# ความก้าวหน้าในการเรียนรู้เรื่องแบบจำลองอะตอม และเรื่องแรงทางไฟฟ้าระหว่างอะตอม

เรากลับมาว่ากันถึง “ความก้าวหน้าในการเรียนรู้” (Learning Progression) อีกครั้งนะครับ ตามที่ผมได้กล่าวไว้ว่า งานวิจัยด้านนี้แทบไม่มีเลยในประเทศไทย แต่ในต่างประเทศ งานวิจัยด้านนี้กำลังได้รับความสนใจมากขึ้นๆ ผลการวิจัยเกี่ยวกับความก้าวหน้าในการเรียนรู้วิทยาศาสตร์เรื่องต่างๆ ก็ทยอยออกกันมา จนผมเองตามอ่านไม่ค่อยจะทันกันเลยทีเดียว นอกจากนี้ งานวิจัยด้านนี้ก็ค่อยๆ พัฒนาความซับซ้อนมากขึ้นๆ ด้วยเช่นกัน เราลองมาดูงานวิจัยเกี่ยวกับความก้าวหน้าในการเรียนรู้อีกสักเรื่องนะครับ (สำหรับใครที่ไม่รู้จักว่า ความก้าวหน้าในการเรียนรู้คืออะไร ผมแนะนำให้ย้อนกลับไปอ่านเรื่อง “[ความก้าวหน้าในการเรียนรู้เกี่ยวกับฤดู](http://www.inquiringmind.in.th/archives/1458 "ความก้าวหน้าในการเรียนรู้เกี่ยวกับการเกิดฤดู")” และเรื่อง “[การสร้าง Learning Progression](http://www.inquiringmind.in.th/archives/940 "การสร้าง Learning Progression")” ครับ)

งานวิจัยที่ผมกล่าวถึงนี้มีชื่อว่า “[Developing a Hypothetical Multi-Dimensional Learning Progression for the Nature of Matter](http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/tea.20324/abstract)” ผมอยากให้สังเกตชื่อเรื่องนะครับว่า มันไม่ใช่ “Learning Progression” เฉยๆ เท่านั้น แต่มันเป็น “Multi-Dimensional Learning Progression” เดี๋ยวผมจะลงรายละเอียดนะครับว่า คำว่า “Multi-Dimensional” หมายถึงอะไร

งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อพัฒนาความก้าวหน้าในการเรียนรู้ 2 เรื่อง ซึ่งก็คือความก้าวหน้าในการเรียนรู้เรื่องแบบจำลองอะตอม และความก้าวหน้าในการเรียนรู้เรื่องแรงทางไฟฟ้าระหว่างอะตอม ในการนี้ ผู้วิจัยทำการสัมภาษณ์นักเรียนชั้นมัธยมศึกษาตอนต้น จำนวน 68 คน และสัมภาษณ์นิสิตในระดับอุดมศึกษาเพิ่มเติมอีก 5 คน จากนั้น ผู้วิจัยนำข้อมูลจากการสัมภาษณ์มาวิเคราะห์และสร้างเป็นความก้าวหน้าในการเรียนรู้แต่ละเรื่อง ดังนี้ครับ

ความก้าวหน้าในการเรียนรู้เรื่องแบบจำลองอะตอมมี 6 ลำดับขั้น ดังนี้ (หน้า 699)

1.  นักเรียนเข้าใจว่า อะตออมีรูปร่างเป็นทรงกลมที่ไม่มีองค์ประกอบย่อย
2.  นักเรียนเข้าใจว่า อะตอมมีรูปร่างเป็นทรงกลมที่มีองค์ประกอบย่อย (แต่นักเรียนไม่รู้ว่า องค์ประกอบย่อยมีอะไรบ้าง)
3.  นักเรียนเข้าใจว่า อะตอมมีรูปรางเป็นทรงกลมที่มีองค์ประกอบย่อย ซึ่งประกอบด้วยโปรตอน นิวตรอน และอิเล็กตรอน
4.  นักเรียนเข้าใจว่า อะตอมมีรูปร่างเป็นทรงกลมที่มีองค์ประกอบย่อย ซึ่งประกอบด้วยโปรตอน นิวตรอน และอิเล็กตรอน โดยโปรตอนและนิวตรอนอยู่ในบริเวณศูนย์กลางของอะตอม (ซึ่งก็คือนิวเคลียส) ในขณะที่อิเล็กตรอนอยู่บริเวณรอบนอกนิวเคลียส
5.  นักเรียนเข้าใจว่า อะตอมมีรูปร่างเป็นทรงกลมที่มีองค์ประกอบย่อย ซึ่งประกอบด้วยโปรตอน นิวตรอน และอิเล็กตรอน โดยโปรตอนและนิวตรอนอยู่ในบริเวณศูนย์กลางของอะตอม (ซึ่งก็คือนิวเคลียส) ในขณะที่อิเล็กตรอนอยู่บริเวณรอบนอกนิวเคลียส นักเรียนเข้าใจด้วยว่า อิเล็กตรอนอยู่รอบนิวเคลียสในลักษณะลำดับชั้น ซึ่งคล้ายกับวงโคจรของดาวเคราะห์ต่างๆ รอบดวงอาทิตย์
6.  นักเรียนเข้าใจว่า อะตอมมีรูปร่างเป็นทรงกลมที่มีองค์ประกอบย่อย ซึ่งประกอบด้วยโปรตอน นิวตรอน และอิเล็กตรอน โดยโปรตอนและนิวตรอนอยู่ในบริเวณศูนย์กลางของอะตอม (ซึ่งก็คือนิวเคลียส) ในขณะที่อิเล็กตรอนอยู่บริเวณรอบนอกนิวเคลียส นักเรียนเข้าใจด้วยว่า อิเล็กตรอนอยู่รอบนิวเคลียสในลักษณะลำดับชั้น ซึ่งคล้ายกับวงโคจรของดาวเคราะห์ต่างๆ รอบดวงอาทิตย์ ในการนี้ นักเรียนเข้าใจด้วยว่า ตำแหน่งของอิเล็กตรอนใดๆ ไม่อาจถูกระบุได้อย่างเจาะจง นอกจากการอาศัยหลักความน่าจะเป็นในรูปแบบของความหนาแน่นของอิเล็กตรอนเท่านั้น

