บทที่ 2 โครงงานกับการแก้ปัญหา
การแก้ปัญหาโดยใช้กระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรม
ภาพรวมของเนื้อหาในวีดิทัศน์ ได้แก่ การอธิบายจุดประสงค์ของบทเรียนซึ่งผู้เรียนต้องผ่านตัวชี้วัดของชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 5 ได้แก่ การประยุกต์ใช้ความรู้และทักษะจากศาสตร์ต่าง ๆ รวมทั้งทรัพยากรในการทำโครงงานเพื่อแก้ปัญหาหรือพัฒนางาน และจุดประสงค์ของการอบรมหัวข้อนี้ได้แก่ การอธิบายและวิเคราะห์กระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรม และจัดการเรียนรู้ให้ผู้เรียนทำโครงงานเพื่อแก้ปัญหาโดยใช้กระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรม และอธิบายเรื่องการพัฒนาโครงงานด้วยกระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรม จากเนื้อหาในหนังสือเรียนวิชาการออกแบบและเทคโนโลยี ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 5 บทที่ 2 โครงงานกับการแก้ปัญหา กระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรมซึ่งเป็นกระบวนการสำหรับการแก้ปัญหา ประกอบด้วย 6 ขั้น ได้แก่ 1. ขั้นระบุปัญหา 2. ขั้นรวบรวมข้อมูลและแนวคิดที่เกี่ยวข้องกับปัญหา 3. ขั้นออกแบบวิธีการแก้ปัญหา 4. ขั้นวางแผนและดำเนินการแก้ปัญหา 5. ขั้นทดสอบ ประเมินผลและปรับปรุงแก้ไขวิธีการแก้ปัญหาหรือชิ้นงาน 6. ขั้นนำเสนอวิธีการแก้ปัญหา ผลการแก้ปัญหาหรือชิ้นงาน และยกตัวอย่างโครงงานที่ผู้เรียนทำจากเนื้อหาในหนังสือเรียนวิชาการออกแบบและเทคโนโลยี ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 5
กระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรมคืออะไร
กระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรมเป็นกระบวนการที่ใช้ในการแก้ปัญหา หรือพัฒนางานอย่างเป็นขั้นตอนโดยใช้ความรู้ ทักษะ และความคิดสร้างสรรค์มาบูรณาการกัน เพื่อหาวิธีการแก้ปัญหาที่เหมาะสมมากที่สุด ภายใต้เงื่อนไขและทรัพยากรที่มีอยู่อย่างจำกัด การที่นักเรียนได้ฝึกการใช้กระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรมในชั้นเรียน เพื่อแก้ปัญหาที่ครูกำหนดหรือจากสถานการณ์ที่นักเรียนเลือก จะช่วยพัฒนาทักษะที่จำเป็นในศตวรรษที่ 21 และในการทำงานเพื่อประกอบอาชีพให้เกิดขึ้นได้ เช่น ทักษะการคิดวิเคราะห์และแก้ปัญหา ทักษะการสื่อสาร ทักษะการทำงานร่วมกับผู้อื่น ความคิดสร้างสรรค์
