การเรียนการสอนวิทยาศาสตร์ เป็นการพัฒนาสมรรถภาพของผู้เรียนในด้านความรู้วิทยาศาสตร์ ความสามารถด้านการคิดและแก้ปัญหา ทักษะกระบวนการทางวิทยาศาสตร์ รวมทั้งเจตคติทางวิทยาศาสตร์ และการนำไปประยุกต์ใช้ในชีวิตประจำวัน แต่จากการวิจัยการเรียนการสอนวิชาวิทยาศาสตร์ระดับประถมศึกษาของกรมวิชาการในปี 2541 พบว่า ครูส่วนใหญ่สอนวิทยาศาสตร์โดยการบรรยาย ให้นักเรียนท่องจำ ขาดสื่อการสอนที่น่าสนใจ อีกทั้งนักเรียนไม่ได้ลงมือปฏิบัติจริง และนำไปใช้ในชีวิตประจำวัน
แม่ไม้ครูไทย ฉบับนี้ ขอนำเสนอรูปแบบการเรียนการสอนวิทยาศาสตร์แบบ CCA ที่ได้จาก “โครงการวิจัยเพื่อพัฒนารูปแบบและชุดปฏิบัติการสอนวิชาวิทยาศาสตร์ระดับประถมศึกษา”
โดยสถาบันราชภัฏนครปฐมร่วมกับบริษัท เทเลคอมเอเซีย คอร์ปอเรชั่น จำกัด (มหาชน) ดำเนินการวิจัย คณะวิจัยประกอบด้วย ผศ.นิทัศน์ ฝักเจริญผล ผศ.วิชัย ราษฎร์ศิริ ผศ.โยธิน ศรีโสภา ผศ.จีรารัตน์ ชิรเวทย์ และคณะครูสอนวิทยาศาสตร์ระดับประถมศึกษา 12 คน พร้อมทั้งนำรูปแบบการเรียนการสอนดังกล่าวไปทดลองสอนนักเรียนชั้นประถม 5 ในโรงเรียนที่ตั้งอยู่เขตกรุงเทพมหานครและนครปฐม รวม 12 แห่ง
รูปแบบการเรียนการสอนแบบ CCA เป็นการเรียนรู้หน่วยเรียนใหญ่ โดยให้ผู้เรียนนำความรู้ที่ได้จากหน่วยเรียนย่อยมาสรุปเป็นหน่วยเรียนใหญ่อีกครั้ง เปิดโอกาสให้ผู้เรียนสร้างความรู้เอง เพื่อค้นคว้าหาความรู้ใหม่ ประกอบด้วย 3 ขั้นตอน ได้แก่
- การสร้างองค์ความรู้ (Constructing knowledge)
การเรียนการสอนแต่ละเนื้อหาย่อยๆ โดยจัดกิจกรรมการเรียนการสอนส่งเสริมและสนับสนุนให้เด็กคิด ปฏิบัติ และสืบค้นความรู้ด้วยตนเอง เพื่อให้ได้ความคิดรวบยอดย่อยๆ จนครบเนื้อหาในหน่วยเรียนใหญ่
การสรุปความรู้ (Conclusion)
นำข้อสรุปที่เป็นความคิดรวบยอดย่อยๆ มาสรุปเป็นความคิดรวบยอดของหน่วยเรียนใหญ่ และนำเสนอในรูปแบบต่างๆ
การประยุกต์ใช้ (Application)
