1. ความรู้กับการแก้ปัญหา

ในการแก้ปัญหาจากสถนการณ์ที่พบนั้น ผู้แก้ปัญหาต้องใช้ทั้งความรู้และข้อมูลที่เกี่ยวข้องกับสถานการณ์ ความรู้บางเรื่องเป็นความรู้เดิมที่ผู้แก้ปัญหาทราบอยู่แล้วจากการเรียนในชั้นเรียนและประสบการณ์ที่ผ่านมา แต่ความรู้บางเรื่องเป็นสิ่งที่ต้องสืบค้นเพิ่มเติมจากสื่อสิ่งพิมพ์ สื่อออนไลน์ หรือจากการสัมภาษณ์ผู้เชี่ยวชาญหรือผู้ที่เกี่ยวข้องกับสถานการณ์ ความรู้ที่เลือกมาใช้เพื่อการแก้ปัญหานั้นจะต้องนำมาวิเคราะห์ สังเคราะห์ ร่วมกันเพื่อให้เกิดเป็นสารสนเทศที่สามารถนำไปใช้ประโยชน์ในแต่ละขั้นตอนของการแก้ปัญหา ความรู้ที่นำมาใช้เพื่อการแก้ปัญหาหรือพัฒนางาน อาจแบ่งเป็นประเภทต่าง ๆ ได้แก่ ความรู้พื้นฐาน และความรู้และทักษะในการปฏิบัติงาน 

1.1 ความรู้พื้นฐาน 

ในการแก้ปัญหาหนึ่ง ๆ ผู้แก้ปัญหาควรมีความรู้พื้นฐานหลาย ๆ ด้าน ได้แก่ ความรู้ทางคณิตศาสตร์ วิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี มนุษยศาสตร์ และสังคมศาสตร์ ตัวอย่างการนำความรู้พื้นฐานมาพัฒนาเทคโนโลยี เช่น 

การออกแบบประตูห้องต่าง ๆ เช่น ห้องน้ำ ห้องทำงาน ผู้ออกแบบต้องคำนึงถึงขนาดและวัสดุที่เหมาะสมกับการใช้งาน และคำนึงถึงความต้องการของผู้ใช้งาน ผู้ออกแบบต้องมีความรู้เรื่อง สมบัติของวัสดุ การยศาสตร์ ตัวอย่างเช่น ประตูห้องทำงานอาจมีความกว้าง 80 เซนติเมตร ความสูง 200 เซนติเมตร และวัสดุที่ใช้อาจเป็นได้ทั้งกระจก ไม้ หรือพลาสติก แล้วแต่ความต้องการของผู้ใช้ เนื่องจากมีการใช้งานภายในอาคารเท่านั้น ในขณะที่ประตูห้องน้ำจะต้องคำนึงถึงสภาพแวดล้อมในการใช้งานที่ต้องสัมผัสกับน้ำและความชื้น จึงต้องเลือกใช้วัสดุที่มีสมบัติทนน้ำ เช่น พีวีซี (Polyvinyl chloride : PVC) 

นอกจากนี้ในการออกแบบรูปแบบของประตู เช่น ประตูบานเดี่ยว ประตูบานคู่ ประตูเลื่อน ผู้ออกแบบต้องใช้ความรู้เรื่องกลไกและการเคลื่อนที่เพื่อออกแบบบานพับ ลูกล้อและรางเลื่อน รวมทั้งอุปกรณ์อื่น ๆ ที่เกี่ยวข้อง และใช้ความรู้ด้านการยศาสตร์เกี่ยวกับลักษณะการบิดแขนและข้อมือ ตำแหน่งของมือ มากำหนดความสูงของลูกบิดประตูซึ่งส่วนใหญ่เป็น 90 เซนติเมตร เพื่อการใช้งานที่สะดวกสบาย และตรงตามความต้องการ

การควบคุมการทำงานของกระสวยอวกาศ (space shuttle) เพื่อขนส่งดาวเทียมให้เข้าสู่วงโคจรของโลกที่กำหนดไว้ ต้องใช้ความรู้เรื่องแรงโน้มถ่วง แรงดึงดูด แรงยก แรงต้านอากาศ ชั้นบรรยากาศ และการเคลื่อนที่ในวงโคจร (external tank) และยานขนส่งอวกาศ (orbiter) กระยวนการขนส่งดาวเทียมเริ่มจากการส่งกระสวยอวกาศให้ทะยานจากพื้นโดยมีจรวดเชื้อเพลิงแข็งทำหน้าที่ขับดันกระสวยอวกาศ และเมื่อเชื้อเพลิงแข็งสันดาปหมด กระสวยอวกาศจะสลัดจรวดเชื้อเพลิงแข็งทิ้งและเคลื่อนที่พ้นจากแรงโน้มถ่วงของโลกเข้าสู่วงโคจรที่ต้องการ ด้วยพลังงานจากถึงเชื้อเพลิงภายนอก จากนั้นเมื่อกระสวยอวกาศเคลื่อนที่ถึงตำแหน่งและทิศทางที่ต้องการ จะสลัดถังเชื้อเพลิงภายนอกทิ้งและเหลือเพียงยานขนส่งอวกาศ ซึ่งจะทำหน้าที่ปล่อยดาวเทียมที่อยู่ในห้องเก็บสัมภาระเข้าสู่วงโคจรของโลก เมื่อเสร็จภารกิจขนส่งดาวเทียมยานขนส่งอวกาศจะเคลื่อนที่ออกจากวงโคจรและกลับสู่พื้นโลก ยานขนส่งอวกาศจะใช้ปีกสร้างแรงต้านอากาศและแรงยก เพื่อชะลอความเร็วและร่อนลงสู้พื้นดินอย่างปลอดภัย 

