ผมตั้งใจจะนำบทความเรื่อง “Meaningful Assessment of Learners’ Understandings about Scientific Inquiry—The Views about Scientific Inquiry (VASI) Questionnaire” มาเล่าสู่กันฟังนานมากแล้วครับ แต่ผมก็ยังไม่มีโอกาสได้ทำจริงๆ สักที ผมได้อ่านบทความนี้ในช่วงที่ผมและทีมงานกำลังพัฒนากิจกรรมการเรียนรู้ด้วยการสืบเสาะทางวิทยาศาสตร์ เพื่อที่จะพัฒนากิจกรรมการเรียนรู้ต่างๆ ให้สอดคล้องกับการทำงานของนักวิทยาศาสตร์จริงๆ ซึ่งบทความนี้ก็ช่วยผมและทีมงานได้มากทีเดียวครับ
แต่ก่อนอื่น ผมขออนุญาตเท้าความนิดหน่อยครับ สำหรับอาจารย์ที่ยังไม่คุ้นเคยกับคำว่า “ธรรมชาติของวิทยาศาสตร์” (Nature of Science) มันเป็นความคิดของนักวิทยาศาสตร์ศึกษาครับว่า การจัดการเรียนการสอนวิทยาศาสตร์ในอดีตที่ผ่านมาไม่ได้สอดคล้องกับการทำงานของนักวิทยาศาสตร์จริงๆ หากแต่เน้นเรื่องการจดจำข้อเท็จจริงทางวิทยาศาสตร์ต่างๆ และการคำนวณเพื่อหาค่าของปริมาณทางวิทยาศาสตร์ต่างๆ ซึ่งทำให้นักเรียนไม่ได้ฝึกฝนและเรียนรู้ทักษะที่จำเป็นเกี่ยวกับการทำงานทางวิทยาศาสตร์ และไม่เข้าใจธรรมชาติของการทำงานทางวิทยาศาสตร์ ซึ่งส่งผลอีกทอดหนึ่งให้นักเรียนไม่พร้อมที่จะก้าวมาเป็นนักวิทยาศาสตร์ในอนาคต
พวกเขาจึงได้เสนอแนวคิดการจัดการเรียนการสอนวิทยาศาสตร์ให้สอดคล้องกับการทำงานทางวิทยาศาสตร์ ซึ่งอาจารย์หลายท่านก็คงเคยได้ยินมาบ้างแล้ว นั่นก็คือการจัดการเรียนการสอนโดย “การสืบเสาะทางวิทยาศาสตร์” อย่างไรก็ดี แม้มีความพยายามส่งเสริมกันอย่างมาก (ประเทศไทยเองก็ทำกันมานานเป็นสิบปี) แต่การจัดการเรียนการสอนวิทยาศาสตร์ก็ยังไม่ได้สอดคล้องกับการทำงานทางวิทยาศาสตร์จริงๆ ส่วนใหญ่ก็เป็นการให้นักเรียนทำตามขั้นตอนต่างๆ ตามที่ครูหรือหนังสือได้กำหนดไว้ล่วงหน้า เพื่อนำพานักเรียนไปสู่ความรู้ทางวิทยาศาสตร์ (ผู้ที่สนใจลองอ่านบทความเรื่อง “Epistemologically Authentic Inquiry in Schools: A Theoretical Framework for Evaluating Inquiry Tasks“) นักเรียนก็ยังไม่เข้าใจหรือเข้าใจคลาดเคลื่อนว่า นักวิทยาศาสตร์ทำงานกันยังไง อะไรคือสิ่งที่นักวิทยาศาสตร์ยึดถือร่วมกัน
นักวิทยาศาสตร์ศึกษาก็เริ่มมีการศึกษาการทำงานของนักวิทยาศาสตร์กันแบบจริงจัง และได้สกัดลักษณะสำคัญของการทำงานทางวิทยาศาสตร์ออกมาเป็นข้อๆ ซึ่งผมได้บันทึกสรุปไว้ในบทความเรื่อง “ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างการส่งเสริมการเรียนการสอน ‘ธรรมชาติของวิทยาศาสตร์’ ภายนอกและภายในประเทศไทย” ดังนี้ครับ
