ความเข้าใจเกี่ยวกับการเรียนรู้ฟิสิกส์

ฟิสิกส์ (Physics) มีรากศัพท์มาจากภาษากรีก (Physica) หมายถึง ความรู้ของธรรมชาติ (knowledge of nature) ฟิสิกส์คือวิทยาศาสตร์ที่พยายามอธิบายหรือเข้าใจปรากฏการณ์ทางธรรมชาติ เช่น ทำไมรุ้งกินน้ำถึงมีสี, ทำไมถึงมีกลางวันกลางคืน, ทำไมยาแก้ไอถึงลดอาการระคายคอเนื่องจากเสมหะได้, ทำไมท้องฟ้าตอนกลางวันถึงเป็นสีน้ำเงิน และทำไมส้วมชักโครกเมื่อเปิดน้ำล้างโถกากอาหารจึงถูกชะล้างลงไป จะเห็นได้ว่าฟิสิกส์ไม่ใช่เรื่องไกลตัว ถ้าการสอนฟิสิกส์แล้วสามารถทำให้นักเรียนเชื่อมโยงหลักการทางฟิสิกส ์เข้ากับชีวิตประจำวันได้ จะทำให้เข้าใจฟิสิกส์ได้มากขึ้น

ความเข้าใจเกี่ยวกับการเรียนรู้ฟิสิกส์

ความสัมพันธ์ระหว่างคณิตศาสตร์กับฟิสิกส์ คนส่วนใหญ่มักมีความเชื่อว่า “ฟิสิกส์กับคณิตศาสตร์เป็นของคู่กัน หากไม่มีทักษะทางคณิตศาสตร์ที่ดีก็จะไม่เข้าใจฟิสิกส์ได้” เป็นคำกล่าวที่ถูกต้องแต่ไม่ทั้งหมด เพราะนักเรียนสามารถเรียนรู้ฟิสิกส์ได้โดยที่ไม่ต้องเอาคณิตศาสตร์มาเกี่ยวข้อง ทั้งนี้คณิตศาสตร์เป็นเพียงเครื่องมือหนึ่งที่ใช้ทำนายค่าที่ถูกต้องหรืออธิบายปรากฏการณ์ทางธรรมชาติเท่านั้น ปัญหาในการเรียนการสอนฟิสิกส์ไม่ได้อยู่ที่ครูไม่ได้ใช้คณิตศาสตร์ในการอธิบาย แต่หากอยู่ที่ครูแยกความสัมพันธ์ระหว่างฟิสิกส์กับคณิตศาสตร์ออกจากกัน รวมทั้งการใช้คณิตศาสตร์เป็นตัวนำทางในการสอน มุ่งเน้นที่การจำสมการและการนำไปใช้ ทำให้นักเรียนขาดความรู้ความเข้าใจในความคิดรวบยอดในเรื่องต่างๆ จึงไม่แปลกที่นักเรียนที่มีผลสัมฤทธิ์ทางการเรียนสูง หรือนักเรียนที่สามารถแก้โจทย์ปัญหาทางฟิสิกส์ยากๆได้ บางครั้งก็ไม่เข้าใจหลักการพื้นฐานทางฟิสิกส์อย่างถูกต้อง อยากให้ครูตระหนักว่าความจำในระยะยาว (long term memory) คือความคิดรวบยอด (conceptual understanding) ไม่ใช่สมการทางคณิตศาสตร์         นักเรียนแต่ละคนเข้ามาสู่ห้องเรียนพร้อมพื้นฐานความรู้ความเข้าใจเดิมเกี่ยวกับฟิสิกส์ ถ้าเป็นพื้นฐานความรู้ความเข้าใจเดิมที่ไม่ถูกต้อง ครูจะต้องรีบแก้ไขข้อมูล แนวคิดหรือความเข้าใจ เพื่อให้เกิดกรอบความคิดที่ถูกต้องและสามารถจัดระบบเพื่อไม่ให้นักเรียนย้อนกลับไปสู่พื้นฐานและแนวความคิดเดิมในภายหลัง หากการเรียนการสอนในห้องเรียนสามารถเชื่อมโยงกับพื้นฐานเดิมเหล่านั้น นักเรียนจะเกิดการเรียนรู้ที่แท้จริง รวมทั้งสามารถประยุกต์ไปสู่สถานการณ์อื่นๆได้ เช่น ความเข้าใจในเรื่องมวลและน้ำหนัก ซึ่งในทางฟิสิกส์ มีความแตกต่างกัน มวลคือปริมาณที่บ่งบอกถึงความเฉื่อยของวัตถุ แต่น้ำหนักเป็นแรงที่เกิดเนื่องจากโลกดึงดูดวัตถุ ดังนั้นมวลของวัตถุเป็นค่าคงที่เสมอ ไม่ว่าจะทำการวัดที่ใดในจักรวาลแต่น้ำหนักของวัตถุมีการเปลี่ยนแปลงตามสถานที่ ฉะนั้นในชีวิตประจำวันที่กล่าวว่า มีน้ำหนักตัว 50 กิโลกรัม สิ่งที่เรากล่าวถึงก็คือมวลในทางฟิสิกส์นั่นเอง

