ชื่อนวัตกรรม : การพัฒนาทักษะการคิดเชิงคำนวณผ่านการจัดการเรียนรู้คณิตศาสตร์แบบ STEM Education เรื่องลำดับและอนุกรม โดยใช้การออกแบบกิจกรรมเชิงปฏิบัติการแบบ Unplugged Coding ร่วมกับเทคโนโลยี Microbit เพื่อเพิ่มผลสัมฤทธิ์ทางการเรียนและความสามารถในการแก้ปัญหาทางคณิตศาสต

ประเภทนวัตกรรม : STEM Education

ระดับการศึกษา : มัธยมศึกษา

กลุ่มสาระการเรียนรู้ : คณิตศาสตร์

ปัจจุบันทักษะการคิดเชิงคำนวณ (Computational Thinking) เป็นทักษะสำคัญในศตวรรษที่ 21 ที่ช่วยพัฒนาความสามารถในการแก้ปัญหาอย่างเป็นระบบของผู้เรียน (สสวท., 2022) ซึ่งสอดคล้องกับนโยบายการศึกษาของประเทศไทยที่มุ่งเน้นการพัฒนาผู้เรียนให้มีทักษะด้านวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี วิศวกรรม และคณิตศาสตร์ (สำนักงานคณะกรรมการการศึกษาขั้นพื้นฐาน, 2023) อย่างไรก็ตาม จากการประเมินผลการเรียนรู้คณิตศาสตร์ของนักเรียนไทยพบว่า ผู้เรียนยังมีข้อจำกัดในการประยุกต์ใช้ความรู้คณิตศาสตร์เพื่อแก้ปัญหาในชีวิตจริง (สถาบันทดสอบทางการศึกษาแห่งชาติ, 2023) โดยเฉพาะเนื้อหาเรื่องลำดับและอนุกรม ที่ผู้เรียนมักประสบปัญหาในการเชื่อมโยงความรู้กับการแก้ปัญหา (วิจารณ์ พานิช, 2021) การจัดการเรียนรู้แบบ STEM Education ร่วมกับกิจกรรม Unplugged Coding จึงเป็นแนวทางหนึ่งที่มีศักยภาพในการพัฒนาทักษะการคิดเชิงคำนวณและความสามารถในการแก้ปัญหา (จิราภรณ์ มีสง่า, 2024) นอกจากนี้ งานวิจัยของ ปิยะวัฒน์ วรรณกุล (2020) ยังสนับสนุนว่าการใช้เทคโนโลยี Microbit ในการเรียนการสอนช่วยเพิ่มความสนใจและการมีส่วนร่วมของผู้เรียน ซึ่งส่งผลโดยตรงต่อผลสัมฤทธิ์ทางการเรียน งานวิจัยนี้จึงมุ่งพัฒนาทักษะการคิดเชิงคำนวณผ่านการจัดการเรียนรู้คณิตศาสตร์แบบ STEM Education เรื่องลำดับและอนุกรม โดยใช้กิจกรรม Unplugged Coding ร่วมกับ Microbit

เพื่อศึกษาผลการพัฒนาทักษะการคิดเชิงคำนวณ ผลสัมฤทธิ์ทางการเรียน และความสามารถในการแก้ปัญหาทางคณิตศาสตร์ เรื่องลำดับและอนุกรม ของนักเรียนชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 6 โรงเรียนลำปางกัลยาณี ที่ได้รับการจัดการเรียนรู้แบบ STEM Education โดยใช้การออกแบบกิจกรรมเชิงปฏิบัติการแบบ Unplugged Coding ร่วมกับเทคโนโลยี Microbit

การวิจัยครั้งนี้เป็นการวิจัยกึ่งทดลอง (Quasi-Experimental Research) แบบกลุ่มเดียววัดผลก่อนและหลังการทดลอง (One Group Pretest-Posttest Design)

