ยุพา

โครงงานวิทยาศาสตร์ หมายถึง การศึกษาเรื่องราวเกี่ยวกับวิทยาศาสตร์อย่างเป็นกระบวนการ เพื่อตอบปัญหาที่สงสัยโดยปัญหานั้นเกิดจากความสนใจของผู้ทำโครงงาน ดังนั้นผู้ที่จะศึกษาและทำโครงงานจะต้องมีความละเอียดรอบคอบ มีการสังเกต จดบันทึก และวางแผนรูปแบบขั้นตอนในการทำโครงงานอย่างเป็นระบบ
ประเภทของโครงงานวิทยาศาสตร์
    นักการศึกษาได้แบ่งโครงงานวิทยาศาสตร์ออกเป็นหลายประเภท ตามลักษณะกิจกรรมการศึกษาค้นคว้า สำหรับสถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี (2529) ธีระชัย ปูรณโชติ (2531) และ Sherburne (1975) ได้กล่าวถึงประเภทของโครงงานวิทยาศาสตร์ในลักษณะที่สอดคล้องกันว่า โครงงานวิทยาศาสตร์แบ่งออกเป็น 4 ประเภท ดังนี้
    1.      โครงงานประเภททดลอง
    2.      โครงงานประเภทสำรวจรวบรวมข้อมูล
    3.      โครงงานประเภทการพัฒนาหรือการประดิษฐ์
    4.      โครงงานประเภทการสร้างทฤษฎีหรือคำอธิบาย
1.     โครงงานประเภททดลอง
    ลักษณะของโครงงานประเภททดลองนี้ต้องมีการออกแบบการทดลองเพื่อศึกษาผลของ ตัวแปรต้นหรือตัวแปรอิสระที่มีต่อตัวแปรตาม และมีการควบคุมตัวแปรอื่นๆ ที่ไม่ต้องการศึกษาที่จะส่งผลให้ผลการศึกษาคลาดเคลื่อน ขั้นตอนการทำโครงงานประเภทนี้จะต้องมีการกำหนดปัญหา ตั้งสมมติฐาน ออกแบบการทดลอง ดำเนินการทดลองเพื่อหาคำตอบของปัญหา หรือตรวจสอบสมมติฐานที่ตั้งไว้ แปรผล และสรุปผล การทำโครงงานประเภททดลองนี้ในบางครั้งอาจจำเป็นต้องทำการทดลองเพื่อศึกษา ความเป็นไปได้เบื้องต้น (preliminary study) เสียก่อน เพื่อให้ได้ข้อมูลบางประการมาใช้ประกอบการตัดสินใจ ในการกำหนดรายละเอียดต่างๆ ของการศึกษาค้นคว้าจริงต่อไป
    การศึกษาทางวิทยาศาสตร์ได้แบ่งตัวแปรออกเป็น 3 ประเภท คือ
    1.     ตัวแปรต้น หรือตัวแปรอิสระ (independent variable) คือสิ่งที่เป็นสาเหตุทำให้เกิดผลต่างๆ หรือสิ่งที่เราต้องการศึกษาทดลองดูว่าเป็นสาเหตุที่ก่อให้เกิดผลเช่นนั้น จริงหรือไม่
    2.      ตัวแปรตาม (dependent variable) คือสิ่งที่เป็นผลเนื่องมาจากตัวแปรต้น เมื่อตัวแปรต้นหรือสิ่งที่เป็นสาเหตุเปลี่ยนไปตัวแปรตามหรือสิ่งที่เป็นผลก็ จะเปลี่ยนไปด้วย
    3.      ตัวแปรที่ต้องควบคุม (controlled variable) คือสิ่งอื่นๆ นอกเหนือจากตัวแปรต้นที่จะมีผลต่อการทดลองซึ่งจะต้องควบคุมให้เหมือนกัน เพราะอาจทำให้ผลการทดลองคลาดเคลื่อน
 