กระสวยอวกาศ

       การทำฟาร์มเซลล์สุริยะ (solar farm) เป็นเทคโนโลยีที่ผลิตกระแสไฟฟ้าจากพลังงานสะอาดโดยการนำเซลล์สุริยะหลาย ๆ แผงมาเรียงต่อกันเพื่อกักเก็บพลังงานแสงอาทิตย์มาใช้ประโยชน์ โดยอาศัยความรู้เรื่อง การเปลี่ยนรูปพลังงานจากพลังงานแสงอาทิตย์เป็นพลังงานไฟฟ้า ในการเชื่อมต่อแผงเซลล์สุริยะต้องใช้ความรู้เรื่อง การวางแผน การออกแบบและการวางระบบเซลล์สุริยะ กระแสไฟฟ้า ความต่างศักย์ไฟฟ้า การต่อวงจรไฟฟ้า การคำนวณปริมาณกระแสไฟฟ้าที่ได้ในแบตเตอรี่ เครื่องควบคุมการชาร์จไฟ เครื่องแปลงไฟ นอกจากนี้การสร้างฟาร์มเซลล์สุริยะแบบหมุนตามดวงอาทิตย์ ต้องปรับมุมรับแสงของแผงเซลล์สุริยะให้ตั้งฉากกับแสงอาทิตย์ ซึ่งต้องอาศัยกลไก เช่น มอเตอร์ เฟืองและเพลา  

      การสร้างเขื่อน โรงกำจัดขยะ โรงไฟฟ้า ฯลฯ จำเป็นต้องศึกษาระบบนิเวศ บริเวณใกล้เคียงทั้งก่อนและหลังการสร้าง ต้องจัดทำรายงานการวิเคราะห์ผลกระทบสิ่งแวดล้อม (Environmental Impact Assessment : EIA) ต้องพิจารณากฎหมายต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้อง ต้องศึกษาวิถีการดำเนินชีวิตของกลุ่มคนในบริเวณดังกล่าวที่อาจได้รับผลกระทบจากการสร้าง รวมทั้งมีการประชาพิจารณ์ผู้มีส่วนได้ส่วนเสีย เพื่อประเมินผลถึงความเป็นไปได้และความเหมาะสมของการดำเนินงาน 

      การให้บริการส่งสินค้ารูปแบบใหม่ ๆ เช่น การส่งสินค้าด้วยโดรน (drone) การให้บริการซื้อและส่งสินค้าโดยการสั่งงานผ่านแอปพลิเคชันในโทรศัพท์มือถือ การให้บริการแก้ผู้ขับขี่รถมาซื้อสินค้าหรือบริการได้โดยไม่ต้องลงจากรถ ที่เรียกว่า “ไดร์ฟ ทรู (drive thru)” เป็นการให้บริการที่เป็นผลมาจากการศึกษาความต้องการของผู้บริโภคในสภาพสังคมที่เปลี่ยนแปลง การดำเนินชีวิตที่เร่งรีบและการจราจรที่ติดขัดในเขตเมือง ทำให้ผู้บริโภคต้องการความสะดวกและรวดเร็วในการซื้อสินค้าโดยไม่ต้องเสียเวลาเดินทางและประหยัดเวลาในการหาที่จอดรถ 

     1.2 ความรู้และทักษะในการปฏิบัติงาน 

  นอกจากความรู้พื้นฐานที่กล่าวมาข้างต้น ในการแก้ปัญหาใด ๆ จำเป็นต้องใช้ความรู้และทักษะในการปฏิบัติงาน เช่น ความรู้เกี่ยวกับข้อบังคับต่าง ๆ ทางกฎหมาย รวมถึงแนวปฏิบัติ คุณธรรม จริยธรรม จรรยาบรรณในการปฏิบัติงาน และทักษะที่จำเป็น เช่น การสื่อสาร การคิดเชิงระบบ ความคิดสร้างสรรค์ การคิดอย่างมีวิจารณญาณ การทำงานร่วมกับผู้อื่น ตัวอย่างความรู้และทักษะในการปฏิบัติงาน เช่น ในการวิจัยและพัฒนาเครื่องเป่าความดันลมเพื่อเปิดขยายทางเดินหายใจของผู้ป่วยที่เรียกว่า ซีแพบ (Continuous Positive Airway Pressure : CPAP) ต้องประกอบด้วยทีมบุคลากรทางการแพทย์ ได้แก่ แพทย์ พยาบาล นักวิจัย และวิศวกรเพื่อพัฒนาเครื่องต้นแบบ จากนั้นต้องมีการทดสอบและประเมินผลการทำงานของเครื่องมือนี้กับผู้ป่วยจริง ซึ่งต้องได้รับอนุญาตจากผู้ป่วยและคณะกรรมการพิจารณาจริยธรรมการวิจัยในคน 

