ตอนที่3 ออกแบบเครื่องมือการเรียนการสอนโมบายไร้สายเพื่อพัฒนาการเรียนรู้ของนักเรียนในพื้นที่ห่างไกลความเจริญ EP3: Designing IoLT (Internet of Learning Things)

ตอนที่3 ออกแบบเครื่องมือการเรียนการสอนโมบายไร้สายเพื่อพัฒนาการเรียนรู้ของนักเรียนในพื้นที่ห่างไกลความเจริญ
EP3: Designing IoLT (Internet of Learning Things)

จากตอนที่2 ลงพื้นที่เก็บข้อมูลงานวิจัยครั้งที่หนึ่ง ทำความเข้าใจกลุ่มตัวอย่าง และบริบทของพื้นที่

เราได้ข้อมูลพื้นฐานต่างๆมาพอสมควรที่จะสามารถเป็นแนวทางในการพัฒนาระบบของเราพอจะสรุปดังภาพด้านล่างนี้

Figure. An initial design guideline of the ubiquitous learning platform

จากภาพเราจะเห็นได้ว่าระบบที่จะสร้างขึ้นมาต้องประกอบไปด้วย:

• สนับสนุนการเรียนการสอนด้านวิทยาศาสตร์ และทักษะในศตวรรษที่21 เนื่องจากผลการศึกษาเราจะเห็นว่านักเรียนไทยมีผลการเรียนด้านวิทยาศาสตร์ คณิตศาสตร์ ต่ำมากเมื่อเทียบกับประเทศอื่นๆ และยังขาดทักษะที่จำเป็นในศตวรรษที่21 โดยเฉพาะเด็กนักเรียนในชนบท ห่างไกลความเจริญ
• เครื่องมือต้องมีราคาไม่แพง สามารถนำไปใช้ในบริบทชนบท หรือในโรงเรียนที่ขาดแคลนความพร้อมด้านอุปกรณ์การเรียนการสอนได้
• เครื่องมือสามารถใช้งานแบบไร้สายได้ เพื่อความสะดวกในการใช้งาน ไม่มีข้อจำกัดเรื่องสถานที่และเวลา สามารถใช้งานได้ทุกที่ ทุกเวลา เคลื่อนย้ายสะดวก
• เครื่องมือสามารถปรับเปลี่ยนให้สอดคล้องกับความต้องการของผู้เรียน สามารถให้ผู้เรียนนำไปใช้งานต่างๆได้หลากหลาย ตอบรับรูปแบบการเรียนรู้ของนักเรียนได้หลากหลายรูปแบบ
• ออกแบบให้เหมาะสมกับวัยเด็กนักเรียน สีสัน รูปแบบต้องดึงดูดน่าสนใจ สามารถจับใช้งานง่าย ขนาดไม่ใหญ่ มีความแข็งแรงทนทาน

เครื่องมือที่ออกแบบต้องสอดคล้องกับหลักสูตรการเรียนการสอน ดังนั้นนักวิจัยจึงได้นำหลักสูตรวิทยาศาสตร์ชั้นประถมมาศึกษาดูว่า นักเรียนกลุ่มเป้าหมายของเรานั้นเรียนเรื่องอะไรกันบ้างที่สามารถจะนำมาออกแบบเครื่องมือได้อย่างมีประสิทธิภาพ

เพื่อให้นักเรียนเรียนรู้จากสิ่งที่มีอยู่รอบตัว สภาพแวดล้อมในพื้นที่ของตนเอง (local context) เราจึงเลือกกิจกรรมการเรียนรู้เกี่ยวกับสิ่งมีชีวิต และไม่มีชีวิตจากบทเรียน เนื้อหานี้สอดคล้องกับความต้องการของคุณครูจากบทสัมภาษณ์ในการศึกษาครั้งที่ผ่านมาว่า คุณครูต้องการให้นักเรียนได้เรียนรู้จากสิ่งต่างๆในพื้นที่ มากกว่าการดูตัวอย่างจากYouTube หรือจากตำรา ที่ไม่ได้สอดคล้องกับสิ่งที่มีอยู่ในพื้นที่นั้นๆ

หลังจากเราได้คอนเซปแล้ว เราเริ่มจากการออกแบบภาพร่างของเครื่องมือก่อน

แบบร่างของเครื่องมือได้ถูกออกแบบมาเป็นตัวการ์ตูนให้มีความน่าสนใจกับเด็กนักเรียน ที่มีอายุ 6-9 ปี ลักษณะเป็นรูปปลาหมึกที่มีมือหลายมือเปรียบเสมือนความสามารถของเครื่องมือนี้ที่สามารถเก็บข้อมูลต่างๆรอบตัวโดยเซ็นเซอร์ต่าง และมีดวงตาไว้คอยมองเพื่อบันทึกภาพ เครื่องมือจะทำงานแบบไร้สายเพื่อให้ใช้งานเคลื่อนย้ายสะดวก อาจจะสามารถใช้งานในห้องเรียนและนอกห้องเรียนได้ (Inside /outside classroom)

