เมื่อประมาณสองทศวรรษก่อน การนำ “วิศวกรรม” เข้ามาให้เด็กระดับ K–12 ได้เรียนรู้ยังเป็นแนวคิดที่ค่อนข้างใหม่ งานวิจัยในด้านนี้มีอยู่ไม่มากนัก จนการทบทวนวรรณกรรมเกี่ยวกับการศึกษาวิศวกรรมตั้งแต่ระดับปฐมวัยจนถึงมัธยมศึกษาแทบไม่พบงานที่เกี่ยวข้องมากนัก
ในเวลานั้น ทรัพยากร หลักสูตร เครื่องมือ และกรอบแนวคิดสำหรับการจัดการเรียนรู้วิศวกรรมก็ยังมีจำกัด และงานที่มีอยู่ส่วนใหญ่เน้นนักเรียนระดับมัธยมต้นและมัธยมปลายมากกว่า จึงเห็นได้ชัดว่ายังมีงานอีกมากที่ต้องทำ ตั้งแต่การออกแบบหลักสูตรและแนวทางการสอน ไปจนถึงการพัฒนาเครื่องมือประเมินผลที่มีพื้นฐานจากงานวิจัย
ปัจจุบันภาพของวงการเปลี่ยนไปอย่างมาก การศึกษาวิศวกรรมเริ่มเข้ามาอยู่ในห้องเรียน พื้นที่การเรียนรู้นอกระบบ และมาตรฐานการศึกษาหลายระดับ ขณะเดียวกันก็มีงานวิจัยเพิ่มขึ้นเพื่อช่วยทำความเข้าใจว่า เด็กแต่ละช่วงวัยควรเรียนรู้วิศวกรรมอย่างไร และการเรียนรู้เหล่านั้นควรเกิดขึ้นผ่านกิจกรรมหรือประสบการณ์แบบใด
จากศาสตร์ที่ยังใหม่ สู่พื้นที่การเรียนรู้ที่มีงานวิจัยรองรับ
หนึ่งในความเปลี่ยนแปลงที่เห็นได้ชัดคือ นักวิจัยและนักพัฒนาสื่อเริ่มศึกษาว่า “วิศวกรรมที่เหมาะสมกับวัย” ควรเป็นอย่างไร ตั้งแต่เด็กปฐมวัยไปจนถึงระดับมัธยมศึกษา
มีการพัฒนากรอบแนวคิดเพื่อช่วยอธิบายว่า เด็กและครูควรเรียนรู้อะไรเกี่ยวกับแนวคิดหลักและกระบวนการปฏิบัติทางวิศวกรรม รวมถึงควรจัดประสบการณ์การเรียนรู้อย่างไรให้เหมาะกับผู้เรียน นอกจากนี้ หลักสูตรและสื่อสำหรับการพัฒนาวิชาชีพครูที่อ้างอิงจากงานวิจัยก็เริ่มถูกนำไปทดลองใช้จริงในภาคสนาม
เทคโนโลยีดิจิทัลเองก็เข้ามามีบทบาทมากขึ้น เครื่องมือและตัวช่วยในการเรียนรู้สามารถทำให้นักเรียนได้ทดลอง ออกแบบ และสำรวจแนวคิดทางวิศวกรรมในรูปแบบที่น่าสนใจ ขณะเดียวกัน นักวิจัยก็เริ่มพัฒนาเครื่องมือและวิธีการสำหรับศึกษาการเรียนรู้ด้านวิศวกรรมโดยเฉพาะ
สิ่งเหล่านี้ทำให้ปัจจุบันมีองค์ความรู้ด้านการศึกษาวิศวกรรมระดับ preK–12 เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง และสามารถใช้เป็นฐานสำหรับการพัฒนางานวิจัย หลักสูตร และแนวทางการจัดการเรียนรู้ในระยะต่อไปได้
เมื่อสาขายังใหม่ เรามีโอกาสออกแบบให้ดีตั้งแต่ต้น
การที่สาขาวิชายังอยู่ในช่วงเริ่มต้นไม่ได้หมายความว่าเรายังไม่มีคำตอบ แต่กลับเปิดโอกาสให้เราตั้งคำถามสำคัญได้ตั้งแต่แรกว่า เราต้องการให้การเรียนรู้วิศวกรรมเป็นแบบไหน และต้องการให้เกิดประโยชน์กับใคร
ตัวอย่างเช่น เราจะสร้างสภาพแวดล้อมการเรียนรู้ที่เปิดกว้างและเป็นธรรมสำหรับนักเรียนทุกคนได้อย่างไร? จะทำให้นักเรียนได้มีส่วนร่วมกับกระบวนการทางวิศวกรรมและการเรียนรู้แบบสามมิติได้อย่างไร?
