ห้องปฏิบัติการจริง และห้องปฏิบัติการเสมือน

ห้องปฏิบัติการจริง และห้องปฏิบัติการเสมือน  

บทความเรื่อง Physical and Virtual Laboratories in Science and Engineering Education  ลงพิมพ์ในวารสาร Science ฉบับScience Education  บอกเราว่า การเรียนวิทยาศาสตร์ต้องมีส่วนที่เรียนโดยการค้นคว้าทดลองทางวิทยาศาสตร์ (scientific investigation)  ในนักเรียนทุกกลุ่มอายุ  เพราะผลการวิจัยบอกว่า การเรียนวิทยาศาสตร์โดยการให้นักเรียนค้นคว้าทดลอง (science inquitry learning) ให้ผลดีกว่าการเรียนโดยฟังครูบรรยาย และสาธิต

การค้นคว้าทดลองช่วยให้นักเรียนได้มีโอกาสมีปฏิสัมพันธ์โดยตรงกับโลกแห่งความเป็นจริง ผ่านการใช้เครื่องมือ การใช้เทคนิคเก็บข้อมูล การสร้างโมเดล และการศึกษาทฤษฎีทางวิทยาศาสตร์   ห้องปฏิบัติการจริง ช่วยให้นักเรียนได้เรียนรู้สิ่งเหล่านี้  บัดนี้ มีผลการวิจัยที่บอกว่า ห้องปฏิบัติการเสมือน (โดยใช้ ซอฟท์แวร์พิเศษ หรือเรียน ออนไลน์)  ก็ให้ผลต่อการเรียนรู้ของนักเรียนได้เป็นอย่างดี  บางด้าน/กรณีดีเท่าเทียมกับห้องปฏิบัติการจริง  บางด้าน/กรณี ดีกว่า  และบางด้าน/กรณี ด้อยกว่า

บทความเสนอความท้าทายใหญ่ ๓ ประการ

1.  สร้าง “สถานีเรียนรู้” ออนไลน์ สำหรับเก็บข้อมูลการเรียนรู้ของนักเรียนเป็นรายคน  เพื่อนำมาเป็นข้อมูลประกอบการแนะนำให้นักเรียนเข้าไปทำการทดลองวิทยาศาสตร์ ออนไลน์ ตามความเหมาะสมต่อพื้นความรู้ของนักเรียนคนนั้น   เป็นการใช้เครื่องมือ ออนไลน์ ให้คำแนะนำนักเรียนเป็นรายบุคคล (personalized guidance)  เพื่อให้เกิดผลสัมฤทธิ์ต่อการเรียนรู้สูงสุด

2.  หาจุดสมดุล หรือความพอดี ระหว่างการเรียนโดยห้องปฏิบัติการจริง กับห้องปฏิบัติการเสมือน  ในวิชา และเนื้อความรู้ที่แตกต่างกัน  มีหลักฐานว่า การใช้ห้องปฏิบัติการทั้งสองแบบให้เสริมกัน จะช่วยให้ผลการเรียนรู้สูงสุด  แต่การใช้แบบไหนมากน้อย ใช้ผสานกันอย่างไร ในแต่ละวิชา และแต่ละสถานการณ์ของการเรียนรู้ ยังต้องการการทดลองค้นคว้าอีกมาก

3.  หาความต้องการทักษะและยุทธศาสตร์ที่ครูต้องการ ในการประยุกต์ใช้การเรียนโดยห้องปฏิบัติการทั้งสองแบบ  ทั้งนี้ เพื่อหาวิธีการพัฒนาครู ให้ครูมีทักษะในการออกแบบการเรียนรู้ตามข้อมูลที่ได้จากการทำงาน ออนไลน์ ของนักเรียนแต่ละคน 

ความเหมาะสมของห้องปฏิบัติการจริง และห้องปฏิบัติการเสมือน

วัตถุประสงค์ของการเรียนวิทยาศาสตร์ ก็เพื่อให้นักเรียนได้ สำรวจธรรมชาติของวิทยาศาสตร์, พัฒนาทักษะการทำงานเป็นทีม, เกิดความสนใจต่อวิทยาศาสตร์, พัฒนาทักษะความเข้าใจหลักการ (conceptual understanding), และพัฒนาทักษะการตั้งคำถาม, ฯลฯ

