วิชาออกแบบและเทคโนโลยี ม.2
วิชาออกแบบและเทคโนโลยี ม.2
หน่วยที่ 2 การแก้ปัญหากับกระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรม
การระบุปัญหา
กระบวนการแก้ปัญหาหรือการสร้างถิ่งประดิษฐ์หรือเทคโนโลยีต่าง ๆ ชั้นมานั้นทำได้หลายวิธี
การฝึกนทักษะดันความดิด การดิดสร้างสรรค์ในกรแปัญหาต่าง ๆ ควรฝึกคิดอย่
เนื่องจากปัญหาแต่ละปัญหาลามารถหาทางแก้ไขได้หลายวิธี กระบนการออกแบบเชิงวิตากรรมเป็นอีก
กระบวนการหนีที่ทำให้เห็นขั้นตอนการแก้ปัญหาได้ชัดเจนมากขึ้น กระบวนการนี้มีทั้งหมด ชั้นตอนคือ
การะบุปัญหา การรวบรวมข้อมูลและแนวติดในการแก้ปัญหา การออกแบบวิธีการแก้ปัญหา การวางแผน
และดำเนินการแก้ปัญหา การทดสอบ ประเมินผล และปรับปรุงแก้ไซวิธีการแก้ปัญหาหรือชิ้นงาน และ
ขั้นตอนสุดท้าย ถือ การนำเสนอวิธีการแก้ปัญหาและผลการแก้ปัญหาหรือชิ้นงาน โดยการทำงานตาม
กระบานการนั้นสามารถย้อนกลับมาปรับปรุงกระบวนการต่าง ๆ จนแก้ปัญหาได้อย่างมีประสิทธิภาพ
ขั้นตอนแรกของกระบนการออกแบบเชิงวิศวกรรม ถือเป็นสิ่งแรกที่จะทำให้แก้ปัญหาหรือ
สร้างสิ่งต่ง ๆได้สำเร็จ หากระบปัญหาไม่หมาะสม ระบุไม่ตรงประเด็นจะทำให้วิธีการหรือขึ้นงานที่ได้นั้น
แก้ปัญหาได้ไม่มีประสิทธิภาพ หรือแก้ปัญหาไม่ตรงประเด็น ปัจจุบันประเทศไทยได้เผชิญกับปัญหาหลายด้าน ซึ่งมีผลกระทบต่อการดำเนินชีวิต เศรษฐกิจ และสังคมของผู้คนทั้งประเทศ โดยแบ่งเบินด้านใหญ่ ๆ ดังนี้
1. ปัญหาด้านพลังงาน การดำเนินชีวิตของผู้ตนมีความจำเป็นต้องใช้พลังงานมากขึ้นขณะเดียวกัน
แหล่งพลังงานเดิมมีน้อยลง จึงต้องใช้พลังงานอย่างประหยัดและทาแหล่งพลังงานเพิ่มเติมเพื่อให้เหมาะกับ จำนวนประชากรและการยยายตัวทางเศรษฐกิจ
2. ปัญหาด้านสิ่งแวดล้อม การรยายตัวของประซากรมากขึ้น ทำให้ปัญหาสิ่งแวคล้อมมากขึ้น
ตามไปด้วย เช่น ขยะมูลฝอย น้ำเสีย การเกิดภาวะเรือนกระจก
3. ปัญหาด้านการเกษตร เม้ว่าประเทศไทยเป็นประเทศเกษตรกรรม แต่ก็ยังมีปัญหาที่ทำให้กระทบ
ต่อผลผลิต ราคาชองผลผลิต และคุณาพของผลผลิต โดยปัญหาต่าง ๆ อาจมาจากความสามารถ
ในการเพาะปลูก ปัญหาด้านราคาของผลผลิตตกต่ำ
4. ปัญหาต้านอาหาร เแม้ว่าประเทศไหยจะเป็นแหล่งผลิตอาหาร แต่ก็ยังมีปัญหาที่ทำให้กระทบ
ต่อความมั่นใจและสุขภาพของผู้บริโภค เช่น ปัญหาเกี่ยวกับความสะอาดของอาหาร ปัญหาเกี่ยวกับ