การแก้ปัญหาด้วยการทำโครงงาน
ภาพรวมของเนื้อหาในคลิปแบ่งเป็น 2 ส่วนใหญ่ ๆ คือ 1.การแก้ปัญหาด้วยการทำโครงงาน และการวิเคราะห์โครงงาน 2.การพัฒนาโครงงานด้วยกระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรมซึ่งเป็นกระบวนการที่ใช้ในการแก้ปัญหาหรือพัฒนางาน กระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรม ประกอบด้วย 6 ขั้น ได้แก่ 1.ขั้นระบุปัญหา 2.ขั้นรวบรวมข้อมูลและแนวคิดที่เกี่ยวข้องกับปัญหา 3.ขั้นออกแบบวิธีการแก้ปัญหา 4.ขั้นวางแผนและดำเนินการแก้ปัญหา 5.ขั้นทดสอบ ประเมินผลและปรับปรุงแก้ไขวิธีการแก้ปัญหาหรือชิ้นงาน 6.ขั้นนำเสนอวิธีการแก้ปัญหา ผลการแก้ปัญหาหรือชิ้นงาน จุดประสงค์ของบทเรียน ได้แก่ พัฒนาโครงงานเพื่อแก้ปัญหาด้วยกระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรม โดยมีตัวชี้วัดได้แก่ ประยุกต์ใช้ความรู้ และทักษะจากศาสตร์ต่าง ๆ รวมทั้งทรัพยากรในการทำโครงงานเพื่อแก้ปัญหาหรือพัฒนางาน นอกจากนี้ ผู้เรียนยังได้ศึกษาการนำไปใช้ การทบทวนความรู้ก่อนเรียน ตัวอย่างปัญหาที่อาจเกิดขึ้นได้ในชีวิตประจำวัน และสรุปประโยชน์ของการทำโครงงานเพื่อแก้ปัญหา เช่น รู้จักประยุกต์ใช้ความรู้ ทักษะและทรัพยากร แก้ปัญหาได้ตามวัตถุประสงค์ มีการวางแผนและการทำงานอย่างเป็นระบบ มีการพัฒนาทักษะที่สำคัญ
การวิเคราะห์โครงงาน
จุดประสงค์ของบทเรียน 2 ข้อ ได้แก่ 1.มีความรู้ความเข้าใจในโครงงานที่สนใจ 2.สามารถถ่ายทอดเนื้อหาโครงงานที่สนใจได้ ตัวอย่างแหล่งข้อมูลโครงงานสำหรับการวิเคราะห์ เช่น การอ่านโครงงานจากบทความ การเข้าร่วมการประชุม สัมมนาการนำเสนอโครงงาน ตัวอย่างประเด็นในการวิเคราะห์โครงงาน เช่น ใช้ศึกษาหรือแก้ปัญหาอะไร มีวิธีการดำเนินงานอย่างไร ผลการดำเนินงานของโครงงานเป็นอย่างไร การกำหนดประเด็นในการวิเคราะห์โครงงานและให้ผู้เรียนฝึกวิเคราะห์โครงงานตามประเด็นดังกล่าว โดยยกตัวอย่างโครงงานการสร้างเตาอบแห้งโดยใช้พลังงานแสงอาทิตย์ ผู้เรียนทำกิจกรรม 2.1 การวิเคราะห์โครงงานให้ผู้เรียนฝึกวิเคราะห์โครงงานที่สนใจ ลักษณะโครงงานประเภทต่าง ๆ ได้แก่ โครงงานการสร้างสิ่งประดิษฐ์ โครงงานการสำรวจและรวบรวมข้อมูล โครงงานการทดลอง โครงงานการสร้างทฤษฎีและหลักการ และอธิบายรายละเอียดของแต่ละประเภท รวมทั้งแหล่งสืบค้นโครงงานและหัวข้อโครงงานเพิ่มเติมได้จากเว็บไซต์ http://ipst.me/9166 หรือ https://www.scimath.org/project