ห้องปฏิบัติการจริง และห้องปฏิบัติการเสมือน ให้ผลตามวัตถุประสงค์ข้างบนได้คล้ายคลึงกัน  แต่มีปัจจัยด้านที่ห้องปฏิบัติการจริงดีกว่า คือ  (๑) นักเรียนได้เรียนทักษะปฏิบัติการ  ได้เรียนรู้จากสัมผัสตรง ที่เรียกว่า tactile information เกิดการเรียนรู้ตาม theories of embedded cognition  ซึ่งก็คือเรียนรู้จากการใช้ร่างกายเข้าดำเนินการ และสัมผัสกับโลกแห่งความเป็นจริง ประสานกับการใช้สมองคิด  (๒) ต้องรอผลตามโลกของความเป็นจริง  และต้องคิดวางแผนการทดลองขั้นต่อไปอย่างรอบคอบ  เป็นส่วนของการเรียนรู้อย่างหนึ่ง  (๓) นักเรียนได้เรียนรู้ความเป็นจริง ด้านความซับซ้อน ของวิทยาศาสตร์ คือเกิดสิ่งที่ไม่คาดคิดได้เสมอ ทั้งด้านบวกและด้านลบ  ด้านบวกคืออาจค้นพบสิ่งที่ไม่คาดคิด  ด้านบวกคืออาจเกิดความผิดพลาด เช่นความผิดพลาดในการวัด (measurement errors)  ในชีวิตจริง คนเราต้องเรียนรู้จากความผิดพลาดด้วย  (๔) ให้ความตื่นเต้นในการเรียนสูงกว่ามาก 

แต่ห้องปฏิบัติการเสมือน ก็มีข้อได้เปรียบหลายด้าน  คือ (๑) สามารถปรับแต่ง “ความเป็นจริง” (reality) ให้ง่ายเข้า  เข้าใจได้ง่าย ไม่ซับซ้อนเกินไปอย่างของจริง  (๒) เรียนง่าย ใช้เวลาน้อย  สามารถใช้เวลาทำการทดลองได้หลายการทดลองในเวลาไม่มาก  ไม่ต้องเสียเวลารอผลการทดลอง และคิดไตร่ตรองวางแผนการทดลองต่อไปอย่างรอบคอบ  (๓) ข้อมูลจากคอมพิวเตอร์ จะช่วยตรวจสอบการทดลองเสมือนที่ไร้ประโยชน์  และส่งข้อมูลไปบอกนักเรียนให้วางแผนการทดลองใหม่  รวมทั้งให้ไตร่ตรองสะท้อนความคิดต่อการทดลองที่ไร้ประโยชน์นั้น   (๔) ครูสามารถใช้ข้อมูลการทดลองของนักเรียน (ในคอมพิวเตอร์)  นำมาออกแบบการอภิปรายกลุ่มในห้องเรียน  หรือเพื่อหารือการวางแผนบทเรียนต่อไป  หรือใช้ตรวจสอบหากลุ่มนักเรียนที่ต้องการการติวพิเศษ   (๕) นักเรียนสามารถทำแล้วทำอีกกี่ครั้งก็ได้ตามความพอใจเพื่อเรียนรู้ โดยใช้เวลาไม่มาก  (๖) ค่าใช้จ่ายน้อยกว่าห้องปฏิบัติการจริง เช่นในห้องปฏิบัติการจริงด้าน DNA gel electrophoresis จะแพงกว่าห้องปฏิบัติการเสมือนอย่างมากมาย  (๗) สามารถทดลองทำความเข้าใจสิ่งที่ทดลองจริงไม่ได้ เช่นทดลองเปลี่ยนขั้วแม่เหล็กโลก  ลองเปลี่ยนปริมาณการสะสมแก๊สเรือนกระจก  ทดลองผลของอัตราเต้นของหัวใจ หรือความดันโลหิตที่สูงมากๆ 

