เทคโนโลยีและวิศวกรรม...

ดร.อภสทธ ธงไชยนกวชาการ สาขาออกแบบและเทคโนโลย สสวท. / e-mail: atong@ipst.ac.th

เรองเดนประจำ�ฉบบ

เทคโนโลยและวศวกรรมคออะไรในสะเตมศกษ�

สะเตมศกษา หรอ STEM Education เปนค�ายอมาจาก วทยาศาสตร (Science) เทคโนโลย (Technology) วศวกรรมศาสตร (Engineering) และคณตศาสตร (Mathematics) ซงปจจบนโดยเฉพาะในประเทศสหรฐอเมรกามความส�าคญทท�าใหการพฒนาการเรยนการสอนวทยาศาสตร คณตศาสตรและเทคโนโลยเปลยนแปลงไปบางโดยมองวาการเรยนการสอนควรมการบรณาการระหวางสาขาวชาใหมากขนและมความเชอมโยงกบชวตจรง รวมทงการใชทกษะส�าคญในศตวรรษท 21 เพอใหผเรยนเหนความส�าคญของการเรยนรวทยาศาสตร คณตศาสตรและเทคโนโลยในชนเรยนกบบรบทของโลกแหงความเปนจรง เกดทกษะส�าคญเพอการด�าเนนชวตในสงคมและการน�ามาซงการพฒนาสงใหม ๆ หรอนวตกรรม เพอการพฒนาขดความสามารถของประเทศนนเอง อยางไรกตามเมอกลาวถงค�าวา สะเตม จะพบวานกการศกษามความเขาใจทแตกตางกนออกไปคอนขางหลากหลาย โดยเฉพาะค�าวาเทคโนโลยและวศวกรรม (Technology and Engineering) ซงถอไดวาเปนค�าใหมทปรากฏในการศกษาระดบขนพนฐาน ดงนนบทความนจงไดน�าเสนอความหมายของเทคโนโลยและวศวกรรมตามทใชกนทงในประเทศตนต�าหรบอยางสหรฐอเมรกาหรอแมกระทงสงทเคยเปนอยในประเทศไทย

วศวกรรมศาสตรตามแนวทางของสะเตมศกษาค�าส�าคญทเพมขนมาในระดบการศกษาขนพนฐาน ซงไม

คอยพดถงกนคอ วศวกรรมศาสตร ทโดยทวไปแลวจะปรากฏชดเจนในการศกษาระดบมหาวทยาลย แตปจจบนมการน�าเอาค�าวาวศวกรรมศาสตรมาใชในระดบการศกษาขนพนฐานซงอาจท�าใหเกดขอสงสยและเกดความสบสนระหวางวศวกรรมศาสตรในระดบมหาวทยาลยและระดบการศกษาขนพนฐานทก�าลงกลาวถง ในทนจะขอสรปความหมายและแนวทางในการใชค�าวาวศวกรรมศาสตรส�าหรบระดบการศกษาขนพนฐานทปรากฏในประเทศสหรฐอเมรกา กลาวคอ วศวกรรมในทนจะมความหมายเกยวกบการออกแบบ (design) วางแผน (planning) การแกปญหา (problem solving) การใชองคความรจากศาสตรตาง ๆ มาสรางสรรคผลงาน ภายใตขอจ�ากดหรอเงอนไข (constraints and criteria) ทก�าหนด โดยสวนมากเรามกจะพดถงการออกแบบ วากระบวนการออกแบบทางวศวกรรม (Engineering design process) ซงจะเหนไดวาวศวกรรมในระดบการศกษาขนพนฐานทกลาวถงนนไมไดมความหมายลมลกจนท�าใหยากตอการปฏบตในระดบขนเรยนแตอยางใด หากแตเปนการน�าเอาองคความรโดยเฉพาะวทยาศาสตร คณตศาสตรและเทคโนโลยมาประยกตใชเพอสรางสรรคผลงานและเชอมโยงกบโลกแหงความเปนจรงเทานน

