Problem Solving : Middle School

Problem Solving

..............

Research on Problem Solving : Middle School

...........................

แปลและเรียบเรียงจาก

Helgeson S. L. (1994). Research on Problem Solving : Middle School .

In D. L. Gabel (ed.), Handbook of Research on Science Teaching and  Learning. New York: McMillan. 248 - 268.

..........................................

วราวรรณ  จันทรนุวงศ์

 ..............................................................

Definitions of Problem solving

            ถึงแม้นักวิทยาศาสตร์ศึกษาจะให้ความสำคัญอย่างยิ่งกับการแก้ปัญหา (Problem Solving) ว่าเป็นสิ่งที่มีบทบาทสำคัญในการเรียนในชั้นเรียนวิทยาศาสตร์ แต่ก็ยังไม่มีความชัดเจนในความหมายของการแก้ปัญหา ว่าจริงๆ นั้นคืออะไร เชื่อมโยงกับอะไรได้บ้าง นักวิทยาศาสตร์ศึกษาจึงพยายามอธิบายความหมาย ว่าเป็นกระบวนการ การนำวิธีการทางวิทยาศาสตร์ไปใช้ การคิดทางวิทยาศาสตร์ การคิดอย่างมีวิจารณญาณ ทักษะการสืบเสาะหาความรู้และกระบวนการทางวิทยาศาสตร์ ดังเช่น

                Gagne (1965) อธิบายว่า การแก้ปัญหาเป็นความพยายามที่จะกำหนดความสามารถของนักเรียนในการพยายามแก้ปัญหาจากการค้นคว้าและคิดทางวิทยาศาสตร์ เป็นกระบวนการที่เป็นรากฐานสำคัญของการใช้สติปัญญาและความสามารถในการใช้ทักษะต่างๆ เช่น การสังเกต การจัดประเภท การวัด สเปสกับเวลา การใช้ตัวเลข การสื่อสารและการสรุป  และยังมีทักษะขั้นผสมผสานอีก ได้แก่ การตั้งสมมติฐาน การทดลอง การกำหนดตัวแปร การตีความหมายข้อมูล การสรุปผลและอื่นๆ รวมกันเป็นการแก้ปัญหา ซึ่งไม่ใช่ตัวความรู้ที่มีอยู่ทั่วไป แต่เป็นสิ่งที่ผู้เรียนมีอยู่ก่อน แต่อย่างไรก็ตามสามารถที่จะสร้างขึ้นมาใหม่ได้

                Shaw (1983) อธิบายว่า ทักษะการแก้ปัญหานั้นประกอบด้วยการผสมผสานทักษะต่างๆ เข้าด้วยกันเพื่อใช้ในการแก้ไขปัญหาที่พบ เช่น การตีความหมายข้อมูล การควบคุมตัวแปร การลงมือปฏิบัติ และการตั้งสมมติฐาน 

Assessment of  Problem solving

            ในการวัดและการประเมินผลการแก้ปัญหาในโรงเรียนระดับมัธยมศึกษานั้น เป็นการสะท้อนออกมาในลักษณะที่ไม่ชัดเจนนัก ซึ่งมีการให้ความหมายที่หลากหลายและไม่ชัดเจน แต่ก็มีลักษณะที่คล้ายคลึงกันมากและมีความเกี่ยวข้องสัมพันธ์กันอย่างมาก ระหว่างการแก้ปัญหากับการะบวนการทางวิทยาศาสตร์ พอที่จะเด่นชัดขึ้นได้ว่า การแก้ปัญหานั้นเป็นการสะท้อนความคิดที่อยู่ภายในตัวบุคคล โดยวัดและประเมินได้จากการใช้กระบวนการทางวิทยาศาสตร์ หรือการใช้เครื่องมือ อุปกรณ์ทางวิทยาศาสตร์ จึงมีความพยายามที่จะกำหนดและพัฒนาหลักสูตรการแก้ปัญหาในหลายลักษณะ โดยประเมินจาก

