หน่วยการเรียนรู้ที่ 3  กระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรม

คลิกอ่าน ใบความรู้ เรื่อง สะเต็มศึกษาและการออกแบบเชิงวิศวกรรม  

คลิกอ่าน กระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรม

2. กระบวนการทางวิทยาศาสตร์ 

     คือ วิธีการและขั้นตอนที่ใช้ดำเนินการค้นคว้าหาความรู้ทางวิทยาศาสตร์ อย่างมีระบบและมีประสิทธิภาพ 

>> ตัวอย่าง แนวคิดกระบวนการทางวิทยาศาสตร์<<

          เมื่อนิวตันได้ผลการทดลองแล้ว นิวตันจึงสงสัยว่า แสงที่หักเหจนได้สีต่าง ๆ ออกมานั้น สามารถรวมกลับไปแสงสีขาวได้หรือไม่
นิวตันจึงทำการทดลองโดยการนำปริซึม 2 แห่ง มาทำการทดลอง โดยการนำปริซึมแท่งแรกทำการหักเหแสงสีขาวจากดวงอาทิตย์ออกมาได้เป็นสีรุ้งที่สามารถเห็นได้ว่ามี 7 สี แล้วนำปริซึมแท่งที่ 2 มารับแสงสีรุ้งจากปริซึมแท่งแรก จะพบว่าปริซึมแท่งที่ 2 ทำหน้าที่รวมแสงที่หักเหจากปริซึมแท่งแรกกลับมาเป็นแสงสีขาวได้

กระบวนการทางวิทยาศาสตร์มีขั้นตอน ดังนี้

การใช้กระบวนการทางวิทยาศาสตร์กับการทดลองของนิวตัน

⁂ ความรู้เดิม (Existing Knowledge)

       เป็นการนำความรู้เติมโดยเนันทางวิทยาศาสตร์และดณิตศาสตร์ หรือความรู้ที่ได้จากประสบการณ์ในชีวิต ซึ่งความรู้เติมที่เรารู้อยู่แล้ว
คือ เมื่อแสงเดินทางผ่านตัวกลาง แสงสามารถหักเหได้

⁂ ความอยากรู้ทางวิทยาศาสตร์ (Scientific Curiosity)

      ตั้งข้อสงสัยว่า แสงสีขาวระหว่างที่เดินทางผ่านปริซึมแล้วเกิดอะไรขึ้นบ้าง จึงทำให้แสงสีขาวที่เดินทางผ่านปริซึมมีแสงออกมาเป็น
แสง 7 สีแทน

⁂ ตั้งสมมติฐาน (Hypothesis)

      ตั้งสมมติฐานว่า แสงเดินทางผ่านปริซึมแล้วแสงถูกปริซึมทำให้เปลี่ยนสี หรือเกิดการหักเหของแสง

⁂ ออกแบบการทดลอง (Experiment)

      การออกแบบเป็นสิ่งที่มีความหลากหลายทางความคิด โดยสามารถออกแบบการทตลองได้หลายวิธี เช่น การใช้แสงจากดวงอาทิตย์ แสงจากเทียน แสงจากการเผาไหม้ หรือแสงจากหลอดไฟ แล้วเมื่อนำปริซึมไปรับแสง จะต้องวางอย่างไร และเมื่อทำมุมต่าง ๆ กับแสงที่เดินทางผ่านปริซึมจะเกิดอะไรขึ้นบ้าง ขนาดของปริซึมมีผลต่อการเปลี่ยนแปลงของแสงหรือไม่

⁂ สรุปวิเคราะห์ (Analysis)