อีกเรื่องที่น่าสนใจคือการเชื่อมโยงวิศวกรรมเข้ากับศาสตร์อื่น ๆ ไม่ว่าจะเป็นวิทยาศาสตร์ คณิตศาสตร์ สังคมศึกษา การอ่านเขียน หรือศิลปะ การเรียนวิศวกรรมไม่จำเป็นต้องถูกแยกออกมาเป็นอีกวิชาหนึ่งเสมอไป หากสามารถเชื่อมโยงกับปัญหาหรือสถานการณ์จริงที่ผู้เรียนสนใจได้ การเรียนรู้ก็อาจมีความหมายมากขึ้น
ขณะเดียวกัน ครูเองก็เป็นส่วนสำคัญของกระบวนการนี้ เพราะการนำศาสตร์ที่อาจยังไม่คุ้นเคยเข้ามาในห้องเรียนย่อมต้องอาศัยทั้งความรู้ ทรัพยากร และการพัฒนาวิชาชีพที่เหมาะสม
คำถามจึงไม่ได้อยู่แค่ว่า “จะสอนวิศวกรรมอย่างไร” แต่รวมถึงว่า เราจะช่วยให้ครูพร้อมสำหรับการสอนวิศวกรรมได้อย่างไร และจะทำให้ห้องเรียน ผู้ปกครอง ชุมชน และพื้นที่การเรียนรู้นอกระบบร่วมกันสร้างประสบการณ์ด้านวิศวกรรมให้กับเด็กได้อย่างไร
วิศวกรรมไม่ได้สอนแค่การออกแบบ แต่สอนวิธีคิด
งานวิจัยด้านการศึกษาวิศวกรรมระดับ preK–12 กำลังพยายามตอบคำถามมากกว่าว่า “จะสอนวิศวกรรมอย่างไร” แต่ยังศึกษาด้วยว่า การคิดแบบวิศวกรรมสามารถเปิดโอกาสการเรียนรู้รูปแบบใดให้กับนักเรียนได้บ้าง
เมื่อเด็กได้รับโจทย์ให้ออกแบบบางสิ่ง พวกเขาอาจต้องคิดถึง เกณฑ์และข้อจำกัด (criteria and constraints) สร้าง ต้นแบบ (prototype) ทดลองใช้หลักฐานเพื่อปรับปรุงการออกแบบ และเรียนรู้จากสิ่งที่ไม่เป็นไปตามที่คาดไว้
กระบวนการเหล่านี้ทำให้ความผิดพลาดไม่ได้หมายถึง “ทำผิดแล้วจบ” แต่กลายเป็นข้อมูลที่นำไปใช้พัฒนาวิธีคิดและการออกแบบครั้งต่อไป
นี่เป็นหนึ่งในจุดที่การเรียนรู้วิศวกรรมมีความน่าสนใจ เพราะนักเรียนไม่ได้เรียนรู้เพียงคำตอบ แต่ได้ฝึกคิดว่า ถ้าวิธีแรกยังไม่ดีพอ เราจะปรับอะไรได้อีกบ้าง
แนวทางการแก้ปัญหาแบบวิศวกรรมจึงสามารถมอบวิธีมองปัญหาอีกแบบหนึ่งให้กับนักเรียน และเปิดโอกาสให้พวกเขาเห็นว่าความรู้ที่เรียนสามารถนำไปใช้ทำความเข้าใจและปรับปรุงโลกที่อยู่รอบตัวได้
งานวิจัยยังมีคำถามอีกมากที่รอคำตอบ
การสนับสนุนงานวิจัยผ่านโครงการ Discovery Research PreK–12 (DRK–12) ของ National Science Foundation หรือ NSF เป็นส่วนหนึ่งของความพยายามที่จะพัฒนาความรู้และแนวทางใหม่ ๆ สำหรับการเรียนการสอน STEM ในระดับ preK–12 โดยโครงการให้ความสำคัญกับการวิจัยและพัฒนานวัตกรรม เครื่องมือ แนวทางการสอน และการประเมินผลที่สามารถนำไปใช้ในบริบทการศึกษาจริงได้