ปท 42 | ฉบบท 185 | พฤศจกายน-ธนวาคม 2556 35

กระบวนการออกแบบทางวศวกรรม อาจมหลายรปแบบทใชกนในประเทศสหรฐอเมรกา อยางไรกตามกระบวนการนจะประกอบไปดวยสวนส�าคญ ไดแก ปญหาหรอความตองการ (problem) แนวทางการแกปญหา การลงมอปฏบตเพอแกปญหา การทดสอบและประเมนผล (Standard for Technology Education by International Technology and Engineering Educators Association: ITEEA) ทงนกระบวนการดงกลาวจะเปนขนตอนการท�างานทเปนลกษณะวงจร (cycle) การท�างานทสามารถยอนกลบเพอปรบปรงไดตลอดขนกบสถานการณทประสบ ดงแผนภาพ

วงจรกระบวนการออกแบบทางวศวกรรม

กระบวนการออกแบบทางวศวกรรมนเปนเพยงกระบวนการท�างานทจะชวยใหผเรยนเขาใจถงการท�างานอยางเปนขนตอน รจกการวางแผนการแกปญหา เขาใจถงกระบวนการทไดมาซงผลตภณฑใหมของวศวกรทตองมการวางแผนการท�างาน การทดสอบ ปรบปรงแกไข การคดคนหาแนวทางทหลากหลายเพอทดสอบวธแกปญหาทเหมาะสมทสด ซงจะเหนไดวากระบวนการนจะคลายกนกบกระบวนการทางวทยาศาสตรทตองมปญหาหรอขอสงสย การตงสมตฐาน การออกแบบการทดลอง และการลงขอสรป โดยจดตางทส�าคญของระหวางกระบวนการทางวศวกรรมและกระบวนการทางวทยาศาสตรคอ การออกแบบทางเลอกเพอแกปญหาทหลากหลายแลววเคราะหแนวทางทเหมาะสมทสดซงอาจมใชแนวทางทถกตองทสด (“optimum” rather than “right”) ซงเกดขนในกระบวนการทางวศวกรรม นอกจากนนกระบวนการทางวศวกรรมเนนทการประยกตใชองคความรเพอแกปญหาหรอสรางสรรคผลงานออกมา ในขณะทกระบวนการทางวทยาศาสตรมกมงไปทการไดมาซงค�าตอบของขอสงสยหรอองคความรทเปนทฤษฎเทานน อยางไรกตาม

กระบวนการทางวทยาศาสตรหรอแนวทางการสบเสาะหาความร (inquiry) ยงคงตองใชในการเรยนการสอนวทยาศาสตรเชนเดม เพยงแตการเรยนการสอนในชนเรยนควรใหมการลงมอปฏบตดวยการสรางสรรคชนงานซงอาจเปนลกษณะของโครงงาน (project-based learning) การใชปญหาเปนฐาน (problem-based learning) ใหมากขนและเนนการเรยนรทเชอมโยงกบชวตจรง จะท�าใหผเรยนเหนความส�าคญของการเรยนรทฤษฎและสามารถน�าองคความรจากศาสตรตาง ๆ มาบรณาการกนเพอแกปญหาหรอสรางสรรคนวตกรรมใหม ๆ

เทคโนโลยตามแนวทางของสะเตมศกษาคนทวไปมกเขาใจวาเทคโนโลยหมายถงคอมพวเตอรหรอ

อปกรณไฟฟาอเลกทรอนกสตาง ๆ ทเราน�ามาใชในการอ�านวยความสะดวก เชน โทรศพท โทรทศน รถยนต แตในความเปนจรงแลวเทคโนโลยในทนมความหมายกวางกวานน กลาวคอ ในหนงสอสมาคมวศวกรรมของประเทศสหรฐอเมรกา (NRC, 2001) ไดกลาวไววา เทคโนโลยประกอบไปดวยระบบทงหมดของคนและองคกร (people and organizations) ความร (know- ledge) กระบวนการ (processes) และเครองมอ (device) ทใชในการสรางและด�าเนนงาน (create and operate) สงประดษฐทางเทคโนโลย (technological artifacts) และยงรวมถงตวสงประดษฐดวย จากอดตถงปจจบน มนษยไดสรางสรรคเทคโนโลยเพอตอบสนองความตองการ (wants) และความจ�าเปน (needs) ของมนษย เทคโนโลยสมยใหมจ�านวนมากเปนผลผลต (product) ของวทยาศาสตร และวศวกรรม และเครองมอทางเทคโนโลย (technological tools) จะถกน�ามาใชกบทงสองสาขา

