เราลองมาดูความก้าวหน้าในการเรียนรู้เรื่องพลังงานกันบ้างนะครับ
ในงานวิจัยเรื่อง “Towards a Learning Progression of Energy” ผู้วิจัยพัฒนาแบบทดสอบวัดแนวคิดที่มีชื่อว่า “Energy Concept Assessment” เพื่อศึกษาแนวคิดของนักเรียนชั้น ป. 6 ม. 2 และ ม.4 รวมกันจำนวนทั้งหมด 1,856 คน เพื่อดูว่า พัฒนาการทางแนวคิดของนักเรียนเรื่องพลังงานเป็นอย่างไร
ตามที่ผมเคยนำเสนอไปแล้วว่า แนวคิดหลักที่สำคัญที่สุดในเรื่องของพลังงานก็คือ “กฎการอนุรักษ์พลังงาน” งานวิจัยนี้ก็เช่นเดียวกันครับ ผู้วิจัยต้องการศึกษาว่า ความก้าวหน้าในการเรียนรู้เรื่อง “กฎการอนุรักษ์พลังงาน” ของนักเรียนเป็นอย่างไร
ผู้วิจัยจัดลำดับความก้าวหน้าในการเรียนรู้เรื่อง “กฎการอนุรักษ์พลังงาน” ออกเป็น 4 ขั้น ดังนี้ครับ
ในขั้นที่ 1 “Forms and Sources” นักเรียนกลุ่มนี้เข้าใจ “รูปแบบ” และ” แหล่ง” ของพลังงานเท่านั้นครับ นักเรียนกลุ่มนี้บอกได้ว่า พลังงานอยู่ในรูปแบบใดบ้าง เช่น แสง เสียง และ ไฟฟ้า และพลังงานเหล่านั้นมาจากแหล่งใดบ้าง เช่น หลอดไฟ ลำโพง และ แบตเตอรี่
ในขั้นที่ 2 “Transfer and Transformation” นอกจากจะเข้าใจ “รูปแบบ” และ “แหล่ง” ของพลังงานแล้ว นักเรียนกลุ่มนี้ยังเข้าใจเกี่ยวกับ “การถ่ายโอน” และ “การเปลี่ยนรูป” ของพลังงานด้วยครับ ในสถานการณ์ที่กำหนดให้ นักเรียนกลุ่มนี้สามารถบอกว่าได้ว่า พลังงานถ่ายโอนจากที่ใดไปยังที่ใด และบอกได้ด้วยว่า พลังงานเปลี่ยนจากรูปแบบใดไปเป็นรูปแบบใด
ในขั้นที่ 3 “Dissipation” หรือ “Devaluation” นักเรียนเข้าใจ “รูปแบบ” และ “แหล่ง” ของพลังงาน รวมทั้ง “การถ่ายโอน” และ “การเปลี่ยนรูป” ของพลังงาน นอกจากนี้ นักเรียนกลุ่มนี้ยังเข้าใจด้วยว่า “การถ่ายโอนพลังงาน” และ “การเปลี่ยนรูป” พลังงานนั้น เป็นการทำให้คุณค่าของพลังงานลดลง (ไม่ใช่การสูญเสียพลังงานนะครับ แต่เป็นการสูญเสียคุณค่าของพลังงาน) กล่าวคือ นักเรียนเข้าใจว่า พลังงานบางรูปแบบ (เช่น พลังงานเคมีของเชื้อเพลิง) มีคุณค่ามากกว่าพลังงานรูปแบบอื่นๆ (เช่น พลังงานความร้อนจากท่อไอเสีย) ดังนั้น การเปลี่ยนรูปและการถ่ายโอนพลังงานทำให้คุณค่าของพลังงานลดลง
ในขั้นที่ 4 “Conservation” นักเรียนไม่เพียงแต่จะเข้าใจแนวคิดทั้งหมดใน 3 ลำดับข้างต้น แต่ยังเข้าใจด้วยว่า แม้พลังงานมีการเปลี่ยนแปลงรูปแบบ และพลังงานมีการถ่ายโอนไปยังที่อื่น แต่ปริมาณพลังงานรวมทั้งหมดมีค่าคงตัว
จากความก้าวหน้าในการเรียนรู้เรื่อง “กฎการอนุรักษ์พลังงาน” ข้างต้น ผู้วิจัยได้เสนอแนะไว้อย่างน่าสนใจ ดังนี้ครับ (หน้า 184)
