งานวิจัยทางด้านฟิสิกส์ศึกษา

            ในช่วงสามสิบกว่าปีนี้การวิจัยทางด้านฟิสิกส์ศึกษาเริ่มมีการแพร่หลาย มีการวิจัยเกี่ยวกับความเข้าใจฟิสิกส์เชิงทฤษฎีของนักเรียนมัธยมและนักศึกษาในระดับมหาวิทยาลัยในหลายหัวข้อ[โดยส่วนใหญ่จะเน้นทางด้านกลศาสตร์ แต่ไม่ปรากฏว่ามีงานวิจัยเกี่ยวกับเรื่องโมเมนตัมเชิงมุมในกลศาสตร์แบบฉบับ ในเอกสารวิชาการทางด้านฟิสิกส์ศึกษา ทั้งๆ ที่โมเมนตัมเชิงมุมเป็นพื้นฐานหนึ่งที่สำคัญต่อการเรียนวิชาอื่นๆ เช่น กลศาสตร์ควอนตัม และดาราศาสตร์ฟิสิกส์ อีกทั้งโมเมนตัมเชิงมุม ยังเป็นวิชาหนึ่งที่ผู้สอนประสบปัญหาเป็นอย่างมากในการสอนเพื่อที่จะทำให้นักศึกษามีความเข้าใจได้อย่างถูกต้อง เนื่องจากมีการเปลี่ยนระบบพิกัดจาก 2 มิติเป็น 3 มิติ ในการทำวิจัยทางด้านฟิสิกส์ศึกษา สามารถแบ่งได้เป็น 2 ประเภท คือการวิจัยในเชิงปริมาณและการวิจัยในเชิงคุณภาพ  และการวิจัยครั้งนี้จะเป็นการวิจัยในเชิงคุณภาพ โดยจะมุ่งศึกษาถึงความเข้าใจของนักศึกษาโครงการ พสวท. ชั้นปีที่ 1 วิชาเอกฟิสิกส์และวิชาเอกอื่นๆ เกี่ยวกับเรื่องโมเมนตัมเชิงมุมในกลศาสตร์แบบฉบับ โดยจะเก็บข้อมูลจากการสัมภาษณ์และบันทึกภาพวิดีโอเพื่อวิเคราะห์ดูรูปแบบความเข้าใจในเรื่องโมเมนตัมเชิงมุมจากเหตุผลที่นักศึกษานำมาใช้เพื่ออธิบายที่มาของคำตอบ โดยผู้วิจัยได้ออกแบบสัมภาษณ์ขึ้น 5 ข้อ คำถามแต่ละข้อมีลักษณะเกี่ยวกับหัวข้อฟิสิกส์ที่สำคัญต่อการเข้าใจโมเมนตัมเชิงมุมดังนี้ คือ กฎการอนุรักษ์โมเมนตัมเชิงมุม, ทอร์ก,  การกำหนดระบบ,  ทิศทางของความเร็วในการเคลื่อนที่แบบหมุนและพลังงานจลน์เชิงมุมของระบบ

            ดังนั้นงานวิจัยชิ้นนี้จึงมีคุณค่าต่อวงการวิจัยทางด้านฟิสิกส์ศึกษาและการเรียนการสอนฟิสิกส์เป็นอย่างยิ่ง เนื่องจากจะทำให้ผู้สอนทราบถึงความเข้าใจเกี่ยวกับโมเมนตัมเชิงมุมของนักศึกษามากขึ้น ซึ่งจะเป็นแนวทางให้ผู้สอนได้มีการปรับปรุงการสอนเพื่อให้เกิดความเหมาะสมต่อไป

ความเข้าใจเกี่ยวกับโมเมนตัม

              กลุ่มวิจัยฟิสิกส์ศึกษาที่มหาวิทยาลัยวอชิงตัน ประเทศสหรัฐอเมริกา ถือเป็นกลุ่มหลักที่ทำการวิจัยทางฟิสิกส์ศึกษาเชิงคุณภาพโดยใช้การสัมภาษณ์เป็นส่วนใหญ่ สำหรับการศึกษาความเข้าใจของผู้เรียนเกี่ยวกับการดลและการเปลี่ยนแปลงของโมเมนตัม ที่ถือว่าเป็นพื้นฐานที่สำคัญต่อความเข้าใจในเรื่องของโมเมนตัมเชิงมุม งานวิจัยทำการศึกษาโดย Lawson และ McDermott  ซึ่งเป็นนักฟิสิกส์ที่หันมาทำการวิจัยทางด้านฟิสิกส์ศึกษา โดยวิธีหลักในการเก็บข้อมูลคือการสัมภาษณ์ที่ใช้สื่อสาธิต เป็นบริบทในการตั้งคำถาม