รูปที่ 6 การใช้ซีแพป (CPAP) ในผู้ป่วยที่มีปัญหาเรื่องการหายในในขณะนอนหลับ 

2. การคิดเชิงออกแบบกับการแก้ปัญหา 

       การแก้ปัญหาคือการปรับเปลี่ยนสถานการณ์ให้เป็นไปตามความต้องการของผู้ใช้ ในการแก้ปัญหาใดปัญหาหนึ่งให้ตรงตามวัตถุประสงค์นั้น นอกจากความรู้พื้นฐาน และความรู้และทักษะในการปฏิบัติงานกระบวนการในการแก้ปัญหาเป็นอีกองค์ประกอบสำคัญที่ทำให้ผู้แก้ปัญหาสามารถคิดค้นวิธีการแก้ปัญหาที่มีสมรรถนะตามความต้องการของผู้ใช้งาน เหมาะสมกับบริบท หรือเงื่อนไขของผู้ใช้ เช่น สภาพที่อยู่อาศัย วิถีชีวิต หรือรายได้

       กระบวนการออกแบบ หรือ การคิดเชิงออกแบบ เป็นขั้นตอนหรือกรอบที่ผู้ออกแบบใช้ในการดำเนินงานเพื่อแก้ปัญหา ซึ่งแต่ละสถานการณ์อาจมีลำดับการดำเนินงานตามขั้นตอนที่แตกต่างกัน เช่น มีการทำซ้ำหรือย้อนกลับ การแก้ปัญหาไม่ได้หมายถึงการสร้างสิ่งประดิษฐ์ใหม่เท่านั้น แต่ถ้าเป็นการเปลี่ยนแปลงสภาพแวดล้อม สถานการณ์ หรือทรัพยากรที่มีอยู่ให้เป็นไปตามที่มนุษย์ต้องการ และส่งเสริมให้เกิดสภาวะแวดล้อมที่อำนวยความสะดวกในการดำเนินชีวิต ดังนั้นผลลัพธ์ของการแก้ปัญหาอาจเป็นสิ่งประดิษฐ์ กระบวนการ หรือขั้นตอนการทำงาน การบริการ หรือโมเดลทางธุรกิจ เป็นต้น

       การคิดเชิงออกแบบเริ่มตั้งแต่การทำความเข้าใจปัญหาอย่างลึกซึ้ง การรวบรวมข้อมูลที่รอบด้าน การพิจารณาผู้ใช้เป็นสำคัญ เพื่อพัฒนาแนวทางการแก้ปัญหา การทดสอบ การปรับปรุง และการนำเสนอผลลัพธ์ การคิดเชิงออกแบบอาจแบ่งเป็น 3 กระบวนการย่อย ได้แก่ การระบุและตีความปัญหา การพัฒนาแนวคิด และการสร้างแนวทางการแก้ปัญหา 

       2.1 การระบุและตีความปัญหา 

      ผลลัพธ์หรือปลายทางของการระบุและตีความปัญหา คือ ผู้แก้ปัญหามีความเข้าใจปัญหาอย่างลึกซึ้ง โดยสามารถระบุสาเหตุ สาระสำคัญ เหตุการณ์และบุคคลที่เกี่ยวข้อง เพื่อนำไปสู่การสร้างวิธีการหรือสิ่งประดิษฐ์เพื่อเปลี่ยนแปลงหรือกำจัดสาเหตุนั้น คำถามที่ผู้แก้ปัญหาต้องพยายามหาคำตอบในกระบวนการย่อยนี้คือ ปัญหาคืออะไร เกิดขึ้นเมื่อใด เกิดที่ใด ใครเกี่ยวข้องบ้าง ทำไมจึงเป็นปัญหา นอกจากนี้ผู้แก้ปัญหาต้องพิจารณาผู้ใช้เป็นสำคัญ กล่าวคือ ต้องคำนึงถึงความต้องการ บริบท ข้อจำกัดหรือเงื่อนไขทางเศรษฐกิจและสังคม รวมถึงผลกระทบในเชิงลบที่อาจเกิดกับผู้ใช้ ผู้แก้ปัญหาต้องรวบรวมความรู้และข้อมูลจากหลาย ๆ ช่องทางและรอบด้าน รวมถึงความรู้พื้นฐาน 

