นวัตกรรม “แขนกลรดน้ำแปลงผัก” ส่งเสริมการเรียนรู้ด้านวิทยาศาสตร์เทคโนโลยีให้กับเด็กในชนบท

นักศึกษาวิศวะ ปี 4 มจธ. สร้างอุปกรณ์รดน้ำแปลงผัก เพื่อเป็น “กิจกรรมของจริง” สำหรับการสอนภาคปฏิบัติในสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์ ระดับ ป.5 ของโรงเรียนประถมชายขอบ จังหวัดราชบุรี ที่นอกจากทำให้เด็กเกิดการเชื่อมโยงวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีเข้ากับชีวิตที่เป็นวิถีชีวิตของเขาแล้ว ยังเป็นงานสร้างวิศวกรที่มองถึงการแก้ปัญหาให้ผู้ใช้งานมากกว่าการแก้ปัญหาเชิงวิศวกรรมอีกด้วย

“ออกแบบและเขียนโปรแกรมที่การใช้เหตุผลเชิงตรรกะอย่างง่าย”

คือหนึ่งในตัวชี้วัดของกลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์ ของนักเรียนป.5 โดยในหลักสูตรจะกำหนดให้เด็กได้ฝึกปฏิบัติด้วยการหัดเขียนชุดคำสั่ง (Code) ง่ายๆ ในรูปแบบของบล็อกคำสั่ง ทำให้เกิดตัวการ์ตูนบนบนจอคอมพิวเตอร์ เคลื่อนที่ตาม “ชุดคำสั่ง” ที่เด็กเขียน ซึ่งสำหรับเด็กนักเรียนในโรงเรียนที่อยู่ในเมืองจะสามารถเรียนรู้และเชื่อมโยงกับสิ่งรอบตัวได้ไม่ยากนัก แต่สำหรับเด็กที่อยู่นอกเมืองหรืออยู่ในชนบท ที่วิถีชีวิตไม่ค่อยข้องเกี่ยวกับเทคโนโลยีมากนัก หากสามารถเปลี่ยนจากการควบคุมตัวการ์ตูนบนหน้าจอสี่เหลี่ยม ออกมาสู่การควบคุมของที่จับต้องได้ คุ้นเคย และเป็นส่วนหนึ่งในวิถีชีวิตของเขา อาจทำให้พวกเขาสามารถเข้าถึงสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์ได้มากขึ้น และเป็นส่วนหนึ่งที่ทำให้มีความสนใจหรือไม่ปฏิเสธการเรียนวิทยาศาสตร์และคณิตศาสตร์ได้

นั่นจึงเป็นที่มาของ “ชุดหุ่นยนต์เพื่อการศึกษา การเรียนรู้การเขียนโปรแกรมควบคุมการทำงานของ CNC Smart Farm การเรียนรู้เชิงปฏิบัติการในสถานการณ์โควิด-19 ให้กับโรงเรียนวัดรางเสน่ห์นครจันทร์ อำเภอสวนผึ้ง จังหวัดราชบุรี” ของ น.ส.กิตติกานต์ คงมณี น.ส.ณฐวรรณ ขาวซัง และ น.ส.ณัฏฐ์ชานนท์ นิรภัย 3 นักศึกษาชั้นปีที่ 4 ภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกล คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี (มจธ.) โดย project นี้ ได้รับเงินสนับสนุนการดำเนินการจากกองทุนเพื่อความเสมอภาคทางการศึกษา (กสศ.) ภายใต้ชื่อโครงการ โครงการพัฒนาสื่อการเรียนวิชาปฏิบัติผ่านการเรียนออนไลน์