                1. ประเมินพฤติกรรมและยุทธวิธีในการแก้ปัญหา

                2. ประเมินจากทักษะกระบวนการทางวิทยาศาสตร์

                3. ประเมินจากทักษะกระบวนการขั้นผสมผสาน

                4. ประเมินจากการคิดเป็นเหตุเป็นผล(ตรรกะ)ในการอธิบายการแก้ปัญหา

            สรุปแล้วการประเมินผลการแก้ปัญหาในโรงเรียนมัธยมศึกษานั้น เป็นการประเมินด้านพฤติกรรม โดยการวัดทักษะกระบวนการทางวิทยาศาสตร์ขั้นผสมผสาน เครื่องมือทั้งหมดที่ใช้ ทั้งแบบเขียนตอบ แบบปรนัย การเลือกตอบ จนกระทั่งการให้เหตุผล Lawson(1978) อธิบายว่าเป็นการประเมินกระบวนการเรียนรู้และการเชื่อมโยงหลักการและเหตุผลเกี่ยวกับการคิด ทักษะกระบวนการทางวิทยาศาสตร์ และทักษะการแก้ปัญหา  ไม่มีเครื่องมือใดสมบูรณ์ที่สุด ที่ใช้ในการวัดการแก้ปัญหาและเป็นเรื่องยาก แต่ทั้งหมดก็ช่วยให้เกิดความน่าเชื่อถือ การวัดส่วนใหญ่ที่มีอยู่เป็นการวัดเฉพาะกลุ่ม ไม่สามารถใช้กับกลุ่มอื่นได้ โดยสรุปแล้วเครื่องมือที่ใช้ในการวัดการแก้ปัญหานั้นมีความน่าเชื่อถือ ควรนำไปใช้ในอนาคตได้ และต้องเข้าใจให้ถูกต้องว่าการะบวนการแก้ปัญหานั้นจะต้องไม่ใช้วิธีวัดแบบเดียว แต่ใช้วิธีการที่หลากหลาย

                Protocol จะช่วยให้เห็นความแตกต่างในตัวผู้เรียนว่าเป็นผู้มีความรู้หรือเป็นผู้ที่มีการสร้างความรู้ หรือเป็นผู้ที่มีความหลากหลายในการคิด ตลอดจนการเป็นผู้มีเทคนิคในการแก้ปัญหา 

Problem – Solving Strategies and Behaviors

            ในช่วงระยะเวลาที่ผ่านมา มีการศึกษาชนิดของยุทธวิธีและพฤติกรรมที่แสดงออกว่าเป็นผู้มีการแก้ปัญหา ใน 6 เรื่อง ดังนี้

                1. มีการแสวงหาความรู้ทางวิทยาศาสตร์ (Schmiess, 1971)

                2. มีการบอกธรรมชาติของปัญหา (Mandell, 1980)

                3. มีการแสวงหาความรู้และสะท้อนผลการแก้ปัญหา (Wilson, 1973)

                4. มีการใช้กระบวนการทางวิทยาศาสตร์ (Berger, 1982)

                5. มีการอธิบายวิธีการและยุทธวิธีในการแก้ปัญหา (Rudnitsky and Hunt, 1956)

            6. มีการแก้ปัญหาด้วยตนเอง เกิดความอยากรู้อยากเห็น จากการสร้างสถานการณ์ของครู (Ronning and Mccurdy, 1982)

                จะเห็นได้ว่าครูสามารถแยกแยะความแตกต่างของผู้เรียนจากการแก้ปัญหาและการเชื่อมโยงของการเรียนรู้ ผู้ที่สามารถแก้ปัญหาได้ดีต้องสามารถแยกแยะธรรมชาติของปัญหา เห็นคุณค่าของทักษะการคิดแบบมีเหตุผล และการสร้างเหตุผลประกอบคำอธิบาย ช่วยให้ผู้เรียนพัฒนาได้เร็ว โดยใช้ทักษะการวินิจฉัย และการตั้งสมมติฐาน ซึ่งจะช่วยให้เกิดการสะท้อนผลการแก้ปัญหาของนักเรียน แต่ทั้งหมดก็ขึ้นอยู่กับอายุ ธรรมชาติเนื้อหาวิชา โดยไม่จำเป็นจะต้องทดสอบสมมติฐานให้ได้ทั้งหมด 