       2.2 การพัฒนาแนวคิด 

       เมื่อผู้แก้ปัญหาเข้าใจสาเหตุ ข้อจำกัด มีข้อมูลที่เกี่ยวข้องกับปัญหา และมีความรู้ที่จำเป็นในการแก้ปัญหาแล้ว ผู้แก้ปัญหาจึงนำข้อมูลเหล่านั้นมาพิจารณาและพัฒนาแนวคิดในการแก้ปัญหา คำถามที่ผู้แก้ปัญหาต้องพยายามหาคำตอบในกระบวนการย่อยนี้คือ จะแก้ปัญหาอย่างไร โดยอาจจะเริ่มจากการพิจารณาหน้าที่ องค์ประกอบ หรือสภาวะแวดล้อมของวิธีการหรือสิ่งประดิษฐ์ที่จะสร้างเพื่อแก้ปัญหาแล้วจึงนำข้อมูลและความรู้ที่รวบรวม มากำหนดแนวคิดในการแก้ปัญหา ในกระบวนการนี้ผู้แก้ปัญหาต้องประเมิน และตัดสินใจเลือกข้อมูลและความรู้ เพื่อพัฒนาแนวคิดในการแก้ปัญหา และอาจต้องมีการสืบค้นและรวบรวมข้อมูลเพิ่มเติม

       นอกจากนี้ ผู้แก้ปัญหาควรเขียนภาพร่าง หรือแผนภาพแสดงรายละเอียดของแนวคิดในการแก้ปัญหา เพื่อใช้ในการสื่อสารระหว่างทีมงานและผู้เกี่ยวข้อง และรับข้อมูลย้อนกลับ (feedback) จากผู้เกี่ยวข้องเพื่อการปรับปรุงให้เหมาะสม 

สารสนเทศ คืออะไร 

       สารสนเทศ (information) หมายถึง ข้อมูล (data) ที่ได้ผ่านการเปลี่ยนรูปแบบ หรือแปลความหมายหรือมีความสัมพันธ์ที่เหมาะสมในการนำไปใช้ประโยชน์ ในบางครั้งสารสนเทศที่ได้จากสถานการณ์หนึ่งอาจเป็นเพียงข้อมูลสำหรับวิเคราะห์ หรือใช้ประโยชน์สำหรับสถานการณ์อื่น ๆ

       ดังนั้นสารสนเทศจึงเป็นผลจากกระบวนการของการเก็บรวบรวมข้อมูล การบริหารจัดการข้อมูล การนำข้อมูลมาวิเคราะห์ วิจัย และนำผลที่ได้มาใช้ในการตัดสินใจเพื่อดำเนินการต่าง ๆ เช่น การปรับปรุงผลิตภัณฑ์ การคิดค้นกลยุทธ์ต่าง ๆ ทางการตลาด การพัฒนาผลิตภัณฑ์ใหม่ หรือการคิดค้นหาวิธีการแก้ปัญหาใหม่ ๆ ตัวอย่างเทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องกับการจัดการข้อมูลและสารสนเทศ เช่น คลาวด์คอมพิวติ้ง (cloud computing) ข้อมูลขนาดใหญ่ (big data) ปัญญาประดิษฐ์ (artificial intelligence) หรือเอไอ (AI) การทำเหมืองข้อมูล (data mining) อินเทอร์เน็ตของสรรพสิ่ง (internet of things) หรือไอโอที (IoT) ซึ่งความก้าวหน้าทางด้านเทคโนโลยีสารสนเทศเหล่านี้เป็นส่วนหนึ่งของเทคโนโลยีเปลี่ยนโลก (disruptive technologies) ที่คิดคนขึ้นเพื่อช่วยให้การทำงานของมนุษย์มีความสะดวกสบาย รวมทั้งยังเป็นสิ่งที่ช่วยให้ผลิตภัณฑ์หรือบริการที่เกิดขึ้นในปัจจุบันและอนาคตมีมูลค่าเพิ่มขึ้นอีกด้วย 

2.3 การสร้างแนวทางการแก้ปัญหา

       หลังจากได้แนวคิดในการแก้ปัญหา กระบวนการถัดไปคือการนำแนวคิดนั้นมาสร้างให้เป็นจริง โดยอาจสร้างเป็นต้นแบบ (prototype) และนำไปทดสอบกับผู้ใช้เพื่อรับข้อมูลย้อนกลับ หรือนำไปทดสอบในสถานการณ์จริงและเก็บข้อมูลผลการทดสอบ นอกจากการทดสอบต้นแบบหรือวิธีการในสถานการณ์จริงแล้ว ในกระบวนการนี้ ผู้แก้ปัญหาต้องประเมินสมรรถนะของวิธีการที่สร้างขึ้นโดยอาจพัฒนาเกณฑ์การประเมิน ซึ่งต้องสอดคล้องกับหน้าที่ ความต้องการ และเป้าหมายของการแก้ปัญหาที่ได้จาก 2 กระบวนการก่อนหน้านี้ และสิ่งสำคัญที่ต้องดำเนินการคือการปรับปรุงวิธีการหรือสิ่งประดิษฐ์โดยอาศัยข้อมูลย้อนกลับจากผู้ใช้ ผลจากการประเมิน และข้อมูลที่ได้จากการทดสอบ เพื่อให้ได้ชิ้นงานหรือวิธีการที่เหมาะสมที่สุดในการแก้ปัญหา

