เนื้อหาวันที่ : 2016-04-08 14:29:12 จำนวนผู้เข้าชมแล้ว : 1199 views

การเรียนแบบ STEM Education โดยใช้หุ่นยนต์เป็นฐานการเรียนรู้ระดับประถมศึกษา

ศิริสาร เขตปิยรัตน์
Project Manager
STEM Education dept.,
Se-education Public co.,ltd.

 

หลายเหตุผลของการเรียนรู้ที่อยู่ภายในกรอบและนอกกรอบมักยึดโยงกับหลักสูตรการศึกษาเพื่อไม่ให้หลุดกับการเรียนรู้ของรายสาขาวิชาแต่เราไม่รู้เลยว่าช่วงเวลาใดจะเอาความรู้เหล่านั้นมาใช้และประยุกต์การใช้งานอย่างไรดี ความเชื่อมโยงศาสตร์ต่างๆ เหล่านี้จะทำมันได้อย่างไร

เหมือนหลายท่านที่อาจจะสอบถามว่าการเรียนรู้ผ่านการเล่นหุ่นยนต์มันจะสอดคล้องกับรายวิชาที่เป็นประโยชน์ได้อย่างไร? จะเสียเวลาไหม? จะเหมือนของเล่นที่เด็กเล่นแล้วก็ทิ้งไว้หรือไม่ หลายท่านมองไม่เห็นการเรียนรู้ที่มาพร้อมกับการละเล่น มองเพียงการเรียนที่ต้องอยู่บนตัวหนังสือ เรียนรู้ภายในห้องเรียน ห้องที่มีกรอบ มีโต๊ะและการนั่งตัวตรงเท่านั้นเหรอ

หุ่นยนต์อาจจะเป็นการใช้คำหรือชื่อเรียกเพื่อสร้างความน่าสนใจจูงใจให้เกิดความอยากรู้ในเรื่องนั้นๆ ให้เกิดขึ้น แต่แท้ที่จริงแล้วการสร้างสิ่งประดิษฐ์ที่เรียกว่า หุ่นยนต์ นี่ต้องอาศัยความรู้หลายสาขาเข้ามาเกี่ยวข้อง ไม่ว่าจะเป็นเรื่องของจินตนาการ ความคิดสร้างสรรค์ ความรู้เชิงสังเกตสังเคราะห์ และวิทยาศาสตร์หรือแม้แต่เรื่องการคิดคำนวณ แม้ว่าในความเป็นจริงแล้ว ผู้เล่นหรือผู้ประกอบหุ่นยนต์นั้นอาจจะใช้การคาดคะเนหรือประมาณการณ์เอาว่าแบบนั้นแบบนี้เพื่อประกอบชิ้นส่วนต่างๆ อันเป็นองค์ประกอบที่เกิดจากการจัดสรรไว้แล้ว อย่างตัวต่อชนิดต่างๆ ไม่ว่าจะเรียกชุดตัวต่อนั้นว่าอย่างไร เช่น เลโก้, ตัวต่อไอคิดส์, ลาคิว ฯลฯ เป็นต้น

ด้วยส่วนประกอบและชิ้นส่วนต่างๆ นี่เองที่ซ่อนความรู้เหล่านี้เอาไว้อาจจะเรียกได้ว่าเป็นส่วนมิติสัมพันธ์สร้างภาพเสมือนให้เกิดขึ้นภายในสมองของผู้เล่น หรือประกอบชิ้นส่วนนั้นหยิบจับบ่อยๆ เป็นประจำ จนเกิดภาพองค์ประกอบชิ้นส่วนรูปเรขาคณิตเหล่านี้ขึ้นในจินตนาการให้เป็นสิ่งนั้นสิ่งนี้ได้ เมื่อประกอบชิ้นส่วนจริงๆ จึงสามารถหยิบจับตัวต่อซึ่งมีรูปร่างและลักษณะทางเรขาคณิต ขึ้นรูปทรงตามที่ต้องการได้