    เพื่อให้เข้าใจเกี่ยวกับตัวแปรง่ายขึ้น จึงกล่าวโดยสรุปได้ว่า
    -    ตัวแปรต้นหรือตัวแปรอิสระคือสิ่งที่เราต้องการจะศึกษา
    -    ตัวแปรตามคือสิ่งที่เราต้องการจะวัดหรือผลการทดลอง
    -    ตัวแปรที่ต้องควบคุมคือสิ่งที่ไม่ต้องการจะศึกษาแต่สิ่งนั้นจะไปมีผลทำให้ตัวแปรตามคลาดเคลื่อน
    ตัวอย่างเช่น ต้องการจะศึกษาว่าแสงสีอะไรเหมาะสมต่อการเจริญเติบโตของผักคะน้า ก็อาจจะกำหนดสีของแสงนั้นขึ้น 5 สี ได้แก่ แดง ม่วง เหลือง เขียว และน้ำเงิน ดังนั้น การออกแบบการทดลองก็ต้องปลูกผักคะน้า 5 แปลง แต่ละแปลงก็ให้แสงแต่ละสี จากตัวอย่างนี้
    -    ตัวแปรต้นหรือตัวแปรอิสระ คือ สีของแสง
    -    ตัวแปรตาม คือ การเจริญเติบโต ซึ่งอาจใช้เกณฑ์วัดความสูง นับจำนวนใบ ชั่งน้ำหนักในวันสุดท้ายของการทดลอง
    -    ตัวแปรที่ต้องควบคุม คือ พันธุ์ผักคะน้า ปริมาณน้ำที่รด ฤดูกาลที่ปลูก ดิน ระยะห่างระหว่างต้น ขนาดของแปลง จำนวนต้นต่อแปลง เป็นต้น ซึ่งสิ่งเหล่านี้จะมีผลทำให้ผลการทดลองคลาดเคลื่อน จึงจำเป็นต้องให้ทุกกลุ่มที่ทดลองเหมือนกัน
    ที่กล่าวมาทั้งหมดนี้เป็นลักษณะของโครงงานประเภททดลอง ซึ่งโครงงานประเภทนี้ทำกันอย่างแพร่หลายมาก ข้อดีของโครงงานประเภทนี้จะมีการใช้วิธีการทางวิทยาศาสตร์ครบทั้ง 5 ขั้น คือ ตั้งแต่การกำหนดปัญหา ตั้งสมมติฐาน วางแผนทดลอง รวบรวมข้อมูล และสรุปผล  นอกจากนั้นโครงงานประเภททดลองยังเป็นโครงงานที่ฝึกทักษะกระบวนการทาง วิทยาศาสตร์ ในด้านการกำหนดและควบคุมตัวแปรอีกด้วย  ซึ่งถือว่าเป็นพื้นฐานในการศึกษาค้นคว้าทางวิทยาศาสตร์ ที่สำคัญ ดังนั้นจึงควรส่งเสริมให้นักเรียนทำโครงงานประเภทนี้ให้มากๆ
2.     โครงงานประเภทสำรวจรวบรวมข้อมูล
    ลักษณะของโครงงานประเภทนี้เป็นการศึกษารวบรวมข้อมูลที่มีอยู่ในธรรมชาติ แล้วนำมาจัดจำแนกออกเป็นหมวดหมู่ โดยไม่มีการกำหนดตัวแปร ตัวอย่างโครงงานประเภทนี้ ได้แก่
    -    การศึกษาลักษณะของอากาศในท้องถิ่น
    -    การศึกษาพฤติกรรมของสิ่งมีชิวิตชนิดใดชนิดหนึ่ง
    -    การศึกษาการเจริญเติบโต หรือวงชีวิตของสิ่งมีชีวิตชนิดใดชนิดหนึ่งในสภาพธรรมชาติหรือในห้องทดลอง โดยไม่มีการกำหนดตัวแปร
    -     การสำรวจสารพิษ การสำรวจหิน แร่ และสิ่งมีชีวิตในบางท้องที่
    -     การศึกษาสมบัติของสารบางชนิด
