Engineering Design Process (EDP) กับการสร้างนวัตกรยุคใหม่

Engineering Design Process (EDP) หรือ กระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรม เป็นหนึ่งในกระบวนการคิดออกแบบการแก้ปัญหาหนึ่ง ๆ ได้อย่างเป็นระบบ และสามารถใช้ได้ในหลากหลายบริบทรอบตัวมนุษย์ ตั้งแต่การซ่อมแซมอุปกรณ์เครื่องใช้ไฟฟ้าภายในบ้าน ไปจนถึงการแก้ปัญหาน้ำท่วมและผลกระทบจากภัยพิบัติทางธรรมชาติ ในบทความนี้ EDUCA จะขอเชิญชวนให้คุณครูรุ่นใหม่และครูผู้เชี่ยวชาญมาทำความรู้จักแนวคิด EDP และแนวทางการนำไปใช้ในห้องเรียนเพื่อสร้างนวัตกรผู้พัฒนานวัตกรรม นั่นก็คือนักเรียนของทุกท่านนั่นเอง

EDP คืออะไร

กระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรม (EDP) เป็นส่วนหนึ่งของการจัดการเรียนรู้ตามแนวคิด STEM Education โดยให้นักเรียนฝึกการคิดสร้างสรรค์ และการคิดเชิงสังเคราะห์จากสถานการณ์ที่พบเห็นเพื่อนำมารวบรวม คัดกรอง และสังเคราะห์ข้อมูลจนได้ข้อมูลที่สามารถนำไปใช้ประโยชน์ได้ ตลอดจนมีการถ่ายทอดความคิดเพื่ออธิบายและสื่อสารแนวคิดของตนได้อย่างถูกต้องครบถ้วน

ปัจจุบันมีนักวิชาการและหน่วยงานที่เกี่ยวข้องกับการจัดการเรียนรู้วิทยาศาสตร์เสนอแนวคิดเกี่ยวกับการจัดการเรียนรู้โดยใช้ EDP อยู่หลายโมเดลด้วยกัน แต่หากจะแบ่งได้โดยกว้างแล้ว จะพบว่ามี 3 ระยะ (phase) ดังนี้

ขั้นการวิเคราะห์ (Analysis phase) ประกอบด้วยขั้นย่อยดังนี้
(1) การตั้งคำถามหรือกำหนดประเด็นที่น่าสนใจและเหมาะสมกับช่วงวัยของผู้เรียน โดยผู้เรียนจะใช้ทักษะการตั้งคำถาม เช่น การใช้หลัก 5W1H เพื่อทำความเข้าใจปัญหาในภาพรวม ทั้งเป้าหมาย และข้อจำกัด
(2) การรวบรวมข้อมูลและไอเดียการแก้ปัญหาจากแหล่งข้อมูลที่มี โดยให้ความสำคัญกับความหลากหลาย ไม่รีบตัดความเป็นไปได้ใด ๆ ทิ้งไปก่อน แม้จะพบความข้อจำกัดก็ตาม

ขั้นการสังเคราะห์ (Synthesis phase) ประกอบด้วยขั้นย่อยดังนี้ 
(3) การออกแบบวิธีการแก้ปัญหา โดยใช้การขึ้นงานหรือวิธีการโดยการประยุกต์ใช้ข้อมูลที่ได้จากการรวบรวมในขั้นที่ 2 ผ่านการสื่อสารด้วยการร่างภาพ และการอธิบาย
(4) เมื่อได้แผนและโครงร่างที่ชัดเจนแล้ว จะนำไปสู่การขึ้นแบบและทำตัวต้นแบบที่จะสามารถนำไปทดสอบและปฏิบัติจริงได้

ขั้นการประเมินผล (Evaluation phase) ในขั้นตอนนี้จะมีสองขั้นตอนย่อยเกิดขึ้นพร้อมกัน คือ (5) การทดสอบจริง และ (6) การพัฒนาต่อยอด โดยในขั้นนี้นักเรียนจะได้ใช้ทักษะการสังเกตเพื่อมองหาจุดเด่นและจุดบกพร่องที่สามารถเสริมให้ตัวต้นแบบในการแก้ปัญหานั้นมีประสิทธิภาพที่ดีขึ้น ทั้งนี้ ในบางแหล่งข้อมูลจะระบุให้ในขั้นท้าย ๆ ของกระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรมเป็นการสรุปข้อมูลจากสิ่งที่ได้ปฏิบัติและสื่อสารองค์ความรู้เหล่านั้นเพื่อก่อให้เกิดประโยชน์กับผู้อื่นด้วย

