The Development of Learning Activities through the Engineering Design Process based on STEM Education to Enhance Creative Problem-Solving Ability in Thermal Energy for Grade 7 Students

Abstract

The objectives of this research were: (1) develop learning activities through the engineering design process based on STEM education in thermal energy for grade 7 students , aiming to achieve an efficiency criterion of 75/75; (2) compare students' creative problem-solving ability before and after participating in learning activities though the engineering design process based on STEM education in thermal energy ; and (3) compare students’ academic achievement before and after participating in the same activities. The sample consisted of 39 students on grade 7 in the second semester of the 2024 academic year at Prasat Witthayakarn School in Surin Province, selected cluster through random sampling. The research instruments included: (1) lesson plans of the engineering design process based on STEM education , (2) a creative problem-solving ability test, and (3) a science achievement test developed by the researcher. Data were analyzed using percentage, mean, standard deviation, and hypothesis testing through efficiency analysis (E1/E2) and t-test for dependent samples.

The research findings were as follows:

1. The engineering design process based on STEM education in thermal energy achieved an efficiency of 82.53/80.07, according to the expected criterion.

2. The students studied the learning activities through the engineering design process based on STEM education in thermal energy had higher post-test scores compared to pre-test scores of creative problem-solving ability, with a statistical significance were .05.

3. The students studied the learning activities through the engineering design process based on STEM education in thermal energy had higher post-test scores compared to pre-test scores of academic achievement scores, with a statistical significance were .05.

การวิจัยครั้งนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อ 1) พัฒนากิจกรรมการเรียนรู้ด้วยกระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรมตามแนวคิดสะเต็มศึกษา เรื่อง พลังงานความร้อนของนักเรียนชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 1 ให้มีประสิทธิภาพตามเกณฑ์ 75/75 2) เปรียบเทียบความสามารถในการแก้ปัญหาเชิงสร้างสรรค์ โดยการจัดกิจกรรมการเรียนรู้ด้วยกระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรมตามแนวคิดสะเต็มศึกษา เรื่อง พลังงานความร้อนของนักเรียนชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 1 ก่อนเรียนและหลังเรียน 3) เปรียบเทียบผลสัมฤทธิ์ทางการเรียน โดยการจัดกิจกรรมการเรียนรู้ด้วยกระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรมตามแนวคิดสะเต็มศึกษา เรื่อง พลังงานความร้อนของนักเรียนชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 1 ก่อนเรียนและหลังเรียน กลุ่มตัวอย่างที่ใช้ในการศึกษาครั้งนี้ คือ นักเรียนที่กำลังศึกษาอยู่ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 1/12 ภาคเรียนที่ 2 ปีการศึกษา 2567 โรงเรียนประสาทวิทยาคาร จังหวัดสุรินทร์ จำนวน 39 คน ได้มาโดยการเลือกสุ่มแบบกลุ่ม (Cluster Random Sampling) เครื่องมือที่ใช้ในการวิจัยได้แก่ 1) แผนการจัดกิจกรรมการเรียนรู้ด้วยกระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรมตามแนวคิดสะเต็มศึกษา 2) แบบทดสอบวัดความสามารถในการแก้ปัญหาเชิงสร้างสรรค์ 3) แบบทดสอบวัดผลสัมฤทธิ์ทางการเรียนวิทยาศาสตร์ ที่ผู้วิจัยพัฒนาขึ้น ซึ่งวิเคราะห์ข้อมูลโดย ร้อยละ ค่าเฉลี่ย ส่วนเบี่ยงเบนมาตรฐาน และทดสอบสมมุติฐานด้วยสถิติการหาประสิทธิภาพ (E1/E2) และ t-test (Dependent Samples)

ผลการวิจัยพบว่า

1. กิจกรรมการเรียนรู้ด้วยกระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรมตามแนวคิดสะเต็มศึกษา เรื่อง พลังงานความร้อนของนักเรียนชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 1 มีประสิทธิภาพตามเกณฑ์ 82.53/80.07

2. นักเรียนที่ได้รับการจัดกิจกรรมการเรียนรู้ด้วยกระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรมตามแนวคิดสะเต็มศึกษา เรื่อง พลังงานความร้อน มีความสามารถในการแก้ปัญหาเชิงสร้างสรรค์คะแนนสอบหลังเรียนของนักเรียนสูงกว่าก่อนเรียนอย่างมีนัยสำคัญทางสถิติที่ระดับ .05

3. นักเรียนที่ได้รับการจัดกิจกรรมการเรียนรู้ด้วยกระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรมตามแนวคิดสะเต็มศึกษา เรื่อง พลังงานความร้อน มีผลสัมฤทธิ์ทางการเรียนคะแนนสอบหลังเรียนของนักเรียนสูงกว่าก่อนเรียนอย่างมีนัยสำคัญทางสถิติที่ระดับ .05