นำความคิดรวบยอดมาประยุกต์ใช้ในเรื่องเกี่ยวกับชีวิตประจำวัน สิ่งแวดล้อม และชุมชน ตลอดจนใช้เป็นพื้นฐานในการศึกษาเรื่องที่สนใจ เช่น สร้างสิ่งประดิษฐ์ ทำโครงการทดลอง โครงการแก้ปัญหา และศึกษาค้นคว้าเพิ่มเติมในที่นี้จะยกตัวอย่างการเรียนการสอนเรื่อง "ใบพืชมีสีอะไรบ้าง" การเรียนการสอนเริ่มจากให้ความรู้พื้นฐานเรื่องการสกัดสี และการแยกสี โดยครูนำดอกอัญชันมาให้นักเรียนดู พร้อมตั้งคำถามว่าจะสกัดสีออกมาจากดอกไม้ได้อย่างไร เด็กๆ ช่วยกันแสดงความคิดเห็นว่า ให้บด ขยี้ และบีบให้สีออก
คราวนี้ครูนำกระดาษสีซึ่งไม่สามารถสกัดสีได้ด้วยการบีบมาให้นักเรียนคิดหาวิธีสกัดสี ให้นักเรียนแบ่งกลุ่ม กลุ่มละ 4-5 คน ให้แต่ละกลุ่มศึกษาวิธีการสกัดสีในเอกสารประกอบการเรียน เสร็จแล้วให้แต่ละกลุ่มปฏิบัติการทดลองสกัดสีด้วยน้ำและแอลกอฮอล์ โดยนำกระดาษสี ใบชา และดอกไม้ เช่น กุหลาบสีแดง บานบุรี และอัญชัน ใส่ในหลอดทดลองและน้ำ นำไปต้มในน้ำและแอลกอฮอล์ให้เดือด บันทึกผลการทดลอง โดยเปรียบเทียบความสามารถการสกัดสีของน้ำกับแอลกอฮอล์
ผลการทดลองนักเรียนเกือบทุกกลุ่มรายงานตรงกันว่า ใบชาถ้าสกัดด้วยน้ำจะมีสีเขียวเข้มกว่าสกัดด้วยแอลกอฮอล์ ขณะที่ดอกกุหลาบสีแดงใช้น้ำและแอลกอฮอล์สกัดสีได้สีแดงเหมือนกัน แต่สกัดในแอลกอฮอล์ได้สีเข้มกว่า ส่วนกระดาษสีแค่แช่น้ำก็สกัดสีออกมาได้ และเมื่อนำไปต้มให้เดือดจะได้สีเข้มขึ้น พร้อมสรุปในตอนท้ายว่าแอลกอฮอล์สามารถสกัดสีได้ดีกว่าน้ำ ยกเว้นการสกัดสีของใบชาน้ำจะสกัดได้ดีกว่า
หลังการทดลองครูให้แต่ละกลุ่มสรุปความหมายของการสกัดสี และวิธีการสกัดโดยใช้น้ำและใช้แอลกอฮอล์ จากนั้นเพื่อฝึกให้นักเรียนนำความรู้เรื่องการสกัดสีไปประยุกต์ใช้ โดยให้ทุกกลุ่มคิดวิธีสกัดสีจากหัวขมิ้น และดอกกุหลาบ พร้อมการนำสีที่สกัดได้ไปใช้ประโยชน์
นักเรียนบางกลุ่มคิดวิธีสกัดสีขมิ้นโดยการตำให้ละเอียด คั้นเอาน้ำ นำไปย้อมผ้า ขณะที่บางกลุ่มคิดสกัดสีชมพูจากดอกกุหลาบ ด้วยการให้บดกลีบกุหลาบจนละเอียด ผสมน้ำร้อนในปริมาณเล็กน้อย คั้นเอาเฉพาะน้ำแล้วกรองด้วยผ้าขาวบาง นำไปผสมแป้งทำขนมชั้น หรือนำไปผสมในน้ำหอม
เมื่อเห็นว่าเด็กๆ เกิดความรู้ความเข้าใจและสามารถสกัดสีอย่างง่ายได้แล้ว ครูจึงให้ศึกษาวิธีการแยกสีเป็นลำดับต่อมา โดยจัดกิจกรรมในลักษณะเดียวกับการเรียนรู้เรื่องการสกัดสี คือให้นักเรียนศึกษาวิธีการแยกสีโดยให้ซึมผ่านชอล์กและให้ซึมผ่านกระดาษที่ของเหลวซึมผ่าน แล้วปฏิบัติการทดลอง