ขั้นระบุปัญหา
จุดประสงค์ของบทเรียน 2 ข้อ ได้แก่ 1.อธิบายระยะของโครงงานได้ 2.อธิบายและวิเคราะห์ปัญหาและขอบเขตของปัญหาได้ ระยะของโครงงานสามารถแบ่งเป็น 3 ระยะ ได้แก่ 1.ระยะเริ่มต้นโครงงาน 2.ระยะพัฒนาโครงงาน 3.ระยะนำเสนอโครงงาน การใช้ตัวอย่างสถานการณ์มะม่วงเน่าเสียมาอธิบายเกี่ยวกับขั้นการระบุปัญหาว่า เป็นการทำความเข้าใจปัญหาหรือความท้าทาย วิเคราะห์เงื่อนไขหรือข้อจำกัดของสถานการณ์ปัญหา เพื่อกำหนดขอบเขตของปัญหา ซึ่งจะนำไปสู่การสร้างชิ้นงานหรือวิธีการในการแก้ปัญหา ตัวอย่างประเด็นในการวิเคราะห์สถานการณ์ปัญหานี้ เช่น สาเหตุของปัญหา อะไรที่ทำให้มะม่วงสุก สาระสำคัญของปัญหา ได้แก่ การเก็บมะม่วงไว้ในที่เดียวกัน เมื่อมะม่วงผลหนึ่งสุกและเน่าเสีย ในเวลาไม่นานจะมีมะม่วงผลอื่น ๆ สุกและอาจเน่าเสียตามได้ บุคคลที่เกี่ยวข้อง ได้แก่ เกษตรกร ผู้ค้าส่ง ผู้ค้ารายย่อย ผู้บริโภค หัวข้อเกร็ดน่ารู้เกี่ยวกับคำว่า climacteric fruit หมายถึงผลไม้ที่มีอัตราการผลิตแก๊สเอทิลีนสูง และมีอัตราการหายใจสูงในช่วงที่ผลไม้สุก เช่น มะม่วง กล้วย มะเขือเทศ มะละกอ และสื่อเสริมเพิ่มความรู้ในงานวิจัยที่เกี่ยวข้องกับเครื่องบอกระยะการสุกของมะม่วงในเว็บไซต์ http://ipst.me/9169 สรุปการระบุปัญหาในตัวอย่างนี้ ได้แก่ มะม่วงสุกและเน่าเสียระหว่างการเก็บเพื่อรอการขนส่ง ผู้เรียนทำกิจกรรมที่ 2.2 การตัดสินใจเลือกปัญหาจากสถานการณ์ที่สนใจเพื่อพัฒนาโครงงาน เครื่องมือสำหรับการวิเคราะห์ เช่น 5W1H (Who, What, When, Where, Why, How) ผังก้างปลา และรายละเอียดการวิเคราะห์ปัญหาโดยใช้ผังก้างปลา และสรุปขอบเขตของปัญหา ได้แก่ ชะลอการสุกของมะม่วงระหว่างการเก็บรักษาและขนส่ง เป็นเวลาอย่างน้อย 25 วัน และผู้เรียนทำกิจกรรมที่ 2.3 การกำหนดกรอบแนวคิดและขอบเขตของปัญหาในการทำโครงงาน
ขั้นรวบรวมข้อมูลและแนวคิดที่เกี่ยวข้องกับปัญหา
จุดประสงค์ของบทเรียน 2 ข้อ ได้แก่ 1.วิเคราะห์และเลือกประเด็นในการรวบรวมข้อมูลต่าง ๆ พร้อมอ้างอิงแหล่งที่มาของข้อมูลได้ 2.