Cognitive Style and Problem Solving

            มีการศึกษาการแก้ปัญหากับวิธีการคิดในหลายงานวิจัย ดังเช่น Ronning (1984) ศึกษาเกี่ยวกับความรู้ วิธีการแก้ปัญหา และคุณสมบัติของผู้แก้ปัญหา พบว่า หนังสือเรียนที่ใช้ในระดับมัธยมศึกษานั้นไม่ช่วยให้เกิดการแก้ปัญหา หรือเกิดยากมาก แต่การแยกแยะ การควบคุมตัวแปร การให้เหตุผล และการให้อิสระในการคิด ช่วยให้เกิดการแก้ปัญหา ซึ่งเพศไม่ส่งผลต่อการแก้ปัญหา Pirkle and Pallrand (1988) ศึกษา mental model พบว่าความเข้าใจผิดในความรู้เดิม ในสิ่งเดิม เมื่อมีการเรียนเรียนใหม่ ก็ยังแสดงตัวแทนความเข้าใจแบบเดิมออกมา ยังยืนยันในสิ่งเดิมที่ตนเข้าใจมาก่อน ชี้ให้เห็นว่าประสบการณ์ที่มีอยู่ก่อนในวัยเด็กส่งผลต่อความคิดในวัยรุ่น หรือวัยหนุ่มสาว Lowson and Wollman (1977) ศึกษาความเชื่อมโยงและความสัมพันธ์ระหว่างบริบทของสังคมต่อการแก้ปัญหา พบว่า การที่จะส่งเสริมให้เกิดการแก้ปัญหาในตัวผู้เรียนนั้น บริบททางสังคมมีความสำคัญมาก การปล่อยให้มีอิสระในการคิดและการแสวงหาความรู้(investigating) จะช่วยส่งเสริมให้เกิดการแก้ปัญหา  การสืบเสาะหาความรู้(inquiry learning)จะช่วยให้นักเรียนเป็นอิสระทางความคิด เกิดการพัฒนาการคิด ห้องเรียนวิทยาศาสตร์จะต้องเตรียมเครื่องมือ อุปกรณ์ที่หลากหลาย เพื่อช่วยเพิ่มความหลากหลาย เพิ่มพูนประสบการณ์ การให้มีโอกาสพบกับสถานการณ์และปรากฏการณ์โดยตรง ได้มีการแก้ปัญหาด้วยตนเอง จะช่วยให้สามารถแก้ปัญหาได้ดี Scott (1973) ได้ใช้ยุทธวิธีการสืบเสาะหาความรู้ (inquiry strategies) เพื่อศึกษาการจำแนกแยกแยะของนักเรียน พบว่า นักเรียนที่มีการใช้ยุทธวิธีการสืบเสาะหาความรู้สามารถแก้ปัญหาได้ดีกว่ากลุ่มควบคุม 

Reasoning Ability and Cognitive Development

            ความสามารถในการใช้เหตุผลและการพัฒนาการคิดนั้น จากการศึกษาจำนวนมากที่มีการวัดลักษณะและความสามารถในการคิดและการใช้เหตุผล เชื่อมโยงสู่การพัฒนาการคิด มีการใช้เหตุผลในการแยกแยะและควบคุมตัวแปร โดยใช้เหตุผลอย่างสมเหตุสมผล และมีความเป็นไปได้ของเหตุผล ความเกี่ยวข้องสัมพันธ์กันของเหตุผล ซึ่งทักษะเหล่านี้เชื่อมโยงไปยังการแก้ปัญหา

            - Reasoning ability

            Linn and Levine (1976) ทำการพัฒนาการแสวงหาความรู้ พบว่า ผู้ที่จะแสวงหาความรู้นั้น จะต้องมองหาเหตุการณ์หรือสิ่งต่างๆ ที่จะมาสนับสนุนสมมติฐาน มีการพยายามมองหาปัญหาใหม่ๆ จากประสบการณ์ที่ผ่านมา