W1

กลุ่มตัวอย่างประกอบไปด้วยนักศึกษาที่ผ่านการเรียนฟิสิกส์พื้นฐานโดยไม่มีแคลคูลัส (Introductory physics with algebra-based) และนักศึกษาที่ผ่านการเรียนฟิสิกส์พื้นฐานชั้นพิเศษ (Introductory physics with calculus, Honor class)  

             จากผลการวิจัยนี้แสดงว่านักศึกษาส่วนใหญ่เข้าใจโมเมนตัมในลักษณะของสมการที่โมเมนตัมเท่ากับมวลคูณกับความเร็ว มากกว่าการเชื่อมโยงการเปลี่ยนแปลงโมเมตัมกับการดล และอีกประการหนึ่งคือนักศึกษาไม่ได้พิจารณาเกี่ยวกับความเร่งของพัค ทำให้นักศึกษาส่วนใหญ่ให้เหตุผลในลักษณะของการชดเชยระหว่างมวลและความเร็ว

ความเข้าใจเกี่ยวกับการเคลื่อนที่เชิงมุม

งานวิจัยเกี่ยวกับความเข้าใจของผู้เรียนในเรื่องการเคลื่อนที่เชิงมุมนั้นมีไม่มากนัก โดยส่วนใหญ่งานวิจัยทางด้านฟิสิกส์ศึกษาเกี่ยวกับกลศาสตร์จะเน้นไปที่การเคลื่อนที่เชิงเส้นและแรง  ความเข้าใจเกี่ยวกับการเคลื่อนที่เชิงมุมถือเป็นพื้นฐานที่ช่วยให้ผู้เรียนเข้าใจโมเมนตัมเชิงมุม  ซึ่ง Roth, Lucas และ McRobbie ได้ทำการวิจัยความเข้าใจของนักเรียนในเรื่องการเคลื่อนที่เชิงมุมในสถานการณ์ที่แตกต่างกัน กลุ่มตัวอย่างเป็นนักเรียนระดับ 12 (เทียบเท่าชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 6) ของโรงเรียนแห่งหนึ่งในออสเตรเลีย เป็นนักเรียนชาย 17 คน และนักเรียนหญิง 7 คน ซึ่งได้เรียนเรื่องการเคลื่อนเชิงมุมมาแล้วโดยมีการวิจัยแบ่งออกเป็น 2 ส่วนได้แก่

           การศึกษาส่วนที่ 1 นำเสนอการอธิบายเชิงสังเกตและเชิงทฤษฎีของนักเรียน หลังจากเรียนเกี่ยวกับการเคลื่อนที่เชิงมุมมาแล้วในปีการศึกษาก่อนหน้านี้ การเก็บข้อมูลทำโดยการสอบข้อเขียนซึ่งให้นักเรียนเขียนอธิบายสองเหตุการณ์เกี่ยวกับการเคลื่อนที่เชิงมุม ได้แก่ การเหวี่ยงของลูกบอลที่ผูกติดปลายเชือก และ นักบินอวกาศปล่อยยานออกสู่วงโคจร

W2

           การศึกษาส่วนที่ 2   มาจากการวิเคราะห์บทสนทนาระหว่างนักเรียน หลังจากที่ได้เรียนเรื่อง พลศาสตร์ของการเคลื่อนที่แบบหมุนมาเป็นเวลา 4 สัปดาห์ นักเรียนจะได้ชมการสาธิต ที่ได้แก่ การถือล้อรถจักรยานที่กำลังหมุนอยู่บนฐานที่หมุนได้ และลูกโลหะที่ผูกติดปลายเชือกที่พันอยู่รอบกระป๋องกาแฟ

W3

โดยนักเรียนต้องบันทึกและอธิบายสิ่งที่สังเกตเห็น จากนั้นนักเรียนจะต้องตอบคำถาม 2 ข้อ ผลจากการวิจัยครั้งนี้ค่อนข้างหลากหลาย เพราะความถี่ของประเภทคำตอบที่แน่นอนมีความหลากหลายระหว่างตัวอย่างต่างๆ นอกจากนี้คำอธิบายเชิงสังเกตและเชิงทฤษฎีของนักเรียนจะผกผัน ระหว่างกรณีศึกษาที่มีการวางโครงสร้างของคำถามเหมือนกัน และการอธิบายเชิงทฤษฎีของนักเรียนในเรื่องเกี่ยวกับปรากฏการณ์ใหม่ๆ มีองค์ประกอบ ของแหล่งข้อมูลที่มีเหตุผลจากหลายๆ แหล่ง

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s

%d bloggers like this: