ทำความรู้จัก “Physical Computing” ฟิสซิเคิลคอมพิวติง การเชื่อมโยงคอมพิวเตอร์กับสิ่งรอบตัว

cover

ทำความรู้จัก “Physical Computing” ฟิสซิเคิลคอมพิวติง การเชื่อมโยงคอมพิวเตอร์กับสิ่งรอบตัว

เยาวชนรุ่นใหม่ในปัจจุบันให้ความสำคัญกับการศึกษาองค์ความรู้ทางด้านคอมพิวเตอร์ และเทคโนโลยี น้อยลงอย่างต่อเนื่อง ซึ่งสวนทางกับยอดขายมือถือและการใช้งานอินเตอร์เน็ตที่มากขึ้นอย่างรวดเร็ว (ติดเฟสบุค ติดเกมส์) ปัญหานี้เกิดขึ้นทั่วโลกทั้งประเทศที่พัฒนาแล้ว หรือในประเทศกำลังพัฒนา อย่างประเทศไทยของเรา

กล่าวถึงทั่วโลก หลากหลายหน่วยงาน องค์กร หรือภาครัฐ เข้ามาให้ความสำคัญในเรื่องนี้กันมากขึ้น การเรียนการสอนด้านคอมพิวเตอร์ และเทคโนโลยีให้กับเยาวชน ที่เราเห็นกันอยู่ ก็จะมีการสอนความรู้พื้นฐานทางด้านคอมพิวเตอร์ และการเขียนพื้นฐานการโปรแกรม (computer programming) มีการสอดแทรกกิจกรรมที่น่าสนใจอื่น เช่น การสร้างโรบอต สร้างกราฟิก แอนิเมชั่น จากการเขียนโปรแกรม และอื่นๆ

“Physical Computing” ฟิสซิเคิล คอมพิวติง คืออะไร? นำมาใช้ในการศึกษาอย่างไร?

ถ้าแปลตรงตัวจะหมายความว่าระบบคอมพิวเตอร์ทางกายภาพ (งงเด้ๆ) ดังนั้นเรามาแปลแบบอ้อมๆดูบ้าง Physical Computing จะหมายถึงการศึกษาการใช้ระบบคอมพิวเตอร์ หรืออาศัยการประมวลผลของคอมพิวเตอร์ เพื่อเชื่อมโยง สร้างปฏิสัมพันธ์กับมนุษย์ หรือสิ่งต่างๆที่อยู่รอบตัวเรา เบื้องต้นเราศึกษาวิธีการที่จะควบคุมระบบคอมพิวเตอร์ด้วยการเคลื่อนไหวอวัยวะต่างๆของร่างกายเรา เพื่อให้คอมพิวเตอร์ทำงานอย่างที่เราต้องการ เช่นการสร้างอุปกรณ์อินพุต (Input) ใช้คีย์บอร์ดพิมพ์ตัวอักษร การใช้มือเคลื่อนที่เมาส์และนิ้วกดปุ่มสั่งงานคอมพิวเตอร์ อีกทั้งเรายังสร้างอุปกรณ์เอาท์พุต (output) เพื่อให้เราติดต่อและเข้าใจคอมพิวเตอร์มากขึ้น เช่นมองเห็นจากจอภาพแสดงผล ได้ยินเสียงจากลำโพง

ปัจจุบันเราขยายขอบเขตการสร้างปฏิสัมพันธ์ของ Physical Computing ไปยังสิ่งต่างๆรอบตัวเรา สร้างระบบนิเวศในการเชื่อมต่อ ทำให้มนุษย์รับรู้ ควบคุมถึงสิ่งต่างๆรอบตัว หรือกำหนดให้คอมพิวเตอร์ควบคุมสั่งงานการทำงานของตนเองได้โดยไม่ต้องอาศัยมนุษย์อยู่ตลอดเวลา เช่นควบคุมระบบขับเคลื่อนยานยนต์อัตโนมัติ ระบบควบคุมการปิดเปิดประตูระบายน้ำตามระดับความสูงของน้ำ ระบบฟาร์มอัจฉริยะ (Smart farm) เป็นต้น

เราสามารถกำหนดการทำงานของ Physical computing ด้วยการเขียนโปรแกรม และรับข้อมูลทางกายภาพที่เป็น Analog ซึ่งข้อมูลที่มีการเปลี่ยนแปลงไม่แน่นอน เช่นรับข้อมูลจากอุณหภูมิที่แตกต่างกันไปในทุกๆนาที หรือเป็นข้อมูลแบบ Digital ที่มีค่าที่แน่นอน เช่นการปิดเปิดสวิตช์ไฟ ข้อมูลเหล่านี้เราสามารถใช้เซนเซอร์ Sensor ในรูปแบบต่างๆรับค่าเข้ามาประมวลผล ซึ่งความเที่ยงตรงจะขึ้นอยู่กับคุณภาพของเซนเซอร์นั้น

Physical_computing.svg

https://en.wikipedia.org/wiki/Physical_computing

จากภาพจะเห็นว่า Physical computing จะเป็นระบบที่สามารถโต้ตอบ (Interactive System) กับสิ่งต่างๆที่อยู่รอบตัวเรา (Real world) รับข้อมูลผ่านทางเซนเซอร์ (Sensors) และสร้างปฏิสัมพันธ์ที่เป็นผลลัพธ์ทางด้านกายภาพผ่านทางตัวกระตุ้น (Actuators) ที่มีหน้าที่ตอบสนองและปรับเปลี่ยนรูปร่าง ตำแหน่ง ความถี่ธรรมชาติ หรือลักษณะเฉพาะทางกลอื่นๆ