โภชนาการที่ทำให้เกิดโรคต่าง ๆ ตามมา
จากตัวอย่างของปัญหาที่กล่าวมา หากเราต้องการแก้ปัญหาใด เราควรระบุปัญหาให้ชัดเจน
แล้วรวบรวมข้อมูลต่าง ๆ วิเคราะห์ปัญหา เพื่อหาแนวทางที่เหมาะสมที่สุด การระบุปัญหานั้นมีหลายวิธี
WHO หมายถึง บัญหานี้มีใครเกี่ยวข้องบ้าง ใครที่ได้วับผลกระทบ
WHAT หมายถึง ปัญหานี้กิดจากอะไร อะไรคือสิ่งที่ต้องทำ
Where หมายถึง บัญหานี้เกิดขึ้นที่ไหน
When หมายถึง บัญหานี้เกิดขึ้นเมื่อไร และจะจบเมื่อไร
why หมายถึง ทำไมจึงเกิดปัญหานี้ ทำไมถึงทำหรือเลือกสิ่งนั้น
How หมายถึง ปัญหานี้เราจะแท้อย่างไร สิ่งนี้มีผลอย่างไรบ้าง
การนำหลักการ 5W1H มาใช้ในการระบุปัญหาจะช่วยให้ทาแนวทางการแก้ปัญหาได้ง่ายขึ้น เช่น
สามารถแก้ปัญหาได้ตรงจุด เป็นขั้นตอน และเป็นกระบวนการทางวิศวกรรม
สามารถคาดคะเนผลลัพธ์ของการแก้ปัญหาได้ค่อนข้างแม่นยำ
สามารถนำไปเป็นฐานข้อมูลสำหรับปัญหาที่มีลักษณะคล้ายกัน
ขั้นที่ 2 รวบรวมข้อมูลและแนวคิดที่เกี่ยวข้องกับปัญหา (Related Information Search)
ขั้นตอนนี้เป็นการรวบรวมข้อมูลที่เกี่ยวข้องกับปัญหาหรือความต้องการ เพื่อหาวิธีการ ที่หลากหลายสำหรับใช้ในการแก้ปัญหาหรือสนองความต้องการที่กำหนดไว้ในขั้นที่ 1 โดยการคันหาและรวบรวมข้อมูลจากแหล่งข้อมูลต่าง ๆ เช่นสอบถามจากผู้รู้ สืบค้นหรือสำรวจจากสื่อและแหล่งเรียนรู้ต่าง ๆ ซึ่งการค้นหาแนวคิดที่เกี่ยวข้องกับปัญหานี้จะเป็นการศึกษาองค์ความรู้ทั้งวิทยาศาสตร์ และคณิตศาสตร์ รวมทั้งศาสตร์อื่น ๆ ที่เกี่ยวข้อง จากนั้นนำข้อมูลที่รวบรวมได้มาวิเคราะห์แล้วสรุปเป็นสารสนเทศและวิธีการแก้ปัญหาหรือสนองความต้องการโดยวิธีการแก้ปัญหาหรือสนองความต้องการอาจมีได้มากกว่าหนึ่งวิธีจากนั้นจึงพิจารณาและเลือกวิธีการแก้ปัญหาหรือสนองความต้องการที่เหมาะสมและสอดคล้องกับปัญหาหรือความต้องการในประเด็นต่าง ๆเช่น ข้อดี ข้อเสีย ความสอดคล้องและการนำไปใช้ได้จริงของวิธีการแต่ละวิธี ดังนั้นวิธีการที่จะถูกพิจารณาคัดเลือกจะอยู่กายใต้กรอบของปัญหาหรือความต้องการมาเป็นข้อมูลประกอบการตัดสินใจเลือก ขั้นตอนการรวบรวมข้อมูล 1. กำหนดจุดประสงค์ ตัวแปรที่ต้องการศึกษารวมไปถึงตัวชี้วัดที่เกี่ยวข้องกับปัญหานั้นๆ 2. กำหนดขอบเขตของการรวบรวมข้อมูล เลือกให้ตรงประเด็น 3. กำหนดกลุ่มตัวอย่างเลือกกลุ่มตัวอย่างให้เหมาะสมและให้ได้ข้อมูลมากเพียงพอ 4. กำหนดวิธีรวบรวมข้อมูล 5. รวบรวมข้อมูล 6.ประมวลผลและวิเคราะห์ข้อมูล