ส่วนความก้าวหน้าในการเรียนรู้เรื่องแรงทางไฟฟ้าระหว่างอะตอมมี 5 ลำดับขั้น ดังนี้ (หน้า 700)

1.  นักเรียนเข้าใจว่า อะตอมตั้งแต่ 2 อะตอมขึ้นไปมีปฏิสัมพันธ์ระหว่างกันด้วยแรงบางอย่าง
2.  นักเรียนเข้าใจว่า อะตอมตั้งแต่ 2 อะตอมขึ้นไปมีปฏิสัมพันธ์ระหว่างกันด้วยแรงทางไฟฟ้า
3.  นักเรียนเข้าใจว่า อะตอมตั้งแต่ 2 อะตอมขึ้นไปมีปฏิสัมพันธ์ระหว่างกันด้วยแรงทางไฟฟ้า ซึ่งอิเล็กตรอนของแต่ละอะตอมมีบทบาทสำคัญ
4.  นักเรียนเข้าใจว่าอะตอมตั้งแต่ 2 อะตอมขึ้นไปมีปฏิสัมพันธ์ระหว่างกันด้วยแรงทางไฟฟ้า ซึ่งเกี่ยวข้องกับการให้ การรับ และ/หรือการใช้อิเล็กตรอนวงนอกสุดร่วมกันระหว่างอะตอม
5.  นักเรียนเข้าใจว่าอะตอมตั้งแต่ 2 อะตอมขึ้นไปมีปฏิสัมพันธ์ระหว่างกันด้วยแรงทางไฟฟ้า ซึ่งเกี่ยวข้องกับการให้ การรับ และ/หรือการใช้อิเล็กตรอนวงนอกสุดร่วมกันระหว่างอะตอม ดังนั้น การจัดเรียงอิเล็กตรอนของแต่ละอะตอมจึงเป็นสิ่งกำหนดลักษณะการเกิดแรงไฟฟ้า(หรือพันธะ)ระหว่างอะตอม

เนื่องจากผู้วิจัยเชื่อว่า นักเรียนสามารถและควรเรียนรู้เรื่องแบบจำลองอะตอมและแรงทางไฟฟ้าระหว่างอะตอมไปพร้อมๆ กันได้ ผู้วิจัยจึงได้ทำการรวมความก้าวหน้าในการเรียนรู้ 2 เรื่องนี้เข้าด้วยกัน เพื่อสร้างเป็นความก้าวหน้าในการเรียนรู้แบบหลายมิติ (ซึ่งในที่นี้คือ 2 มิติ) และนี่เป็นที่มาของคำว่า “Multi-Dimensional Learning Progression” ครับ ผลที่ได้เป็นดังนี้ครับ (หน้า 696)