ประยุกต์ใช้ Physical Computing ในด้านใดได้บ้าง

  • ระบบการศึกษา (Education): ใช้ในการเรียนการสอนคอมพิวเตอร์เบื้องต้น ให้ผู้เรียนเข้าใจถึงการทำงานของระบบคอมพิวเตอร์ที่เป็นรูปธรรมและเข้าใจอย่างแท้จริง เช่นเขียนโปรแกรมเพื่อบอกให้คอมพิวเตอร์สั่งเปิดสวิตช์ไฟเมื่อไม่มีแสงสว่าง หรือเราใช้ Physical Computing เพื่อจำลองปรากฎการณ์บางอย่างให้นักเรียนเข้าใจบทเรียนง่ายขึ้น โดยให้ผู้เรียนมีส่วนร่วมในการสร้างปฏิสัมพันธ์นั้นๆด้วย เช่นโบกมือไปที่เซนเซอร์เพื่อช่วยให้กังหันลมหมุนให้เร็วขึ้นและเห็นผลลัพธ์ของกำลังไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นจากกราฟิกแสดงผล หรือความสว่างของหลอดไฟ
  • ศิลปะ (Arts): ศิลปินรุ่นใหม่ได้มีการประยุกต์ใช้ Physical Computing กับศิลปะมากขึ้น เช่นให้ผู้ที่ชมศิลปะสร้างปฏิสัมพันธ์กับเซนเซอร์เพื่อมีส่วนร่วมกับงานศิลปะ (Interactive Media Arts) หรือ การสร้างศิลปะจากข้อมูลที่ดึงมาจากฐานข้อมูลต่างๆทั่วโลก (Data Visualization)
  • การออกแบบผลิตภัณฑ์ (Production Design): Physical Computing สามารถนำมาใช้ในการสร้างต้นแบบของผลิตภัณฑ์ Prototype ได้เพื่อประหยัดเวลา และต้นทุน
  • เชิงพาณิชย์ (Commercial Applications): ไม่เพียงเราสามารถนำ Physical Computing มาสร้างต้นแบบแล้ว เรายังสามารถนำมาพัฒนางานเพื่อใช้ในเชิงพาณิชย์ได้เช่นกัน เนื่องจาก Physical Computing ก็มีความสมารถเพียงพอและเหมาะสมในหลายๆงาน เช่น Sony Eyetoy, Smart switch, Desktop 3D printer, Media hub, Game
  • ด้านวิทยาศาสตร์ (Scientific Applications): Physical Computing สามารถนำมาประยุกต์สร้างเป็นเครื่องมือทางวิทยาศาสตร์ที่ช่วยให้นักวิทยาศาสตร์ใช้เก็บข้อมูล วิเคราะห์ ประมวลผลข้อมูล หรือทำนายผล จากข้อมูลเซนเซอร์ รูปภาพ หรือ แหล่งข้อมูลจากฐานข้อมูล

ในส่วนของบทความนี้เราจะเน้นการนำเสนอข้อมูลของการนำ Physical Computing มาใช้ในการจัดการเรียนการสอนกันครับ

Physical Computing for Education ใช้ในการจัดการเรียนการสอน

Physical Computing ได้ถูกพัฒนาและนำมาใช้ในการเรียนการสอนตั้งแต่ปี 1990 เริ่มต้นโดยใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์ Microcontroller-based (ระบบสมองกลฝังตัว) เป็นวงจรรวมที่เราเรียกว่าไอซี ICs ที่บรรจุคำสั่งต่างๆให้เราสามารถเขียนโปรแกรมสั่งงานได้ เทคโนโลยีนี้ส่วนใหญ่จะมีการสอนในระดับมหาวิทยาลัยในหัวข้อทางด้าน หุ่นยนต์ Robotic environmental sensing, scientific experimentation, and interactive art.

pic1DEC24

Z80 Microcontroller Kit

ถ้ากล่าวถึงการพัฒนาเทคโนโลยีนี้ที่ให้ความสำคัญกับเยาวชนนั้น ในปี 1960 นักวิจัยได้ศึกษาและนำภาษา Logo http://www.calormen.com/jslogo/ มาใช้ในการเรียนการสอนสำหรับเด็กประถมศึกษาและมัธยมศึกษา เป็นการเขียนโปรแกรมง่ายๆเพื่อให้กราฟิกรูปเต่าลากเส้นเป็นรูปแบบต่างๆ ผู้เรียนจะสามารถพัฒนาทักษะการคิดอย่างมีระบบ Logical thinking และพื้นฐานทางคอมพิวเตอร์ แต่ลักษณะแบบนี้จะเป็นการเน้นการเรียนการสอนเน้นทางด้าน Digital ยังไม่ถูกปรับเปลี่ยนมาทางด้าน Physical มากนัก ทาง MIT Media Lab https://www.media.mit.edu/  จึงได้ทำการศึกษาและพัฒนานวัตกรรมการศึกษาทางด้าน Physical Computing ขึ้น

การพัฒนาเครื่องมือที่สามารถนำมาใช้ในการเรียนการสอนทางด้านคอมพิวเตอร์และการเขียนโปรแกรมที่สามารถให้ผู้เรียนเห็นภาพและสามารถเชื่อมต่อกับสิ่งต่างๆได้นั้น สามารถแบ่งได้เป็น 4 เจนเนอเรชั่น ดังนี้

ในยุคแรก Tangible Physical Computing คอมพิวเตอร์ที่จับต้องได้ เริ่มจาก LEGO/Logo ถูกพัฒนาในราวๆปี 1980-1990 ช่วงเวลาเดียวกันนั้นนักวิจัยที่ MIT Media Lab ได้ทำการพัฒนาโดยใช้ชื่อ Programmable Brick (ก้อนอิฐที่ใช้เขียนโปรแกรมได้ สงสัยจะตั้งชื่อตามลักษณะรูปร่างเป็นก้อนๆสี่เหลี่ยม) เด็กๆสามารถเขียนโปรแกรมควบคุมการทำงานของก้อนอิฐนี้ด้วยภาษา Logo

Figure-1-Progression-of-Programmable-Bricks-Counter-clockwise-from-upper-left-MIT-Logo

ในยุคที่สอง มีการวิจัยพัฒนาเพิ่มเติมความสามารถ โดยเพิ่มการเชื่อมต่อเซนเซอร์ใหม่ๆเข้าไป นอกจากเป็นที่นิยมนำมาใช้ในการเรียนการสอนแล้ว นักประดิษฐ์และนักออกแบบสื่อปฏิสัมพันธ์ก็ให้ความสนใจนำมาศึกษาเช่นกัน