ขั้นที่ 3 ออกแบบวิธีการแก้ปัญหา (Solution Design)
เป็นขั้นตอนของการออกแบบขึ้นงานหรือวิธีการโดยการประยุกต์ใช้ข้อมูลที่ได้จากการรวบรวมในขั้นที่ 2 ซึ่งขั้นตอนนี้จะช่วยสื่อสารแนวคิดของการแก้ปัญหาให้ผู้อื่นเข้าใจโดยผ่านวิธีการต่าง ๆ เช่น การร่างภาพ และการอธิบาย
ขั้นที่ 4 วางแผนและดำเนินการแก้ปัญหา (Planning and Development)
เป็นขั้นตอนการวางลำดับขั้นตอนการสร้างชิ้นงานหรือวิธีการ จากนั้นจึงลงมือสร้างหรือพัฒนาขึ้นงานหรือวิธีการ เพื่อนำผลลัพธ์ที่ได้ไปใช้ในขั้นตอนต่อไป
ขั้นที่ 5 ทดสอบ ประมินผลและปรับปรุงแก้ไขวิธีการแก้ปัญหาหรือชิ้นงาน (Testing, Evaluation and Design Improvement)
เป็นขั้นตอนของการตรวจสอบและประเมินชิ้นงานวิธีการที่สร้างขึ้นว่า สามารถทำงานหรือใช้ในการแก้ปัญหาหรือสนองความต้องการได้หรือไม่ มีข้อบกพร่องอย่างไรและควรปรับปรุงแก้ไขชิ้นงานหรือแบบจำลองวิธีการในส่วนใดควรปรับปรุงแก้ไขอย่างไร แล้วจึงดำเนินการปรับปรุงแก้ไขในส่วนนั้นจนได้ขึ้นงานวิธีการที่สอดคล้องตามรูปแบบที่ออกแบบไว้
ขั้นที่ 6 นำเสนอวิธีการแก้ปัญหา ผลการแก้ปัญหาหรือชิ้นงาน (Presentation)
เป็นขั้นตอนของการคิดวิธีการนำเสนอข้อมูลที่เกี่ยวข้องกับชิ้นงานหรือวิธีการที่สร้างขึ้นมาเพื่อแก้ปัญหาหรือสนองความต้องการ
จากที่กล่าวมาข้างต้นกระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรม 6 ขั้นตอน เป็นแนวคิดที่สามารถนำมาใช้ในการจัดการเรียนการสอนในชั้นเรียนได้โดยผู้สอนสามารถพัฒนากิจกรรมการเรียนรู้โดยนำกระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรมขั้นที่ 1 ระบุปัญหามาเป็นส่วนของขั้นนำของการจัดการเรียนรู้ซึ่งเป็นการกำหนดสถานการณ์ปัญหาให้ผู้เรียน เพื่อที่ผู้เรียนจะได้ทำการวิเคราะห์เพื่อกำหนดปัญหาหรือความต้องการจากสถานการณ์นั้น สำหรับขั้นที่ 2 ถึงขั้นที่ 6 ของกระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรมสามารถจัดอยู่ในส่วนของขั้นพัฒนาผู้เรียน ส่วนขั้นสรุปของการเรียนเป็นการสรุปร่วมกันถึงองค์ความรู้ทางด้านวิทยาศาสตร์