       ในระหว่างการทดสอบการทำงานของต้นแบบเพื่อเก็บข้อมูลมาใช้ในการปรับปรุงนั้น ทักษะที่จำเป็นคือการสังเกต การสืบค้น และการวิเคราะห์ข้อมูลจากหลาย ๆ แหล่ง เพื่อนำข้อมูลเหล่านั้นมาใช้เป็นหลักฐานสนับสนุนการพิจารณาปรับปรุงต้นแบบให้สามารถแก้ปัญหา หรือใช้งานได้ตามความต้องการมากที่สุด 

       เมื่อได้ทราบถึงหลักของการคิดเชิงออกแบบแล้ว ในส่วนถัดไปเป็นตัวอย่างการนำการคิดเชิงออกแบบมาช่วยพิจารณาแนวทางในการออกแบบฟาร์มอัจฉริยะ

       ดังที่เคยได้กล่าวมาแล้วว่า เทคโนโลยี คือ สิ่งประดิษฐ์หรือวิธีการที่มนุษย์ออกแบบและสร้างขึ้นเพื่อแก้ปัญหาที่พบในการดำรงชีวิต หรือเพื่อพัฒนาคุณภาพชีวิต เพิ่มความสะดวกสบายในการดำเนินชีวิตและการประกอบอาชีพ ดังนั้น เทคโนโลยีจึงเริ่มต้นจากปัญหาหรือความต้องการ ตัวอย่างเช่น การนำเทคโนโลยีฟาร์มอัจฉริยะมาใช้ในการทำเกษตรกรรมนั้น มักเกิดจากความต้องการลดต้นทุนในการจ้างคนงาน การจัดสรรตารางกิจกรรมภายในฟาร์มได้ตรงเวลา และการเพิ่มผลผลิตในการติดตามและปรับสภาพแวดล้อมในฟาร์มหรือโรงเรือนให้อยู่ในสภาพที่เหมาะสมกับผลผลิต

       นายสมาร์ทเป็นเกษตรกรที่มีที่ดิน 5 ไร่ และได้ลงทุนปลูกผัก 4 ชนิด โดยจ้างคนงานสำหรับช่วยงานในฟาร์มจำนวน 3 คน เมื่อปีที่ผ่านมา นายสมาร์ทพบว่าเขามีรายได้จากการขายผักน้อยลง เนื่องจากผลผลิตในฟาร์มน้อยกว่าปีก่อน ๆ เพราะประสบปัญหาเรื่องน้ำ และโรคในพืช ในสมาร์ทดูข่าวและได้ยินเรื่องการทำฟาร์มอัจฉริยะ จึงมีความสนใจ และอยากนำเทคโนโลยีนี้มาใช้ในการทำเกษตรกรรมของตนเอง จึงได้ปรึกษาผู้เชี่ยวชาญด้านเกษตรในหน่วยงานของรัฐบาลเพื่อช่วยให้คำแนะนำและออกแบบฟาร์มอัจฉริยะให้

      เมื่อนายสมาร์ท ต้องการเปลี่ยนฟาร์มของตนเองให้เป็นฟาร์มอัจฉริยะ ผู้เชี่ยวชาญควรสัมภาษณ์นายสมาร์ท เพื่อหาข้อมูลเกี่ยวกับสาเหตุที่ทำให้นายสมาร์ทต้องการปรับเปลี่ยน รวมถึงควรเก็บข้อมูลเกี่ยวกับผลประกอบการของนายสมาร์ท และศึกษาสภาพแวดล้อม สภาพอากาศ ชนิดของผลผลิตในฟาร์ม วิธีการบริหารจัดการ การดูแลผลผลิต และการกำจัดของเสียในฟาร์ม และสิ่งที่สำคัญคือต้องทราบงบประมาณของนายสมาร์ท นอกจากนี้ นายสมาร์ทควรรวบรวมข้อมูลเกี่ยวกับสภาพแวดล้อมและชุมชนที่อยู่รอบ ๆ ฟาร์ม รวมทั้งข้อมูลการตลาดของผลผลิตทางการเกษตรและข้อมูลเกี่ยวกับการขนส่งผลผลิตด้วย เช่น ความต้องการและกำลังการผลิตของพืชผลทางการเกษตรในท้องตลาด ราคาตลาด กลุ่มเป้าหมายและพฤติกรรมการบริโภคของกลุ่มเป้าหมาย รูปแบบการขนส่งและอายุของผลผลิต

