ผมขอนำเสนอ “บทเรียนวิภาค” ต่อนะครับ คราวนี้เป็นกิจกรรมเรื่อง “ไขปริศนานกฟินซ์” ซึ่งเน้นให้นักเรียนได้ฝึกลงข้อสรุปและสร้างคำอธิบายปรากฏการณ์ทางธรรมชาติด้วยหลักฐานเชิงประจักษ์ กิจกรรมนี้สอดรับกับตัวชี้วัด ว 1.2 ม. 3/5 ซึ่งระบุให้นักเรียน “อธิบายผลของความหลากหลายทางชีวภาพที่มีต่อมนุษย์ สัตว์ พืช และสิ่งแวดล้อม” ในขณะที่สาระการเรียนรู้แกนกลางกล่าวว่า “การตัดไม้ทำลายป่าเป็นสาเหตุหนึ่งที่ทำให้เกิดการสูญเสียความหลากหลายทางชีวภาพ ซึ่งส่งผลกระทบต่อการดำรงชีวิตของมนุษย์” และ “การใช้สารเคมีในการกำจัดศัตรูพืชและสัตว์ส่งผลกระทบต่อสิ่งมีชีวิต ทั้งมนุษย์ สัตว์ และพืช (ซึ่ง)ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงความหลากหลายทางชีวภาพและสิ่งผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม”
แต่ก่อนอื่น ผมขอระบายความอัดอั้นนิดนึงนะครับเกี่ยวกับความสัมพันธ์ระหว่างตัวชี้วัดและสาระการเรียนรู้แกนกลางข้างต้น ในระหว่างการพัฒนากิจกรรม “ไขปริศนานกฟินซ์” ผมเกิดความรู้สึกว่า ตัวชี้วัดและสาระการเรียนรู้แกนกลางไม่ค่อยเข้ากันเลย หากเราพิจารณาความหมายของตัวชี้วัดนี้ดีๆ เราอาจตีความได้ว่า “ความหลากหลายทางชีวภาพ” ส่งผล(อะไรบางอย่าง)ต่อ “…สิ่งแวดล้อม” แต่หากเราพิจารณาความหมายของสาระการเรียนรู้แกนกลาง เราอาจตีความได้ว่า “ความหลากหลายทางชีวภาพ” เป็นผลกระทบที่เกิดจาก “การตัดไม้ทำลายป่า” และ “การใช้สารเคมี” (ซึ่งเป็นการเปลี่ยนแปลงทางสิ่งแวดล้อม) ดังนั้น มันจึงค่อนข้างน่าสับสนว่า หลักสูตรฯ ต้องการสื่อความหมายเกี่ยวกับความสัมพันธ์ระหว่างความหลากหลายทางชีวภาพกับสิ่งแวดล้อมอย่างไร อะไรเป็นสาเหตุ และอะไรเป็นผลกระทบ ภาษาที่ปรากฏในหลักสูตรฯ ควรรัดกุมกว่านี้ครับ (อันนี้เป็นความคิดเห็นส่วนตัว)
อย่างไรก็ดี หลังจากการตีความตัวชี้วัดและสาระการเรียนรู้นี้่ร่วมกับคณะทำงานที่มีความรู้ทางชีววิทยาแล้ว เราเห็นพ้องกันว่า ตัวชี้วัดนี้ “น่าจะ” ต้องการสื่อความหมายว่า การเปลี่ยนแปลงทางสิ่งแวดล้อม (เช่น การตัดไม้ทำลายป่า และการใช้สารเคมี) เป็นสาเหตุที่ส่งผลกระทบต่อความหลากหลายทางชีวภาพ ซึ่งอาจเป็นความหลากหลายทางพันธุกรรม ความหลากหลายของชนิดของสิ่งมีชีวิต และ/หรือความหลากหลายของระบบนิเวศ จากการตีความนี้ เราจึงเริ่มออกแบบกิจกรรมการเรียนรู้บนพื้นฐานของการตีความนี้ โดยเราเลือกสถานการณ์จากการศึกษาเรื่อง “Intense Natural Selection in a Population of Darwin’s Finches (Geospizinae) in the Galapagos” ซึ่งเป็นการศึกษาความหลากหลายทางพันธุกรรมของประชากรนกฟินซ์ในเกาะแห่งหนึ่งในหมู่เกาะกาลาปากอสในระหว่างที่เกิดเกิดภัยแล้งครั้งใหญ่