- ความรู้ทางวิทยาศาสตร์มีพื้นฐานมาจากหลักฐานเชิงประจักษ์ แม้ว่าหลักฐานเชิงประจักษ์เพียงอย่างเดียวไม่เพียงพอในการพัฒนาความรู้ทางวิทยาศาสตร์
- นักวิทยาศาสตร์จำเป็นต้องตีความและอนุมานหลักฐานเชิงประจักษ์ ดังนั้น ความรู้ทางวิทยาศาสตร์ส่วนหนึ่งจึงเป็นผลการอนุมานหรือการลงข้อสรุปจากหลักฐานเชิงประจักษ์
- ความรู้ ประสบการณ์เดิม และค่านิยมของนักวิทยาศาสตร์ มีอิทธิพลต่อการตีความและการอนุมานของนักวิทยาศาสตร์
- นักวิทยาศาสตร์ใช้จินตนาการและความคิดสร้างสรรค์ในทุกขั้นตอนของการพัฒนาความรู้ทางวิทยาศาสตร์ ดังนั้น วิธีการทางวิทยาศาสตร์จึงมีได้หลากหลาย และอาจไม่เป็นไปตามลำดับขั้นตอน
- แม้ว่าความรู้ทางวิทยาศาสตร์มีความน่าเชื่อถือ แต่ความรู้ทางวิทยาศาสตร์ก็สามารถเปลี่ยนแปลงได้ เมื่อมีหลักฐานเชิงประจักษ์ใหม่ที่ขัดแย้งกับความรู้ทางวิทยาศาสตร์เดิม และ/หรือ เมื่อมีการตีความหลักฐานเชิงประจักษ์เดิมด้วยมุมมองหรือทฤษฎีใหม่
- การพัฒนาความรู้ทางวิทยาศาสตร์อยู่ภายใต้อิทธิพลของความคิด ความเชื่อ ค่านิยมและวัฒนธรรมของคนในสังคม และในทางกลับกัน ความรู้ทางวิทยาศาสตร์ก็สามารถมีอิทธิพลต่อความคิด ความเชื่อ ค่านิยม และวัฒนธรรมของคนในสังคมได้เช่นเดียวกัน
นอกจากนี้ นักวิทยาศาสตร์ศึกษายังแถมลักษณะย่อยอีก 2 ลักษณะ ซึ่งประกอบด้วย (1) ความแตกต่างระหว่างการสังเกตและการอนุมาน และ (2) ความแตกต่างระหว่างกฎและทฤษฎีทางวิทยาศาสตร์
จากการศึกษากับนักเรียนจำนวนมากในหลายพื้นที่ นักวิทยาศาสตร์ศึกษาพบว่า การที่นักเรียนจะเข้าใจ “ธรรมชาติของวิทยาศาสตร์” ได้นั้น ครูต้องหยิบยกลักษณะสำคัญเหล่านี้มาอภิปรายกับนักเรียน เพื่อชี้ให้นักเรียนเข้าใจว่า นักวิทยาศาสตร์พัฒนาความรู้ทางวิทยาศาสตร์กันอย่างไร อะไรคือสิ่งที่นักวิทยาศาสตร์ยึดถือร่วมกัน การให้นักเรียนทำการสืบเสาะทางวิทยาศาสตร์เพียงอย่างเดียว ไม่อาจช่วยให้นักเรียนเข้าใจธรรมชาติของวิทยาศาสตร์ หากครูไม่นำลักษณะเหล่านี้มาพูดคุยกับนักเรียน