       ในการวิเคราะห์สถานการณ์เพื่อออกแบบฟาร์มอัจฉริยะของนายสมาร์ท เริ่มจากการกำหนดกลุ่มเป้าหมาย สมมุติว่านายสมาร์ท ต้องการขายผลผลิตในกลุ่มคนรักสุขภาพ จากนั้น พิจารณาเลือกชนิดของพืชที่จะปลูกโดยพิจารณาว่าพื้นที่นายสมาร์ทในปัจจุบันมีความสอดคล้องกับความต้องการของกลุ่มเป้าหมายหรือไม่ เช่น หากเดิมนายสมาร์ท ปลูกพืช 4 ชนิด ได้แก่ กะหล่ำปลี ข้าวโพด มะเขือเทศเชอรี่ และกรีนโอ๊ค นายสมาร์ทควรนำข้อมูลจากการสำรวจและเปรียบเทียบความต้องการของกลุ่มเป้าหมาย ซึ่งอาจสำรวจข้อมูลเอง หรืออ้างอิงข้อมูลจากหน่วยงานที่รับผิดชอบเรื่องนี้ พิจารณาว่าควรปลูกพืช 4 ชนิดเดิม หรือเลิกปลูกพืชบางชนิด แล้วปลูกพืชชนิดอื่นที่เป็นที่ต้องการมากกว่า สมมุติว่าเมื่อเปรียบเทียบข้อมูลแล้วพบว่าพืชทั้ง 4 ชนิดยังเป็นที่ต้องการของกลุ่มคนรักสุขภาพ จึงตัดสินใจว่าจะยังคงปลูกพืชทั้ง 4 ชนิดเช่นเดิม

       เมื่อนายสมาร์ทได้วิเคราะห์ข้อมูลที่เกี่ยวข้องกับปัญหาแล้ว ลำดับต่อไปคือการนำข้อมูลมาพิจารณาว่าปัญหาคืออะไร และเขียนขอบเขตของปัญหา จากตัวอย่างข้างต้นสามารถเขียนขอบเขตของปัญหาได้ว่า 

       “นายสมาร์ทต้องการปรับเปลี่ยนฟาร์มของตนเองให้เป็นฟาร์มอัจฉริยะเพื่อลดต้นทุนในการจ้างคนงาน และต้องการเพิ่มปริมาณและคุณภาพของผลผลิตทางการเกษตร โดยการติดตามสภาพแวดล้อมภายในฟาร์มและควบคุมให้อยู่ในสภาวะที่เหมาะสมกับการเจริญเติบโตของพืช 4 ชนิด ได้แก่ กะหล่ำปลี ข้าวโพด มะเขือเทศเชอรี่ และกรีนโอ๊ค”

       ก่อนการลงทุนดำเนินการสร้างฟาร์มอัจฉริยะ นายสมาร์ท และทีมงานผู้ออกแบบควรร่วมกันบางแผนการเงินและการผลิต โดยขั้นตอนสำคัญที่ต้องดำเนินการคือการวิเคราะห์จุดคุ้มทุน (break-even point analysis) ทำให้ทราบว่า ต้องผลิตสินค้าปริมาณเท่าไร จึงจะทำให้รายได้จากการขาย เท่ากับค่าใช้จ่ายรวมหรือต้นทุนทั้งหมด การวิเคราะห์จุดคุ้มทุนเป็นการวิเคราะห์ความสัมพันธ์ระหว่างต้นทุน ปริมาณ และกำไร จึงต้องอาศัยความรู้ด้านเศรษฐศาสตร์ การตลาด และใช้ข้อมูลเกี่ยวกับปริมาณสินค้า ราคาตลาดของสินค้า และต้นทุนรวมในการผลิตสินค้าที่คาดว่าจะขาย การทราบจุดคุ้มทุนของการลงทุนปลูกพืชแต่ละชนิดจะช่วยให้นายสมาร์ททราบว่าการปลูกพืชชนิดใดให้ผลตอบแทนสูงที่สุดภายใต้ข้อจำกัดของพื้นที่ แรงงานและต้นทุน และสามารถใช้ข้อมูลดังกล่าวในการตัดสินใจว่าจะปลูกพืชทั้ง 4 ชนิดเหมือนเดิมหรือไม่ หรือจะเพิ่มหรือลดสัดส่วนของพื้นที่ในการปลูกพืชแต่ละชนิดอย่างไร