EDP กับการผสานเป็นส่วนหนึ่งกับกิจกรรมในชั้นเรียน
         

กระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรมนั้นสามารถบูรณาการให้เป็นส่วนหนึ่งของชั้นเรียนทุกระดับ โดยอาจต้องปรับแต่งกิจกรรมให้เหมาะสมกับช่วงวัยของนักเรียน เช่น สำหรับนักเรียนระดับปฐมวัยอาจกำหนดให้มีโจทย์และขั้นตอนการปฏิบัติที่สั้นกระชับ สนุกสนาน สามารถปฏิบัติตามได้ง่าย หากมีอุปกรณ์ก็ควรคำนึงถึงความปลอดภัยด้วยเป็นสำคัญ
       

สำหรับนักเรียนระดับประถมศึกษาและมัธยมศึกษานั้น คุณครูอาจเริ่มสอดแทรกคอนเซ็ปต์หรือคำศัพท์ที่ยากและซับซ้อนขึ้นเข้าไปในเรื่องที่ได้เรียนรู้เพื่อสร้างความน่าสนใจ โดยอาจเชื่อมโยงกับสิ่งที่กำลังเรียนอยู่ หรือมีการกำหนดเงื่อนไขและข้อจำกัดที่สอดคล้องกับความท้าทายในโลกความเป็นจริงก็จะทำให้การเรียนรู้ในชั้นเรียนนั้นมีความหมายขึ้น
         

ทั้งนี้ส่วนที่จะขาดไปไม่ได้ก็คือบทบาทของครูในการเป็นผู้สนับสนุนการเรียนรู้ที่ค่อย ๆ ต่อนั่งร้านการเรียนรู้ให้นักเรียนไปสู่เป้าหมายได้ เพราะนอกจากทักษะทางด้านวิทยาศาสตร์แล้ว การใช้กระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรมยังเป็นโอกาสสำคัญที่นักเรียนสามารถฝึกฝนทักษะการทำงานร่วมกัน และการสะท้อนคิดจากการทำงาน ซึ่งเป็นหนึ่งในส่วนสำคัญของการพัฒนาทักษะทางด้านอารมณ์และสังคมของพวกเขาด้วย
         

หากท่านต้องการเรียนรู้เกี่ยวกับ EDP และตัวอย่างโครงงานที่น่าสนใจเพิ่มเติม ท่านสามารถศึกษาได้ในหัวข้อ สนุกกับ STEM ด้วย Engineering Design Processes ในงาน EDUCA 2024 หรือเว็บไซต์ขององค์การพิพิธภัณฑ์วิทยาศาสตร์แห่งชาติ (NSM) 

ที่มา ; Educathai

สรุปสาระสำคัญ 

Engineering Design Process (EDP) คือกระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรมที่ใช้ในการแก้ปัญหาอย่างเป็นระบบ สามารถประยุกต์ใช้ได้หลากหลายบริบท ตั้งแต่ชีวิตประจำวันจนถึงปัญหาสังคมและภัยพิบัติ โดยเป็นส่วนหนึ่งของการจัดการเรียนรู้ตามแนวคิด STEM Education ที่มุ่งพัฒนาผู้เรียนให้มีทักษะการคิดสร้างสรรค์ การคิดเชิงสังเคราะห์ และการสื่อสารแนวคิดอย่างเป็นเหตุผล

กระบวนการ EDP แบ่งออกเป็น 3 ระยะหลัก ได้แก่ 1) ระยะการวิเคราะห์ (Analysis) ประกอบด้วยการตั้งคำถามและรวบรวมข้อมูลอย่างหลากหลายเพื่อทำความเข้าใจปัญหา 2) ระยะการสังเคราะห์ (Synthesis) เป็นการออกแบบแนวทางแก้ปัญหา พัฒนาแนวคิด และสร้างต้นแบบเพื่อทดสอบ 3) ระยะการประเมินผล (Evaluation) คือการทดลองใช้จริง วิเคราะห์จุดแข็งจุดอ่อน และพัฒนาปรับปรุงต่อยอด รวมถึงการสื่อสารผลการเรียนรู้

การนำ EDP ไปใช้ในห้องเรียนสามารถปรับตามระดับผู้เรียน เช่น ระดับปฐมวัยเน้นกิจกรรมง่ายและสนุก ส่วนประถมและมัธยมเพิ่มความซับซ้อน เชื่อมโยงกับสถานการณ์จริง โดยครูมีบทบาทเป็นผู้สนับสนุน (scaffolding) ส่งเสริมการทำงานร่วมกัน การคิดวิเคราะห์ และการสะท้อนคิด ซึ่งช่วยพัฒนาทั้งทักษะวิชาการและทักษะสังคมอารมณ์ ทำให้ผู้เรียนเป็นนวัตกรในอนาคตได้อย่างมีประสิทธิภาพ