       เมื่อทำการทดลองแล้ว จึงได้ผลการทตลองที่จะสอดคล้องกับความรู้เดิมและสามารถอธิบายโดยใช้หลักของวิทยาศาสตร์ในการอธิบายการเกิดแสง 7 สี ซึ่งผลรุปอ "ปริซึมไม่ได้ทำให้สีของแสงอาทิตย์เปลี่ยน แต่ปรึซึมหักเหให้สีต่าง ๆ แยกออกจากกัน" อธิบายได้ว่า แสงสีขาวจะประกอบไปด้วยแสง 7 สี รวมกันจนเป็นแสงสีขาวและเมื่อใช้ปริซึมแสงสีขาวจะเกิดการหักเห ซึ่งแสงทั้ง 7 สี จะมีมุมหักเหที่
ไม่เท่ากันจนเกิดการกระจายออกมาให้เห็นเป็น 7 สี นั่นเอง

 ⁂ นำข้อสรุปไปพิสูจน์ (Prool)

        ทำการพิสูจน์ตามหลักวิทยาศาสตร์เพื่อยืนยันการทดลองบนความรู้ทางวิทยาศาสตร์ ซึ่งเมื่อได้รับการพิสูจน์แล้วก็จะเป็นความรู้ใหม่ที่เผยแพร่ไปสู่คนทั่วไป จากความรู้นี้ทำให้คนรุ่นต่อมาสามารถที่จะอธิบายปรากฏการณ์รุ้งกินน้ำได้ตามหลักวิทยาศาสตร์นั่นเอง

3. กระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรม

     กระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรมสามารถดำเนินการเพื่อให้ได้ผลงานโดยทั่วไปมีอยู่ 2 แบบ คือ

           1. การออกแบบเชิงวิศวกรรมโดยใช้วิทยาศาสตร์และคณิตศาสตร์ในการดำเนินการ

           2. การออกแบบเชิงวิศวกรรมโดยใช้ประสบการณ์ เพื่อให้ได้ผลงานโดยไม่ได้ใช้หลักวิทยาศาสตร์และคณิตศาสตร์ในการดำเนินการ

     ความแตกต่างของการดำเนินการทั้ง 2 แบบ ความน่าเชื่อถือ ความปลอดภัย และการทำซ้ำซึ่งการออกแบบเชิงวิศวกรรมศาสตร์โดยใช้วิทยาศาสตร์และคณิตศาสตร์ในการดำเนินการ ยังสามารถนำมาซึ่งเทคโนโลยีและนวัตกรรมใหม่ได้ด้วย ยกตัวอย่างการเรียนรู้ในรูปแบบ STEM ที่จะฝึกให้เราได้ใช้ทักษะอย่างครบถ้วน

ตัวอย่าง กระบวนการพัฒนาเตาอบพลังงานแสงอาทิตย์ด้วยกระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรม

2. รวบรวมข้อมูลและแนวคิดที่เกี่ยวข้องกับปัญหา
      >> รวบรวมข้อมูลเกี่ยวกับวิธีการแก้ไขปัญหา แล้วเลือกวิธีการที่จะใช้ในการแก้ปัญหาโดยในที่นี้เลือกวิธีการสร้างตู้อบ

3. ออกแบบวิธีการแก้ปัญหา

   >> ออกแบบตู้อบที่ใช้พลังงานแสงอาทิตย์ เพื่อลดต้นทุนในการผลิต

4. วางแผนและดำเนินการแก้ปัญหา

5. ทดสอบ ประเมินผล และปรับปรุงวิธีการแก้ปัญหาหรือชิ้นงาน

    >> นำอุปกรณ์มาทดสอบ โดยใส่ปลาสลิด เนื้อหมู เนื้อวัว ลงในเตาอบพลังงานแสงอาทิตย์ แล้วสังเกตจำนวนแมลงวันในชุมชนว่า
น้อยลงหรือไม่

6. นำเสนอวิธีการแก้ปัญหา ผลการแก้ปัญหาหรือชิ้นงาน

   >> นำเสนอวิธีการใช้ตู้อบพลังงานแสงอาทิตย์ ช่วงเวลาที่เหมาะในการตากอาหารแห้ง และการทำความสะอาดตู้อบพลังงานแสงอาทิตย์

อ้างอิงจากหนังสือเรียน รายวิชาขั้นพื้นฐานวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี เทคโนโลยี (การออกแบบเทคโนโลยี) ม.2