ทักษะการคิดเชิงคำนวณ (Computational Thinking) หมายถึง กระบวนการคิดเพื่อแก้ปัญหาอย่างเป็นขั้นตอนและมีเหตุผล โดยประกอบด้วย 4 องค์ประกอบหลัก ได้แก่ การแยกย่อยปัญหา (Decomposition) การจดจำรูปแบบ (Pattern Recognition) การสร้างนามธรรม (Abstraction) และการออกแบบอัลกอริทึม (Algorithm Design) การจัดการเรียนรู้แบบ STEM Education หมายถึง รูปแบบการจัดการเรียนรู้ที่บูรณาการความรู้ใน 4 สาขาวิชา ได้แก่ วิทยาศาสตร์ (Science) เทคโนโลยี (Technology) วิศวกรรมศาสตร์ (Engineering) และคณิตศาสตร์ (Mathematics) โดยเน้นการนำความรู้ไปใช้แก้ปัญหาในชีวิตจริง รวมทั้งการพัฒนากระบวนการหรือผลผลิตใหม่ Unplugged Coding หมายถึง กิจกรรมการเรียนรู้ที่ออกแบบให้ผู้เรียนได้เรียนรู้แนวคิดการเขียนโปรแกรมหรือการคิดเชิงคำนวณโดยไม่ต้องใช้คอมพิวเตอร์หรืออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในระหว่างการทำกิจกรรม เทคโนโลยี Microbit หมายถึง บอร์ดคอมพิวเตอร์ขนาดเล็กที่สามารถโปรแกรมได้ และมีอุปกรณ์รับ-ส่งข้อมูล เซ็นเซอร์ และช่องทางการเชื่อมต่อหลากหลายที่นำมาใช้ในการออกแบบกิจกรรมการเรียนรู้เพื่อพัฒนาทักษะการคิดเชิงคำนวณ ผลสัมฤทธิ์ทางการเรียนวิชาคณิตศาสตร์ หมายถึง คะแนนความสามารถด้านความรู้ ความเข้าใจ การนำไปใช้ และการวิเคราะห์ในเนื้อหาเรื่องลำดับและอนุกรม ซึ่งวัดได้จากแบบทดสอบวัดผลสัมฤทธิ์ทางการเรียนที่ผู้วิจัยสร้างขึ้น ความสามารถในการแก้ปัญหาทางคณิตศาสตร์ หมายถึง ความสามารถในการประยุกต์ใช้ความรู้ทางคณิตศาสตร์เพื่อแก้ปัญหาตามขั้นตอน 4 ขั้นตอน ได้แก่ การทำความเข้าใจปัญหา การวางแผนแก้ปัญหา การดำเนินการตามแผน และการตรวจสอบผล ซึ่งวัดได้จากแบบทดสอบวัดความสามารถในการแก้ปัญหาทางคณิตศาสตร์ที่ผู้วิจัยสร้างขึ้น

เครื่องมือที่ใช้ในการวิจัย

1. เครื่องมือที่ใช้ในการทดลอง
   • แผนการจัดการเรียนรู้แบบ STEM Education โดยใช้กิจกรรม Unplugged Coding ร่วมกับเทคโนโลยี Microbit เรื่องลำดับและอนุกรม 
   • ชุดกิจกรรมการเรียนรู้ Unplugged Coding เรื่องลำดับและอนุกรม
   • บอร์ด Microbit และชุดอุปกรณ์ประกอบการเรียนรู้
2. เครื่องมือที่ใช้ในการเก็บรวบรวมข้อมูล
   • แบบทดสอบวัดผลสัมฤทธิ์ทางการเรียน เรื่องลำดับและอนุกรม
   • แบบทดสอบวัดความสามารถในการแก้ปัญหาทางคณิตศาสตร์
   • แบบวัดทักษะการคิดเชิงคำนวณ
   • แบบประเมินความพึงพอใจต่อการจัดการเรียนรู้