การทดลองแยกสีโดยใช้ชอล์ก แต่ละกลุ่มนำชอล์ก 2 แท่งจุ่มสีที่ต้องการแยกประมาณครึ่งนาที นำไปวางในน้ำและแอลกอฮอล์ ทิ้งไว้ประมาณ 5 นาที แล้วสังเกตผลการทดลอง ส่วนการทดลองโดยใช้กระดาษที่ของเหลวซึมผ่าน จะตัดกระดาษกรองสีขาวเป็นแถบขนาด 1 × 6 ซม. ทำจุดด้วยสีที่ต้องการแยกให้ห่างจากปลายด้านหนึ่งของกระดาษประมาณ 1 ซม. นำไปจุ่มในน้ำและแอลกอฮอล์ โดยให้จุดสีอยู่เหนือระดับผิวของเหลว
การทดลองนี้ครูให้นักเรียนทดลองทั้งสีที่ละลายในน้ำ สีที่ไม่ละลายในน้ำแต่ละลายในแอลกอฮอล์ และสีที่ไม่ละลายทั้งในน้ำและแอลกอฮอล์ ผลการทดลองปรากฏว่า สีที่ละลายในน้ำ เช่น สีเขียว ประกอบด้วยสีเหลือง เขียว และฟ้า สีส้มประกอบด้วยสีแดงและสีเหลือง แต่ถ้าเป็นแม่สีอย่างสีแดง น้ำเงิน และเหลืองจะยังคงเป็นสีเดิม แต่มีความสีอ่อนแก่ ส่วนสีประเภทอื่นๆ ไม่ว่าจะแม่สีหรือสีผสมไม่สามารถแยกสีได้ด้วยน้ำและแอลกอฮอล์
เพื่อให้แน่ใจว่านักเรียนเกิดความรู้ความเข้าใจเรื่องการแยกสี ครูจึงให้แต่ละกลุ่มคิดหาวิธีการทดลองว่าสีแดงของดอกกุหลาบและสีแดงของดอกเข็มมีองค์ประกอบเหมือนกันหรือไม่ และสีของเปลือกมะเขือเทศประกอบด้วยสีอะไรบ้าง
นักเรียนบางกลุ่มค้นหาคำตอบด้วยการทดลองแยกสีดอกกุหลาบ ดอกเข็ม และเปลือกมะเขือเทศ บางกลุ่มใช้ชอล์ก บางกลุ่มใช้กระดาษกรองให้สีซึมผ่าน แต่ส่วนใหญ่จะใช้กระดาษกรอง เพราะจากประสบการณ์แยกสีทั้งสองรูปแบบในครั้งแรกพบว่า กระดาษกรองสามารถแยกสีได้ดีกว่าชอล์ก จากการทดลองเด็กๆ ได้คำตอบว่า ดอกกุหลาบสีแดงและดอกเข็มมีสีแดงเหมือนกัน แต่มีความอ่อนแก่ของสีต่างกัน ส่วนเปลือกมะเขือเทศมีสีแดงและสีเหลือง
เมื่อนักเรียนเกิดความรู้ความเข้าใจเรื่องการสกัดและแยกสีอย่างง่ายแล้ว ครูให้นำความรู้พื้นฐานดังกล่าวมาใช้ในการหาคำตอบว่าใบพืชมีสีอะไรบ้าง โดยให้แต่ละกลุ่มออกไปสำรวจใบไม้ที่มีสีเขียวและไม่มีสีเขียวเลยในบริเวณโรงเรียน แล้วหาวิธีทดลองเพื่อหาคำตอบว่า สีใบพืชที่เห็นนั้น จริงๆ แล้วมีสีอะไร และสีที่มองเห็นนั้นประกอบด้วยสีอะไรบ้าง โดยเขียนเป็นรายงานการทดลอง ประกอบด้วยหัวข้อที่จะศึกษา วิธีการศึกษา อุปกรณ์/สารเคมี ขั้นตอนการทดลอง ผลการทดลอง รวมทั้งปัญหา ข้อสงสัย และสิ่งที่ต้องการรู้เพิ่มเติม