[I]nitial teaching should focus on developing an understanding of energy with respect to forms and sources first. Then, the concept of transfer and transformation should be covered, before introducing energy dissipation and conservation. However, … students seem to develop an understanding of energy transfer and transformation while still not having fully developed an understanding of energy forms and sources. Therefore, we suggest that it is not wise for all possible forms (and sources) of energy to be covered in the curriculum before the concept of energy transfer and transformation is introduced. Instead we suggest to ensure that students obtain a through understanding (1) of what an energy form is and (2) that different energy forms exist—before moving on to the transformation of on energy form into the other … [Emphasis added]
ผมแปลได้ความคร่าวๆ ดังนี้ครับ
การสอนตอนเริ่มต้นควรเน้นการพัฒนาความเข้าใจในเรื่องของรูปแบบและแหล่งพลังงานก่อน จากนั้น แนวคิดเกี่ยวกับการถ่ายโอนและการเปลี่ยนรูปพลังงานจึงตามมา แล้วจึงมีการนำเสนอแนวคิดเรื่องการสูญเสียคุณค่าของพลังงาน และการอนุรักษ์พลังงาน อย่างไรก็ตาม … นักเรียนดูเหมือนจะสามารถพัฒนาความเข้าใจเกี่ยวกับการถ่ายโอนและการเปลี่ยนรูปพลังงาน ในขณะที่ยังไม่เข้าใจรูปแบบและแหล่งพลังงานอย่างเต็มที่นัก ดังนั้น เราแนะนำว่า มันไม่ใช่เรื่องที่ฉลาด หากมีการนำเสนอรูปแบบและแหล่งพลังงานทุกๆ รูปแบบที่เป็นไปได้ในหลักสูตร ก่อนนำเสนอแนวคิดเรื่องการถ่ายโอนและการเปลี่ยนรูปพลังงาน เราแนะนำว่า นักเรียนควรเข้าใจว่า รูปแแบบของพลังงานคืออะไร และมีพลังงานในรูปแบบต่างๆ เกิดขึ้น—ก่อนเปลี่ยนไปสอนเรื่องการเปลี่ยนรูปพลังงานจากรูปแบบหนึ่งไปยังรูปแบบอื่น [ตัวหนาถูกเน้นโดยผมเอง]
ผมแปลไทยเป็นไทยอีกทีนะครับ เพราะผมรู้สึกว่า ตัวเองยังแปลได้ไม่ชัดเจนนัก
ผู้วิจัยบอกว่า เราไม่จำเป็นต้องสอนให้นักเรียนเข้าใจรูปแบบของพลังงานทุกๆ รูปแบบ และแหล่งพลังงานทุกๆ แหล่งก่อน แล้วค่อยสอนให้นักเรียนเข้าใจเรื่องการเปลี่ยนรูปและการถ่ายโอนพลังงาน ทั้งนี้เพราะ แม้ว่านักเรียนยังไม่เข้าใจพลังงานทุกรูปแบบและทุกแหล่ง (นักเรียนเข้าใจเพียงบางรูปแบบและบางแหล่ง) นักเรียนก็เริ่มพัฒนาแนวคิดเรื่องการเปลี่ยนรูปพลังงานและการถ่ายโอนพลังงานแล้ว
การศึกษาความก้าวหน้าในการเรียนรู้เรื่องใดๆ ช่วยให้เราทราบได้ว่า นักเรียนเรียนรู้เรื่องนั้นอย่างไร