ฉะนั้นหากเราจะแยกแบ่งประเภทเพื่อให้เข้าใจตรงกันก็สามารถแยกออกมาเป็นสัดส่วนได้ว่าอะไรคือ วิทยาศาสตร์ อันไหนคือคณิตศาสตร์ และอันไหนที่เรียกว่าวิศวกรรม จนไปถึงเทคโนโลยี เพราะแท้ที่จริงแล้วเมื่อของเหล่านี้นำไปใช้งานเราจะไม่แบ่งตามรายวิชาดังกล่าวอาจจะเรียกร่วมๆ กันไปเลย เพราะความเป็นจริงแล้วสิ่งประดิษฐ์ทั้งหลายที่เกิดขึ้นล้วนผ่านกระบวนการทางความคิดวิเคราะห์และแยกแยะ คัดสรร จนรวมกันเป็นสิ่งประดิษฐ์ดังที่ได้เห็น

แต่เมื่อต้องการทราบองค์ประกอบเพื่อหาข้อดีของการเล่นสร้างประกอบหุ่นยนต์แล้วละก้อ อยากให้น้ำหนักลงไปที่คณิตศาสตร์เป็นส่วนหลักเนื่องจากชิ้นส่วนหลายๆ ชิ้นล้วนเกิดเป็นรูปร่างทรงสี่เหลี่ยม สามเหลี่ยม เส้นตรง มุมฉาก มุมป่าน วงกลม เป็นต้น

เมื่อได้องค์ประกอบทางคณิตศาสตร์มาแล้วขั้นต่อไปคือ การอาศัยความเชื่อมโยงทางวิทยาศาสตร์เข้ามาช่วยเพื่อสร้างการทดลอง ขึ้นรูปร่างตามความคิดเป็นสัตว์ต่างๆ เครื่องใช้ภายในบ้าน รูปร่างที่คุ้นเคยเหล่านี้เองที่รวมเอาวิทยาศาสตร์มาเกี่ยวข้อง ไม่ว่าจะสร้างให้หุ่นยนต์เคลื่อนไหวด้วยมอเตอร์ ขับเคลื่อนด้วยแหล่งจ่ายพลังงานไฟฟ้าเช่น แบตเตอรี่ สิ่งเหล่านี้ล้วนเกี่ยวข้องกับวิทยาศาสตร์ การใช้ล้อแบบต่างๆ ทั้งมียางและไม่มียาง ทำให้การเคลื่อนที่เป็นแบบใด สิ่งเหล่านี้ล้วนรวมเรียกว่า วิทยาศาสตร์ที่เข้ามาเสริมให้การสร้างและการทดลองสนุกสนานมากขึ้น

ทั้งนี้การนำส่วนต่างๆ มาประกอบขึ้นรูปร่างต่างๆ เหล่านี้เราเรียกการทำงานให้ออกมาเป็นโครงงานเป็นชิ้นงานเหล่านี้ว่า การสร้างเชิงวิศวกรรมด้วยองค์ประกอบการได้ลงมือทำ แบบลองผิดลองถูกจนสามารถแก้ไขปัญหาที่เกิดขึ้นได้ ณ ขณะเวลานั้นๆ จึงเรียกสิ่งเหล่านี้ว่าการทำงานเชิงวิศวกรรม เพราะวิศวกรรมในนิยามของผู้เขียนคือการเปลี่ยนจากสิ่งที่คิดให้ออกมาเป็นรูปธรรม เป็นสิ่งของ สิ่งประดิษฐ์หรือหลักการทำงานอย่างใดอย่างหนึ่งที่สามารถปรับปรุงเปลี่ยนแปลงใช้งานได้ ซึ่งส่วนใหญ่องค์ประกอบนี้อาจจะอยู่ในรูปแบบอื่นๆ ไม่ว่าความถนัดเชิงช่าง งานฝีมือ ฯลฯ เป็นต้น

สำหรับตัวหลักที่หนีไม่พ้นคือการใช้เทคโนโลยี(Technology) หรือตัว T อันเป็นส่วนเสริมให้งานทั้งหมดสามารถต่อยอดจากสิ่งเดิมๆ ให้พิเศษมากขึ้นไม่ว่าจะเป็นเรื่องของการเขียนโปรแกรมในการสร้างหุ่นยนต์ชั้นสูงขึ้นไป ต้องเกี่ยวข้องกับเครื่องคอมพิวเตอร์ การใช้งานคอมพิวเตอร์เบื้องต้นซึ่งนักเรียนรุ่นใหม่ทุกคนต้องเรียนรู้ คงไม่แปลกที่นักเรียนจะสามารถเรียนรู้การใช้งานอุปกรณ์ไอทีได้รวดเร็วและใช้งานเครื่องคอมพิวเตอร์ได้เก่งกว่าคนในยุคเก่าก่อน เพราะนักเรียนเขาเติบโตมากับสภาพแวดล้อมที่เทคโนโลยีใกล้ตัวของเขามากกว่ารุ่นก่อนที่เกิดในยุคการสร้างและคาบเกี่ยวกับสมัยกาลของเทคโนโลยีที่พัฒนามาอย่างก้าวกระโดด

