งานวิจัยฟิสิกส์ศึกษาเชิงทฤษฎี

จากงานวิจัยที่กล่าวมาข้างต้น แสดงให้เห็นว่าผู้เรียนส่วนใหญ่ยังมีความเข้าใจไม่ถูกต้องเกี่ยวกับโมเมนตัม การดล และการเคลื่อนที่เชิงมุม โดยงานวิจัยทั้งสองเน้นการวิเคราะห์เหตุผลที่ผู้เรียนใช้ในการอธิบายที่มาของคำตอบ ซึ่งในทางฟิสิกส์ศึกษา ได้นำเอาเหตุผลเหล่านี้มาใช้ออกแบบข้อสอบปรนัยและแบบฝึกหัดที่ถูกกระตุ้นให้ผู้เรียนตระหนักถึงความเข้าใจที่ไม่ถูกต้องและเกิดการปรับเปลี่ยนความเข้าใจให้ถูกต้อง ที่เป็นไปตามทฤษฎีการปรับเปลี่ยนแนวคิด (Conceptual change theory) ซึ่งเป็นที่ยอมรับในการแวดวงวิทยาศาสตร์ศึกษา และก็มีนักทฤษฎีทางด้านวิทยาศาสตร์ศึกษาหลายคนพยายามหาคำอธิบายว่า แนวคิด (concept) นั้นมีลักษณะอย่างไร เพื่อที่จะเข้าใจกลไกการเกิดการปรับเปลี่ยนแนวคิดมากขึ้น ซึ่งนักฟิสิกส์ที่เบนความสนใจมาทำการวิจัยทางด้านฟิสิกส์ศึกษา อย่าง Edward Redish ได้เสนอแบบจำลองความคิดของผู้เรียนที่ให้รายละเอียดเกี่ยวกับความเข้าใจของผู้เรียนมากขึ้น โดย Redish พัฒนาแบบจำลองของเขามาจากผลการวิจัยทางประสาทวิทยา จิตวิทยาการเรียนรู้ และฟิสิกส์ศึกษา

1 แบบจำลองความคิดของผู้เรียน (Student thinking model)

จากรูปในด้านประสาทวิทยาได้กล่าวไว้ว่า การเรียนรู้ของมนุษย์มีความสัมพันธ์กับการเพิ่มขึ้นของการเชื่อมต่อ (synapses) ระหว่างเซลล์ประสาท (neurons) ซึ่งมีความเกี่ยวข้องกับงานวิจัยทางด้านจิตวิทยาการเรียนรู้ที่ว่า เมื่อมนุษย์มีการเรียนรู้ การทำงานของสมองในส่วนที่เรียกว่า Working memory ก็จะถูกกระตุ้นให้ทำงาน โดย Working memory จะมีขนาดที่จำกัด ดังนั้นจึงมีความจำเป็นที่มันจะต้องมีการจัดเก็บข้อมูลเป็นก้อนๆ นอกจากนี้แล้ว Working memory ก็ยังทำงานร่วมกับ Long term memory อีกด้วย ซึ่งเนื้อหาของทฤษฎีว่าถึงโมเดลความคิดของผู้เรียนที่มีสองระดับ ได้แก่ ระดับควบคุมและระดับเชื่อมโยง โดยที่ระดับควบคุมจะทำหน้าที่ในการตีความข้อมูลจากสภาพแวดล้อมที่มากระตุ้น เพื่อที่จะไปดึงความรู้ที่ประมวลแล้วว่าเกี่ยวข้องจากระดับเชื่อมโยงออกมาใช้สำหรับสถานการณ์นั้น