    -     การศึกษาโครงสร้างภายในของสิ่งมีชีวิตบางชนิด ฯลฯ
 
    โครงงานประเภทนี้เป็นโครงงานที่นำไปใช้ประโยชน์ได้น้อย ส่วนใหญ่เป็นการศึกษาเพื่อตอบคำถามหรือเพื่อรู้เท่านั้น การนำไปประยุกต์ใช้ประโยชน์ได้ไม่มากนั้น และจุดอ่อนของโครงงานประเภทนี้อยู่ตรงที่ไม่ได้ฝึกทักษะกระบวนการทางวิทยา ศาตร์ด้านการกำหนดและควบคุมตัวแปร
3.     โครงงานประเภทการพัฒนาหรือการประดิษฐ์
    ลักษณะโครงงานประเภทนี้จะต้องมีการกำหนดตัวแปรที่ต้องศึกษาเหมือนกับ โครงงานประเภททดลอง แต่ผลของโครงงานประเภทนี้จะได้อุปกรณ์หรือสิ่งประดิษฐ์และมีข้อมูลต่างๆ ประกอบด้วย ซึ่งต่างจากโครงงานประเภททดลองตรงที่ผลของโครงงานประเภททดลองจะมีแต่เฉพาะ ข้อมูล โครงงานประเภทสิ่งประดิษฐ์นี้จะมีการกำหนดตัวแปรที่จะศึกษาซึ่งมีทั้งตัวแปร ต้น หรือตัวแปรอิสระ ตัวแปรตาม และตัวแปรที่ต้องควบคุม เช่นเดียวกับโครงงานประเภททดลอง โครงงานประเภทสิ่งประดิษฐ์ ส่วนใหญ่จะกำหนดตัวแปรที่จะศึกษาดังนี้
    ตัวแปรต้น  ส่วนใหญ่จะศึกษาในด้าน
    -    รูปทรงหรือโครงสร้างที่เหมาะสมของสิ่งประดิษฐ์
    -    ชนิดของวัสดุที่เหมาะสมในการทำสิ่งประดิษฐ์ ฯลฯ
    ตัวแปรตาม ส่วนใหญ่จะวัดคุณภาพของสิ่งประดิษฐ์ ซึ่งกำหนดเกณฑ์การวัดต่างๆ กันออกไปตามชนิดของสิ่งประดิษฐ์
    ส่วนตัวแปรที่ต้องควบคุมนั้นจะควบคุมในสิ่งที่จะทำให้ผลการวัดตัวแปรตาม คลาดเคลื่อน จะควบคุมอะไรบ้างนั้นขึ้นอยู่กับชนิดของสิ่งประดิษฐ์
    เพื่อให้เข้าใจง่ายขึ้น ในที่นี้จะขอยกตัวอย่างโครงงานสิ่งประดิษฐ์เรื่องหนึ่งคือ "โครงงานเรื่องเครื่องฟักไข่แบบประหยัด"
    สมมติว่าโครงงานเรื่องนี้มีจุดมุ่งหมาย เพื่อหารูปทรงและวัสดุที่เหมาะสมของเครื่องฟักไข่ ดังนั้นโครงงานเรื่องนี้จึงมีการศึกษา 2 ขั้นตอน คือ
    ขั้นตอนที่ 1 หารูปทรงที่เหมาะสม
    1)    ตัวแปรต้น คือ รูปทรงของเครื่องฟักไข่แบบต่าง ๆ
    2)    ตัวแปรตาม คือ ความสะดวกของการใช้งาน การประหยัดไฟ ค่าร้อยละของไข่ที่ฟักออก เป็นต้น
    3)    ตัวแปรที่ต้องควบคุม คือ ขนาดของขดลวดความร้อนต้องเท่ากัน ไข่ที่ฟักต้องเหมือนกัน คือมีเชื้อและเกิดจากแม่พันธุ์ อายุ และการเลี้ยงเหมือนกัน วัสดุที่ทำเครื่องฟักเหมือนกัน วัสดุที่ใช้เป็นฉนวนเหมือนกัน
    ขั้นตอนที่ 2
    1)    หาวัสดุที่เหมาะสมสำหรับเป็นฉนวนป้องกันการสูญเสียความร้อนของเครื่องฟัก