การสร้างและหาคุณภาพเครื่องมือ

1. การสร้างและหาคุณภาพแผนการจัดการเรียนรู้
   • ศึกษาหลักสูตร เอกสาร และงานวิจัยที่เกี่ยวข้อง
   • วิเคราะห์เนื้อหา มาตรฐานการเรียนรู้ และตัวชี้วัด
   • ออกแบบกิจกรรมการเรียนรู้ที่บูรณาการ STEM, Unplugged Coding และ Microbit
   • ตรวจสอบคุณภาพโดยผู้เชี่ยวชาญและปรับปรุงแก้ไข
2. การสร้างและหาคุณภาพแบบทดสอบวัดผลสัมฤทธิ์ทางการเรียน
   • วิเคราะห์หลักสูตรและเนื้อหาที่เกี่ยวข้อง
   • สร้างแบบทดสอบแบบปรนัย 4 ตัวเลือก จำนวน ... ข้อ
   • ตรวจสอบความตรงเชิงเนื้อหาโดยผู้เชี่ยวชาญ
   • ทดลองใช้และวิเคราะห์ค่าความยาก อำนาจจำแนก และความเชื่อมั่น
   • คัดเลือกข้อสอบที่มีคุณภาพตามเกณฑ์
3. การสร้างและหาคุณภาพแบบทดสอบวัดความสามารถในการแก้ปัญหาทางคณิตศาสตร์
   • ศึกษาแนวคิดและทฤษฎีเกี่ยวกับการแก้ปัญหาทางคณิตศาสตร์
   • สร้างแบบทดสอบแบบอัตนัย พร้อมเกณฑ์การให้คะแนนแบบรูบริค
   • ตรวจสอบความตรงเชิงเนื้อหาโดยผู้เชี่ยวชาญ
   • ทดลองใช้และวิเคราะห์ค่าความยาก อำนาจจำแนก และความเชื่อมั่น
4. การสร้างและหาคุณภาพแบบวัดทักษะการคิดเชิงคำนวณ
   • ศึกษาองค์ประกอบของทักษะการคิดเชิงคำนวณ
   • สร้างแบบวัดทักษะการคิดเชิงคำนวณแบบสถานการณ์
   • ตรวจสอบความตรงเชิงเนื้อหาโดยผู้เชี่ยวชาญ
   • ทดลองใช้และหาค่าความเชื่อมั่น
5. การสร้างและหาคุณภาพแบบประเมินความพึงพอใจ
   • สร้างแบบประเมินความพึงพอใจแบบมาตราส่วนประมาณค่า 5 ระดับ
   • ตรวจสอบความตรงเชิงเนื้อหาและวิเคราะห์ค่าความเชื่อมั่น

1. วิเคราะห์ผลสัมฤทธิ์ทางการเรียน ความสามารถในการแก้ปัญหาทางคณิตศาสตร์ และทักษะการคิดเชิงคำนวณก่อนและหลังเรียน โดยใช้สถิติทดสอบที (t-test for dependent samples)
2. วิเคราะห์ระดับความพึงพอใจต่อการจัดการเรียนรู้ โดยใช้ค่าเฉลี่ย (Mean) และส่วนเบี่ยงเบนมาตรฐาน (Standard Deviation)

1. ทดสอบก่อนเรียนด้วยแบบทดสอบวัดผลสัมฤทธิ์ทางการเรียน แบบทดสอบวัดความสามารถในการแก้ปัญหาทางคณิตศาสตร์ และแบบวัดทักษะการคิดเชิงคำนวณ
2. ดำเนินการจัดการเรียนรู้ตามแผนการจัดการเรียนรู้ที่พัฒนาขึ้น
3. ทดสอบหลังเรียนด้วยแบบทดสอบชุดเดิม และประเมินความพึงพอใจต่อการจัดการเรียนรู้

ประชากร: นักเรียนชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 6 โรงเรียนลำปางกัลยาณี จำนวน 120 คน

กลุ่มตัวอย่าง: นักเรียนชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 6 โรงเรียนลำปางกัลยาณี ภาคเรียนที่ 1 ปีการศึกษา 2568 จำนวน 40 คน ซึ่งได้มาโดยการสุ่มแบบกลุ่ม (Cluster Random Sampling)