เมื่อเวลาผ่านไปสักระยะหนึ่ง นักวิทยาศาสตร์ศึกษาก็เห็นว่า ลักษณะสำคัญของ “ธรรมชาติของวิทยาศาสตร์” ข้างต้น เน้นหนักไปที่ “ธรรมชาติของความรู้ทางวิทยาศาสตร์” แต่ไม่ได้กล่าวถึง “ธรรมชาติของกระบวนการทำงานทางวิทยาศาสตร์” ซึ่งหมายความว่า ลักษณะสำคัญของ “ธรรมชาติของวิทยาศาสตร์” ข้างต้น เน้น “ผลลัพธ์” มากกว่า “กระบวนการ” ด้วยเหตุนี้ นักวิทยาศาสตร์ศึกษาจึงพยายามทบทวนการทำงานของนักวิทยาศาสตร์ใหม่ เพื่อระบุลักษณะสำคัญของ “ธรรมชาติของการสืบเสาะทางวิทยาศาสตร์” ซึ่งเป็นสาะสำคัญของบทความที่ผมจะหยิบมานำเสนอ ณ ที่นี้ครับ (ผมอาจเกริ่นยาวเกินไปซะหน่อย)
ลักษณะสำคัญของ “ธรรมชาติของการสืบเสาะทางวิทยาศาสตร์” มีดังนี้ครับ (หน้าที่ 68 – 72)
- การสืบเสาะทางวิทยาศาสตร์ทั้งหมดเริ่มต้นด้วยคำถาม แต่ไม่จำเป็นต้องเป็นการทดสอบสมมติฐาน (Scientific investigations all begin with a question and do not necessarily test a hypothesis.)
- ไม่มีลำดับหรือขั้นตอนที่แน่นอนในการสืบเสาะทางวิทยาศาสตร์ (There is no single set of sequence of steps followed in all investigations.)
- กระบวนการสืบเสาะทางวิทยาศาสตร์เป็นไปตามลักษณะของคำถามที่นักวิทยาศาสตร์ตั้งขึ้น (Inquiry procedures are guided by the question asked.)
- นักวิทยาศาสตร์ที่ใช้กระบวนการเดียวกัน ไม่จำเป็นต้องได้ผลที่เหมือนกัน (All scientists performing the same procedures may not get the same results.)
- กระบวนการสืบเสาะทางวิทยาศาสตร์ส่งผลต่อผลการศึกษาที่จะเกิดขึ้น (Inquiry procedures can influence results.)
- ข้อสรุปหรือผลการศึกษาต้องสอดคล้องกับข้อมูลที่นักวิทยาศาสตร์รวบรวมได้ (Research Conclusions must be consistent with the data collected.)
- ข้อมูลทางวิทยาศาสตร์ไม่ใช่สิ่งเดียวกันกับหลักฐานทางวิทยาศาสตร์ (Scientific data are not the same as scientific evidence.)
- คำอธิบายทางวิทยาศาสตร์ถูกพัฒนาขึ้นร่วมกันจากหลักฐานและความรู้เดิม (Explanations are developed from a combination of collected data and what is already known.)
หลายท่านอาจจะงงกับข้อที่ 7 ผมขอขยายความเพิ่มเติมดังนี้นะครับ ผู้เขียนกล่าวไว้ว่า (หน้าที่ 70)
Data are observations gathered by the scientist during the course of the investigation, and they can take various forms (e.g., numbers, descriptions, photographs, audio, physical samples, etc.). Evidence, by contrast, is a product of data analysis procedures and subsequent interpretation, and is directly tied to a specific question and a related claim.