ในขณะทกรอบมาตรฐานการเรยนรวทยาศาสตรระดบพนฐานของประเทศสหรฐอเมรกา (Next Generation Science Standard, 2012) ไดให ความหมายไววา เทคโนโลยหมายถงผลลพธทเกดจากการพฒนาปรบปรงหรอเปลยนแปลงสงตาง ๆ ในธรรมชาตเพอตอบสนองความตองการหรอความจ�าเปนของมนษย และยงไดใหความหมายของวศวกรรมไววา วศวกรรมเปนกระบวนการของการสรางสรรคชนงานอยางเปนระบบเพอตอบสนองความตองการหรอความจ�าเปน

อยางไรกตามการศกษาดานเทคโนโลยในประเทศสหรฐอเมรกานนมการจดการเรยนรวชาเทคโนโลยศกษา หรอ Technology Education ซงเปนวชาทเกยวกบการเขาใจเทคโนโลยโดยกวาง (technology literacy) มงเนนใหรจกการสรางสรรคและแกปญหา

4. การทดสอบและประเมนผล

3. ลงมอปฏบต

1. ปญหาหรอความตองการ

2. แนวทางแกปญหา

นตยสาร สสวท.36

อยางเปนระบบ (systems thinking) ซงโดยรวมแลวจะเปนการรวมแนวคดของเทคโนโลยโดยทวไปกบการออกแบบทางวศวกรรมเขาดวยกน ในขณะทการศกษาดานวศวกรรมนนจะปรากฏในระดบมหาวทยาลยมากกวา สวนในระดบการศกษาขนพนฐานกมอยบางโดยอาจใชชอเรยกตางกนไปและขนอยกบความพรอมของแตละสถานศกษาแตไมไดเปนมาตรฐานหรอกรอบหลกสตรทชดเจน จะถกรวมไวในวชาเทคโนโลยศกษามากกวา และปรากฏบางในบางโครงการพเศษ เชน Engineering By Design (EDb), Innovation invention and inquiry (I3) ซงทงหมดนเปนสวนหนงของโครงการ Project Lead the Way หรอบางแหงอาจใชโปรแกรมทเรยกวา Engineering is Elementary (EiE)

การศกษาเทคโนโลยในประเทศไทยความหมายเทคโนโลย ตามหลกสตรการศกษาขนพนฐาน

พทธศกราช 2551 โดย สถาบนสงเสรมการสอนวทยาศาสตรและเทคโนโลย สาขาออกแบบและเทคโนโลย เทคโนโลย หมายถง การน�าความร ทกษะ และทรพยากร มาสรางสงของเครองใช หรอวธการโดยผานกระบวนการเพอแกปญหา สนองความตองการหรอเพมความสามารถในการท�างานของมนษย อยางไรกตามในหลกสตรจะเรยกวาสาระการออกแบบและเทคโนโลย ซงถกรวมไวในกลมสาระการเรยนรการงานอาชพและเทคโนโลย ผนวกกบบรบทของประเทศไทย และแนวคดของค�าวาการออกแบบตามแนวทางขององกฤษ และแนวคดดานเทคโนโลยศกษาของอเมรกา จงท�าใหแนวกจกรรมการเรยนรมสวนทแตกตางจาก technology education ในอเมรกาอยบาง