แต่ถึงจะมีงานวิจัยและชุมชนนักวิจัยเพิ่มขึ้น การศึกษาวิศวกรรมระดับ preK–12 ก็ยังเป็นสาขาที่มีคำถามอีกมากให้ค้นหาคำตอบ
ลองมองไปรอบตัว เราใช้ชีวิตอยู่ท่ามกลางสิ่งที่ถูกออกแบบขึ้นแทบตลอดเวลา ตั้งแต่อุปกรณ์ที่ใช้ในชีวิตประจำวัน อาคาร ระบบต่าง ๆ ไปจนถึงเทคโนโลยีที่อยู่เบื้องหลังสิ่งเหล่านี้ แต่คนจำนวนไม่น้อยอาจไม่เคยได้เรียนรู้ว่า สิ่งเหล่านั้นถูกคิด ออกแบบ ทดลอง และปรับปรุงขึ้นมาอย่างไร
การนำวิศวกรรมเข้ามาในระดับ preK–12 จึงมีความหมายมากกว่าการเพิ่มเนื้อหาอีกหนึ่งเรื่องในหลักสูตร เพราะอาจช่วยให้เด็กมองเห็นกระบวนการเบื้องหลังโลกที่พวกเขาอาศัยอยู่ และมองตัวเองในฐานะคนที่สามารถตั้งคำถาม ออกแบบ และสร้างการเปลี่ยนแปลงได้
สองโจทย์สำคัญของการวิจัยการศึกษาวิศวกรรม
แม้ความรู้ในสาขานี้จะเพิ่มขึ้นมาก แต่ยังมีประเด็นสำคัญอีกหลายเรื่องที่ต้องศึกษา Cunningham ให้ความสนใจเป็นพิเศษในสองด้าน ซึ่งสะท้อนความท้าทายสำคัญของการพัฒนาการศึกษาวิศวกรรมระดับ preK–12
1. นักเรียนและครูกำลังเรียนรู้และทำวิศวกรรมกันอย่างไร?
คำถามแรกคือ สิ่งที่เกิดขึ้นจริงในห้องเรียนเป็นอย่างไร
นักเรียนและชุมชนในห้องเรียนกำลังร่วมกันสร้างความรู้และอัตลักษณ์ด้านวิศวกรรมอย่างไร? ครูมีบทบาทในการสนับสนุนกระบวนการเหล่านี้มากน้อยเพียงใด? และอะไรคือเงื่อนไขที่ช่วยให้เกิดสภาพแวดล้อมการเรียนรู้วิศวกรรมที่มีคุณภาพ?
การตอบคำถามเหล่านี้จำเป็นต้องมองเข้าไปในห้องเรียนอย่างละเอียดกว่าการดูคะแนนหรือผลลัพธ์สุดท้ายของนักเรียนเพียงอย่างเดียว
ทั้งวิดีโอ ชิ้นงานของนักเรียน แบบสำรวจ และการสัมภาษณ์ สามารถนำมาใช้ร่วมกันเพื่อทำความเข้าใจสิ่งที่เกิดขึ้นระหว่างครูและนักเรียนได้ การวิเคราะห์ปฏิสัมพันธ์และภาษาในห้องเรียนอย่างเป็นระบบอาจช่วยให้เราเห็นภาพว่า ความรู้ด้านวิศวกรรมถูกสร้างขึ้นผ่านการเรียนรู้ร่วมกันอย่างไร
พูดง่าย ๆ คือ เราต้องเข้าไปดูให้ใกล้ขึ้นว่า การเรียนรู้วิศวกรรมเกิดขึ้นจริงในห้องเรียนตรงไหน และเกิดขึ้นได้อย่างไร
2. เราจะวัดและประเมินการเรียนรู้ด้านวิศวกรรมได้อย่างไร?