       ในทางเศรษฐศาสตร์ ต้นทุนรวมในการผลิตสินค้าประกอบด้วยต้นทุน 2 ประเภท ได้แก่ ต้นทุนคงที่ (fixed cost) และต้นทุนแปรผัน (variable cost) ต้นทุนคงที่ หมายถึง ค่าใช้จ่ายที่มีลักษณะคงที่ไม่เปลี่ยนแปลงตามปริมาณสินค้าที่ผลิต ดังนั้น เมื่อผลิตสินค้าได้จำนวนมากขึ้น ต้นทุนคงที่ต่อหน่วยจะลดลงตัวอย่างต้นทุนคงที่ เช่น ค่าเสื่อมราคาหรือค่าเช่าเครื่องจักร ค่าเบี้ยประกันภัย ส่วนต้นทุนผันแปร หมายถึง ค่าใช้จ่ายในการผลิตที่เปลี่ยนแปลงตามปริมาณสินค้าที่ผลิต กล่าวคือ เมื่อผลิตสินค้าในปริมาณที่มากขึ้นต้นทุนผันแปรจะสูงขึ้นตาม ตัวอย่างต้นทุนผันแปร เช่น เมล็ดพันธุ์ ปุ๋ย ค่าแรงงาน

       ตัวอย่างกราฟแสดงความสัมพันธ์ของปริมาณการผลิตและขาย ต้นทุนและกำไรของพืช ก. ต่อการปลุก 1 ครั้ง ในพื้นที่ 1 ไร่ ดังรูป 

การแก้ปัญหาด้วยการทำโครงงาน

  บางครั้งนักเรียนเกิดปัญหา หรือเกิดความสงสัยจากสถานการณ์ในชีวิตประจำวัน เช่น

            - คุณภาพของแหล่งน้ำต่าง ๆ ในชุมชนเป็นอย่างไร

            -  นักเรียนในโรงเรียนมีการบริโภคอาหารสำเร็จรูปชนิดใดบ้าง และจำนวนมากน้อยเท่าไร

            -  กระดาษรีไซเคิลที่นักเรียนทำขึ้นจากเยื้อกระดาษจะเหนียวขึ้นหรือไม่ ถ้าเพิ่มกาวที่ทำจากเม็ดมะขามลงไปในเยื่อกระดาษ

            -  ไม่มีคนงานให้อาหารปลาในบ่อในช่วงวันหยุดยาว

            -  ต้องการคัดแยกและนับจำนวนเหรียญหลายชนิดราคาที่ปะปนกันจำนวนมาก

        นักเรียนคิดว่าจะแก้ปัญหานี้ได้อย่างไร นักเรียนจะทราบได้อย่างไรว่าวิธีการที่เลือกสามารถแก้ปัญหาได้จริง ข้อมูลที่นักเรียนหาได้น่าเชื่อถือหรือไม่ ดังนั้นการแก้ปัญหา ต้องมีการวางแผน ออกแบบการทำงานอย่างเป็นระบบ การทำโครงงานเป็นกระบวนการหนึ่งที่นักเรียนสามารถนำมาใช้แก้ปัญหาได้ ศึกษาค้นคว้าในเรื่องที่ต้องการรู้อย่างลึกซึ้ง และลงมือปฏิบัติด้วยตนเอง โดยสามารถขอคำปรึกษาจากครู หรือผู้เชี่ยวชาญ

        ถ้านักเรียนสนใจเรื่องปริมาณหรือชนิดของอาหารสำเร็จรูปที่นิยมรับประทานในโรเรียนหรือสนใจคุณภาพของแหล่งน้ำต่าง ๆ ในชุมชน นักเรียนสามารถกำหนดขอบเขตของการศึกษา ออกแบบวิธีการศึกษา จากนั้นจึงลงมือเก็บข้อมูล โดยการออกภาคสนามเพื่อเก็บตัวอย่างมาวิเคราะห์ในห้องปฏิบัติการ ประมวลผลข้อมูล และสรุปผลตามจุดประสงค์ในการสำรวจ

        จากความสงสัยที่ว่ากาวจากเม็ดมะขามสามารถเพิ่มความเหนียวของกระดาษรีไซเคิลได้หรือไม่ นักเรียนจึงทำการศึกษาเพื่อหาปริมาณกาวที่ทำให้กระดาษเหนียวที่สุด โดยการทำโครงงานในลักษณะการทดลอง เริ่มจากการกำหนดปัญหาของโครงงาน กำหนดตัวแปรต้น ตัวแปรตาม ตัวแปรควบคุม และออกแบบวิธีการทดลอง ในที่นี้ ตัวแปรต้น คือ ปริมาณกาวที่แตกต่างกันในแต่ละชุดการทดลอง ตัวแปรตาม คือ ความเหนียวของกระดาษที่ได้ ตัวแปรควบคุม คือ ชนิด ปริมาณของเยื่อกระดาษ และขนาดของกระดาษที่ทำขึ้น จากนั้นบันทึกผลที่ได้จากการทดลองเป็นความเหนียวของกระดาษที่ได้