RCX-ConnectionsLEGO_Plotter

รูป LEGO/Logo platform ที่มีการเพิ่มเซนเซอร์ต่างๆเข้าไป

ในยุคที่สาม ช่วงปี 2001 Physical Computing ขยายความสามารถให้มีความเหมาะสมสำหรับผู้ใช้งานมากขึ้น เช่นเด็กเล็ก เด็กในกลุ่มประเทศด้อย/กำลังพัฒนา อีกทั้งได้มีการออกแบบที่สามารถนำมาเพิ่มประสิทธิภาพในการเรียนการสอนด้านคณิตศาสตร์ และวิทยาศาสตร์ อีกด้วย

ตัวอย่างเช่นโปรเจค curlybot เป็นของเล่นที่สร้างเพื่อพัฒนาทักษะการเรียนรู้ของเด็กวัยสี่ขวบขึ้นไป มีลักษณะเป็นทรงกลมมีล้อทำให้เคลื่อนที่ได้อยู่ด้านล่าง เด็กสามารถกำหนด(โปรแกรม) ให้หุ่นยนต์จดจำการเคลื่อนที่โดยการลากเลื่อนไปมา หลังจากนั้นสามารถกดปุ่มให้หุ่นยนต์นี้เคลื่อนที่ตามที่เรากำหนดไว้ก่อนหน้านี้ได้ งานวิจัยนี้พบว่าผู้เรียนสามารถเข้าใจหลักการของคณิตศาสตร์โดยการเล่นกับหุ่นยนต์นี้  เช่นการให้ผู้เรียนสร้างรูปทรงเรขาคณิตจากการเคลื่อนที่ซ้ำ การเรียนรู้จากการสร้างเงื่อนไขในการเคลื่อนที่ เรียนรู้จากการสร้างเรื่องราว Story telling จากการกำหนดการเคลื่อนไหวของหุ่นยนต์

Capture

รูป curlybot

ในยุคที่สี่ (ถึงปัจจุบัน) ได้มีการพัฒนาอย่างก้าวกระโดด ทั้งในด้านรูปร่าง โครงสร้าง สถาปัตยกรรม ออกแบบเพื่อเป็นอุตสาหกรรมที่ชัดเจนมากขึ้น  เราสามารถแบ่งได้สามกลุ่มใหญ่ดังนี้

LEGO_31313_box5_in_v24_1488

  • กลุ่มที่หนึ่ง Lego Mindstorms https://en.wikipedia.org/wiki/Lego_Mindstorms ชุดเลโก้ต่อประกอบเป็นหุ่นยนต์ เด็กๆสามารถเขียนโปรแกรมควบคุมได้โดยต้องผ่านคอมพิวเตอร์ หรือแอพบนแทปเล็ท ผลิตภัณฑ์นี้ถือได้ว่ามี DNA ของ Physical Computing ในยุคแรกๆมากที่สุด หัวใจสำคัญของระบบอยู่ที่กล่องควบคุม (Brick) ซึ่งจริงๆแล้วก็เป็น Microcontroller ARM7 ที่อยู่ด้านในนั้นเอง (Lego Mindstormes Teardown : https://youtu.be/jqTpRHEfmic)

howitworks

http://mindstormsnxt.blogspot.co.uk/2006/08/whats-inside-nxt-brick.html

  • กลุ่มที่สอง จะเป็นแบบ breakout board ที่มีลักษณะเป็นแผงวงจรอิเล็กทรอนิกส์ เช่น Basic Stamp, Arduino, Raspberry Pi, Arduino, ESP8266, Micro:bit, Crumble

Capture2

http://redfernelectronics.co.uk/crumble/

1471260835673cover

https://www.raspberrypi.org/learning/physical-computing-with-python/

microbit

http://microbit.org/start/

lilyPadSimple_a

https://www.arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardLilyPad

  • กลุ่มที่สาม จะเป็นประเภทที่ไม่จำเป็นต้องต้องเชื่อมกับคอมพิวเตอร์เพื่อทำการโปรแกรม เราสามารถโปรแกรมสั่งงานได้ในตัวของอุปกรณ์ ซึ่งการสร้างโปรแกรมบนตัวอุปกรณ์มีความแตกต่าง หลากหลาย ไม่เหมือนกับสองกลุ่มที่กล่าวมา (เข้มข้นฉีกความจำเจ) อุปกรณ์ในกลุ่มนี้ถือว่าเป็นการสร้างกระบวนทัศใหม่ของ Physical Computing ตัวอย่างเช่น

Topobo http://www.topobo.com/ เป็นอุปกรณ์ที่เราสามารถนำชิ้นส่วนต่างๆมาประกอบกัน แล้วทำการบิดหมุน เพื่อโปรแกรมการเคลื่อนไหว (kinetic memory) เช่นเรานำมาต่อเป็นสัตว์ (ประหลาด) แล้วทำการขยับชิ้นส่วนที่ส่วนขาไปมาเพื่อให้ส่วนควบคุมจดจำลักษณะการเคลื่อนไหว หลังจากนั้นสัตว์ของเราก็จะเดินอย่างที่เราโปรแกรมไว้

งานชิ้นนี้เป็นงานวิจัยของ MIT Media Lab http://tangible.media.mit.edu/project/topobo/ โดยปัจจุบันได้พัฒนาเป็นผลิตภัณฑ์เชิงพาณิชย์แล้ว http://secure.topobo.com/

17-67-thickboxtopobo-2

รูป Topobo http://www.topobo.com/

Cubelets http://www.modrobotics.com/cubelets/ เป็นนวัตกรรมการพัฒนา Physical Computing ทางด้านกายภาพ Form factor ที่สามารถให้เด็กๆสามารถนำก้อนสี่เหลี่ยมแม่เหล็กทรงลูกบาศก์มาต่อเป็นหุ่นยนต์ Modular Robot ทำงานเป็นแขนกล เคลื่อนไหวได้ โดยแต่ละก้อนจะมีความสามารถที่แตกต่างกันไป เช่น แบตเตอรี่ ลำโพง เซนเซอร์ มอเตอร์ ล้อเคลื่อนที่ ฯลฯ

                      8020319_robotics-for-kids-with-cubelets--imagination_t24b5dcb0ab3-headercubelets-6