ระดับเชื่อมโยง (Pattern of Association Model): มี Reasoning resources คือ เครือข่ายการเชื่อมโยงขององค์ความรู้ที่เล็กที่สุด เรียกว่า Phenomenology Primitive หรือ p – prim [10] คือ หน่วยขององค์ความรู้ที่เล็กที่สุด ที่จะไม่มีความหมาย ถ้าไม่นำมาใช้ร่วมกับองค์ความรู้อื่นๆ อย่างเช่น “ closer is stronger หรือ ยิ่งใกล้ยิ่งเข้ม ” ซึ่งถือว่าเป็น p-prim และผู้เรียนนิยมนำมาใช้เป็นหลักคิดในการตอบคำถามเกี่ยวกับฤดูกาล เช่น “ ทำไมถึงอากาศร้อนมากในฤดูร้อน เมื่อเทียบกับฤดูหนาว ” ผู้เรียนที่มีความเข้าใจที่ไม่ถูกต้องส่วนใหญ่จะตอบว่า “ เพราะว่าในฤดูร้อนโลกอยู่ใกล้ดวงอาทิตย์มากกว่าทำให้อากาศร้อนกว่า ” จะเห็นว่าผู้เรียนใช้แนวคิดที่ว่า “ ยิ่งใกล้ (ดวงอาทตย์) ยิ่ง (รับพลังงานความร้อน) เข้ม ”

ระดับควบคุม (Control) : คือ กระบวนการที่นักศึกษาใช้ในการตัดสินใจว่าจะจัดเก็บความรู้ อย่างไรหรือดึงความรู้ส่วนไหนออกมา

จากภาพ ระดับควบคุมจะทำหน้าที่ในการตีความข้อมูลจากสภาพแวดล้อมที่มากระตุ้น เพื่อที่จะไปดึงความรู้ที่ประมวลแล้วว่าเกี่ยวข้องกันจากระดับเชื่อมโยงออกมาใช้สำหรับสถานการณ์นั้นๆ ยกตัวอย่างเช่น เมื่อนักศึกษาอ่านโจทย์ฟิสิกส์และเจอคำว่าน้ำหนักนักศึกษาจะอาจใช้ในความหมายในชีวิตประจำวันหรือในความหมายเชิงฟิสิกส์ แต่ด้วยนักศึกษารับรู้ในระดับควบคุมว่ากำลังอ่านโจทย์ฟิสิกส์ นักศึกษาจะนำระดับเชื่อมโยงของ “ น้ำหนัก ” ในเชิงฟิสิกส์มาใช้

2. การใช้ Resource graph นำเสนอการเปลี่ยนแปลงแนวคิด

Michael Wittmann ได้นำแบบจำลองความคิดของ Redish มาผสมผสานกับงานวิจัยวิทยาศาสตร์เชิงทฤษฎีอื่น ๆ และเสนอว่าสามารถใช้ กราฟที่มา (resource graph) ในการนำเสนอการเปลี่ยนแปลงแนวคิดที่ประกอบไปด้วย 4 ลักษณะ ได้แก่ incremental, cascade, wholesale และ dual construction โดยสองลักษณะแรกเป็นกระบวนการเปลี่ยนแปลง ในขณะที่สองลักษณะหลังเป็นสถานะซึ่งแสดงถึงการเปลี่ยนแปลงค่อนข้างมาก ดังนั้นจะอธิบายเฉพาะ incremental และ cascade ที่จะนำไปใช้ในงานวิจัยนี้เท่านั้น

(ก) Incremental change บ่งบอกถึงกลไกที่แสดงว่าเกิดการเรียนรู้ โดย Resource graph มีการเพิ่มขึ้นหรือลดลงของ resource ดังแสดงในภาพที่ 2.8 ที่มี resource เพิ่มขึ้นมาและเชื่อมโยงกับความรู้เดิมหรือ resource เดิม

(ข) Cascade change เป็นการเกิด Incremental change อย่างต่อเนื่องจนกระทั่งได้การเชื่อมโยงที่ค่อนข้างแตกต่างไปจากเดิม อย่างเช่น เมื่อผู้เรียนอธิบายระบบทางฟิสิกส์สักอย่างหนึ่ง จากนั้นให้เปรียบเทียบกับระบบที่ใกล้เคียงกัน เช่น ให้ผู้เรียนอธิบายสนามโน้มถ่วง จากนั้นเปรียบเทียบสนามไฟฟ้าและสนามโน้มถ่วง จะทำให้เกิดการเชื่อมโยงกราฟที่มาของสนามโน้มถ่วงเข้ากับกราฟที่มาของสนามไฟฟ้า

Cwachi's Blog