                Staver (1986) ศึกษาการสะท้อนการสร้างปัญหา พบว่า การใส่ตัวแปรอิสระ ทำให้เกิดตัวแปรควบคุม หรือการแก้ปัญหาด้วยเหตุผล นำไปสู่การทำงานของหน่วยความจำ (working memory) ซึ่งครูผู้สอนวิทยาศาสตร์จะต้องสนใจและเอาใจใส่อย่างยิ่ง เพราะจะนำไปสู่การนำความรู้ในหน่วยความจำออกมาใช้ในการแก้ปัญหา โดยครูจะต้องให้ความสำคัญอย่างยิ่งกับเทคนิคการสอนและวิธีการสอน

                Saunders and Jesunathadas (1988) ศึกษาความคุ้นเคยและไม่คุ้นเคยเนื้อหากับความสามารถในการใช้เหตุผลในการแก้ปัญหา พบว่า นักเรียนที่มีความคุ้นเคยกับเนื้อหา จะสามารถใช้เหตุผลได้เหมาะสมกว่านักเรียนที่ไม่คุ้นเคยเนื้อหา แต่พอเป็นปัญหาที่ยากขึ้นไปกลับพบว่า นักเรียนทั้งสองกลุ่มใช้เหตุผลในการแก้ปัญหาที่ไม่แตกต่างกัน   นักเรียนสามารถใช้เหตุผลปัญหาที่ง่ายได้ดีกว่าปัญหาที่ยาก นักเรียนชายสามารถใช้เหตุผลได้ดีกว่านักเรียนหญิง

                Heller and Ahlgren (1989) ทำการศึกษาการจดจำได้เชื่อมโยงในวิชาคณิตศาสตร์กับวิทยาศาสตร์ พบว่านักเรียนที่มีความจำที่ดี หรือจำแบบอันตรภาคชั้น สามารถใช้เหตุผลได้ดีและเหมาะสมกว่า

                Bady (1977) ศึกษาความสามารถในการใช้หลักเหตุผล พบว่า ความสามารถในการใช้หลักเหตุผลมีการพัฒนาตามอายุ แต่ถ้าได้รับการฝึกบ่อยๆ จะทำให้เกิดความสามารถเชื่อมโยงหลักเหตุผลในการแก้ปัญหาได้

                Capie, Newton and Tobin (1981) ศึกษาการเชื่อมโยงการแสวงหาความรู้จากการใช้เหตุผล โดยการกำหนดการควบคุมตัวแปร การเชื่อมโยงเหตุผล ความน่าจะเป็นอย่างสมเหตุสมผล ผลการศึกษาพบว่า วิชาไม่มีผลต่อระดับการศึกษา การสะท้อนผลการแก้ปัญหาไม่มีผลต่อระดับการศึกษา

                ดังนั้นในการแก้ปัญหานั้น ทักษะกระบวนการทางวิทยาศาสตร์และการใช้หลักเหตุผลนั้นมีความเกี่ยวข้องกันอย่างมาก การพัฒนาการคิดและทักษะการแก้ปัญหาที่เชื่อมโยงกับวุฒิภาวะของผู้เรียนในการแก้ปัญหา ความแตกต่างของบุคคลแต่ละคน ความแตกต่างของงานแต่ละอย่าง นักเรียนในวัยนี้เป็นวัยหนุ่มสาวที่ไม่ค่อยชอบการปฏิบัติกิจกรรมปกติธรรมดา ง่ายๆ ซึ่งสามารถแก้ปัญหาในลักษณะที่เป็นนามธรรมได้ สิ่งนี้จะช่วยพัฒนาการคิดและการแก้ปัญหา การควบคุมตัวแปรในการแก้ปัญหา การจำกัดจำนวน/ลำดับ การดึงเอาตัวอย่างที่คุ้นเคย และการให้อิสระในการปีปฏิสัมพันธ์กับเพื่อน อุปกรณ์ เครื่องมือโดยตรง หรือให้มีโอกาสได้ใช้ประสบการณ์ตรงอย่างหลากหลาย จะช่วยให้นักเรียนเกิดความสามารถในการแก้ปัญหาได้ 