ข้อดีในการนำ Physical Computing มาใช้ในการเรียนการสอน

  • ผู้เรียนสามารถเข้าใจหลักการทำงานและการสื่อสารระหว่างมนุษย์กับคอมพิวเตอร์ หรือระหว่างคอมพิวเตอร์กับสิ่งต่างๆรอบตัวเรา
  • สร้างประสบการณ์การเรียนรู้ของผู้เรียน Designing learning experience และพัฒนาทักษะทางด้าน ซอฟสกิล Soft skills หรือทักษะในการแก้ปัญหา การสื่อสาร การบริหารจัดการ การทำงานร่วมกัน โดยทักษะเหล่านี้จะเกิดได้จากการที่เราให้ผู้เรียนได้ช่วยกันคิด ประดิษฐ์และแก้ไขโจทย์ปัญหาร่วมกันโดยใช้ Physical Computing เป็นเครื่องมือ
  • การให้พื้นที่ในการเรียนรู้ด้วยตนเอง Student-centred ผู้เรียนสามารถทำงานร่วมกันและสามารถสร้างสรรค์ผลงานได้ด้วยตนเองร่วมกับเพื่อน ทำให้ผู้เรียนมีความสุขในการเรียนมากกว่า การที่ครูผู้สอนเป็นคนกำหนดทิศทางในการเรียน Teacher centred approach โดยจะสอดคล้องที่เน้นผู้เรียนเป็นศูนย์กลาง
  • สนับสนุนการจัดเรียนรู้ และหลักสูตรแบบบูรณาการ Integrated management & curriculum ผู้สอนสามารถจัดประสบการณ์การเรียนรู้ของผู้เรียนได้ตามความสนใจ โดยสามารถเชื่อมโยงเนื้อหาสาระของศาสตร์ หรือหลักสูตรต่างๆที่เกี่ยวข้องสัมพันธ์กันให้ผู้เรียน

ต่อไปเราจะมาดูกันว่า เราสามารถที่จะส่งเสริมการเรียนรู้ทางด้านเทคโนโลยีของเยาวชนได้อย่างไรให้เกิดประสิทธิภาพสูงสุด

  • ออกแบบเทคโนโลยีแฟชั่น ชิกๆคูลๆ (Wearable computing)

Lilypad เป็นเครื่องมือที่ถูกนำมาใช้ในการเรียนการสอนในการออกแบบแฟชั่นอิเล็กทรอนิกส์ที่ได้รับความนิยมสูง เนื่องจากมีราคาไม่แพง เรียนรู้ง่าย สามารถโปรแกรมได้โดยใช้พื้นฐานภาษา C ผ่าน Arduino IDE

1

Capture1

https://learn.adafruit.com/chameleon-scarf?view=all

เราลองมาดูตัวอย่างหลักสูตรเวิร์คชอป 5 วันกับการสอนเด็กอายุ7-9ขวบ ประกอบไปด้วย 4 บทเรียน แต่ละบทเรียนมีงานย่อยให้ทำเพื่อประเมินความเข้าใจในการเรียนรู้ของผู้เรียน (อ้างอิงจากงานวิจัยของ Lau, W. W., Ngai, G., Chan, S. C., & Cheung, J. C. (2009, March))

บทเรียน

ชื่อบทเรียน กิจกรรม

ผลสัมฤทธิ์

1

ความรู้พื้นฐานด้านวงจรอิเล็กทรอนิกส์ Electronic Circuit Theory สร้างวงจรแบบง่ายด้วยสายไฟและหลอดไฟ LED ผู้เรียนเข้าใจพื้นฐานอิเล็กทรอนิกส์ เช่น แรงดัน และกระแสไฟฟ้า ความต้านทาน ตัวนำไฟฟ้า

2

ออกแบบวงจรสำหรับเสื้อยืด T-Shirt Circuit Design ออกแบบและสร้างวงจรที่ซับซ้อนขึ้นกับหลอดไฟ LED หลายๆหลอดบนเสื้อยืด ผู้เรียนเข้าใจการสร้างวงจรพื้นฐาน และการใช้งานเบรดบอร์ด breadboard

3

ความรู้พื้นฐานของวงจรรวม ICs เชื่อมต่ออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กับ ICs ได้ ผู้เรียนเข้าใจการทำงานของ ICs และผลลัพธ์

4

การประยุกต์ใช้ไมโครคอนโทรเลอร์ในการกำหนดการแสดงผลบนเสื้อยืด เขียนโปรแกรม รับค่าจากเซนเซอร์ เพื่อกำหนดการแสดงผลของหลอดไฟLED บนเสื้อยืด ผู้เรียนสามารถเขียนโปรแกรมและควบคุมการแสดงผลจากการรับค่าจากเซนเซอร์ได้

ผลการวิจัยในการนำหลักสูตรนี้ไปทดลองกับเด็กนักเรียน ปรากฏว่าผู้เรียนมีแรงจูงใจ (Motivation) ในการเรียนทางด้านวิทยาศาสตร์ และคอมพิวเตอร์สูงขึ้น อย่างไรก็ตามนักเรียนรู้สึกว่าการเขียนโปรแกรมควบคุมไมโครคอนโทรเลอร์มีความซับซ้อน และต้องใช้ความพยายาม แต่สุดท้ายก็สามารถทำได้สำเร็จ นอกเหนือจากนั้นนักวิจัยเห็นว่า การสอนดังกล่าวสามารถเปิดโอกาสให้ผู้เรียนได้ฝึกฝนใช้ความคิดสร้างสรรค์ ควบคู่กับการเรียนการสอนด้านเทคโนโลยี และการเขียนโปรแกรมเบื้องต้น

  • ดีเจ แร๊ปโย่วๆๆ (Digital Music Creation)