นักเรียนแต่ละกลุ่มปฏิบัติการทดลองสกัดสีของใบไม้ แต่ละกลุ่มใช้ใบไม้ที่มีสีต่างกัน หรือใบไม้สีเดียวกันแต่ต่างชนิด เช่น ใบเฟื่องฟ้า ใบแก้ว ใบกุหลาบ ใบโกสน ที่มีสีแดง เหลือง และม่วง และใบหัวใจสีม่วงที่มีสีม่วงล้วน โดยใช้วิธีการสกัดสีแตกต่างกัน อย่างเช่นบางกลุ่มใช้กรรไกรตัดใบโกสนเฉพาะสีเหลืองที่ต้องการสกัดและหั่นเป็นชิ้นเล็กๆ นำไปสกัดด้วยแอลกอฮอล์ บางกลุ่มใช้วิธีโขลกแล้วขยี้ให้สีออก ขณะที่บางกลุ่มสกัดด้วยน้ำ และสีของใบไม้ที่สกัดได้ตรงกับสีจริงที่มองเห็น
หลังจากนั้น แต่ละกลุ่มนำสีของใบไม้ต่างๆ ที่สกัดได้มาแยกสีโดยใช้ชอล์กและกระดาษกรองตามวิธีการที่ศึกษามาข้างต้น เสร็จแล้วแต่ละกลุ่มส่งตัวแทนออกมารายงานผลการทดลอง
ตัวแทนกลุ่มที่ทดลองสกัดสีและแยกสีใบโกสนเฉพาะส่วนสีเหลือง รายงานว่าก่อนสกัดสีใบโกสนมีสีเหลือง สกัดสีแล้วได้สีเหลืองเหมือนเดิม และการทดลองแยกสีโดยใช้กระดาษที่ของเหลวซึมผ่านได้ ปรากฏว่าใบโกสนสีเหลืองประกอบด้วยสีเหลือง และสีเขียว ขณะที่กลุ่มทดลองใช้ใบหัวใจสีม่วง รายงานผลการทดลองว่า ใบหัวใจสีม่วงที่มองเห็นเป็นสีม่วงเข้ม เมื่อนำมาสกัดสีแล้วได้สีเดิม แต่เมื่อนำมาแยกสีจะได้สีเขียว เหลือง และชมพูอ่อน
หลังการทดลองครูสรุปว่า การที่ใบพืชมีสีต่างๆ เป็นเพราะมีสารสีแตกต่างกัน ใบพืชส่วนใหญ่มีสีเขียว เพราะมีสารสีเขียวอยู่ ส่วนใบพืชที่มีสีอื่นๆ เมื่อแยกสีแล้วพบว่ามีสีเขียวปนอยู่ด้วย สารสีเขียวนี้เรียกว่า
"คลอโรฟิลล์" มีประโยชน์และสำคัญต่อการดำรงชีวิตของพืช
การจัดกิจกรรมการเรียนการสอนโดยปูความรู้พื้นฐานในเนื้อหาที่จะเรียนรู้และวิธีการทดลองให้กับนักเรียน อีกทั้งสร้างสถานการณ์ให้ผู้เรียนค้นหาคำตอบด้วยเหตุผล ก่อนจะปฏิบัติการทดลองง่ายๆ เพื่อค้นหาคำตอบและความรู้ใหม่ด้วยตนเอง จะช่วยพัฒนาการทักษะกระบวนการทางวิทยาศาสตร์ ฝึกการคิดและแก้ปัญหาด้วยกระบวนการทางวิทยาศาสตร์ และสามารถนำไปประยุกต์ใช้ได้ในชีวิตประจำวัน