ข้อสอบ

ข้อ 1

EDP มีจุดมุ่งหมายสำคัญที่สุดคือข้อใด
ก. การท่องจำความรู้วิทยาศาสตร์
ข. การแก้ปัญหาอย่างเป็นระบบและสร้างนวัตกรรม
ค. การสอบแข่งขันให้ได้คะแนนสูง
ง. การทำตามคำสั่งครูอย่างเคร่งครัด
เฉลย: ข
เหตุผล: EDP เน้นการคิดเชิงระบบเพื่อแก้ปัญหาและสร้างนวัตกรรม

ข้อ 2

ขั้น “Analysis” ของ EDP เน้นสิ่งใดมากที่สุด
ก. การสร้างต้นแบบ
ข. การทดลองใช้งาน
ค. การตั้งคำถามและรวบรวมข้อมูล
ง. การสรุปผล
เฉลย: ค
เหตุผล: ระยะวิเคราะห์มุ่งทำความเข้าใจปัญหาและเก็บข้อมูล

ข้อ 3

การใช้ 5W1H ใน EDP มีประโยชน์อย่างไร
ก. ทำให้การทดลองเร็วขึ้น
ข. ช่วยลดค่าใช้จ่าย
ค. ช่วยกำหนดและเข้าใจปัญหาอย่างรอบด้าน
ง. ใช้แทนการสร้างต้นแบบ
เฉลย: ค
เหตุผล: 5W1H ใช้ตั้งคำถามเพื่อวิเคราะห์ปัญหาเชิงลึก

ข้อ 4

ขั้นตอนใดอยู่ในระยะ Synthesis
ก. การตั้งคำถาม
ข. การสร้างและออกแบบต้นแบบ
ค. การเก็บข้อมูลเบื้องต้น
ง. การประเมินผลลัพธ์สุดท้าย
เฉลย: ข
เหตุผล: Synthesis คือการออกแบบและพัฒนาต้นแบบ

ข้อ 5

บทบาทของครูใน EDP ที่เหมาะสมที่สุดคือข้อใด
ก. ผู้สั่งการให้ทำตามแบบ
ข. ผู้ควบคุมผลลัพธ์ทั้งหมด
ค. ผู้สนับสนุนและจัด scaffolding การเรียนรู้
ง. ผู้ให้คำตอบสำเร็จรูป
เฉลย: ค
เหตุผล: ครูเป็นผู้อำนวยความสะดวกในการเรียนรู้

ข้อ 6

การทดสอบต้นแบบอยู่ในระยะใด
ก. Analysis
ข. Preparation
ค. Evaluation
ง. Orientation
เฉลย: ค
เหตุผล: การทดสอบและปรับปรุงอยู่ในขั้นประเมินผล

ข้อ 7

ข้อใดสะท้อนการเรียนรู้แบบ STEM ผ่าน EDP ได้ดีที่สุด
ก. การคัดลอกเนื้อหาในหนังสือ
ข. การทำแบบฝึกหัดซ้ำ ๆ
ค. การแก้ปัญหาจริงด้วยการสร้างต้นแบบ
ง. การฟังบรรยายอย่างเดียว
เฉลย: ค
เหตุผล: STEM เน้นการลงมือทำและแก้ปัญหาจริง

ข้อ 8

เหตุใดการรวบรวมข้อมูลหลากหลายจึงสำคัญ
ก. เพื่อให้ครูตรวจง่าย
ข. เพื่อไม่ต้องคิดเอง
ค. เพื่อเพิ่มทางเลือกในการแก้ปัญหา
ง. เพื่อให้ทำงานเสร็จเร็ว
เฉลย: ค
เหตุผล: ข้อมูลหลากหลายช่วยให้มีแนวทางแก้ปัญหามากขึ้น

ข้อ 9

การปรับ EDP ในระดับปฐมวัยควรเน้นสิ่งใด
ก. ความซับซ้อนของทฤษฎี
ข. การสอบแข่งขัน
ค. กิจกรรมง่าย สนุก และปลอดภัย
ง. การวิเคราะห์เชิงลึก
เฉลย: ค
เหตุผล: เด็กเล็กต้องใช้กิจกรรมง่ายและเหมาะสมกับวัย

ข้อ 10

ผลลัพธ์สำคัญของการใช้ EDP ในผู้เรียนคือข้อใด
ก. การจำสูตรได้มากขึ้น
ข. การเป็นนักคัดลอกที่ดี
ค. การเป็นนวัตกรและคิดแก้ปัญหาได้
ง. การทำข้อสอบได้เร็วขึ้นเท่านั้น
เฉลย: ค
เหตุผล: EDP มุ่งพัฒนาผู้เรียนให้เป็นผู้สร้างนวัตกรรม