วิเคราะห์และเลือกใช้ผังกราฟิกนำเสนอข้อมูลที่เกี่ยวข้องกับปัญหาได้ การรวบรวมข้อมูลและแนวคิดที่เกี่ยวข้องกับปัญหา เป็นการรวบรวมข้อมูลและแนวคิดทางวิทยาศาสตร์ คณิตศาสตร์ และเทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องกับแนวทางการแก้ปัญหาและประเมินความเป็นไปได้ ข้อดีและข้อจำกัด แหล่งข้อมูลที่สืบค้น เช่น สิ่งพิมพ์ต่าง ๆ จากห้องสมุด (บทความ วารสาร งานวิจัย วิทยานิพนธ์ ฯลฯ) ข่าวจากวิทยุ โทรทัศน์ อินเทอร์เน็ต ผู้เชี่ยวชาญหรือปราชญ์ชาวบ้าน การศึกษาวิจัย การทดลอง การกำหนดประเด็นในการรวบรวมข้อมูลฯ เช่น ข้อมูลเกี่ยวกับผลมะม่วง (ขนาด น้ำหนัก อายุการเก็บเกี่ยว ฯลฯ) ระยะเวลาการเก็บและขนส่ง บรรจุภัณฑ์ สถานที่เก็บ วิธีการชะลอการสุก ปัจจัยในการผลิตเอทิลีน เกร็ดความรู้เกี่ยวกับผังกราฟฟิกซึ่งหมายถึง แบบของการสื่อสารเพื่อใช้นำเสนอข้อมูลที่ได้จากการรวบรวมข้อมูล หรือความรู้จากแหล่งต่าง ๆ มาจัดทำข้อมูลอย่างเป็นระบบ ผังกราฟฟิกที่ดีควร กระชับ กะทัดรัด ชัดเจน ตรงประเด็น เข้าใจง่าย ตัวอย่างผังกราฟฟิก เช่น ผังกราฟฟิกขั้นตอนหรือลำดับเหตุการณ์ ผังกราฟฟิกมโนทัศน์ ผังกราฟฟิกแสดงการเปรียบเทียบ ผังกราฟฟิกตารางการเปรียบเทียบ สื่อเสริมฯ เกี่ยวกับหลักการยืดอายุผักและผลไม้ในเว็บไซต์ http://ipst.me/9168 ยกตัวอย่างการวิเคราะห์ข้อมูลที่เป็นสาเหตุหรือแนวทางการแก้ปัญหาโดยใช้ผังกราฟฟิกมโนทัศน์ และผังกราฟฟิกตารางการเปรียบเทียบวิธีการต่าง ๆ ในการชะลอการสุกของมะม่วง นอกจากนี้ผู้เรียนยังได้ศึกษาเกี่ยวกับการอ้างอิงแหล่งที่มาของข้อมูล และผู้เรียนทำกิจกรรมที่ 2.4 การรวบรวมข้อมูลที่เกี่ยวข้องกับโครงงาน
ขั้นออกแบบวิธีการแก้ปัญหา
จุดประสงค์ของบทเรียน 1 ข้อ ได้แก่ ออกแบบวิธีการแก้ปัญหา และสื่อสารให้เข้าใจได้ การออกแบบวิธีการแก้ปัญหา เป็นการประยุกต์ใช้ข้อมูลและแนวคิดที่เกี่ยวข้องเพื่อการออกแบบชิ้นงานหรือวิธีการในการแก้ปัญหา โดยคำนึงถึงทรัพยากร ข้อจำกัด และเงื่อนไขตามสถานการณ์ที่กำหนด แสดงการวิเคราะห์ข้อดีและข้อจำกัดสำหรับการเลือกใช้ผงถ่านกัมมันต์ในการชะลอการสุกของมะม่วง แนวทางการใช้ผงถ่านกัมมันต์ เช่น ใช้โดยตรงโดยผสมกับบรรจุภัณฑ์ (ถุงผ้า ฯลฯ) ใช้โดยผสมกับวัสดุอื่น ๆ (เยื่อวัสดุธรรมชาติ เยื่อกระดาษ ฯลฯ) โดยอาจทำรูปร่างเป็นก้อน เป็นแผ่น หรือเป็นกล่อง แสดงการวิเคราะห์โดยใช้ตารางการเปรียบเทียบการใช้ผงถ่านกัมมันต์ระหว่างการบรรจุโดยตรงในถุงผ้าและการใช้กล่องกระดาษผสมผงถ่านกัมมันต์ และแสดงการวิเคราะห์โดยใช้ผังมโนทัศน์ถึงแนวทางการใช้กล่องกระดาษผสมผงถ่านกัมมันต์ หลักการออกแบบเบื้องต้น เช่น หน้าที่ใช้สอยผลิตภัณฑ์ ความสวยงาม ความแข็งแรง การบำรุงรักษา สัดส่วนของผู้ใช้ ความปลอดภัย