การเรียนห้องปฏิบัติการทางฟิสิกส์จากที่บ้านท่ามกลางการแพร่ระบาดของ COVID-19

          การแพร่ระบาดของ COVID-19 ส่งผลกระทบต่อผู้เรียนทั่วโลก องค์การเพื่อการศึกษา วิทยาศาสตร์และวัฒนธรรมแห่งสหประชาชาติ (UNESCO) เปิดเผยสถิติที่น่าตกใจคือมีผู้เรียนทั่วโลกมากกว่า 1.5 พันล้านคนได้รับผลกระทบจากการปิดสถานศึกษา มีผู้เรียนกว่า 234 ล้านคนต้องออกจากการเรียน และมีกว่า 33 ประเทศได้รับผลกระทบเพราะการปิดโรงเรียน ทำให้สถานศึกษาต้องปรับตัวไปเป็นเน้นการสอนออนไลน์ การศึกษาทางไกล (distance learning) หรือบางแห่งก็เป็นการจัดการเรียนการสอนแบบผสมผสาน (blended learning) เนื่องมาจากวิกฤติการณ์โควิด-19


          ช่วงเดือนธันวาคม ค.ศ. 2020 เป็นต้นมา สถานการณ์การแพร่ระบาดของ COVID-19 ในประเทศไทยกลับมาทวีความรุนแรงเพิ่มอีกครั้ง จนถึงตอนนี้ปลายเดือนมกราคม ค.ศ. 2021 ในไทยมีจำนวนผู้ป่วยยืนยันสะสมมากกว่า 18 000 คน และมีผู้เสียชีวิตแล้วกว่า 77 ราย เพื่อเป็นการลดโอกาสการแพร่เชื้อ สถานที่หลายแห่งจึงถูกปิดชั่วคราว ซึ่งก็รวมถึงสถานศึกษาด้วย ซึ่งการปิดสถานศึกษาเป็นการชั่วคราวย่อมส่งผลต่อคุณภาพการเรียนของผู้เรียน เมื่อโรงเรียน มหาวิทยาลัยถูกปิด นักเรียน นักศึกษาไม่สามารถมาเรียนที่สถานศึกษาตามปรกติได้ การจัดการเรียนการสอนจึงต้องถูกปรับมาเน้นการเรียนการสอนแบบออนไลน์ (online learning) โดยเน้นเป็นการมอบหมายงาน (assignment based) การสอบในรูปแบบออนไลน์ (online examination) เป็นต้น ซึ่งการเรียนการสอนแบบนี้อาจเหมาะกับการเรียนรู้ที่เน้นการบรรยาย (lecture-based learning) แต่ปัญหาก็คือในรายวิชาที่มีการทดลองในห้องปฏิบัติการ (laboratory experiment) มีการใช้อุปกรณ์การทดลอง ทักษะการใช้เครื่องมือ จะทำอย่างไร โดยในหลากหลายสาขาวิชา เช่นวิทยาศาสตร์ ทักษะการทดลอง การฝึกกระบวนการทางวิทยาศาสตร์มีความสำคัญมาก 


          Enrico Gianfranco Campari และคณะจากมหาวิทยาลัยโบโลญญาได้ตีพิมพ์บทความชื่อ “Physics Laboratory at Home During the COVID-19 Pandemic” ลงในวารสาร The Physics Teacher ตีพิมพ์เมื่อวันที่ 29 ธันวาคม ค.ศ. 2020 เพื่อเน้นการเรียนห้องปฏิบัติการทางฟิสิกส์จากที่บ้านท่ามกลางการแพร่ระบาดของ COVID-19 โดยเมื่อเปลี่ยนจากการเรียนจากการพบปะโดยตรงเป็นการเรียนออนไลน์ ปัญหาต่างๆก็จะเกิดขึ้นโดยเฉพาะกับวิชาที่มีการทดลองในห้องปฏิบัติการ กุญแจสำคัญในการแก้ปัญหาเรื่องนี้คือการจัดการเรียนกิจกรรมการทดลองโดยที่ไม่ต้องมาสถานศึกษาใช้ห้องปฏิบัติการในโรงเรียน มหาวิทยาลัย ยกตัวอย่างเช่นการเรียนวิชาฟิสิกส์พื้นฐานของนักศึกษาปี 1 การทดลองอย่างง่ายหลายการทดลองสามารถทำขึ้นเองที่บ้านได้โดยผู้เรียน โดยผู้สอนสามารถเข้าไปอธิบาย แนะนำช่วยเหลือได้ และอุปกรณ์ในการทดลองนั้นก็อาจจะเป็นอุปกรณ์ที่มีอยู่แล้วในบ้านหรือสามารถซื้อทางออนไลน์มาได้ในราคาที่ไม่แพงนัก