อีกโจทย์ใหญ่คือเรื่องการวัดและประเมินผล
สิ่งที่ต้องการให้เกิดขึ้นจากการเรียนวิศวกรรมไม่ได้มีเพียงความรู้ที่สามารถวัดด้วยแบบทดสอบ นักเรียนควรได้มีส่วนร่วมกับกระบวนการออกแบบ คิดเกี่ยวกับกระบวนการทำงาน ทดลอง สร้างสรรค์ และพัฒนานวัตกรรม
ปัญหาคือ สิ่งเหล่านี้หลายอย่างเกิดขึ้นระหว่างกระบวนการเรียนรู้และอาจไม่สามารถสะท้อนผ่านแบบสอบถามหรือเครื่องมือประเมินแบบเดิมได้ง่าย
คำถามจึงกลายเป็นว่า หากต้องการศึกษาการเรียนรู้ของนักเรียนในวงกว้าง เราจะสร้างหลักฐานได้อย่างไรว่ากระบวนการเหล่านี้กำลังเกิดขึ้นจริง
เราจะพัฒนาเครื่องมือที่สามารถเก็บข้อมูลได้ในระดับใหญ่ และในขณะเดียวกันก็ยังสะท้อนสิ่งที่ครูและนักเรียนมองว่าเป็นผลลัพธ์สำคัญของการเรียนวิศวกรรมได้หรือไม่?
และบางทีคำถามที่ลึกกว่านั้นคือ เราจะวัดสิ่งที่สำคัญที่สุดของการเรียนรู้วิศวกรรมได้อย่างไร
คำถามนี้ไม่ได้เป็นปัญหาเฉพาะของวิศวกรรมเท่านั้น การศึกษาหลายด้านต้องเผชิญกับความท้าทายเดียวกัน เพราะสิ่งที่มีคุณค่าต่อการเรียนรู้บางอย่างอาจไม่ได้แสดงออกมาเป็นตัวเลขได้ง่าย การสร้างระบบประเมินที่สามารถใช้ในวงกว้าง โดยไม่ทำให้สิ่งสำคัญของการเรียนรู้หายไป จึงยังเป็นโจทย์ที่ต้องค้นหาคำตอบต่อไป
ก้าวต่อไปของการศึกษาวิศวกรรม
จากวันที่แทบไม่มีงานวิจัยหรือทรัพยากรสำหรับการเรียนวิศวกรรมในระดับ K–12 จนถึงวันนี้ วงการได้เดินมาไกลพอสมควรแล้ว มีหลักสูตร กรอบแนวคิด เครื่องมือดิจิทัล งานวิจัย และชุมชนนักวิจัยที่ช่วยกันสร้างฐานความรู้ให้กับสาขานี้มากขึ้น
แต่การเดินทางยังไม่สิ้นสุด
ความท้าทายต่อจากนี้อาจไม่ได้อยู่เพียงที่การทำให้เด็ก “รู้จักวิศวกรรม” แต่อยู่ที่การทำความเข้าใจว่า การเรียนรู้แบบวิศวกรรมสามารถเปลี่ยนวิธีที่เด็กคิด แก้ปัญหา และมองโลกได้อย่างไร
หากเราสามารถสร้างการเรียนรู้ที่เปิดโอกาสให้เด็กได้ตั้งคำถาม ออกแบบ ทดลอง ล้มเหลว ปรับปรุง และเรียนรู้จากหลักฐาน วิศวกรรมก็อาจไม่ได้เป็นเพียงศาสตร์หนึ่งในกลุ่ม STEM แต่เป็นอีกหนึ่งพื้นที่สำคัญที่ช่วยให้ผู้เรียนพัฒนาวิธีคิดสำหรับการรับมือกับปัญหาที่ซับซ้อนในโลกจริง
และนี่อาจเป็นเหตุผลสำคัญที่ทำให้การวิจัยด้านการศึกษาวิศวกรรมสำหรับ K–12 ยังคงมีคำถามใหม่ ๆ ให้ค้นหาอีกมากในอนาคต
อ้างอิง
Cunningham, C. (2019, April 17). New Directions for Engineering Education Research—Building the K-12 Agenda. Community for Advancing Discovery Research in Education (CADRE). อ่านบทความต้นฉบับ