การสร้างเสียงดนตรีก็สามารถนำมาประยุกต์เพื่อพัฒนาการเรียนการสอนได้ สามารถทำให้ผู้เรียนเพลิดเพลินกับเสียงดนตรีควบคู่กับทักษะในการคิด การทำงานร่วมกัน และทักษะในการเขียนโปรแกรม

sonic pi

Sonic Pi Lessons https://www.raspberrypi.org/learning/sonic-pi-lessons/

โปรแกรม Sinic Pi ที่สามารถติดตั้งบนระบบปฏิบัติการบน Raspberry Pi หรือ PC ทั่วไป ได้ถูกนำมาใช้ในการพัฒนาทักษะทางการเขียนโปรแกรมคอมพิวเตอร์ของเด็กนักเรียนในประเทศอังกฤษ ผ่านทางการประพันธ์ทำนองดนตรี สร้างเสียงเพลง ด้วยการเขียนโค้ด โปรแกรม Sonic Pi ถูกพัฒนโดย Sam Aaron ที่คอมพิวเตอร์แล็ปที่มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ อังกฤษ  ผลจากงานวิจัยพบว่าผู้เรียนมีความสนใจเพิ่มขึ้นมากในการเรียนทางด้านวิทยาการคอมพิวเตอร์ ผู้เรียนเห็นความสำคัญของดนตรีกับชีวิตประจำวัน และมีความสนุกในการประพันธ์ดนตรีด้วยตนเอง และมองเห็นการเขียนโปรแกรมเป็นสิ่งที่สนุกไม่เหมือนการเขียนโปรแกรมด้วยเครื่องมืออื่นๆ หรือการต่อบล็อกของโปรแกรม Scratch

sonic-pi-summer-4

https://www.raspberrypi.org/blog/sonic-pi-live-summer-school/

 

สรุป

เราจะเห็นได้ว่าปัจจุบันเราได้มองคอมพิวเตอร์ในมุมมองที่แตกต่างออกไปจากเดิมที่ใช้พิมพ์งาน และมีขนาดใหญ่ การนำ Physical Computing มาใช้งานและนำมาพัฒนาการเรียนรู้ของเยาวชนเป็นอีกหนึ่งทางเลือกสอดคล้องกับความต้องการของตลาดแรงงานในอนาคตและพฤติกรรมของผู้เรียนในปัจจุบัน

image_39561493919803

สิ่งที่เราต้องศึกษาวิจัยกันต่อไปไม่เพียงแค่การสร้างนวัตกรรมการเรียนรู้โดยการขาดการศึกษาพฤติกรรมของผู้เรียน การเปิดโอกาศให้ผู้เรียนได้ใช้ความคิดสร้างสรรค์ ได้ลงมือทำในสิ่งที่เค้าเองมีส่วนร่วมและคิดค้น จะทำให้เกิดการเรียนรู้อย่างมีความสุขและยั่งยืน Physical Computing จะนำพาผู้เรียนกลับไปสู่ช่วงเวลาแห่งการสร้างสรรค์และเรียนรู้อย่างสนุกสนาน

อ้างอิง

OBSY at Maker Faire 2017, Newcastle, UK ออปซี่กับงาน เมกเกอร์แฟร์ นิวคาสเซิล อังกฤษ

cover

วันนี้เราจะพาเที่ยวงาน Maker Faire 2017 เมกเกอร์แฟร์ ที่เมืองนิวคาสเซิล ประเทศอังกฤษ ระหว่างวันที่ 1-2 เมษายน 2559

http://www.makerfaireuk.com/

ช่วงก่อนการจัดงานประมาณสามเดือนทางเมกเกอร์แฟร์ก็จะมีประกาศให้ผู้ที่สนใจส่งงานเข้าร่วม เมื่อปีที่แล้วผมส่งไม่ทันเห็นข่าวก็หมดรับสมัครไปแล้วครับ ปีที่แล้วจัดที่ลอนดอน ปีนี้ขึ้นเหนือไปจัดที่ศูนย์แสดงงานวิทยาศาสตร์ The International Centre for Life https://www.life.org.uk/ เมืองนิวคาสเซิล

ปีนี้ไม่พลาดเราเลยสมัครออนไลน์ กรอกข้อมูลรายละเอียดงานของเราคือ OBSY รายละเอียดเค้าจะถามข้อมูลต่างๆของโครงงานเรา ให้ระบุเว็บไซต์ ถามว่าจะขายชิ้นงานเราแก่ผู้เข้าร่วมงานไหม มีอันตรายต่อผู้เข้าชมหรือไม่ ต้องกรอกรายละเอียดเอกสารความปลอดภัยอย่างละเอียด ฯลฯ

รายละเอียดโครงงาน OBSY: Observation Learning System

20170328_115731

ก่อนเริ่มงานประมาณสองเดือน ทางเมกเกอร์แฟร์ก็ประกาศผู้ที่ได้รับเข้าไปแสดงผลงาน OBSY ได้คัดเลือกเข้าไปแสดงในงานปีนี้ เราก็เลยมีโอกาสไปเที่ยวทางเหนืออีก และเมืองนิวคาสเซิลเราก็ยังไม่เคยไปด้วย คงจะมีโอกาสไปเที่ยวเมืองใกล้ๆ เช่น แมนเชสเตอร์ และ ลิเวอร์พูล

Capture

DSCF5261

20170331_104419

ทริปนี้เราเช่ารถขับกันไปครับ จากบ้านเราอยู่ที่เมือง Canterbury ที่อยู่ทางตะวันออกเฉียงใต้ของเกาะอังกฤษ เราต้องขับขึ้นไปทางตะวันออกเฉียงเหนือผ่านลอนดอนขึ้นไป ขับไปแวะ Services ไประหว่างทางเด็กๆเข้าห้องน้ำ และบางช่วงก็มีรถติดบ้าง รวมๆใช้เวลาประมาณ 8 ชั่วโมง เราก็ถึงนิวคาสเซิล

DSCF5640

ไปถึงที่จัดงานเราก็รีบเข้าไปลงทะเบียนว่ามาถึงแล้ว และทางทีมงานแจกป้าย Maker ซึ่งทำจากไม้เลเซอร์คัท และเราสามารถเลือกลายต่างๆมาต่อเติมเองได้ รับคูปองอาหาร เสื้อยืด

เจ้าหน้าที่พาเราไปดูโต๊ะ (Stall) ที่เค้าเตรียมไว้ให้เราซึ่งมีขนาดประมาณ 6 ฟุต มีเก้าอี้สองตัว ปลั๊กไฟ และ WiFi