จึงเห็นว่า การเรียนรู้ในหมวดที่เรียกว่า STEM Education มันสอดคล้องกับการเล่นหุ่นยนต์หรือตัวต่อชนิดต่างๆ เหล่านี้ได้อย่างไร แม้แต่งานต้นแบบด้านวิศวกรรมบางตัว มืออาชีพเองยังต้องพึ่งพาชิ้นส่วนเหล่านี้ในการสร้างต้นแบบสิ่งประดิษฐ์ให้ตอบสนองต่อความคิดเบื้องต้นก่อน นำไปสร้างตัวจริงหรือที่เราเรียกว่า เครื่องต้นแบบ และปรับปรุงเปลี่ยนแปลงชิ้นงานไปเรื่อยๆ หาความรู้ที่จะสามารถตอบสนองความคิดเพื่อสร้างสิ่งประดิษฐ์พิเศษๆ เหล่านี้ให้เป็นจริงมากที่สุด จนเกิดสิ่งที่เรียกว่า นวัตกรรม หรือสิ่งประดิษฐ์แปลกใหม่อันจะเปลี่ยนโลกใบเดิมๆ นี้ออกไปเรื่อยๆ

รูปแบบการเรียนรู้สร้างหุ่นยนต์

การจำแนกแบ่งความรู้ให้เป็นลำดับขั้นเพื่อปรับกระบวนทัศน์การศึกษาสามารถเรียงความพร้อมเบื้องต้นไปสู่การสร้างที่ยุ่งยากมากขึ้นหรือมีเงื่อนไขที่ต้องสร้างให้ครอบคุ้มมากขึ้น

ระดับเบื้องต้น-เรียนรู้ชิ้นส่วนองค์ประกอบของตัวต่อว่ามีชิ้นส่วนอย่างไรและเปลี่ยนแปลงรูปแบบใดได้บ้าง พร้อมหลักการการประกอบชิ้นส่วนต่างๆ ทำอย่างไร ถอดชิ้นส่วนเหล่านี้อย่างไรมิให้เกิดความเสียหาย รวมถึงการสร้างอุปนิสัยในการเก็บรักษาอุปกรณ์การเรียนรู้เหล่านี้อย่างไร เพื่อสร้างนิสัยความมีระเบียบการจัดการซึ่งวินัยตรงนี้จะเหมาะสมต่อวิชาช่างหรือวิศวกรรมในอนาคตได้ การเรียนรู้เข้าใจรูปแบบเหมือนสัตว์ต่างๆ ที่จะสร้างสรรค์ผลงานให้เกิดขึ้นจากตัวอย่างตามสิ่งแวดล้อมรอบข้างที่คุ้นเคย

ระดับกลาง-เรียนรู้เข้าใจความสามารถพิเศษของตัวตรวจจับหรือการเพิ่มความสามารถให้กับหุ่นยนต์ เพื่อให้สามารถใช้งานในระบบอัตโนมัติที่ตัดสินใจภารกิจเองได้ เรียนรู้การทำงานของอุปกรณ์ตรวจจับ ประกอบสิ่งประดิษฐ์ที่เกิดขึ้นจริงและให้เห็นความพิเศษของระบบอัตโนมัติ นอกจากนี้ยังเพิ่มการเรียนรู้ระบบควบคุมไร้สายหรือรีโมตคอนโทรลซึ่งสามารถบังคับควบคุมหุ่นยนต์ได้จากระยะไกล เปิดมุมมองการบังคับหุ่นยนต์ได้อีกแบบหนึ่ง เรียนรู้รูปแบบการเคลื่อนที่ของหุ่นยนต์ในลักษณะต่างๆ ไม่ว่าจะด้วยล้อ เช่นรถแข่งF1 หรือการเคลื่อนที่แบบใช้สายพานเหมือนรถถัง การเคลื่อนที่แบบใช้ขา โดยอาศัยการเคลื่อนที่แบบหมุนปรับเปลี่ยนวิธีการเคลื่อนที่เป็นรูปแบบอื่นๆ ได้ เมื่อเข้าใจระบบการเคลื่อนที่และการบังคับแบบไร้สายแล้ว จึงมาสร้างสิ่งประดิษฐ์ที่ต้องการได้ ตามลักษณะพื้นฐานความรู้ดังกล่าวนี้

