เพื่อนคุณครูครับ การศึกษาที่เป็นระบบของมนุษย์ ก่อกำเนิดมาเพื่อให้อนุชนรุ่นหลังได้เรียนรู้สิ่งต่าง ๆ ที่บรรพบุรุษ บรรพสตรี และบรรพเพศทางเลือกได้ศึกษาการค้นพบรวมทั้งสิ่งที่สร้างไว้ เพื่อให้รู้ทั้งองค์ความรู้และวิธีการหรือกระบวนการค้นพบองค์ความรู้เหล่านั้นคู่กัน ด้วยเจตนารมณ์ที่ว่ามนุษย์รุ่นหลังจะได้ต่อยอดองค์ความรู้ไปได้เรื่อย ๆ ไม่ขาดตอน

   การศึกษาทางวิทยาศาสตร์ทุกแขนงนั้นมีความจำเป็นอย่างยิ่ง ที่ต้องจัดการเรียนการสอนตามกระบวนการสืบสวนสอบสวนทางวิทยาศาสตร์ (Scientific Investigation) เพื่อให้สอดคล้องกับวิทยาศาสตร์ เพื่อสร้างแรงบันดาลใจ (Inspiring Science) โดยเฉพาะวิชาฟิสิกส์ซึ่งเป็นราชาของวิทยาศาสตร์ (King of Science) นั้น การได้มาซึ่งความรู้มิได้เกิดจากการฟังบรรยายและตะลุยโจทย์  แต่การงอกเงยความรู้ทางฟิสิกส์มาจากการสังเกตปรากฏการณ์ ทางธรรมชาติ หรือจากการทำการทดลอง ในห้องปฏิบัติการ หรือทั้งคู่ และทำการวิเคราะห์ผลจากกฎเกณฑ์ที่ธรรมชาติดำเนินอยู่ แล้วพิจารณาสร้างทฤษฎีมาอธิบาย ทฤษฎีที่ดีสามารถอธิบายปรากฏการณ์ได้ดี ทำนายปรากฏการณ์ในแง่มุมอื่นอีกได้ด้วย สามารถชี้เบาะแสแนวทางที่จะสังเกต หรือทำการทดลองค้นคว้าเจาะลึกยิ่งขึ้น ซึ่งจะช่วยให้เข้าใจปรากฏการณ์ธรรมชาติได้ดีขึ้น ฟิสิกส์เชิงทฤษฎีและฟิสิกส์เชิงทดลองรวมทั้งการสังเกตสิ่งต่าง ๆ ในธรรมชาตินั้นจะเสริมพลังเข้าด้วยกัน

Virtual Experiment

   ด้วยความที่การทดลองทางฟิสิกส์เป็นการวัดปริมาณต่าง ๆ อย่างละเอียด บันทึกออกมาเป็นตัวเลข ไม่ใช่มองดูห่าง ๆ แล้วทึกทักว่ารู้แล้ว แต่ต้องทำการทดลองจริง ซึ่งในการวัดทุกครั้งจะมีความคลาดเคลื่อน (error) จากค่าจริง ในขณะที่ผู้ทำการทดลองก็ไม่รู้ว่าค่าจริงมีค่าเท่าไร ความคลาดเคลื่อนที่เกิดในการทดลองนั้นมีสามประเภทคือ Gross errors เป็นความคลาดเคลื่อนเกิดจากความสะเพร่าไม่ระมัดระวังของผู้ทำการทดลองเอง แก้ได้โดยเพิ่มความรอบคอบ และควรทำซ้ำหลาย ๆ ครั้ง Systematic errors เป็นความผิดพลาดคลาดเคลื่อนที่เกิดจากการจัดอุปกรณ์และเครื่องมืออย่างผิดวิธี ประเภทที่สามคือ Random errors  เป็นความคลาดเคลื่อนที่ยังคงมีอยู่ที่ไม่เกี่ยวกับสองประเภทแรก ใช้กระบวนการทางสถิติจัดการได้

นักวิทยาศาสตร์กับการทดลองฟิสิกส์

   ในความเป็นจริงการทดลองกับการหาความรู้ทางวิชาฟิสิกส์  เป็นสิ่งที่แยกกันไม่ออก แต่น่าเสียดายที่หลาย ๆ ปัจจัยรวมกันทำให้การทดลองฟิสิกส์เหือดหายไปจากห้องเรียนฟิสิกส์ของประเทศเรา เพื่อนคุณครูครับ บางโรงเรียนปราศจากการทดลองฟิสิกส์ไปจนกระทั่งนักเรียนเคยถามผมว่า วิชาฟิสิกส์มีการทดลองด้วยหรือ งงไหมล่ะครับ

   สาขาฟิสิกส์  สสวท. ได้สร้างสื่อการทดลองเชิงวิจัยเพื่อแก้ปัญหาและเยียวยาเรื่องนี้ โดยใช้สื่อการทดลองเสมือนจริง (Virtual Experiment) ก่อนอื่นต้องตกลงกันก่อนว่ามิได้ใช้ทดแทน หรือใช้แทนการทดลองจริง เพราะเราทราบว่าไม่มีการทดลองทางฟิสิกส์ใด ๆ ที่รับรู้ผลได้จากการทดลองทางอ้อม แต่จุดเด่นของสื่อนี้คือใช้สำหรับการทดลองเพื่อศึกษาและสร้างความมั่นใจในการทดลอง จนกระทั่งนักเรียนทำการทดลองจริงเองได้โดยไม่ต้องมีคุณครูควบคุมดูแล เพื่อเป็นการลดภาระของคุณครูที่สำคัญการทดลองเสมือนจริงนี้ มีความคลาดเคลื่อนทุกประเภทที่กล่าวไป ไม่ใช่เป็นการสาธิตที่ใส่ค่าต่าง ๆ มาแล้วเหมือน Virtual Labs ทั่วไป

   เพื่อนคุณครูครับ ที่เรากล่าวกันว่าฟิสิกส์เป็นราชาของวิทยาศาสตร์นั้น มีที่มาคือตั้งแต่ประมาณปี ค.ศ. 1830 ที่มีการใช้ชื่อว่า ฟิสิกส์และนักฟิสิกส์มีบทบาทสูงมากต่อการพัฒนาทางอุตสาหกรรม ซึ่งส่งผลต่อทางด้านเศรษฐศาสตร์ของโลกตลอดเกือบ 200 ปีที่ผ่านมา จนกระทั่งเป็นที่ยอมรับกันทั่วโลกว่า สมควรให้ฟิสิกส์เป็นราชาของวิทยาศาสตร์และแน่นอนว่าราชาต้องมีรานี (ราชินี) เป็นผู้ช่วยในทุกปัญหาของราชา โดยคณิตศาสตร์ได้แสดงบทบาทเป็นรานีคู่กับราชาตลอดมา พบกันใหม่นะครับ

บทความนี้เป็นส่วนหนึ่งของนิตยสาร สสวท. ปีที่ 41 ฉบับที่ 180 มกราคม - กุมภาพันธ์ 2556

ผู้อ่านสามารถติดตามบทความที่น่าสนใจเพิ่มเติมได้ที่  https://emagazine.ipst.ac.th/