รายชื่อเหล่าเมกเกอร์ที่ได้เข้าร่วมแสดงผลงานทั้งหมดดูได้ที่ลิงค์นี้ครับ
http://www.makerfaireuk.com/all-makers/meet-the-makers/

ภาพบริเวณหน้าที่จัดงาน

DSCF5273

DSCF5277

DSCF5282

ค่าลงทะเบียนสำหรับผู้ที่เข้าร่วมงานแบบครอบครัวจะประมาณ £25 (1,070บาท) ผู้ใหญ่ £10 (430บาท) เด็กอายุ 5-17ปี £7 (300บาท)

ป้ายประจำตัว Maker ปีนี้

DSCF5293DSCF5299

เจ้าหน้าที่แจ้งว่าพรุ่งนี้ให้ Maker มาเช้าก่นเปิดงานประมาณหนึ่งชั่วโมงเพื่อเตรียมอุปกรณ์ให้เรียบร้อย เราไม่ได้ทิ้งของมีค่าไว้ แต่บาง Maker มีจอคอมพิวเตอร์ ของชิ้นใหญ่ๆวางไว้บ้างเหมือนกัน

วันแรกเราหาอะไรทานในเมือง และหาโอกาสมาถ่ายภาพสะพานข้ามแม่น้ำไทน์ ชื่อ Gateshead Millennium Bridge และ Tyne Bridge ซึ่งถือว่าเป็นสัญลักษณ์ของเมืองนี้เลย

 

งาน Maker Faire วันที่ 1-2 เมษายน 2559

เราก็มากันแต่เช้าจัดโต๊ะเตรียมให้เรียบร้อย โซนของเราอยู่ในเต๊นท์ที่เชื่อมต่อกับส่วนอาคารหลัก มีเจ้าหน้าที่เข้ามาสอบถามให้ความช่วยเหลือตลอดเวลา เราขอปลั๊กพ่วงเพิ่มอีกหนึ่งจุดเพราะใช้ไฟหลายจุด

DSCF5328.jpg

DSCF5350

DSCF5512

เรามาดูงานในส่วนอื่นๆดูบ้างครับ เริ่มจากโต๊ะติดกันเลย เป็นโปรเจค http://tingbot.com/ ที่นำบอร์ด Raspberry Pi (RPi) มาต่อกับจอทัชสกรีน เพิ่มปุ่มกดเข้าไปแล้วลงโปรแกรม แอพลิเคชั่น และเกมส์ให้เราใช้งานง่ายและมีรูปร่างหน้าตาน่าใช้

DSCF5352

micro: bit http://microbit.org/ ก็มาแสดงอยู่ในโซนเดียวกัน บอร์ดขนาดเล็กที่มีความสามารถหลากหลาย ถูกผลิตขึ้นมาเพื่อแจกจ่ายไปตามรร.ต่างในอังกฤษเพื่อให้นักเรียนชั้นประถมและมัธยมหัดเขียนโปรแกรม บอร์ดนี้จะใช้งานง่ายกว่า RPi เหมาะสำหรับผู้เริ่มต้นมากๆครับ ในงานทาง micro: bit นำบอร์ดมาต่อเป็นแผงแสดงผลขนาดใหญ่ทำเป็นเกมส์ Space Invaders บังคับด้วยบอร์ดให้เราเอียงซ้ายขวาเพื่อควบคุมยานอวกาศของเราและกดปุ่มยิงศัตรู ลูกๆผมวิ่งมาเล่นจนได้ top score กันเลยทีเดียว

บรรยากาศในโซนเรา

รูปด้านล่างลูกสาวไปร้อยสร้อยข้อมือกับเมกเกอร์รุ่นเก๋า โดยเม็ดที่นำมาร้อยข้อมือเป็นพลาสติกที่เวลาโดนแสงอัลตราไวโอเลตจะเปลี่ยนเป็นสีต่างๆDSCF5382

รูปด้านล่างเป็นห้อให้เมกเกอร์มาบรรยายแชร์ความรู้กัน Maker Talks

DSCF5384

รูปด้านล่างลูกชายก็ไปต่อวงจรง่ายๆ โดยเค้าจะแจกวงจรให้ทำโดยคอยแนะนำอย่างใกล้ชิด

โต๊ะตรงข้ามคุณลุงและภรรยามาเข้าร่วมโชว์ผลงานกันติดต่อกันมาหลายปี ปีนี้ทำเครื่องพิมพ์สติกเกอร์จากภาพวาด ใส่เข้าไปในเครื่องแสกนผมฟูสีส้มแล้วเครื่อง thermal printer ก็จะปรินท์สติกเก้อออกมาให้ แต่คุณลุงทำกระจกที่ใช้กล้องติดไว้ ให้เราส่องกระจกแล้วกดปุ่ม กล้องจะจับใบหน้าเราแล้วพิมพ์สติกเก้อออกมาแต่บอกด้วยว่ามีอารมณ์แบบใดบ้าง ลุงใช้ Microsoft Face API ในการวิเคราะห์อามารณ์จากใบหน้า

DSCF5401

IMG_20170402_120249

ภาพด้านล่างเป็นโซนของ RPi Foundation และ https://www.codecademy.com/ ที่นำ https://pi-top.com/ มาให้เด็กๆหัดเขียนโปรแกรมกัน

DSCF5407

กลางวันเราก็นำคูปองไปแลกอาหารกัน ในถุงจะมีแซนวิชให้เราเลือกว่าจะทานแบบไหน เช่นแฮมชีส ทูน่า มีผลไม้ น้ำดื่ม และขนมถุงขบเคี้ยว

เดินชมส่วนอื่นกันต่อ จะมีเมกเกอร์คอสเพลด้วย

DSCF5413

S__23240739

ในงานก็จะมีเจ้าหน้าที่นำไดโนเสาร์ หุ่นยนต์แบบต่างๆมาเดินทักทายผู้เข้าร่วมงานกันเป็นระยะ

ภาพด้านล่างเป็นเข็มกลัดวงจรไฟกระพริบของ Maker Magazine ที่ให้เด็กๆมาร่วมงานต่อวงจรกันฟรีๆDSCF5433