        -    ตัวแปรต้น คือ วัสดุชนิดต่างๆ ที่ใช้เป็นฉนวน
        -    ตัวแปรตาม คือ การรักษาอุณหภูมิ การประหยัดไฟ ค่าร้อยละของไข่ที่ฟักออก เป็นต้น
    -     ตัวแปรที่ต้องควบคุม คือ ขนาดของขดลวดความร้อนเท่ากัน ไข่ที่ใช้ฟักต้องเหมือนกัน คือมีเชื้อและเกิดจากแม่พันธุ์ อายุ และการเลี้ยงดูเหมือนกัน รูปทรงเครื่องฟักเหมือนกัน และวัสดุที่ทำเครื่องฟักเหมือนกัน
    2)    หาความต้านทานของขดลวดที่เหมาะสม
    -    ตัวแปรต้น  คือ  ขนาดของขดลวดที่มีความต้านทานต่างๆ กัน
    -    ตัวแปรตาม  คือ  อุณหภูมิของเครื่องฟัก การประหยัดไฟ เป็นต้น
    -    ตัวแปรที่ต้องควบคุม  คือ  รูปทรง ฉนวน เป็นต้น
    จากตัวอย่างที่กล่าวไปแล้วนั้นเป็นเพียงตัวอย่างที่ชี้ให้เห็นว่า โครงงานประเภทสิ่งประดิษฐ์จะต้องมีการกำหนดและควบคุมตัวแปรเช่นเดียวกับ โครงงานประเภททดลอง ถ้าการทำสิ่งประดิษฐ์ขึ้นมาโดยไม่ได้มีการใช้วิธีการทางวิทยาศาสตร์แล้ว เราจะไม่จัดว่าเป็นโครงงานประเภทสิ่งประดิษฐ์แต่จัดว่าเป็นสิ่งประดิษฐ์ซึ่ง ได้กล่าวไว้โดยละเอียดแล้วในเรื่องลักษณะของโครงงาน โครงงานประเภทสิ่งประดิษฐ์นี้อาจจะมีลักษณะเป็นแบบจำลองก็ได้ แต่ต้องแสดงให้เห็นการทำงานของแบบจำลองนั้นจริงๆ ลักษณะเด่นของโครงงานประเภทสิ่งประดิษฐ์นี้ นอกจากจะมีข้อมูลต่างๆ ที่ได้จากการศึกษาทดลองขั้นต้นเพื่อนำมาใช้ประกอบงานได้จริงๆ หรือแบบจำลองที่แสดงการทำงานได้ ซึ่งมองเห็นประโยชน์ของการนำไปใช้ได้ชัดเจน จึงเป็นโครงงานที่น่าสนใจกับผู้ชมมาก
    4.     โครงงานประเภทการสร้างทฤษฎีหรือคำอธิบาย
    ลักษณะโครงงานประเภทนี้เป็นโครงงานที่อธิบายทฤษฎีเก่าในแนวใหม่ หรือสร้างทฤษฎีใหม่เพื่อล้มล้างทฤษฎีเก่า หรือนำทฤษฎีเก่ามาปรับใช้เพื่อเป็นแนวทางการศึกษาในเรื่องที่ต้องการหาคำตอบ ผู้ทำโครงงานประเภทนี้จะต้องมีความรู้เรื่องนั้นๆ อย่างลึกซึ้ง จึงมีนักเรียนทำโครงงานประเภทนี้น้อยมาก ซึ่งส่วนใหญ่เป็นโครงงานทางคณิตศาสตร์ วิทยาศาสตร์บริสุทธิ์ หรือดาราศาสตร์ เป็นต้น ตัวอย่างเช่น
    -    โครงงานคลื่นการเดินของกิ้งกือ ของโรงเรียนเตรียมอุดมศึกษา กรุงเทพมหานคร
    -    โครงงานการใช้สมการการวิเคราะห์ถดถอย (multiple regression) ในการประมาณพื้นที่รา บนขนมปังพ่นด้วยสารละลายพาราเซตามอล ของโรงเรียนบดินทรเดชา ( สิงห์  สิงหเสนี) กรุงเทพมหานคร