชาในคาบเรียนนั้น โดยกําหนดเป็นจุดประสงค์การเรียนรู้ (รายคาบ) และออกแบบหรือเลือกกิจกรรมการเรียนรู้ให้สอดคล้องกับเนื้อหา ครอบคลุมทุกจุดประสงค์การเรียนรู้ที่กําหนดไว้ ทั้งนี้ในบทที่ 5 ได้นําเสนอตัวอย่างโครงสร้างรายวิชาและ แผนการจัดการเรียนรู้ไว้ด้วยแล้ว
จากการสังเคราะห์งานวิจัย การจัดการเรียนรู้ที่ส่งเสริมความฉลาดรู้ด้านวิทยาศาสตร์ สามารถทําได้ หลายแบบโดยอาศัยฐานของการจัดการเรียนรู้แบบสืบเสาะ (NRC, 2006) ในการส่งเสริมให้ผู้เรียนมีศักยภาพที่ จะใช้ความรู้ สมรรถนะ เจตคติทางวิทยาศาสตร์ และความเข้าใจในธรรมชาติของวิทยาศาสตร์ เพื่อสืบเสาะหา ความรู้ทางวิทยาศาสตร์สําหรับการดํารงชีวิตอย่างผาสุกและรู้เท่าทัน ซึ่งในบทที่ 6 ได้นําเสนอตัวอย่างการจัด การเรียนรู้ที่ส่งเสริมความฉลาดรู้ด้านวิทยาศาสตร์ไว้ 3 แบบ ได้แก่ การจัดการเรียนรู้แบบสืบเสาะตามแนว Biological Science Curiculum Study (BSCS) 5E การจัดการเรียนรู้แบบสืบเสาะที่เชื่อมโยงกับบริบท ในชีวิตจริง และการจัดการเรียนรู้แบบสืบเสาะที่ผนวกการอ่านอย่างชัดแจ้ง พร้อมทั้งตัวอย่างแผนการจัด การเรียนรู้
การจัดการเรียนรู้ที่ส่งเสริมแนวคิดสะเต็มศึกษา เป็นการจัดการเรียนรู้ที่บูรณาการความฉลาดรู้ ด้านวิทยาศาสตร์ ความฉลาดรู้ด้านเทคโนโลยี ความฉลาดรู้ด้านวิศวกรรมศาสตร์ และความฉลาดรู้ ด้านคณิตศาสตร์ไว้ร่วมกัน การบูรณาการสามารถทําได้ทั้งแบบภายในรายวิชา ระหว่างวิชา และข้ามวิชา การจัดการเรียนรู้ที่ส่งเสริมแนวคิดสะเต็มศึกษา จะเน้นการเปิดโอกาสให้ผู้เรียนได้ใช้ความคิดสร้างสรรค์ คิดแก้ปัญหา และพัฒนาทักษะแห่งศตวรรษที่ 21 รวมทั้งเห็นคุณค่าของการเรียนรู้วิทยาศาสตร์ร่วมกับศาสตร์อื่น ซึ่งในบทที่ 7 ได้นําเสนอแนวทางการจัดการเรียนรู้ไว้ 3 แบบ ได้แก่ การจัดการเรียนรู้ที่เน้นการปฏิบัติตามแนวทาง ของ National Research Council (NRC, 2012) การจัดการเรียนรู้แบบสืบเสาะร่วมกับกระบวนการออกแบบ เชิงวิศวกรรม และการจัดการเรียนรู้แบบสืบเสาะที่ใช้การโต้แย้งเป็นฐาน พร้อมทั้งตัวอย่างแผนการจัดการเรียนรู้
นอกจากนี้ในบทที่ 8 ยังได้นําเสนอตัวอย่างกิจกรรมการเรียนรู้ที่ส่งเสริมทักษะแห่งศตวรรษที่ 21 ตามแนวทาง กลุ่มภาคีเพื่อการเรียนรู้ในศตวรรษที่ 21 (Partnership for 21″ century learning, P21, 2017a,b) ที่มุ่ง ส่งเสริมและสนับสนุนให้ผู้เรียนได้เรียนรู้วิทยาศาสตร์จากสิ่งใกล้ตัวทั้งในระดับประถมศึกษา และระดับมัธยมศึกษา เช่น การสร้างแบบจําลองของเล่นจากวัสดุใกล้ตัว การติดต่อเพื่อนต่างชาติผ่านอินเทอร์เน็ต ทัศนศึกษา ณ แหล่งประกอบการ เช่น ฟาร์ม สวนสัตว์ การวิเคราะห์ความน่าเชื่อถือของข้อมูลจากแหล่งข่าวต่าง ๆ การเปรียบเทียบข้อมูลข่าววิทยาศาสตร์ที่นําเสนอโดยสื่อในประเทศกับต่างประเทศ การรวบรวมหลักฐาน และโต้แย้งในประเด็นทางวิทยาศาสตร์ และการแสดงบทบาทสมมติเป็นผู้ตัดสินประเด็นทางสังคมที่ เกี่ยวข้องกับวิทยาศาสตร์ และตอนท้ายของบทที่ 8 ได้นําเสนอตัวอย่างแผนการจัดการเรียนรู้พร้อมกิจกรรม ที่ส่งเสริมทักษะแห่งศตวรรษที่ 21 ไว้ด้วย