เนื่องจากผลการศึกษาข้างต้นระบุว่า ภัยแล้งครั้งใหญ่ส่งผลให้ความหลากหลายทางพันธุกรรมของประชากรนกฟินซ์ลดลง โดยการศึกษานี้ได้นำเสนอหลักฐานเชิงประจักษ์ต่างๆ จำนวนหนึ่ง และเนื่องจากภัยแล้งเป็นการเปลี่ยนแปลงทางสิ่งแวดล้อมรูปแบบหนึ่ง ซึ่งสามารถเกิดขึ้นได้ในพื้นที่ต่างๆ ทั่วไป (รวมทั้งประเทศไทย) กิจกรรมนี้จึงขับเคลื่อนด้วยคำถามทางวิทยาศาสตร์ที่ว่า “การเกิดภัยแล้งสามารถส่งผลต่อความหลากหลายทางพันธุกรรมของนกฟินซ์หรือไม่ และได้อย่างไร” ในการนี้ เราจึงรวบรวมหลักฐานต่างๆ เพื่อนำเสนอกับนักเรียน และให้นักเรียนฝึกลงข้อสรุปจากหลักฐานเหล่านั้น ตลอดจนนำข้อสรุปทั้งหมดมาสร้างเป็นคำอธิบายทางวิทยาศาสตร์ นั่นหมายความว่า นักเรียนต้องตอบคำถามทางวิทยาศาสตร์นี้ด้วยหลักฐานเชิงประจักษ์
กิจกรรมนี้เริ่มต้นด้วยการสร้างความเข้าใจพื้นฐานที่จำเป็นก่อน โดยเฉพาะความเข้าใจเกี่ยวกับบริบทของปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้น อาทิ ตำแหน่งของหมู่เกาะกาลาปากอส ภูมิประเทศของหมู่เกาะกาลาปากอส สิ่งมีชีิวิตที่อาศัยในหมู่เกาะกาลาปากอส รวมทั้งนกฟินซ์ที่เป็นตัวเอกของกิจกรรมนี้ ในการนี้ เราให้นักเรียนชมวีดิทัศน์เกี่ยวกับนกฟินซ์ในเกาะแห่งหนึ่งของหมู่เกาะกาลาปากอส ดังที่ปรากฏข้างล่าง
นอกจากนี้ นักเรียนจำเป็นต้องได้รับการสร้างความเข้าใจเกี่ยวกับ “ความหลากหลายทางพันธุกรรม” โดยครูจำเป็นต้องอภิปรายให้นักเรียนเข้าใจความแตกต่างระหว่าง “ความหลากหลายทางพันธุกรรม” และ “ความหลากหลายของชนิดสิ่งมีชีวิต” [การยกตัวอย่างจะช่วยให้นักเรียนเข้าใจความแตกต่างนี้ได้อย่างเป็นรูปธรรมมากขึ้นครับ]
จากนั้น ครูดึงให้นักเรียนเข้าสู่ประเด็นหลักของกิจกรรมนี้ โดยการถามนักเรียนว่า “อะไรทำให้สิ่งมีชีวิตชนิดเดียวกันมีความหลากหลายทางพันธุกรรม” “ปัจจัยใดบ้างที่ส่งผลต่อความหลากหลายทางพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิตนั้น” และ “การเปลี่ยนแปลงทางสิ่งแวดล้อมเป็นปัจจัยที่ส่งผลต่อความหลากหลายทางพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิตนั้นได้หรือไม่” ซึ่งจะนำไปสู่การอภิปรายเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงความหลากหลายทางพันธุกรรมของสิ่งมีีชีวิตนั้น ณ ตรงนี้ นักเรียนจำเป็นต้องเข้าใจว่า ความหลากหลายทางพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิตใดๆ ในบริบทหนึ่งๆ สามารถเปลี่ยนแปลงได้ด้วยสาเหตุบางประการ