โต๊ะนี้เมกเกอร์เขียนซอฟต์แวร์เป็นเว็บแอพให้เด็กๆสามารถเข้ามาสร้างแบบงานสามมิติได้ฟรี และสามารถดาวน์โหลดไฟล์มาพิมพ์ที่เครื่องพิมพ์สามมิติ 3D printer ได้ง่ายๆ

โปรเจค The Crafty Robot http://thecraftyrobot.net/wp/ เป็นงานไม่ซับซ้อนแต่น่าสนใจ โดยเมกเกอร์ทำวงจรUSB มีมอเตอร์และ คาปาซิเตอร์ ตัวเก็บประจุไฟ เพื่อชาร์ตไฟแล้วนำไปใส่ตัวหุ่นยนต์กระดาษที่เด็กๆสามารถประดิษฐ์ได้เอง วิ่งไปมาน่ารักดี

งานจาก Bare https://www.bareconductive.com/ เมกเกอร์สาวจากลอนดอน ทำหมึกคอนดักทีฟ ลากต่อเป็นวงจรควบคุมวงจรไฟฟ้า ในงานทำเป็นเปียโน สร้างปุ่มควบคุมเกมส์งู

เมกเกอร์รุ่นลายครามทำปุ่มให้เด็กๆกด พอกดแ้วบานประตูจะเปิดแล้วมีตัวการ์ตูนเด้งออกมาเต้น หรือแสดงท่าทางตลกๆให้ดู วงจรกลไกง่าย อายุเป็นเพียงตัวเลขของเหล่าเมกเกอร์

DSCF5556

กล้องดูดาวต่อ GPS แล้วสามารถแสดงผลว่ากำลังชี้ไปทางทิศใดกลุ่มดาวอะไร และนำกล้องPi Cam มาต่อเพื่อควบคุมการบันทึกภาพดวงดาวได้ครับ

เมกเกอร์อายุ 15 ปีมาจากประเทศกรีซ ทำถุงมือควบคุมมือกลที่เค้าทำเองจากเครื่อง 3D printer ติดตามได้ในเว็บไซต์เค้าได้ครับ https://thanostziatzioulis.com/en/hand-of-rob/ ที่น่าภูมิใจคือพ่อแม่ของเค้าพามาและช่วยเหลือลูกเป็นอย่างดี

DSCF5336

บอร์ดทดลองทางวิทยาศาสตร์จาก York Hackspace https://york.hackspace.org.uk/blog/

DSCF5341

การแข่งขัน และให้ผู้ที่สนใจลองเล่น Drone racing

มีงาน RFID ที่เป็นของเล่นเด็กน่าสนใจอยู่หลายชิ้น ประสบความสำเร็จระดมทุนใน Kickstarter กันมา เช่น http://beastsofbalance.com/ เจ้าของจากลอนดอนมากับคุณพ่อ ระดมทุนแล้วมีบริษัทจากจีนมาร่วมลงทุนและผลิตในจีน

ส่วนกิจกรรมการเรียนรู้ทางวิทยาศาสตร์ มีหลากหลายให้เด็กๆได้ลองทำการทดลอง เช่นเรียนรู้เรื่องแสง ลม แรงดึงดูด ฯลฯ

ทีมงาน https://coderdojo.com/ ก็มา ใช้ micro:bit สอนเขียนโปรแกรม

DSCF5550

ด้านนอกของตัวอาคารก็มีกิจกรรมให้เด็กสนุกสนานกัน เช่นสร้างฟองลูกโป่ง เด็กๆวิ่งเล่นสนุกสนาน ลื่นล้มบ้างก็มีDSCF5442

สรุปงาน

สองวันกับการแสดงผลงาน ถือว่าสนุกสนานได้สร้างเครือข่ายและเห็นวิธีการจัดงาน ส่วนใหญ่ผู้เข้าร่วมงานเป็นผู้ปกครองที่พาเด็กๆมาเรียนรู้ ทดลอง เห็นในสิ่งต่างๆ เหล่าเมกเกอร์ก็เดินคุยสอบถามกันในเชิงเทคนิค งานของเราก็มีมาถามขอซื้อบ้าง แต่เราบอกไม่ขายเพราะจริงๆแล้วเราสร้างขึ้นมาเป็นต้นแบบใช้เพื่องานวิจัย และในท้ายที่สุดเราจะนำเสนอแนวทางในการสร้างเทคโนโลยีเพื่อพัฒนาศักยภาพในการเรียนรู้ของเด็กนักเรียนในพื้นที่ห่างไกลความเจริญต่อไป หลังจากจบงานไปหนึ่งวันทาง Maker Faire ก็ส่งเมล์ขอบคุณและแบบสอบถามมาเพื่อให้คำแนะนำในการพัฒนางานในปีต่อไป

 

DSCF5570

สุดท้ายจบแล้วครับสำหรับทริป Maker Faire 2017 ได้ประสบการณ์เยอะและสนุก ที่สำคัญลูกๆก็ได้มาช่วยและสนุกไปด้วย คาดว่าเค้าคงจะได้อะไรไปไม่มากก็น้อย

ก่อนขับรถออกจากเมืองเราก็ไปแวะ ถ่ายรูปกับไอคอนประจำเมืองชื่อ เทวดาแห่งภาคเหนือ The Angel of the North กันซะหน่อย

DSCF5633

ตอนที่4 การทดลองอุปกรณ์ต้นแบบ EP4: testing the prototype

ตอนที่4 การทดลองอุปกรณ์ต้นแบบ
EP4: testing the prototype

หลังจากที่เราพัฒนาอุปกรณ์ต้นแบบไปเมื่อบทความตอนที่แล้ว

ครั้งนี้เราจะนำอุปกรณ์ต้นแบบของเรามาทดลองกับกลุ่มตัวอย่างเพื่อดูว่ามีปัญหาในการใช้งานจริงหรือไม่ เด็กนักเรียนสามารถใช้งานเป็นอย่างไร มีปฏิสัมพันธ์กับเครื่องมืออย่างไร มีปฏิสัมพันธ์กับเพื่อนๆ กับคุณครูอย่างไรบ้าง เพื่อเราจะได้นำผลจากการทดสอบไปพัฒนาเครื่องมือให้มีความสมบูรณ์มากที่สุดเท่าที่จะทำได้ และเพื่อนำไปทดลองครั้งสุดท้ายกับกลุ่มเป้าหมายที่มีจำนวนมากขึ้น