ต้นทุน วัสดุ กรรมวิธีการผลิต การขนส่ง สื่อเสริมฯ การออกแบบบรรจุภัณฑ์เพื่อสิ่งแวดล้อมในเว็บไซต์ http://ipst.me/9179 ภาพร่างเป็นสิ่งสำคัญสิ่งหนึ่งในการสื่อสารหรือถ่ายทอดความคิดให้ผู้อื่นเข้าใจ ได้แก่ ภาพร่าง 2 มิติ ภาพร่าง 3 มิติ ตัวอย่างภาพร่าง 3 มิติ เช่น ภาพไอโซเมตริก ภาพฉาย และแสดงภาพกล่องและฝากล่องบรรจุมะม่วง และภาพคลี่ของกล่อง และผู้เรียนทำกิจกรรม 2.5 การออกแบบวิธีการแก้ปัญหา
ขั้นวางแผนและดำเนินการแก้ปัญหา
จุดประสงค์ของบทเรียน 1 ข้อ ได้แก่ วางแผนและดำเนินการแก้ปัญหาได้ การวางแผนและดำเนินการแก้ปัญหา เป็นการกำหนดลำดับขั้นตอนของการสร้างชิ้นงานหรือวิธีการ แล้วลงมือสร้างชิ้นงาน หรือพัฒนาวิธีการเพื่อใช้ในการแก้ปัญหา เค้าโครงโครงงานเป็นภาพสรุปของโครงงานที่ได้เลือกและออกแบบวิธีการแก้ปัญหา ประโยชน์ของเค้าโครงโครงงาน เช่น วางแผนการทำงานล่วงหน้า ทำงานอย่างเป็นระบบด้วยความมั่นใจ ตรวจสอบการทำงานได้ แก้ไขข้อผิดพลาดได้ ได้รับข้อเสนอแนะต่าง ๆ ใช้ของบประมาณสนับสนุนการทำโครงงาน องค์ประกอบของเค้าโครงโครงงาน เช่น ชื่อโครงงาน รายชื่อคณะผู้ทำโครงงาน ชื่อครูที่ปรึกษา ที่มาและความสำคัญ จุดประสงค์ของโครงงาน ข้อมูลที่เกี่ยวข้อง แผนผังหรือภาพร่างชิ้นงาน วิธีการดำเนินงาน แผนการดำเนินงาน แผนงบประมาณ ประโยชน์ที่คาดหวัง บรรณานุกรม การแสดงลำดับขั้นตอนและการพัฒนาเยื่อกระดาษจากกระดาษลูกฟูกและเยื่อผักตบชวา โดยใช้อัตราส่วนของกระดาษลูกฟูก เยื่อผักตบชวาและผงถ่านกัมมันต์ 3 สูตร และแสดงตารางการดำเนินงานกับระยะเวลา และผลการพัฒนากล่องกระดาษผสมผงถ่านกัมมันต์ซึ่งสามารถดูดซับแก๊สเอทิลีนสำหรับบรรจุมะม่วง และผู้เรียนทำกิจกรรมที่ 2.6 การวางแผนและดำเนินการแก้ปัญหา
ขั้นทดสอบ ประเมินผล และปรับปรุงแก้ไขวิธีการแก้ปัญหาหรือชิ้นงาน
จุดประสงค์ของบทเรียน 2 ข้อ ได้แก่ 1.ทดสอบและประเมินผลการแก้ปัญหาได้ 2.เสนอแนวทางในการปรับปรุงแก้ไขวิธีการแก้ปัญหาได้ การทดสอบ ประเมินผล และปรับปรุงแก้ไขวิธีการแก้ปัญหาหรือชิ้นงานเป็นการทดสอบและประเมินการใช้งานของชิ้นงานหรือวิธีการ โดยผลที่ได้อาจนำมาใช้ในการปรับปรุงและพัฒนาให้มีประสิทธิภาพในการแก้ปัญหาได้อย่างเหมาะสมที่สุด การแสดงผลการทดสอบกระดาษที่ผสมผงถ่านกัมมันต์ทั้ง 3 สูตร และกระดาษที่ไม่ผสมผงถ่านกัมมันต์ โดยสูตรกระดาษที่มีผงถ่านกัมมันต์มากขึ้นจะมีปริมาณความชื้นมากขึ้น