1.  นักเรียนเข้าใจว่า อะตอมมีรูปร่างเป็นทรงกลมที่ไม่มีองค์ประกอบย่อย สสารทุกชนิดประกอบจากอะตอมชนิดต่างๆ ซึ่งมีประมาณ 100 ชนิด อะตอมเหล่านี้อาจมีปฏิสัมพันธ์ระหว่างกันด้วยแรงบางอย่าง
2.  นักเรียนเข้าใจว่า อะตอมมีรูปร่างเป็นทรงกลมที่มีองค์ประกอบย่อย ได้แก่ โปรตอนที่มีสภาพทางไฟฟ้าเป็นบวก นิวตรอนที่มีสภาพทางไฟฟ้าเป็นกลาง และอิเล็กตรอนที่มีสภาพทางไฟฟ้าเป็นลบ โดยโปรตอนและนิวตรอนอยู่ในบริเวณศูนย์กลางของอะะตอม (ซึ่งก็คือนิวเคลียส) ในขณะที่อิเล็กตรอนอยู่บริเวณรอบนอกนิวเคลียส จำนวนโปรตอนเป็นสิ่งกำหนดชนิดของอะตอม (หรือธาตุ) อะตอมเหล่านี้อาจมีปฏิสัมพันธ์ระหว่างกันด้วยแรงทางไฟฟ้า
3.  นักเรียนเข้าใจว่า อะตอมมีรูปร่างเป็นทรงกลมที่มีองค์ประกอบย่อย ได้แก่ โปรตอนที่มีสภาพทางไฟฟ้าเป็นบวก นิวตรอนที่มีสภาพทางไฟฟ้าเป็นกลาง และอิเล็กตรอนที่มีสภาพทางไฟฟ้าเป็นลบ โดยโปรตอนและนิวตรอนอยู่ในบริเวณศูนย์กลางของอะะตอม (ซึ่งก็คือนิวเคลียส) ในขณะที่อิเล็กตรอนอยู่บริเวณรอบนอกนิวเคลียสในลักษณะเป็นลำดับชั้นที่คล้ายกับวงโคจรของดาวเคราะห์ต่างๆ รอบดวงอาทิตย์ โดยตำแหน่งของอะตอมไม่อาจถูกระบุได้อย่างเจาะจง นอกจากการอาศัยหลักความน่าจะเป็นในรูปแบบของความหนาแน่นของอิเล็กตรอนเท่านั้น จำนวนโปรตอนเป็นสิ่งกำหนดชนิดของอะตอม (หรือธาตุ) ตารางธาตุสามารถช่วยในการทำนายสมบัติต่างๆ ของอะตอม(หรือธาตุ)ได้ อะตอมเหล่านี้อาจมีปฏิสัมพันธ์ระหว่างกันด้วยแรงทางไฟฟ้า
4.  นักเรียนเข้าใจว่า อะตอมมีรูปร่างเป็นทรงกลมที่มีองค์ประกอบย่อย ได้แก่ โปรตอนที่มีสภาพทางไฟฟ้าเป็นบวก นิวตรอนที่มีสภาพทางไฟฟ้าเป็นกลาง และอิเล็กตรอนที่มีสภาพทางไฟฟ้าเป็นลบ โดยโปรตอนและนิวตรอนอยู่ในบริเวณศูนย์กลางของอะะตอม (ซึ่งก็คือนิวเคลียส) ในขณะที่อิเล็กตรอนอยู่บริเวณรอบนอกนิวเคลียสในลักษณะเป็นลำดับชั้นที่คล้ายกับวงโคจรของดาวเคราะห์ต่างๆ รอบดวงอาทิตย์ โดยตำแหน่งของอะตอมไม่อาจถูกระบุได้อย่างเจาะจง นอกจากการอาศัยหลักความน่าจะเป็นในรูปแบบของความหนาแน่นของอิเล็กตรอนเท่านั้น ทั้งนี้พลังงานของอิเล็กตรอนเป็นสิ่งที่กำหนดว่า อิเล็กตรอนหนึ่งจะอยู่ในลำดับชั้นใด เนื่องจากแต่ละลำดับชั้นสามารถบรรจุจำนวนอิเล็กตรอนได้จำกัด อะตอมปกติ(ที่เป็นกลางทางไฟฟ้า)แต่ละชนิดจึงมีจำนวนอิเล็กตรอนและการจัดเรียงอิเล็กตรอนแตกต่างกัน จำนวนโปรตอนเป็นสิ่งกำหนดชนิดของอะตอม (หรือธาตุ) ตารางธาตุสามารถช่วยในการทำนายสมบัติต่างๆ ของอะตอม(หรือธาตุ)ได้ส่วนหนึ่งจากจำนวนอิเล็กตรอนและการจัดเรียงอิเล็กตรอน อะตอมเหล่านี้อาจมีปฏิสัมพันธ์ระหว่างกันด้วยแรงทางไฟฟ้า ซึ่งขึ้นอยู่กับการให้ การรับ และ/หรือการใช้อิเล็กตรอนวงนอกสุดร่วมกันระหว่างอะตอม

เราจะเห็นว่า งานวิจัยเกี่ยวกับความก้าวหน้าในการเรียนรู้ในช่วงแรกๆ ยังคงแยกแนวคิดต่างๆ ออกจากกัน ซึ่งมักเป็นไปตามความสนใจของผู้วิจัยแต่ละคน แต่ในปัจจุบัน(และในอนาคต) งานวิจัยด้านนี้มีแนวโน้มที่จะเน้นการบูรณาการความก้าวหน้าในการเรียนรู้เรื่องต่างๆ เข้าด้วยกัน ซึ่งจะเป็นประโยชน์ต่อการพัฒนาหลักสูตรในแง่ที่ว่า เราสามารถกำหนดได้ว่า นักเรียนในระดับชั้นหนึ่งควรเรียนรู้วิทยาศาสตร์เรื่องใดบ้าง และลึกซึ้งในระดับใด ทั้งนี้เพื่อให้มั่นใจได้ว่า การเรียนรู้แต่ละเรื่องจะเอื้อหนุนซึ่งกันและกัน และช่วยให้นักเรียนบูรณาการความรู้ระหว่างเรื่องเหล่านั้นได้ง่ายขึ้นครับ