          แนวคิดที่สำคัญสองอย่างคือ หนึ่งชี้แนะให้ผู้เรียนใช้วัตถุต่างๆที่มีรอบตัวเราสามารถนำมาเป็นอุปกรณ์การทดลองได้ โดยเฉพาะสมาทโฟนที่กำลังเป็นที่นิยมกันเพราะสมาทโฟนจริงๆ แล้วก็คือคอมพิวเตอร์พกพาที่สามารถช่วยประมวลผลทำสิ่งต่างๆได้มากมายและยังเป็นตัวตรวจวัด (sensor) ที่สามารถตรวจวัดได้หลายอย่างเช่น ความดัน อุณหภูมิ สนามแม่เหล็ก และความเร่งเป็นต้น แนวที่สำคัญอย่างที่สองคือการทดลองไม่จำเป็นต้องใช้ห้องปฏิบัติการ อุปกรณ์การทดลองที่มีราคาแพงเสมอไป ยกตัวอย่างย้อนไปในอดีตเมื่อศตวรรษที่ 17 ทั้งนิวตันและกาลิเลโอ ต่างก็ใช้อุปกรณ์อย่างง่ายที่มีอยู่ทั่วไปในยุคนั้นมาสร้างการทดลองที่สำคัญ โดย Enrico Gianfranco Campari และคณะยกตัวอย่างการทดลองเกี่ยวกับเรื่องจลศาสตร์และทัศนศาสตร์ โดยผู้เรียนจะได้รับรายละเอียดการทดลองผ่านทางช่องทางลอนไลน์ มีลิงค์วิโอตัวอย่างการทดลอง รายชื่ออุปกรณ์ที่ใช้ในการทดลอง
   

          ตัวอย่างการทดลองแรกของบทความชิ้นนี้คือการใช้วิดีโอสโลว์โมชั่น (slow motion) ในการวัดค่าความเร่งโน้มถ่วง (gravitational acceleration) โดยใช้การทดลองการตกอย่างเสรีของวัตถุ โดยอาจจะใช้โลหะก้อนกลมขนาดเล็ก ปล่อยจากความสูงและวัดการตกในแนวดิ่งเป็นระยะทาง 1 เมตร โดยการทดลองนี้ไม่คำนึงถึงแรงเสียดทานจากอากาศ โดยผลการทดลองจะพบว่าความเร็วเพิ่มขึ้นเป็นเชิงเส้นตรงเมื่อเวลาผ่านไป แต่การทดลองนี้จะพบว่าวัตถุเคลื่อนที่อย่างรวดเร็วทำให้ทำการทดลองได้ยาก วัดบันทึกค่าต่างๆได้ลำบาก ในอดีตนักวิทยาศาสตร์แก้ปัญหาโดยใช้การกลิ้งของวัตถุในพื้นเอียงแทน แต่ด้วยสมาทโฟนเราอาจจะใช้วิธีการอื่นเช่นการใช้วิดีโอสโลว์โมชั่น (slow motion) เพื่อให้สามารถมองวัตถุและบันทึกผลได้ทัน โดยในวิดีโอปรกตินั้นมักจะมีลำดับของภาพคือ 30 fps (frames per second หรือเฟรมต่อวินาที) เมื่อสมาทโฟนใช้การบันทึกวิดีโอสโลว์โมชั่นเพื่อบันทึกผลการทดลองอาจจะเป็นที่ 240 fps นั่นหมายความว่าเวลาในแต่ละเฟรมคือ 4.2 มิลลิวินาที เมื่อผู้เรียนทำการทดลองและทราบค่าต่างๆเหล่านี้ก็สามารถนำมาพลอตกราฟหาความชันได้ค่าความเร่งโน้มถ่วงได้โดยอาจใช้โปรแกรม GeoGebra ในการช่วยพลอตกราฟ อีกการทดลองหนึ่งคือการนำแผ่นดีวีดีมาเป็นเกรตติงเลี้ยวเบน (diffraction grating คือ อุปกรณ์ทางแสงที่ทําให้คุณสมบัติของ แสงที่ตกกระทบมีการเปลี่ยนแปลงในลักษณะซ้ำๆ สม่ำเสมอ ทําให้แสงที่ส่องผ่านหรือสะท้อนเกิดการเลี้ยวเบนแล้วไปแทรกสอดกัน เกรตติงชนิดพื้นฐานที่สุดประกอบด้วยแถบทึบแสงและโปร่งแสงสลับกันไป โดยมีระยะห่างระหว่างแถบเท่ากันตลอด) เพื่อศึกษาธรรมชาติของแสง โดยการทดลองต่างๆสามารถทำเองที่บ้านได้โดยผู้เรียน ซึ่งผู้สอนอาจะให้ผู้เรียนออกแบบการทดลองเองหรือจะช่วยแนะแนวทางให้ผ่านทางช่องทางโปรแกรมการโทรศัพท์ภาพ (videotelephony) เช่น Zoom, Google Meet, Microsoft Teams, Skype โดยการส่งไฟล์ให้ผู้เรียน หรือผู้เรียนส่งไฟล์การบ้านให้ผู้สอน การสร้างบทเรียนออนไลน์ การตัดเกรดและประเมินผลอาจจะใช้ Google Classroom หรือ Moodle ก็ได้เป็นต้น