วชาการออกแบบและเทคโนโลย (Design and Technology) มเปาหมายทจะพฒนาผเรยนใหมความรความเขาใจเกยวกบเทคโนโลยเพอด�ารงชวตในสงคมทมการเปลยนแปลงอยางรวดเรว ใชกระบวนการเทคโนโลยเพอแกปญหาหรอสนองความตองการโดยออกแบบและสรางผลตภณฑหรอวธการอยางมความคดสรางสรรค มการบรณาการกบศาสตรอนอยางเหมาะสม เหนคณคาและเลอกใชเทคโนโลยโดยค�านงถงผลกระทบตอชวต สงคมและสงแวดลอม โดยรวมแนวคดของเทคโนโลยและวศกรรมเขาดวยกนเพอการบรณาการวทยาศาสตร คณตศาสตร และศาสตรอน ๆ ทเกยวของในการแกปญหาหรอสนองความตองการของมนษยดวยการสรางสรรคผลงาน นวตกรรม รวมถงระบบหรอวธการ ทงนยงเปนการฝกใหผเรยนไดมองเหนถงความเชอมโยงของการเรยนรกบชวตจรงและยงน�าไปสการมองเหนแนวทางการประกอบอาชพในอนาคต

วชาการออกแบบและเทคโนโลยยงมงเนนการปฏบตดวยผานกระบวนการเทคโนโลย (technological process) ซงเปนกระบวนการของการวางแผนการท�างานอยางเปนขนตอนหรออาจเทยบไดกบกระบวนการออกแบบทางวศวกรรม โดยกระบวนการเทคโนโลยนจะเปนไปในลกษณะของวงจรการท�างาน (interactive cycle) โดยแบงออกเปน 7 ขนตอน ดงน

กระบวนการเทคโนโลย

โดยสรปแลวเทคโนโลยและวศวกรรมโดยความหมายทวไปอาจมขอแตกตางกนอยบาง กลาวคอ วศวกรรมจะมงเนนทกระบวนการท�างานหรอแกปญหา ในขณะทเทคโนโลยจะเปนผลจากการพฒนาปรบปรงของวศวกรรม อยางไรกตามในการจดการเรยนการสอนระดบการศกษาขนพนฐานนนจะไมไดแยกกนอยางชดเจน จะผนวกเอาแนวคดของทงสองศาสตรเขาดวยกนโดยการบรณาการกบศาสตรอน ๆ ทเกยวของโดยเฉพาะวทยาศาสตรและคณตศาสตร ซงรวมเรยกวา STEM หรออาจจะผนวกกบศลปะกลายเปน STEAM โดยทงหมดนมเปาหมายเพอการเสรมสรางทกษะส�าคญของโลกในศตวรรษท 21 นนเอง

6. ปรบปรงแกไข

7. ประเมนผล

5. ทดสอบ

4. ออกแบบและปฏบตการ

3. เลอกวธการ

2. รวบรวมขอมล

1. ก�าหนดปญหาหรอความตองการ

บรรณานกรมInternational Technology and Engineering Educators Association. (2001). Standard for Technology literacy. สบคนเมอ 16 ธนวาคม 2556, จาก http://www.iteea.org/TAA/PDFs/xstnd.pdf

Sneider, Cary. (2012). Core Ideas of Engineering and Technology: Understanding A Framework for K-12 Science Education. สบคนเมอ 16 ธนวาคม 2556, จาก http://www2.research.uky.edu/pimser/ p12mso/pub/LEAPS%202011-12/Administrator%20Sessions/Core%20 Ideas%20of%20Engineering%20and%20Technology.pdf

ส�านกวชาการและมาตรฐานการศกษา. ส�านกงานคณะกรรมการการศกษาขนพนฐาน กระทรวงศกษาธการ. (2551). ตวชวดและสาระการเรยนรแกนกลาง กลมสาระการเรยนรการงานอาชพและเทคโนโลย ตามหลกสตรแกนกลาง การศกษาขนพนฐาน พ.ศ. 2551. กรงเทพมหานคร: โรงพมพชมนมสหกรณ การเกษตรแหงประเทศไทย.

ปท 42 | ฉบบท 185 | พฤศจกายน-ธนวาคม 2556 37