หลังจากการอภิปรายแล้ว ครูจึงค่อยนำเสนอสถานการณ์ภัยแล้งที่เกิดขึ้นในหมู่เกาะกาลาปากอสในปี ค.ศ. 1977 พร้อมทั้งนำเสนอคำถามทางวิทยาศาสตร์ที่ว่า “การเกิดภัยแล้งสามารถส่งผลต่อความหลากหลายทางพันธุกรรมของนกฟินซ์หรือไม่ และได้อย่างไร” ในการนี้ ครูอาจชี้แจงกับนักเรียนว่า การตอบคำถามนี้ในทางวิทยาศาสตร์ต้องอาศัยเวลานาน ดังนั้น ครูจึงได้รวบรวมหลักฐานเชิงประจักษ์ให้นักเรียนพิจารณา จำนวน 9 ชิ้น ดังนี้ [รายละเอียดปรากฏในเอกสารเรื่อง “กิจกรรมการเรียนรู้ด้วยการสืบเสาะทางวิทยาศาสตร์“]
- ประชากรนกฟินซ์ในฤดูต่างๆ ในช่วงปี ค.ศ. 1973 – 1978 ซึ่งอยู่ในรูปแบบของแผนภูมิแท่ง ซึ่งแกนนอนเป็นฤดูในแต่ละปี (ฤดูฝนและฤดูร้อน) ในขณะที่แกนตั้งเป็นจำนวนนกฟินซ์ในแต่ละฤดูของแต่ละปี
- ชนิดอาหารของนกฟินซ์แต่ละชนิด ซึ่งเป็นแผนภาพส่วนหัว(รวมทั้งจะงอยปาก)ของนกฟินซ์ 4 ชนิด พร้อมกับสิ่งที่นกฟินซ์แต่ละชนิดกินเป็นอาหาร
- ขนาดจะงอยปากและสัดส่วนของอาหารที่นกฟินซ์ชนิดหนึ่งกิน ซึ่งอยู่ในรูปแบบของแผนภูมิแท่ง
- ค่าเฉลี่ยของขนาดจะงอยปากของนกฟินซ์ “ก่อน” และ “หลัง” การเกิดภัยแล้ง ซึ่งอยู่ในรูปแบบแผนภูมิแท่ง 2 รูป
- ค่าเฉลี่ยของขนาดจะงอยปากของนกฟินซ์ในช่วงปี ค.ศ. 1976 – 1984 ซึ่งอยู่ในรูปแบบกราฟเส้น
- จำนวนนกฟินซ์และความอุดมสมบูรณ์ของเมล็ดพืชในช่วงเวลาเดียวกัน ซึ่งอยู่ในรูปแบบกราฟเส้น 2 รูป
- ความอุดมสมบูรณ์ของเมล็ดพืชและค่าเฉลี่ยดัชนีเมล็ดในปีต่างๆ ซึ่งอยู่ในรูปแบบของกราฟเส้น 1 รูป ที่มีเส้นกราฟ 2 เส้น (โดยค่าดัชนีเมล็ดแปรผันตรงกับความแข็งและความหนาของเมล็ดพืช)
- ขนาดตัวเฉลี่ยของนกฟินซ์ “ก่อน” และ “หลัง” การเกิดภัยแล้ง ซึ่งอยู่ในรูปแบบของกราฟเส้น
- ปริมาณน้ำฝนและจำนวนไข่ของนกฟินซ์ ซึ่งอยู่ในรูปแบบของกราฟจุด
ในการนี้ ครูกำหนดให้นักเรียนลงข้อสรุปจากหลักฐานแต่ละชิ้น พร้อมทั้งนำข้อสรุปเหล่านั้นมาสร้างเป็นคำอธิบายทางวิทยาศาสตร์ ซึ่งต้องตอบคำถามที่ว่า “การเกิดภัยแล้งสามารถส่งผลต่อความหลากหลายทางพันธุกรรมของนกฟินซ์หรือไม่ และได้อย่างไร” โดยครูอาจจำเป็นต้องมีการสร้างความเข้าใจกับนักเรียนด้วยว่า หลักฐานเหล่านี้ไม่ได้มาจากการทดลองทางวิทยาศาสตร์ที่มีการจัดกระทำและควบคุมตัวแปรต่างๆ แต่มาจากการสำรวจทางวิทยาศาสตร์ในบริบทตามธรรมชาติ ดังนั้น การเผลอลงข้อสรุปเกี่ยวกับความสัมพันธ์เชิงเหตุผลจึงเป็นเรื่องที่นักเรียนพึงระวัง