ตอนนี้เราก็มีเครื่องมือคือเจ้าตัว ออปซี่ OBSY เราได้ทำการออกแบบไว้สองตัว ตัวสีเขียวแทนเด็กผู้ชาย และตัวสีฟ้าเป็นตัวแทนเด็กผู้หญิง

capture23

 

img_1545img_2010

ในการทดลองนี้เราสร้างมาสองตัว และจะนำไปใช้กับเด็กนักเรียนสองโรงเรียน หนึ่งโรงเรียนในเขตตัวเมือง Urban school และอีกหนึ่งโรงเรียนในพื้นที่ชนบท Rural school

DSC_0013.jpg

ขั้นตอนต่อไปเราต้องสร้างกิจกรรมการเรียนการสอนเพื่อให้เด็กนักเรียนได้ใช้งานเจ้า OBSY นี้โดยให้สอดคล้องกับหลักสูตรของทางรัฐบาล ให้เหมาะสมกับวัย และสอดคล้องกับความตั้งใจที่จะทำให้เครื่องมือนี้ช่วยพัฒนาทักษะ การเรียนรู้ด้านวิทยาศาสตร์ ผู้วิจัยจึงนำเรื่องสิ่งมีชีวิต และสิ่งไม่มีชีวิตมาให้เด็กนักเรียนทำการศึกษา

capture24

ผู้วิจัยได้ออกแบบกิจกรรมการทดลองที่ชื่อว่า “แอบดูคุณนายต้นถั่วและคุณชายก้อนหิน” “peeking at Ms. Bean and Mr. Rock” กิจกรรมการทดลองนี้จะให้นักเรียนปลูกต้นถั่วงอกและดูการเจริญเติบโต โดยเปรียบเทียบกับเจ้าก้อนหิน ว่าในสภาพแวดล้อมที่เปลี่ยนแปลงจะมีผลต่อการเจริญเติบโตกับของทั้งสองสิ่งนี้อย่างไร ซึ่งโดยปกติเราจะใช้ตาเปล่าในการสังเกตุการณ์ Observation แต่ในการทดลองของเราจะให้เด็กนักเรียนใช้เจ้าตัว OBSY สังเกตุการณ์แทนผ่านการเชื่อมต่อกับแท็บเล็ต ทำการถ่ายภาพ บันทึกผล ตลอดระยะเวลาของการทดลองประมาณหนึ่งสัปดาห์

capture27capture28

กระบวนการเรียนแบบสืบเสาะหาความรู้ Inquiry-based learning process

กระบวนการของการทดลองเราอ้างอิงจากกระบวนการเรียนรู้แบบสืบเสาะหาความรู้ ซึ่งคุณครูจะเป็นผู้ดำเนินกิจกรรม เพื่อให้นักเรียนทำการทดลองอย่างมีระบบ ตั้งแต่การตั้งสมมติฐานว่าเราปลูกถั่ว และก้อนหินแล้วจะเป็นอย่างไร ต้นถั่วที่ใส่น้ำจะเป็นอย่างไร อยู่ในที่มืดสว่างจะเป็นอย่างไร เหมือนหรือต่างกันไหม ช่วยกันคิด หาเหตุผล จากการสังเกตุตามกระบวนการ

capture26

 

 

กระบวนการเก็บข้อมูลของนักวิจัย

นักวิจัยวิธีการสังเกตุการณ์ Observation ใช้การบันทึก VDO การถ่ายภาพและการจดบันทึก การใช้แบบสอบถาม Questionnaire และการสัมภาษณ์ Interview แต่สำหรับการสัมภาษณ์เด็กนักเรียน เราจะใช้การสัมภาษณ์แบบกลุ่มเพื่อลดความกังวลและความตื่นกลัวของนักเรียน Group discussion

obsy-experiment-procedure-diagram2

ประมวลภาพเก็บข้อมูล

DSC_0015.jpg

สรุปผลการทดลองอุปกรณ์ต้นแบบ

ในภาพรวมนักเรียนมีความสนใจและมีความสุขในการใช้งาน OBSY ผลการทดสอบการใช้งาน Usability test มีผลออกมาดีถึงดีมาก คุณครูและเด็กนักเรียนบอกว่าใช้งานง่ายไม่ซับซ้อน นักวิจัยพบว่านักเรียนมีความสนใจ Motivation แล ะมีส่วนร่วม Engagement กับการทดลองเนื่องจากคุณสมบัติของหน้าตาของ OBSY คุณครูบอกว่าเด็กๆให้ความสนใจกับการเรียนรู้แบบนี้มากกว่าแบบปกติ เป็นกระบวนการที่ทำให้นักเรียนอยากรู้ และสามารถเฝ้าดูการเปลี่ยนแปลงได้ด้วยตัวเอง

ข้อแนะนำในการพัฒนาอุปกรณ์ต้นแบบ จากการสัมภาษณ์ เสนอแนะให้มีการเพิ่มเติมอุปกรณ์เซนเซอร์ที่สามารถตรวจวัดได้หลากหลายมากขึ้น พัฒนาระบบให้มีความเสถียรมากขึ้น เนื่องจากบางครั้งจะมีปัญหาจากการเชื่อมต่อสัญญาณระหว่าง OBSY และแท็บเล็ต ตัวอักษรและรูปภาพในการนำเสนอให้มีขนาดใหญ่กว่าปกติ มีเสียงและการเคลื่อนไหวของกราฟิกเพิ่มขึ้นจะทำให้นักเรียนมีความสนใจมากขึ้น

การทดสอบอุปกรณ์ต้นแบบของเราก็เสร็จสิ้นแล้ว หลังจากนี้เราจะนำข้อแนะนำไปพัฒนา OBSY ให้มีความสมบูรณ์มากขึ้น หน้าตาและแอพพลิเคชั่นจะเปลี่ยนเป็นอย่างไรบ้าง โปรดติดตามตอนต่อไปครับ

11148395_742923905823992_8762396185135328481_o

เอกสารอ้างอิง