ทั้งห้องปฏิบัติการจริง และห้องปฏิบัติการเสมือน จะประสบความสำเร็จเมื่อครูจัดใบงานให้แก่นักเรียน  และมีคำแนะนำ ออนไลน์ หรือโดยครู  เพื่อฝึกให้นักเรียนเรียนรู้จากการเปรียบเทียบความคิดของตน กับผลของการทดลอง  โดยให้นักเรียนทำนายผลการทดลอง แล้วเปรียบเทียบกับผลที่เกิดขึ้นจริง

การวิจัยเปรียบเทียบผลของห้องปฏิบัติการจริง กับห้องปฏิบัติการเสมือน

การวิจัยเปรียบเทียบหลายชิ้น บอกว่าผลการเรียนรู้ของนักเรียนไม่แตกต่างกัน ในด้านความเข้าใจหลักการทางวิทยาศาสตร์  และในด้านทักษะด้านการตั้งคำถาม  บทความสรุปว่า เพื่อการเรียนรู้หลักการทางวิทยาศาสตร์ ห้องปฏิบัติการจริงกับห้องปฏิบัติการเสมือนให้ผลไม่แตกต่างกัน 

แต่สำหรับเด็กเล็กที่ไม่เคยมีประสบการณ์สัมผัสเครื่องมือบางอย่างมาก่อน  การเรียนจากห้องปฏิบัติการจริงให้ผลดีกว่า  เช่นเด็กอายุ ๕ - ๖ ขวบ เรียนเรื่องตาชั่งจากของจริงได้ความรู้ดีกว่าตาชั่งเสมือน 

และมีบางกรณี ห้องปฏิบัติการเสมือนให้ความรู้ความเข้าใจหลักการวิทยาศาสตร์ดีกว่า เช่นการเรียนเรื่องแสง  เรื่องการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน  เรื่องปฏิกิริยาเคมี  เรื่องความร้อนและอุณหภูมิ  ทั้งนี้เพราะห้องปฏิบัติการเสมือนช่วยให้นักเรียนได้เห็นหรือสัมผัสรูปธรรมของหลักการนั้นๆ  ที่ห้องปฏิบัติการจริงไม่สามารถแสดงปรากฏการณ์ออกมาให้สัมผัสได้ 

ห้องปฏิบัติการจริงจะให้ผลดีกว่า ในกรณีของการเรียนรู้ที่มีเป้าหมายให้นักเรียนเรียนรู้ความรู้ที่ซับซ้อน  ให้ได้สัมผัสความไม่แม่นยำของการวัด  และเพื่อให้ได้ฝึกทักษะการปฏิบัติจริง  

ใช้ทั้งห้องปฏิบัติการจริง และห้องปฏิบัติการเสมือน

มีรายงานการวิจัยมากมาย ที่สรุปได้ว่า การใช้ห้องปฏิบัติการทั้งสองแบบเสริมกัน ให้ผลการเรียนรู้ดีกว่าใช้อย่างใดอย่างหนึ่งอย่างเดียว 

อย่างไรก็ตาม ยังมีโจทย์วิจัยที่สำคัญ ที่ควรมีการศึกษา  ได้แก่เปรียบเทียบผลของห้องปฏิบัติการทั้งสองแบบ ต่อความสนใจยึดอาชีพเป็นนักวิทยาศาสตร์  และการออกแบบวิธีการทำหน้าที่ให้คำแนะนำของครู  เพราะรู้กันว่า คำแนะนำของครูมีความสำคัญมากต่อการเรียนรู้จากห้องปฏิบัติการ  การออกแบบวิธีให้คำแนะนำของครู ต้องการทีมสหสาขาวิชา จาก content expert, IT expert, และ learning expert

ในบทความมีภาพ ๒ ภาพที่แสดงห้องปฏิบัติการเสมือน  ช่วยให้ผู้อ่านที่ไม่เคยเห็น ห้องปฏิบัติการเสมือนอย่างผม  ได้เข้าใจว่า ห้องปฏิบัติการเสมือนมีพลังอย่างไร

ผมขอเชิญชวนอ่าน บันทึกนี้ ด้วย

อ่านบทความฉบับเต็มได้ที่ Lab.pdf

วิจารณ์ พานิช

๗ พ.ค. ๕๖