ในระหว่างที่นักเรียนกำลังทำกิจกรรมนี้ ครูอาจต้องพิจารณาว่า นักเรียนต้องการความช่วยเหลือหรือไม่ และมากน้อยเพียงใด ทั้งนี้เพราะนักเรียนแต่ละคนมีความสามารถและความรู้ที่แตกต่างกัน โดยครูอาจอภิปรายร่วมกับนักเรียนเกี่ยวกับหลักฐานแต่ละชิ้นเป็นระยะๆ เพื่อให้แน่ใจว่า นักเรียนลงข้อสรุปบนพื้นฐานของหลักฐานเหล่านั้นจริงๆ และไม่มีการลงข้อสรุปที่คลาดเคลื่อนหรือเกินจากหลักฐานเหล่านั้น ครูควรถามให้นักเรียนทบทวนการลงข้อสรุปของตนเองอยู่เสมอว่า ข้อสรุปนั้นๆ เกินหรือคลาดเคลื่อนจากหลักฐานหรือไม่
จากนั้น นักเรียนเริ่มนำข้อสรุปทั้งหมดมาเชื่อมโยงกันเพื่อสร้างเป็นคำอธิบายทางวิทยาศาสตร์ โดยครูอาจต้องสร้างความเข้าใจกับนักเรียนด้วยว่า ลักษณะของคำอธิบายทางวิทยาศาสตร์ควรเป็นอย่างไร อาทิ
- คำอธิบายนั้นต้องตอบคำถามทางวิทยาศาสตร์
- คำอธิบายนั้นต้องตั้งอยู่บนพื้นฐานของหลักฐานเชิงประจักษ์
- คำอธิบายนั้นต้องแสดงถึงกลไกลหรือกระบวนการที่ทำให้ปรากฏการณ์นั้นเกิดขึ้น
คำอธิบายที่เป็นไปได้ปรากฏดังแผนภาพข้างล่าง
จากนั้น ครูจึงสรุปกับนักเรียนอีกครั้งว่า การเกิดภัยแล้งส่งผลให้ประชากรนกฟินซ์มีความหลากหลายทางพันธุกรรมที่ลดลง โดยจากเดิมที่นกฟินซ์มีขนาดจะงอยปากที่หลากหลาย (ทั้งเล็ก กลาง และใหญ่) แต่เมื่อเกิดภัยแล้ง นกฟินซ์ที่เหลือรอดชีวิตส่วนใหญ่เป็นนกฟินซ์ที่จะงอยปากขนาดใหญ่
จากนั้น ครูจึงขยายความรู้นี้ให้กว้างขึ้น โดยการถามนักเรียนว่า นอกจากภัยแล้งแล้ว การเปลี่ยนแปลงทางสิ่งแวดล้อมอื่นๆ เช่น การตัดไม้ทำลายป่า และการใช้สารเคมี สามารถส่งผลต่อความหลากหลายทางพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิตใดๆ ได้ด้วยหรือไม่ การขยายความรู้เป็นไปเพื่อตอบสนองความคาดหวังตามตัวชี้วัดและสาระการเรียนรู้แกนกลาง และเพื่อให้นักเรียนได้ฝึกนำสิ่งที่ตนเองเรียนรู้แล้วไปใช้อธิบายปรากฏการณ์อื่นๆ ที่คล้ายกัน
จากกิจกรรมนี้ นอกจากนักเรียนจะได้ฝึกลงข้อสรุปและสร้างคำอธิบายทางวิทยาศาสตร์แล้ว นักเรียนจะได้เห็นว่า ความรู้ทางวิทยาศาสตร์ไม่จำเป็นต้องมาจากการทดลองทางวิทยาศาสตร์เสมอไป การสำรวจทางวิทยาศาสตร์อย่างรอบด้านก็สามารถช่วยให้นักวิทยาศาสตร์อธิบายปรากฏการณ์ทางธรรมชาติได้เช่นกัน นอกจากนี้ นักเรียนยังได้เห็นความสำคัญของการเผยแพร่ผลการศึกษาในกลุ่มของนักวิทยาศาสตร์ ทั้งนี้เพื่อตรวจสอบและแลกเปลี่ยนซึ่งกันและกัน อันจะนำไปสู่การอธิบายปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นได้อย่างครอบคลุม กิจกรรมการเรียนรู้นี้ยังช่วยปูพื้นฐานสำหรับนักเรียนชั้นมัธยมศึกษาตอนต้นในการเรียนรู้เรื่องการคัดเลือกโดยธรรมชาติและเรื่องวิวัฒนาการต่อไปในอนาคตครับ