ระดับสูง-เรียนรู้เข้าใจการสร้างหุ่นยนต์ด้วยวิธีการเขียนโปรแกรมสั่งการ ในระดับนี้จะเข้าใจโลกของการสร้างหุ่นยนต์มากขึ้น นั้นคือเราสามารถสร้างสรรค์และบังคับหุ่นยนต์ด้วยการเขียนโปรแกรม อันหมายถึง สร้างเงื่อนไขการทำงานต่างๆ ให้กับหุ่นยนต์ ซึ่งการเรียนรู้ระดับนี้จะประกอบด้วยความรู้พื้นฐานโครงสร้างของหุ่นยนต์ จนมาถึงเรียนรู้ใช้เทคโนโลยีประกอบการสร้างคือ คอมพิวเตอร์และโปรแกรมการสั่งงาน สามารถเรียนรู้การควบคุมความเร็วของมอเตอร์อันเป็นส่วนขับเคลื่อนหุ่นยนต์ได้ ตลอดจน สามารถสั่งการเซอร์โวมอเตอร์อุปกรณ์ชิ้นใหม่เพื่อออกแบบการเคลื่อนที่แบบบังคับองศาการหมุนได้ เพิ่มเติมความสามารถของหุ่นยนต์ที่ใกล้เคียงกับความเป็นจริงมากขึ้น ความสำคัญของการเรียนรู้ในระดับนี้จะหมายถึง เรียนรู้ลำดับการสั่งงานหรือสร้างเงื่อนไขของการทำงานต่างๆ เปิดมุมมองการแก้ไขปัญหาแบบเป็นขั้นเป็นตอน เจอปัญหาติดขัดอย่างไร สามารถกลับไปหาสาเหตุและต้นต่อของปัญหาที่เกิดขึ้นได้

จากตัวอย่างลำดับขั้นการเรียนรู้หุ่นยนต์ที่กล่าวมานี้เพื่อแสดงให้เห็นว่าการเชื่อมโยงวิธีการเรียนรู้ที่จำเป็นสำหรับสร้างหุ่นยนต์นั้นจะเป็นประโยชน์ต่อพื้นฐานการศึกษาไม่ว่าเด็กที่เรียนจะเติบโตขึ้นไปเรียนสาขาใดในอนาคต ย่อมสามารถมีพื้นฐานลำดับการแก้ไขปัญหา ลำดับความคิดที่สำคัญในการสร้างสรรค์งานด้านใดก็ตามอันจะเกิดประโยชน์กับผู้เรียนทั้งสิ้น

สนใจรายละเอียดติดต่อได้ที่ http://www.se-edstemeducation.com/ หรือ sirisan@se-ed.com 

สงวนลิขสิทธิ์ ตามพระราชบัญญัติลิขสิทธิ์ พ.ศ. 2539 www.thailandindustry.com
Copyright (C) 2009 www.thailandindustry.com All rights reserved.

ขอสงวนสิทธิ์ ข้อมูล เนื้อหา บทความ และรูปภาพ (ในส่วนที่ทำขึ้นเอง) ทั้งหมดที่ปรากฎอยู่ในเว็บไซต์ www.thailandindustry.com ห้ามมิให้บุคคลใด คัดลอก หรือ ทำสำเนา หรือ ดัดแปลง ข้อความหรือบทความใดๆ ของเว็บไซต์ หากผู้ใดละเมิด ไม่ว่าการลอกเลียน หรือนำส่วนหนึ่งส่วนใดของบทความนี้ไปใช้ ดัดแปลง โดยไม่ได้รับอนุญาตเป็นลายลักษณ์อักษร จะถูกดำเนินคดี ตามที่กฏหมายบัญญัติไว้สูงสุด