Problem Solving and Instruction

            นักเรียนในระดับมัธยมศึกษาได้รับประโยชน์อย่างมากจากการแก้ปัญหา เช่น เขาสามารถเรียนรู้โดยการเชื่อมโยงกับทักษะกระบวนการทางวิทยาศาสตร์ นักเรียนสามารถถ่ายโยงไปสู่ปัญหาใหม่ๆ ถ้าปัญหาใหม่นั้นไม่แตกต่างจากเดิมมากนักกับที่เขาเคยมีประสบการณ์มาก่อน วิธีการที่มีประสิทธิผลมากที่สุดในการสอนวิทยาศาสตร์ที่จะนำไปสู่การแก้ปัญหาคือ การบูรณาการทักษะกระบวนการทางวิทยาศาสตร์กับเนื้อหาความรู้วิทยาศาสตร์ การได้ลงมือปฏิบัติจริง การใช้การสืบเสาะหาความรู้ทางวิทยาศาสตร์  เจตคติเชิงวิทยาศาสตร์ 

Science Curriculum and Problem Solving

            หลักสูตรวิทยาศาสตร์ที่ส่งเสริมการแก้ปัญหามีลักษณะเป็นการสืบเสาะหาความรู้ ส่งผลให้ผลสัมฤทธิ์ทางการเรียนและเจตคติทางวิทยาศาสตร์สูงขึ้นตามไปด้วย.

                จากการศึกษาพบว่าความพยายามที่จะแก้ปัญหาจากการสืบเสาะหาความรู้ ถือว่าเป็นรากฐานที่สำคัญในการพัฒนาการแก้ปัญหาของนักเรียน เนื่องจากนักเรียนได้มีโอกาสใช้ทักษะทางวิทยาศาสตร์ทั้งที่เป็นทักษะพื้นฐานและทักษะขั้นผสมผสาน ซึ่งในระดับชั้นนี้ส่วนใหญ่เป็นขั้นผสมผสาน ตลอดจนสามารถแก้ปัญหาในลักษณะที่เป็นนามธรรมได้ มีการใช้หลักเหตุผล สะท้อนความคิดด้วยเหตุด้วยผล จากความเป็นไปได้อย่างมีเหตุผล แต่สิ่งที่ขาดไม่ได้คือต้องมีความรู้ความเข้าใจในเนื้อหาความรู้ในเรื่องนั้นๆ จึงจะสามารถคิดเชิงลึกได้ ครูผู้สอนจะต้องออกแบบการเรียนรู้ที่ใช้เทคนิคและวิธีการสอนที่เหมาะสม จึงจะส่งเสริมให้เกิดการแก้ปัญหา ทั้งมีความหลากหลาย เหมาะสมกับอายุ กับเพศ การทำบ่อยๆ จนคุ้นเคย เมื่อเจอปัญหาที่คล้ายคลึงกันหรือใกล้เคียงกันก็สามารถแก้ไขได้ และนำไปสู่การคิดแก้ปัญหาใหม่ๆ ต่อไป จึงจะส่งผลให้ผลสัมฤทธิ์ทางการเรียนสูงขึ้น 

                จะเป็นประโยชน์ในการทำวิจัยที่เกี่ยวกับการพัฒนาการคิด การแก้ปัญหา ด้วยการสืบเสาะหาความรู้ จากการใช้ทักษะกระบวนการทางวิทยาศาสตร์ ทั้งขั้นพื้นฐานและขั้นผสมผสาน เนื่องจาก การแก้ปัญหา (problem solving) ในระดับชั้นนี้ควรคำนึงถึง การเตรียมการของครูในการจัดกิจกรรมการเรียนรู้ ให้เหมาะสมให้ผู้เรียนได้มีโอกาสสืบเสาะหาความรู้ด้วยตนเอง ให้รู้จักการใช้หลักเหตุผล(ตรรกะ) ความยากง่ายเหมาะสมกับอายุ วุฒิภาวะ เพศ การทำงานกลุ่ม ให้มีอิสระในการมีปฏิสัมพันธ์กับเพื่อน ครู วัสดุ อุปกรณ์ เครื่องมือด้วยประสบการณ์ตรงและหลากหลาย จะช่วยส่งเสริมให้ผู้เรียนเกิดการพัฒนาความสามารถในการแก้ปัญหาได้