และค่าความต้านทานแรงฉีกขาดและค่าความต้านทานแรงดึงขาดมีค่าลดลง การแสดงผลร้อยละของการสูญเสียน้ำหนักเฉลี่ยของมะม่วงที่เก็บในกล่องกระดาษที่ผสมผงถ่านกัมมันต์ทั้ง 3 สูตร สามารถชะลอการสุกของมะม่วงได้จนถึงวันที่ 25 เมื่อเปรียบเทียบกับมะม่วงที่เก็บในสภาพปกติ และมะม่วงที่เก็บในกล่องกระดาษที่ไม่ผสมผงถ่านกัมมันต์ซึ่งเก็บได้จนถึงวันที่ 9 และผลมะม่วงที่เก็บในกล่องกระดาษที่ผสมผงถ่านกัมมันต์จะไม่มีรอยแผลหรือรอยช้ำ ในขณะที่มะม่วงที่ไม่ได้เก็บในกล่องกระดาษที่ผสมผงถ่านกัมมันต์จะมีรอยแผลหรือรอยช้ำอยู่ การเสนอแนวทางปรับปรุงแก้ไขชิ้นงาน เช่น เพิ่มสารดูดซับเอทิลีนให้มากขึ้น เพิ่มความแข็งแรงให้กับกล่อง ปรับรูปแบบกล่องให้ใช้งานได้สะดวกขึ้น เพิ่มความเหนียวให้กับกล่องกระดาษด้วยกาวจากพืช ฯลฯ และสามารถพัฒนาต่อยอดผลิตภัณฑ์โดยการออกแบบบรรจุภัณฑ์ให้มีความสวยงาม และน่าใช้มากขึ้น และผู้เรียนทำกิจกรรมที่ 2.7 การทดสอบ ประเมินผล และปรับปรุงแก้ไขวิธีการแก้ปัญหาหรือชิ้นงาน
ขั้นนำเสนอวิธีการแก้ปัญหาหรือชิ้นงาน
จุดประสงค์ของบทเรียน 1 ข้อ ได้แก่ นำเสนอแนวทางในการแก้ปัญหาได้อย่างน่าสนใจ การนำเสนอวิธีการแก้ปัญหาหรือชิ้นงานเป็นการนำเสนอแนวคิดและขั้นตอนการแก้ปัญหาของการสร้างชิ้นงานหรือการพัฒนาวิธีการให้ผู้อื่นเข้าใจและได้ข้อเสนอแนะเพื่อการพัฒนาต่อไป รูปแบบการนำเสนออาจใช้วิธีการเขียนรายงานโครงงาน การจัดทำโปสเตอร์นำเสนอโครงงาน การใช้ซอฟต์แวร์นำเสนอโครงงาน องค์ประกอบในการเขียนรายงานโครงงานแบ่งได้เป็น 3 ส่วนใหญ่ๆ ได้แก่ 1.ส่วนนำ 2.ส่วนเนื้อเรื่อง 3.ส่วนอ้างอิง บทคัดย่อเป็นการสรุปเนื้อหาที่สำคัญจึงควรเขียนให้สั้น กระชับ ครอบคลุมเนื้อหา และมีความยาวไม่เกินหนึ่งหน้ากระดาษ A4 การจัดทำโปสเตอร์นำเสนอโครงงานควรสรุปเนื้อหาที่สำคัญของโครงงาน เน้นการนำเสนอโดยใช้กราฟ แผนผังหรือรูปภาพ ตัวหนังสือใหญ่ ชัดเจน ใช้สีน่าสนใจตัดกับพื้นหลัง การใช้ซอฟต์แวร์นำเสนอโครงงาน ควรสรุปเนื้อหาที่สำคัญของโครงงาน เน้นการนำเสนอโดยใช้กราฟ แผนผังหรือรูปภาพ ใช้ภาษา ไวยากรณ์ถูกต้อง ใช้เทคนิคการนำเสนอน่าสนใจ และผู้เรียนทำกิจกรรม 2.8 การนำเสนอโครงงาน การสรุปท้ายบทผู้เรียนได้เรียนรู้การทำโครงงานเพื่อแก้ปัญหา ใช้ความรู้และทักษะจากศาสตร์ต่าง ๆ และใช้กระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรม พัฒนาและต่อยอดผลงาน และผู้เรียนทำกิจกรรมท้ายบท