เรียนรู้ธรรมชาติของวิทยาศาสตร์ (Nature of Science = NOS)ผ่านปฏิบัติการชีววิทยา

Ellisabeth E. Schussler and Nazan U. Bautista  เขียน Article ในหนังสือเรื่อง  Advances in Nature of Science Research : Concepts and Methodologies มี Richard K. Coll เป็นบรรณาธิการเล่ม พิมพ์โดย Springer Dordrecht Heidelberg London New York ปี 2555 ปี 2555 หน้า  207-224

ในบทที่ 10 ดังนี้

           บทนี้นำเสนอประสบการณ์จากการนำโปรเจคที่ออกแบบเพื่อส่งเสริมความเข้าใจธรรมชาติของวิทยาศาสตร์
ไปใช้กับนักเรียนระดับปริญญาตรี มหาวิทยาลัยขนาดกลางอเมริกา การจัดการเรียนรู้วิชาชีววิทยาในมหาวิทยาลัยแบ่งออกเป็น 2 ส่วนคือ ส่วนบรรยาย 3 ชั่วโมง/สัปดาห์และปฏิบัติการ 2-3 ชั่วโมง/สัปดาห์  คู่มือปฏิบัติการถือเป็นสิ่งสำคัญในการทำปฎิบัติการมากว่า 100 ปี แต่ปัจจุบันการจัดการเรียนรู้ให้ความสำคัญในการจัดปฏิบัติการแบบสือเสาะ จากแนวคิดทฤษฎี Constructism กิจกรรมปฏิบัติการจึงมีหลากหลายขั้นตอนมากขึ้น ไม่ว่าจะเป็นกระบวนการตรวจสอบ การสร้างสมมติฐาน การออกแบบการทดลอง การตีความและลงข้อสรุปสำหรับการสืบเสาะแบบปลายเปิด (เน้นให้ผู้เรียนเป็นคนออกแบบการเรียนรู้ด้วยตนเอง)

          การจัดการรู้วิทยาศาสตร์ที่เน้นธรรมชาติของวิทยาศาสตร์ มีคำถามที่ว่า "ทำอย่างไรจะให้ผู้เรียนเข้าใจธรรมชาติของวิทยาศาสตร์" วิธีการสอนธรรมชาติของวิทยาศาสตร์ที่ใช้ในปัจจุบันคือ Explicit and Reflective (ER) โปรเจคนี้จึงนำวิธีการ ER มาบูรณาการสอน NOS ในวิชาปฏิบัติการชีววิทยา 

          โดยทั่วไปการสอนปฏิบัติการชีววิทยา จะเริ่มจากการฟังบรรยายในตอนต้น จากนั้นนักเรียนทำการทดลอง
เก็บข้อมูล ในบางครั้งนักเรียนสามารถรวบรวมและนำเสนอข้อมูลในเวลาที่กำหนดให้ในชั้นเรียน แต่การจัดการ
การประเมินผล การตีความ มักจะต้องทำนอกเวลา การยืนยันผลการทดลอง (defending) การอภิปราย หรือ
กระบวนการอื่นๆทางวิทยาศาสตร์จึงไม่เกิดขึ้นในชั้นเรียน

โปรเจคการสอนที่ส่งเสริมความเข้าใจธรรมชาติของวิทยาศาสตร์

           หลักการ 
           การเปลี่ยนจากคู่มือปฏิบัติการไปสู่กิจกรรมสืบเสาะเป็นฐาน  เพื่อเปิดโอกาสในในการอภิปรายและนำ NOS และกระบวนการทางวิทยาศาสตร์ในห้องเรียน ถ้านักเรียนสามารถสร้างสมมติฐานด้วยตนเอง จะสามารถอภิปรายทฤษฎีและช่วยให้เห็นแนวคิดของตนเองอย่างชัดเจนขึ้น กระบวนการทางวิทยาศาสตร์ต้องอาศัยความคิดสร้างสรรค์เพื่อสร้างข้ออธิบายจากการสังเกต  กระบวนการเหล่านี้จะช่วยให้ผู้เรียนเข้าใจกระบวนการทำงานของ
นักวิทยาศาสตร์ ในการสร้างความหมายและการเสนอผลงานจากการทดลอง