        จากปัญหาที่ไม่มีคนงานให้อาหารปลาในช่วงวันหยุดยาว หรือต้องการคัดแยกและนับจำนวนเหรียญหลายชนิดราคาที่ปะปนจำนวนมาก นักเรียนอาจแก้ปัญหาหรือความต้องการด้วยการประดิษฐ์อุปกรณ์เพื่อแก้ปัญหา โดยอุปกรณ์ที่ประดิษฐ์ขึ้นอาจเป็นสิ่งของใหม่ หรือปรังปรุงสิ่งของที่มีอยู่เดิมให้ดีขึ้น เช่น เครื่องให้อาหารปลาอัตโนมัติ เครื่องคัดแยกเหรียญ ในการประดิษฐ์อุปกรณ์ควรมีการออกแบบ ร่างภาพ เขียนรายละเอียดการสร้างอุปกรณ์ แล้วลงมือสร้างอุปกรณ์จนเสร็จ จากนั้นควรมีการทดสอบการทำงานของอุปกรณ์ว่าสามารถใช้ได้จริงตามที่ต้องการหรือไม่ เช่น นำเหรียญหลายชนิดราคามาทดสอบโดยอุปกรณ์ช่วยคัดแยกและนับเหรียญได้หรือไม่ หรือตรวจสอบว่าเครื่องให้อาหารปลาสามารถให้อาหารตามปริมาณที่ต้องการและตามเวลาที่ตั้งไว้ได้หรือไม่ รวมทั้งการสำรวจความพึงพอใจและความเห็นในด้านต่าง ๆ ที่มีอุปกรณ์ เช่น ความเหมาะสมของราคา ความสะดวกในการใช้งาน ความเหมาะสมของวัสดุที่ใช้ โดยให้กลุ่มตัวอย่างช่วยแสดงความคิดเห็น แล้วจึงสรุปข้อมูลทุกอย่าง ทั้งการออกแบบอุปกรณ์ ข้อผิดพลาด การทดสอบการทำงาน และความพึงพอใจเป็นผลการศึกษา

      แนวทางการทำโครงงานข้างต้น จะทำให้ได้ผลลัพธ์ที่มีคุณค่าและน่าเชื่อถือ โดยนักเรียนสามารถนำแนวทางนี้มาใช้ในการแก้ปัญหาในการทำงานเรื่องอื่น ๆ ได้

ศึกษาเพิ่มเติมเกี่ยวกับโครงงานวิทยาศาสตร์

การพัฒนาโครงงานโดยการใช้กระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรม

        การทำโครงงานโดยใช้กระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรมเพื่อแก้ปัญหาจากสถานการณ์ที่นักเรียนสนใจมีการนำแนวคิด หลักการหรือทฤษฎีทางวิทยาศาสตร์ คณิตศาสตร์ และความรู้จากศาสตร์อื่น ๆ มาบูรณาการ เพื่อพัฒนานวัตกรรมในรูปแบบชิ้นงานหรือวิธีการ ในการแก้ปัญหาด้วยการทำโครงงาน มีระยะการดำเนินงาน 3 ระยะ คือ ระยะเริ่มต้นโครงงาน ระยะพัฒนาโครงงาน และระยะนำเสนอโครงงาน โดยใช้กระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรมในการดำเนินการแก้ปัญหา ขั้นตอนต่าง ๆ ของกระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรมมีความสัมพันธ์กับระยะการดำเนินงานของโครงงาน ดังรูปที่ 11

  2.1 ระยะเริ่มต้นโครงงาน

         การดำเนินการในระยะเริ่มต้นโครงงาน มีวัตถุประสงค์เพื่อสำรวจและตัดสินใจเลือกสถานการณ์ที่สนใจ ก่อนเริ่มทำโครงงานนักเรียนสามารถหาปัญหาที่จะพัฒนาเป็นหัวข้อโครงงานด้วยการสำรวจสถานการณ์ในสถานที่ต่าง ๆ เช่น โรงเรียน บ้าน หรือชุมชน โดยอาศัยการสังเกตสภาพแวดล้อม และสัมภาษณ์คนในชุมชน นอกจากนี้การสำรวจสถานการณ์ที่สนใจ อาจใช้การสืบค้นจากแหล่งข้อมูลต่าง ๆ เช่น สื่อสิ่งพิมพ์ แหล่งเรียนรู้ออนไลน์ ตัวอย่างเช่น นายจ๊อบและเพื่อน ๆ ซึ่งเป็นนักเรียนชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 5 ได้สำรวจสภาพแวดล้อมและพูดคุยกับคนในหมู่บ้าน พบว่าในหมู่บ้านมีสถานการณ์ที่เป็นปัญหาในการดำรงชีวิตและการประกอบอาชีพ ดังนี้

        1. ก๊อกน้ำที่บริเวณบ่อเลี้ยงปลานิลของสหกรณ์หมู่บ้านรั่ว

        2. ต้นไม้ในสวนสาธารณะของชุมชนแห้งตายเป็นจำนวนมาก

        3. ถนนในชุมชนข้างโรงเรียนมีลักษณะมืดและเปลี่ยว

        4. พ่อค้าในตลาดไม่รับซื้อมะม่วงน้ำดอกไม้ที่ชาวสวนปลูกซึ่งสุกจนเกิดการเน่าเสีย