การจัดการเรียนรู้วิทยาศาสตร์ให้ประสบความสําเร็จ ยังจําเป็นต้องทําควบคู่ไปกับการประเมิน เพื่อพัฒนาผู้เรียน โดยครูมีบทบาทหน้าที่ในการวิเคราะห์และสะท้อนผลการเรียนรู้ให้ผู้เรียนทราบระหว่าง จัดการเรียนรู้ ซึ่งในบทที่ 9 มีแนวทางการประเมินเพื่อพัฒนาการเรียนรู้แบบสืบเสาะ และแนวทางการประเมิน เพื่อพัฒนาการเรียนรู้ตามแนวคิดสะเต็มศึกษา รวมทั้งเทคนิคการประเมินแบบต่าง ๆ เช่น เทคนิคการประเมิน เพื่อพัฒนามโนทัศน์ เทคนิคการประเมินเพื่อพัฒนาทักษะการสร้างแบบจําลองและเทคนิคการประเมิน เพื่อพัฒนาทักษะแห่งศตวรรษที่ 21 มากไปกว่านั้นการจัดการเรียนรู้วิทยาศาสตร์ ยังต้องอาศัยสื่อการเรียนรู้ วิทยาศาสตร์
ในบทที่ 10 เป็นสะพานเชื่อมโยงความรู้ทักษะและประสบการณ์ของครูสู่ผู้เรียน โดยครูต้องเลือก ประเภทของสื่อ เช่น สื่อปฏิบัติการทางวิทยาศาสตร์ สื่อจินตภาพ และสื่อสัญลักษณ์ ให้เหมาะสมกับจุดประสงค์ เนื้อหา และกิจกรรมการเรียนรู้วิทยาศาสตร์ที่ได้ออกแบบไว้
หนังสือการจัดการเรียนรู้วิทยาศาสตร์นี้ เรียบเรียงจากการทบทวนวรรณกรรม ประสบการณ์วิจัย และ ประสบการณ์การจัดการเรียนรู้ทั้งในระดับมัธยมศึกษาและระดับอุดมศึกษาของผู้เขียน การรวบรวมเอกสาร ทางวิชาการและประสบการณ์เหล่านี้ช่วยให้ผู้เขียนเข้าใจถึงบทบาทหน้าที่ของครูเมื่อจัดการเรียนรู้วิทยาศาสตร์ ในสถานศึกษา และเข้าใจถึงปัญหาอุปสรรคและข้อจํากัดของนิสิตนักศึกษาครูที่ยังขาดความรู้ความเข้าใจ ในแนวทางการจัดการเรียนรู้วิทยาศาสตร์ จากที่กล่าวมานี้ทําให้ผู้เขียนตั้งใจนําเสนอความรู้พื้นฐานสําหรับ การจัดการเรียนรู้วิทยาศาสตร์ ได้แก่ ธรรมชาติของวิทยาศาสตร์ ความฉลาดรู้ด้านวิทยาศาสตร์ ทักษะการแสวงหา ความรู้ทางวิทยาศาสตร์ การวิเคราะห์หลักสูตรและการออกแบบการจัดการเรียนรู้วิทยาศาสตร์ไว้ในส่วนแรกของหนังสือ
จากนั้นจึงนําเสนอแนวทางการจัดการเรียนรู้วิทยาศาสตร์ที่เหมาะกับสภาพสังคมในปัจจุบันที่ผู้เขียน สังเคราะห์ได้จากเอกสารงานวิจัย เช่น การจัดการเรียนรู้ที่ส่งเสริมความฉลาดรู้ด้านวิทยาศาสตร์ การจัดการ เรียนรู้ที่ส่งเสริมแนวคิดสะเต็มศึกษา และกิจกรรมการเรียนรู้ที่ส่งเสริมทักษะแห่งศตวรรษที่ 21
นอกจากนี้ผู้เขียน ยังได้นําเสนอตัวอย่างแผนการจัดการเรียนรู้ของแต่ละแนวทาง โดยคาดหวังเป็นอย่างยิ่งว่าตัวอย่างแผนการจัดการ เรียนรู้เหล่านี้จะช่วยให้ผู้อ่านสามารถเชื่อมโยงความรู้ภาคทฤษฎีสู่ภาคปฏิบัติได้ดียิ่งขึ้น และในตอนท้ายของเล่ม ยังได้อธิบายถึงแนวทางการประเมินเพื่อพัฒนาการเรียนรู้วิทยาศาสตร์ของผู้เรียน พร้อมทั้งแนะนําวิธีการเลือก สื่อการเรียนรู้วิทยาศาสตร์ที่จะช่วยให้การจัดการเรียนรู้วิทยาศาสตร์นั้นมีประสิทธิภาพมากยิ่งขึ้น
สุดท้ายนี้ผู้เขียนหวังเป็นอย่างยิ่งว่าผู้อ่านจะได้รับประโยชน์ และมองเห็นแนวทางการนําความรู้จาก หนังสือเล่มนี้ไปใช้เพื่อการจัดการเรียนรู้วิทยาศาสตร์ในห้องเรียนของตน