          ในบทความของ Enrico Gianfranco Campari และคณะ ผลจากการทดลองพบว่าผู้เรียนกว่าร้อยละ 79 ประเมินการเรียนการสอนเป็นบวกและเป็นบวกอย่างสูง ซึ่งเทียบกับผลการประเมินในปีที่แล้วคือร้อยละ 81 นับว่าผลการพึงพอใจของผู้เรียนลดลงไม่มากนักแม้จะเปลี่ยนการเรียนการสอนไปจากเดิมเนื่องมาจากการแพร่ระบาดของ COVID-19 สิ่งสำคัญที่สุดที่ผู้เรียนควรตระหนักคือ การเรียนรู้สามารถเรียนได้ตลอดชีวิต ไม่ว่าจะมีอุปสรรคอะไรสำหรับผู้มีความสนใจเรียนก็มักจะหาวิธีการเรียนจนได้ (lifelong learning) สิ่งสำคัญคือการรักที่จะเรียน (love to learn) และเรียนรู้ที่จะเรียนรู้ (learn to learn) ผู้สอนอาจจะต้องเปลี่ยนบทบาทมาเป็นผู้เน้นการชี้แนะแนวทางให้ผู้เรียน เพราะในปัจจุบันมีสื่อการเรียนรู้เกิดขึ้นมากมาย โดยเฉพาะอินเทอร์เน็ตและในปัจจุบันท่ามกลางการแพร่ระบาดของ COVID-19 การเรียนรู้ด้วยตัวเอง (self-study) ผ่านอินเทอร์เน็ต เช่น วิกิพีเดีย, Khan Academy, วิดีโอในเว็บไซต์ Youtube, กูเกิล เสิร์ช,ฐานข้อมูลงานวิจัยและวิทยานิพนธ์ทั้งของไทยและต่างประเทศ, เนื้อหาตามเว็บไซต์ต่างๆ ประกอบกับการเรียนจากการอ่านหนังสือ ตำรา หนังสืออ้างอิงจึงเป็นสิ่งสำคัญที่สุด 

 

อ้างอิง

• Campari, E. G., Barbetta, M., Braibant, S., Cuzzuol, N., Gesuato, A., Maggiore, L., ... & Vignali, C. (2020). Physics Laboratory at Home During the COVID-19 Pandemic. The Physics Teacher, 59(1), 68-71.
• http://p-chimalawong.freevar.com/doc/Lab4%20Spectrometer_CRU_Stu.pdf
• https://www.chula.ac.th/news/38093/
• https://en.unesco.org/covid19/educationresponse/globalcoalition
• https://www.prachachat.net/education/news-586330
• https://siamrath.co.th/n/208919