การเรียนรู้ฟิสิกส์จากสิ่งรอบตัวที่รู้อยู่แล้ว (Physics already known)

การจัดกิจกรรมการเรียนการสอนที่ครูมีบทบาทเป็นผู้ถ่ายทอดอย่างเดียว ไม่ได้ช่วยให้นักเรียนเข้าใจความคิดรวบยอดทางฟิสิกส์ แม้จะใช้การทดลองประกอบกิจกรรมการเรียนรู้แต่ก็ไม่ได้ช่วยทำให้นักเรียนเข้าใจมากขึ้น เพราะสิ่งที่เห็นในห้องปฏิบัติการยากที่จะเจอในชีวิตประจำวัน การเรียนรู้ฟิสิกส์จากเหตุการณ์ที่เห็นอยู่ทุกวันหรือเป็นการเรียนรู้ฟิสิกส์จากสิ่งรอบตัวที่รู้อยู่แล้ว (physics already known) แล้วสามารถอธิบายปรากฏการณ์นั้นด้วยหลักการทางฟิสิกส์ได้อย่างถูกต้อง น่าจะเป็นทางเลือกใหม่ของการจัดประสบการณ์การเรียนรู้ฟิสิกส์ ตัวอย่าง         นักเรียนทราบว่า ขณะที่นั่งบนรถแล้วรถหยุดกะทันหันเขาจะเคลื่อนที่ไปข้างหน้าเสมอ แต่นักเรียนจะไม่ทราบว่าเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นนั้นสอดคล้องกับกฎความเฉื่อยหรือกฎข้อที่หนึ่งของนิวตันในทางฟิสิกส์ที่กล่าวว่า “วัตถุจะยังคงรักษาสภาพการเคลื่อนที่ ไม่ว่าจะอยู่นิ่งหรือเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่ ตราบเท่าที่แรงสุทธิภายนอกที่มากระทำเป็นศูนย์”         นอกจากนี้การตั้งคำถามที่มีคุณค่าของครูที่สามารถให้นักเรียนคิดตาม เป็นการสร้างความสนใจในการเรียนรู้ เช่น การนำเข้าสู่บทเรียนเรื่องโมเมนตัมและการดล “ในห้องนี้ใครกล้ากระโดดลงจากโต๊ะโดยที่ไม่ย่อเข่าบ้าง” นักเรียนจะบอกครูทันที่ว่าไม่มีทางเป็นไปได้ เพราะเวลาเรากระโดดลงจากที่สูง เมื่อเท้าถึงพื้นเรามักจะย่อเข่าเพื่อป้องกันไม่ให้เกิดอาการบาดเจ็บที่เท้า ครูอาจจะถามต่อไปว่า “เหตุใดจึงเป็นเช่นนั้น สามารถอธิบายได้ด้วยเหตุผลทางฟิสิกส์หรือไม่” โดยให้นักเรียนและครูร่วมกันอภิปรายจนได้ข้อสรุปที่ว่า การย่อเข่าทำให้เวลาที่เท้ากระทบต่อพื้นนานขึ้น ทำให้เกิดแรงที่เท้าน้อยลง         บางครั้งการเรียนรู้ฟิสิกส์จากสิ่งรอบตัวที่รู้อยู่แล้ว ยังสามารถสอนได้ในแบบการสอนแบบสาธิตเชิงปฎิสัมพันธ์ (interactive lecture demonstrations) ซึ่งเป็นการสร้างสถานการณ์เพื่อให้ใกล้เคียงกับสถานการณ์จริงที่สุด เพื่อให้นักเรียนได้ค้นพบคำตอบและเข้าใจจากประสบการณ์ของตนเอง โดยการลองผิดลองถูก หรือเป็นการจัดระบบนำร่องเพื่อชี้นำสู่การเรียนรู้ สามารถใช้ในการเรียนรู้ไปสู่ความรู้ใหม่หรือทบทวนความรู้เดิมไม่ว่าจะเป็นสถานที่ใดหรือเวลาใดก็ได้ เช่น การเป่าลูกโป่ง 2 ลูกให้มีขนาดต่างกัน และต่อเข้าหากันด้วยท่ออันหนึ่ง อยากทราบว่าลูกโป่งจะเปลี่ยนแปลงอย่างไร”         การจัดกิจกรรมการเรียนการสอนแบบนี้ นักเรียนจะสามารถสร้างภาพขึ้นภายใจ เพื่อคาดคะเนคำตอบที่จะเกิดขึ้น ปรากฏว่าลูกโป่งลูกเล็กจะมีขนาดเล็กลงเมื่อต่อเข้าหากันด้วยท่อเพราะลูกโป่งที่มีขนาดเล็กจะมีความดันมากกว่าลูกโป่งที่มีขนาดใหญ่ การเคลื่อนที่ของความดันจะต้องเคลื่อนที่จากบริเวณที่มีความดันมากกว่าไปสู่บริเวณที่มีความดันน้อยกว่าจนลูกโป่งทั้งสองลูกมีความดันเท่ากัน การสอนแบบสาธิตเชิงปฏิสัมพันธ์นี้จะเกิดประโยชน์อย่างสูงสุดเมื่อนักเรียนสามารถบูรณาการทางความรู้เข้ากับสิ่งที่เห็นในชีวิตประจำวันและสามารถให้เหตุผลได้ด้วยหลักการเดียวกัน เช่น นำไปอธิบายว่าทำไมคนเราจึงสามารถหายใจเข้าและหายใจออกได้ เพราะการหายใจเข้าปอดขยายใหญ่ (มีปริมาตรมาก) ความดันในปอดลดลง เกิดความแตกต่างระหว่างความดันภายในและภายนอกร่างกาย อากาศจึงสามารถเคลื่อนที่เข้าไปในปอดได้ ในทางตรงกันข้ามเมื่อหายใจออกปอดหดตัว (มีปริมาตรน้อย) ความดันเพิ่มขึ้น อากาศจึงเคลื่อนที่ออกมาสู่ภายนอกร่างกายได้         หัวใจสำคัญของการเรียนรู้ฟิสิกส์จากสิ่งรอบตัวที่รู้อยู่แล้วอยู่ที่ความอิสระในการเลือกเหตุการณ์ที่สนใจในชีวิตประจำวันของนักเรียน แล้วพยายามอธิบายด้วยคำพูดของตนเองก่อนที่ครูและนักเรียนจะร่วมกันอภิปรายจนได้ข้อสรุปเป็นความคิดรวบยอดที่ถูกต้อง และในขั้นตอนสุดท้ายนักเรียนต้องเขียนบทความ เพื่อเป็นการนำเสนอความเข้าใจที่เกิดจากการเรียนรู้ และเป็นการฝึกการถ่ายทอดความรู้ไปในตัว บ่อยครั้งเหตุการณ์ที่นักเรียนยกตัวอย่างมาและเขียนเป็นบทความ เป็นตัวอย่างได้ดีกว่าตัวอย่างของครูหรือในหนังสือเรียน         ฉะนั้นการจัดประสบการณ์การเรียนรู้ฟิสิกส์จะต้องเน้น “ผู้เรียน” และ “การเรียน” มากกว่า “ผู้สอน” และ “การสอน” โดยผู้สอนมีบทบาทเป็นผู้อำนวยความสะดวก และผู้นำร่องความรู้ โดยเปิดโอกาสให้ผู้เรียนได้มีส่วนร่วมในกระบวนการสืบเสาะหาความรู้ ตลอดจนดำเนินการอภิปรายหาข้อสรุปเป็นองค์ความรู้ของตนเอง รวมทั้งการนำเสนอความรู้ที่ได้ในรูปแบบต่างๆ แล้วสามารถนำความรู้ไปประยุกต์ใช้หรืออธิบายปรากฏการณ์ในชีวิตประจำวันได้

ผลจากการจัดกิจกรรมการเรียนการสอนฟิสิกส์จากสิ่งรอบตัวที่รู้อยู่แล้ว

ผลจากการจัดกิจกรรมการเรียนการสอนฟิสิกส์จากสิ่งรอบตัวที่รู้อยู่แล้วทำให้นักเรียนจดจำความคิดรวบยอดได้นานขึ้น สามารถเชื่อมโยงความเกี่ยวเนื่องของเนื้อหาในหัวข้อที่เรียนผ่านมาแล้วกับหัวข้อต่อๆไปได้ง่ายขึ้น มีอิสระในการเรียนอย่างสนุกสนาน มีความมั่นใจเพิ่มขึ้น กล้าแสดงความคิดเห็น และมองเหตุการณ์ต่างๆ ที่เห็นในชีวิตประจำวันอย่างวิทยาศาสตร์