ซึ่งหมายความว่า
ข้อมูลคือผลจากการสังเกตที่นักวิทยาศาสตร์เก็บรวบรวมได้ในระหว่างการสืบเสาะทางวิทยาศาสตร์ ซึ่งมีได้หลายรูปแบบ (เช่น ตัวเลข คำบรรยาย ภาพถ่าย เสียง และตัวอย่างทางกายภาพ เป็นต้น) ในทางตรงกันข้าม หลักฐานคือผลจากกระบวนการวิเคราะห์ข้อมูล และการตีความเกี่ยวกับผลเหล่านั้น ซึ่งสัมพันธ์กันกับคำถามทางวิทยาศาสตร์และข้อสรุปทางวิทยาศาสตร์
นั่นคือ ข้อมูลในที่นี้หมายถึง “ข้อมูลดิบ” ที่ยังไม่ผ่านกระบวนการวิเคราะห์ ในขณะที่หลักฐานคือผลการวิเคราะห์ข้อมูล ซึ่งถูกหยิบยกขึ้นมาเป็นส่วนหนึ่งของข้อสรุปที่ตอบคำถามทางวิทยาศาสตร์ ตัวอย่างเช่น ในกิจกรรมเรื่อง “น้ำขึ้นน้ำลง” ตัวเลขที่แสดงระดับน้ำทะเลในแต่ละวันนั่นคือ “ข้อมูล” ส่วนกราฟที่แสดงว่า น้ำจะขึ้นสูงสุดและลงต่ำสุดอย่างละ 2 ครั้ง/วัน นั่นคือ “หลักฐาน”
ถึงตรงนี้ อาจารย์ที่ผ่านการอบรมเชิงปฏิบัติการเพื่อขยายผล “กิจกรรมการเรียนรู้ด้วยการสืบเสาะทางวิทยาศาสตร์” คงพอเห็นภาพนะครับว่า กิจกรรมเหล่านี้สะท้อนธรรมชาติของการสืบเสาะทางวิทยาศาสตร์อย่างไรบ้าง ดังนี้ครับ
- ทุกกิจกรรมเริ่มต้นด้วยคำถามทางวิทยาศาสตร์ ที่นักเรียนจะต้องทำอะไรสักอย่าง(หรือหลายอย่าง)เพื่อตอบคำถามทางวิทยาศาสตร์นั้น
- แต่ละกิจกรรมไม่ได้มีลำดับขั้นตอนที่แน่นอนที่นักเรียนจะต้องปฏิบัติตามเพื่อตอบคำถามทางวิทยาศาสตร์ เมื่อมองในภาพรวมของกิจกรรมทั้งหมดแล้ว นักเรียนจะเห็นความหลากหลายของการทำงานทางวิทยาศาสตร์
- คำถามทางวิทยาศาสตร์ที่ต่างกันจะนำไปสู่การสืบเสาะทางวิทยาศาสตร์ที่ต่างกัน ซึ่งอาจเป็นการสำรวจทางวิทยาศาสตร์ (กิจกรรมเรื่อง “ไขปริศนานกฟินซ์“) การหาความสัมพันธ์ระหว่าง 2 ปรากฏการณ์ (กิจกรรมเรื่อง “น้ำขึ้นน้ำลง“) หรือการทดลองทางวิทยาศาสตร์ (กิจกรรมเรื่อง “ปริมาตรหายไปไหน” และกิจกรรมเรื่อง “ทำไมจม ทำไมลอย“)
- กิจกรรมเรื่อง “ภาวะโลกร้อน” สะท้อนให้เห็นว่า แม้นักเรียนทำการทดลองด้วยวิธีการเดียวกัน นักเรียนก็อาจได้ผลการทดลองที่แตกต่างกัน
- ในแต่ละกิจกรรม ครูควรย้ำกับนักเรียนว่า ข้อสรุปจากการสืบเสาะทางวิทยาศาสตร์ใดๆ ควรสอดคล้องกับหลักฐาน (กิจกรรมเรื่อง “ไขปริศนานกฟินซ์” และ กิจกรรมเรื่อง “กำเนิดดวงจันทร์” จะช่วยฝึกให้นักเรียนลงข้อสรุปตามหลักฐาน ไม่ใช่การลงข้อสรุปให้ตรงตามความเชื่อของตนเองเพียงอย่างเดียว และไม่ใช่การพยายามบิดเบือนหลักฐานให้สนับสนุนความเชื่อของตนเอง)
- กิจกรรมเรื่อง “น้ำขึ้นน้ำลง” จะช่วยให้นักเรียนแยกแยะความแตกต่างระหว่าง “ข้อมูล” และ “หลักฐาน”
- กิจกรรมเรื่อง “ไขปริศนานกฟินซ์” จะช่วยให้นักเรียนฝึกสร้างคำอธิบายทางวิทยาศาสตร์บนพื้นฐานของหลักฐาน