“ก่อนจะเป็นหัวข้อโปรเจกต์นี้ ผมให้โจทย์กับนักศึกษาว่าว่า อยากได้งานที่เกี่ยวกับการสอน coding ที่เหมาะกับเด็กประถม การเขียนชุดคำสั่งเพื่อไปควบคุมอุปกรณ์ ที่จะสามารถสนับสนุนกระบวนการเรียนรู้ให้กับนักเรียนในโรงเรียนแห่งนี้ โดยใช้สิ่งที่รับฟังจากคุณครูในโรงเรียนที่มีนักเรียนมาเป็นข้อมูลสำคัญ เพื่อให้ชิ้นงานที่ได้สามารถตอบความต้องการของผู้ใช้และนำไปสู่การใช้งานจริงให้ได้” รศ. ดร.ชวิน จันทรเสนาวงศ์ อาจารย์ประจำภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกล คณะวิศวกรรมศาสตร์ มจธ. ในฐานะอาจารย์ที่ปรึกษา กล่าวถึงที่มาของงาน

และผลจากการพูดคุยทั้งการลงพื้นที่และผ่านการประชุมออนไลน์กับอาจารย์ในโรงเรียน ทางนักศึกษาจึงเลือกจะพัฒนาสิ่งที่เรียกว่า CNC Smart Farmer ที่ตรงกับเป้าหมายของกิจกรรมการเขียนชุดคำสั่ง ในสาระวิชาวิทยาการคำนวณ และกิจกรรมการปลูกผัก ในสาระวิชาการงานและอาชีพ

“ไอเดียของเ ราคือสร้างอุปกรณ์ที่เรียกว่า CNC Smart Farmer (CNC: Computer Numerical Control หรือ เครื่องจักรกลที่ทำงานตามโปรแกรมที่ตั้งไว้) ที่เด็กนักเรียน ป.5 จะใช้โปรแกรมเขียนชุดคำสั่งขึ้นมา และชุดคำสั่งนี้จะถูกแปลงสัญญาณไปสู่ชุดรอกของหัวฝักบัว เพื่อขยับหัวฝักบัวไปสู่ตำแหน่งที่กำหนดไว้ พร้อมทั้งปล่อยน้ำในปริมาณที่กำหนดออกมารดน้ำให้กับผัก ณ จุดนั้น และจุดต่อๆไป ตามลำดับของชุดคำสั่งที่เด็กเขียนขึ้นมา” กิตติกานต์ ให้ข้อมูลเบื้องต้น

ความท้าทายของนักศึกษาวิศวกรรมเครื่องกลกลุ่มนี้ คือการทำงานแบบสหสาขาวิทยาการ ที่ต้องนำศาสตร์ของวิศวกรรมเครื่องกล ในการสร้างอุปกรณ์ที่มีทั้งชุดควบคุมรอกและชุดควบคุมหัวฝักบัว เพื่อไปวางครอบลงบนแปลงปลูกผักขนาด 1.5×2.5 เมตร ศาสตร์ด้านวิศวกรรมไฟฟ้าหรืออิเล็กทรอนิกส์ ที่ต้องนำความรู้มาสร้างแผงควบคุมและสั่งการทำงานของชุดเครื่องกล ที่จะรับคำสั่งต่างๆ มาแปลงเป็นสัญญาณไฟฟ้าเพื่อสั่งการกับชุดเครื่องกลได้อย่างถูกต้อง และศาสตร์ด้านวิศวกรรมคอมพิวเตอร์ ในการสร้างโปรแกรมควบคุม ในลักษณะของ ชุดคำสั่ง (Code) ที่ “ง่ายต่อการเรียนรู้ของผู้เรียน” นอกจากนั้นยังบูรณาการข้อมูลด้านด้านอื่นๆ ทั้งเรื่องการเกษตร เช่น ความสูงกับปริมาณน้ำที่ต้องให้กับผักแต่ละชนิด และสาระการเรียนรู้ในแต่ละวิชาที่เกี่ยวข้องเข้ามาร่วมในการออกแบบ