          การออกแบบหลักสูตร ER     

ปฏิบัติการ	คุณลักษณะของ NOS	วัตุประสงค์ของ NOS	ตัวอย่างคำถามในการอธิปราย
Invertebrate ความหลากหลาย (ระบบนิเวศและ ความหลากหลาย)	- ความคิดสร้างสรรค์ - ความรู้เปลี่ยนแปลง ได้ - การอ้างอิง	- การค้นพบที่นักวิทยาศาสตร์ ใช้อ้างอิงมาจากการคิดสร้างสรรค์  ทำให้เกิดรับรู้รูปแบบต่างๆที่ สามารถอธิบายปรากฏการณ์ ทางธรรมชาติ -อธิบายบทบาทของรูปแบบ ดังกล่าว - การยอมรับว่ารูปแบบใหม่ๆ ที่นำเสนอต้องอาศัยข้อมูลที่ เพียงพอและมีคุณภาพ มักจะเกิดจากการพัฒนา จากข้อมูลเดิมและตีความใหม่ ของข้อมูลที่ค้นพบ	- เป็นไปได้หรือไม่ที่การศึกษา จากตัวอย่างเพียงกลุ่มหนึ่งๆ สามารถเป็นตัวแทนของ ประชากรที่หลากหลาย ในบริเวณต่างๆ - ทำไมนักวิทยาศาสตร์ ถึงใช้รูปแบบในการอธิบาย ความหลากหลาย โมเดลที่ใช้ดีกว่า โมเดลอื่นๆอย่างไร - การคิดสร้างสรรค์ สามารถนำมาใช้ในการ พัฒนารูปแบบได้หรือไม่ ถ้าได้ มีวิธีการอย่างไร - ถ้าต้องการสร้างรูปแบบ ใหม่เพื่อนำมาอธิบาย ปรากฎการณ์ทางธรรมชาติ ข้อมูลใดบ้างที่เราต้องการ

        การเขียนสะท้อนความคิด 

         การเขียนสะท้อนคิดเกี่ยวกับบทบาทของรูปแบบ เช่น ความหลากหลายทางชีวภาพ
อาศัยรูปแบบในการนำเสนอดัชนีต่างๆ

        -ทำไมเราจึงต้องการรูปแบบในการอธิบายความหลากหลายทางชีวภาพ

       - ทำไมต้องอาศัยรูปแบบที่แตกต่างกันในการอธิบาย

การเก็บข้อมูล

         มีการเก็บข้อมูลทั้งเชิงปริมาณและคุณภาพ มีการสอบก่อนเรียนและหลังเรียน โดยวัดมุมมอง(Views) Views on Science-Technology Society, or VOSTS (Aikenhead, Ryan, & Fleming, 1989) จำนวน 12 ข้อ และ Views of Nature of Science, Form B (VNOS-B; Bell,Blair, Crawford, & Lederman, 2003) รวมทั้งข้อสอบปลายเปิด 6 ข้อ VNOS-B และ 2 คำถามที่ออกแบบเพื่อประเมินความเข้าใจเกี่ยวกับการสืบเสาะทางวิทยาศาสตร์ (Lederman, Abd-El-Khalick, Bell, & Schwartz, 2002) 

          การสังเกตห้องเรียนและการสัมภาษณ์​นักเรียน การตอบแบบสำรวจแบบ 5 ระดับ เมื่อเสร็จสิ้นโปรเจคแบบสำรวจจะมีำถามเกี่ยวกับปริมาณเนื้อหาที่ได้เรียน การออกแบบการทดลอง เทคนิคปฏิบัติการ ธรรมชาติของวิทยาศาสตร์และการเขียนรายงานปฏิบัติการ

สิ่งที่นักเรียนเรียนรู้จากโปรเจคนี้ 

         หลังจากการวิเคราะห์ VNOS-B และVOSTS ด้วยสถิติ ANOVA  พบว่า คะแนนของ VNOS-B 
มีความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญ ระหว่างนักเรียนที่เรียนด้วยวิธีการ ER และนักเรียนกลุ่มควบคุม นักเรียนกลุ่ม ER มีความเข้าใจธรรมชาติของวิทยาศาสตร์สูงกว่า เข้าใจว่าความรู้เปลี่ยนปลงได้ วิทยาศาสต์อาศัยความคิดสร้างสรรค์ นักเรียนเรียนรู้หลากหลายสิ่งจากการทำปฎิบัติการ เช่น การออกแบบการทดลอง อีกทั้งนักเรียนยังมีการพิจารณาการอธิบายมากกว่า 1 วิธีการ มีการค้นคว้าข้อมูลจากหลากหลายแหล่งเรียน 

สิ่งที่ผู้วิจัยเรียนรู้จากการวิจัยครั้งนี้

       จากการออกแบบโปรเจคดังกล่าว ผู้วิจัยเชื่อว่า นักเรียนจะมีการรับรู้ถึงคุณค่าความเข้าใจ NOS ที่ส่งผลต่อ
การอภิปราย ช่วยให้นักรียนมีหลักการทางวิทยาศาสตร์และกระบวนการทางวิทยาศาสตร์  การส่งเสริมให้ผู้เรียนเขียนรายงานคือการเปิดโอกาสให้ผู้เรียนทำความเข้าใจในทฤษฎี วิธีการเก็บข้อมูล การวิเคราะห์ การตีความ และกระบวนการวิจัยในการทำปฏิบัติการทดลอง

       การนำ NOS มาบูรณาการในปฏิบัติ ควรพิจารณาคุณลักษณะของ NOS ในแต่ละคุณลักษณะที่เหมาะสมกับปฏิบัติการนั้นๆ