การออกแบบและแก้ปัญหาด้วยกระบวนการทางวิทยาศาสตร์
องค์ความรู้
- การแก้ปัญหาด้วยกระบวนการทางวิทยาศาสตร์ เริ่มจากปัญหา แล้วค่อย ๆ หาคำตอบอย่างเป็นเหตุเป็นผล ทำซ้ำได้ ไม่ใช่เดาสุ่ม
- ขั้นตอนที่ใช้บ่อย — ระบุปัญหาว่าถามอะไรและมีข้อมูลอะไร → รวบรวมข้อมูลและวิเคราะห์ → ออกแบบวิธีแก้เป็นข้อ ๆ → ลงมือทำหรือสร้างแบบจำลอง → ทดสอบและประเมินผล → ปรับปรุงแก้ไข แล้วทดสอบซ้ำ
- เหตุผลเชิงตรรกะ คือการคิดตามเหตุและผลในรูป «ถ้า…แล้ว…» และรู้ว่าข้อสรุปใด «แน่นอน» กับ «เป็นไปได้»
- สรุปแบบแน่นอน — «นักเรียนที่มาสายต้องพบครูฝ่ายปกครอง» และ «วันนี้เดียร์มาสาย» จึงสรุปได้ว่า «เดียร์ต้องพบครูฝ่ายปกครอง»
- สรุปแบบไม่แน่นอน — จาก «ถ้าฝนตก ถนนเปียก» เห็นถนนเปียกแล้วสรุปว่า «จึงฝนตก» ไม่แน่นอน เพราะรถน้ำรดก็ทำให้เปียกได้
- ขั้นตอนวิธี (อัลกอริทึม) คือลำดับคำสั่งที่ชัดเจน ทำตามแล้วได้ผลเหมือนเดิมทุกครั้ง ต้องมีจุดเริ่มต้นและจุดจบชัดเจน แต่ละขั้นไม่กำกวม และทำตามได้จริงทุกคน
- สัญลักษณ์ผังงาน (flowchart) ใช้เขียนวิธีแก้ปัญหาให้เห็นเป็นภาพ
| สัญลักษณ์ | ความหมาย |
|---|---|
| วงรี | จุดเริ่ม และจุดจบ |
| สี่เหลี่ยม | ขั้นที่ต้องลงมือทำ |
| ข้าวหลามตัด | จุดตัดสินใจหรือเงื่อนไข มีทางออก «ใช่» กับ «ไม่ใช่» |
| ลูกศร | ทิศทางที่ทำต่อ |
- ปัญหาเดียวกันมักมีวิธีแก้ได้หลายทาง ต้องเลือกวิธีที่ ทำได้จริง ใช้วัสดุที่มี และคุ้มค่า พร้อมบอกเหตุผลว่าทำไมจึงเลือกวิธีนั้น
ตัวอย่างและวิธีคิด
- เรียงลำดับขั้นตอนทำไข่เจียว — ตอกไข่ใส่ชาม → ตีไข่ให้เข้ากัน → ปรุงรส → ตั้งกระทะให้ร้อน → ทอด → ตักใส่จาน ถ้าสลับเป็นการตีไข่หลังทอด ย่อมได้ผลผิด เพราะลำดับเปลี่ยนผลลัพธ์เปลี่ยน
- เครื่องรดน้ำต้นไม้อัตโนมัติจะออกแบบอย่างไร — ระบุปัญหาว่าต้นไม้ขาดน้ำตอนไปโรงเรียน · รวบรวมข้อมูลว่าต้นไม้ต้องการน้ำเมื่อใด · ออกแบบให้มีเซนเซอร์วัดความชื้นในดินแล้วสั่งปั๊มน้ำเมื่อดินแห้ง · สร้างแบบจำลองเล็กก่อน · ทดสอบแล้วปรับความชื้นที่ตั้งไว้ให้พอเหมาะ
- ขนม 24 ชิ้น แบ่งใส่ถุง ถุงละ 6 ชิ้น จะได้กี่ถุง — แตกปัญหาเป็น 2 ส่วน คือ «มีทั้งหมดเท่าไร» และ «แต่ละถุงเท่าไร» แล้ววางแผนว่า จำนวนถุง ถุง จากนั้นเขียนวิธีนั้นใหม่เป็นคำสั่งซ้ำว่า «ทำซ้ำจนกว่าขนมจะหมด»
- ต้องสอบ 3 วิชาภายใน 5 วัน ควรวางแผนอย่างไร — เขียนงานทั้งหมดลงกระดาษก่อน ดูว่าแต่ละวิชาใช้เวลากี่ชั่วโมง จัดตารางเป็นข้อ ๆ แล้วติ๊กเมื่อทำเสร็จ ถ้าวันใดทำไม่ทันให้ย้อนมาแก้วางแผนใหม่ ไม่ใช่ปล่อยเลย
ภาพและไดอะแกรม
flowchart TD
A[ระบุปัญหาและข้อมูลที่มี] --> B[รวบรวมข้อมูลและวิเคราะห์]
B --> C[ออกแบบวิธีแก้เป็นข้อ ๆ]
C --> D[ลงมือทำหรือสร้างแบบจำลอง]
D --> E{ทดสอบแล้วได้ผล<br/>ตามที่ต้องการหรือไม่}
E -->|ยังไม่ได้| F[หาสาเหตุและปรับปรุง]
F --> D
E -->|ได้แล้ว| G[นำไปใช้จริงและบันทึกผล]
คำบรรยายภาพ: ผังงานขั้นตอนการแก้ปัญหาด้วยกระบวนการทางวิทยาศาสตร์ เริ่มจากระบุปัญหาและข้อมูลที่มี รวบรวมข้อมูลและวิเคราะห์ ออกแบบวิธีแก้เป็นข้อ ๆ แล้วลงมือทำหรือสร้างแบบจำลอง จากนั้นทดสอบว่าได้ผลตามต้องการหรือไม่ ถ้ายังไม่ได้ให้หาสาเหตุและปรับปรุงแล้ววนกลับไปทดสอบใหม่ จนเมื่อได้ผลจึงนำไปใช้จริงและบันทึกผล