“สิ่งที่ได้คือ องค์ความรู้ ทั้งวิศวเครื่องกล และสาขาอื่นๆ นอกจากนี้ยังได้ทักษะในการแก้ปัญหาต่างๆ ซึ่งอาจารย์จะเน้นอยู่เสมอว่า CNC Smart Farm ของเราเป็นการทำเพื่อการศึกษา ไม่ใช่เพื่อการเกษตร เพราะฉะนั้นทุกอย่างต้องง่ายที่สุด เช่น เราออกแบบให้ถอดเปลี่ยนหัวฝักบัวได้ง่าย รวมถึงเลือกใช้หัวฝักบัวเป็นพลาสติกเพราะราคาถูกและหาซื้อได้ทั่วไป นอกจากนี้เรายังให้ความสำคัญกับความคิดเห็นของคุณครูที่โรงเรียน โดยมีการหารือกันเป็นระยะตั้งแต่เริ่มโครงการจนถึงวันติดตั้ง ซึ่งทางทีมได้เข้าไปอธิบายและสอนการใช้งานอย่างละเอียด จนสุดท้ายก็มีการทำคู่มือการใช้โปรแกรมให้กับคุณครูอีกด้วย” กิตติกานต์ พูดถึงสิ่งที่ได้รับจากโปรเจกต์เรื่องนี้

ด้านอาจารย์จิรยา ธนยศธรนากร ผู้อำนวยการโรงเรียนวัดรางเสน่ห์นครจันทร์ กล่าวว่า การเป็นโรงเรียนชายขอบที่มีนักเรียนแค่ 90 คน (ตัวโรงเรียนอยู่ห่างจากอำเภอเมืองเกือบ 50 กิโลเมตร แต่ห่างจากชายแดนไม่ถึง 30 กิโลเมตร) ทำให้ที่ผ่านมาจึงมีข้อจำกัดของการให้เด็กได้มีโอกาสทดลองจากของจริง ดังนั้นพอเด็กๆ ได้มาเห็นและทดลองใช้ CNC Smart Farm จึงให้สนใจเป็นอย่างมาก

“เด็กๆ อยากเห็น อยากใช้งานเครื่องนี้ มาตั้งแต่รู้ข่าวแล้ว พอวันที่ มจธ. มาติดตั้งจริง ทดลองจริง เราเห็นเลยว่าแววตาของเด็กที่เห็นตุ๊กตาเดินไปมาบนจอ กับแววตาที่หัวฝักบัวเคลื่อนที่ไปเองและตอนที่เห็นน้ำถูกปล่อยออกมาต่างกัน แสดงให้เห็นว่างานนี้สามารถสร้างทัศนคติที่ดีด้านวิทยาศาสตร์เทคโนโลยีให้กับเด็กในชนบทหรือเด็กชายขอบได้อย่างแท้จริง ซึ่งนอกจากเด็กๆ ของโรงเรียนเราแล้ว ตอนนี้ก็มีคุณครูจากโรงเรียนประถมในพื้นที่ใกล้เคียงสนใจที่จะพาเด็กนักเรียนของเขามาทดลองใช้เครื่องนี้ด้วย” อาจารย์จิรยา กล่าว

ด้าน รศ.ดร. ชวิน กล่าวสรุปว่า จากจุดเริ่มต้นที่วางเป้าหมายที่ชัดเจนโดยอิงกับผู้ใช้งานเป็นหลักบวกกับการนำความรู้หลายแขนงมาใช้ร่วมกับศาสตร์ด้านวิศวเครื่องกลของนักศึกษากลุ่มนี้ ถือว่าเป็นก้าวหนึ่งของการเป็นวิศวกรที่มองถึงการใช้งานจริง มากกว่าการแก้ปัญหาในเชิงตัวเลขหรือเชิงเทคนิค อันเป็นเป้าหมายของมหาวิทยาลัย

สำหรับงานในระยะต่อไปนั้น รศ.ดร. ชวิน กล่าวว่า ในส่วนของเครื่องรดน้ำผัก ได้มีการประสานกับอาจารย์ที่ มจธ.ราชบุรี เพื่อเป็นโครงการให้กับนักศึกษารุ่นต่อไปที่จะทำให้เครื่องกลชิ้นนี้ได้รับการบำรุงรักษาและอัพเกรดเป็นระยะ อันจะช่วยส่งเสริมการเรียนรู้และทัศนคติด้านวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีของเด็กๆ ในโรงเรียนแห่งนี้และพื้นที่ใกล้เคียงได้อย่างต่อเนื่อง