ผู้วิจัยตั้งชื่ออุปกรณ์นี้ว่า ออปซี่ (OBSY) ย่อมาจาก Observation Learning SYstem ระบบการเรียนรู้ผ่านการสังเกตุ

ภาพการออกแบบกราฟิกรูปร่างหน้าตาของOBSY

จากรายละเอียดทางด้านเทคนิคแล้วเราจะนำบอร์ด Raspberry Pi ราสเบอรี่พาย มาพัฒนาระบบ เนื่องจากบอร์ดนี้สามารถทำเป็นคอมพิวเตอร์ขนาเล็ก สามารถให้บริการเว็บเซอร์วิสได้ สามารถเชื่อมต่อเครือข่ายไร้สายได้ สามารถเชื่อมต่อกับเซนเซอร์ต่างๆ และกล้องวิดีโอได้ มีข้อมูลและไลบลารี่ที่ช่วยให้เราพัฒนาโปรแกรมได้มากมายและไม่ยากจนเกินไป อีกทั้งบอร์ดมีขนาดเล็กขนาดบัตรเครดิต

การออกแบบและพัฒนาเคส

ผู้วิจัยใช้โปรแกรมทางด้านสามมิติเพื่อพัฒนาเคสของ OBSY โดยอาศัยขนาดของบอร์ด RPi เป็นหลัก ในการออแบบแรกๆ OBSY มีลักษณะโค้งมน แต่ด้วยข้อจำกัดในการปรินท์งานแบบสามมิติ เราจึงปรับปรุงให้มีลักษณะเป็นเลี่ยมมากขึ้นแต่ยังคงความน่ารักเหมาะสมกับเด็กอยู่

รูปแบบเคสแรกของOBSYที่มีลักษณะโค้งมน

รูปแบบสุดท้ายที่ลงตัวของ OBSY จะสามารถประกอบเข้าด้วยกันได้โดยไม่ต้องขันน้อต และสามารถปรับเปลี่ยนหน้าตา ส่วนประกอบบางส่วนได้ในภายหลัง เช่นตัวครอบตา เพิ่มหนวด ปาก หมวก

ภาพกำหนดสีและรายละเอียดต่างๆก่อนพิมพ์สามมิติ

ก่อนที่เราจะพิมพ์แบบสามมิติ เราต้องแน่ใจว่าส่วนประกอบแต่ละชิ้นสามารถขึ้นรูปได้จริงโดยไม่มีส่วนใดส่วนหนึ่งผิดพลาด ผู้วิจัยนำโปรแกรม Meshmixer มาตรวจเช็คส่วนที่เราจะพิมพ์อีกครั้ง ข้อสังเกตุจะอยู่ตรงถ้ามีส่วนใดส่วนหนึ่งลอยจากพื้น ส่วนนั้นจำเป็นจะต้องมีการพิมพ์ชิ้นพลาสติกไปรองรับ มิฉะนั้นโครงสร้างหลักจะยุบลงมาได้ เนื่อจากระบบการพิมพ์พลาสติกสามมิติจะพิพ์จากด้านล่างไปสู่ด้านบน ในภาพด้านล่างจะเห็นว่าจะมีส่วนที่เป็นกิ่งก้านพลาสติกที่ถูกโปรแกรมดังกล่าวสร้างมาซัพพอร์ต

ภาพทดสอบการพิมพ์สามมิติด้วยเครื่อง Cubify

การพัฒนาซอฟแวร์ แอพพลิเคชั่น

Prototype ตัวต้นแบบ OBSY ถูกสร้างมาเพื่อศึกษาความเป็นไปได้ในการสร้างการเรียนรู้แบบไร้สาย ระบบที่สร้างขึ้นมีจึงเน้นให้ใช้ง่านสะดวกและพัฒนาไม่ให้มีความซับซ้อนมาก ผู้วิจัยได้พัฒนาซอฟแวร์ในส่วนของฮาร์ดแวร์โดยการเชื่อต่อเซนเซอร์ต่างๆเข้ากับRPi เขียนโปรแกรมด้วย Python เพื่อนำข้อมูลจากขา Input (GPIO) ของ RPi เข้ามาและบันทึกไว้ในรูปแบบ JSON file ภาพวิดีโอและภาพที่ถูกถ่ายจะจัดเก็บไว้ใน folder โดยกำหนดชื่อภาพให้เป็นข้อมูลต่างๆที่เราเก็บเข้ามาเลย เช่นวัน เวลา และข้อมูลเซนเซอร์ต่างๆ

เนื่องจากเรามีข้อจำกัดเรื่องอุปกรณ์ที่ใช้ติดต่อสื่อสารกับOBSY แทปเล็ตที่โรงเรียนมีอยู่มีความหลากหลาย การติดตั้ง Native app มีความลำบากเนื่องจากถูกล้อคไว้ เราจึงออกแบบเว็บแอพลิเคชั่นที่มีความยืดหยุ่นให้ แทปเล็ต สมาร์ทโฟน หรือคอมพิวเตอร์ สามารถเชื่อมต่อเข้าไปใช้งานได้สะดวก

เว็บแอพของ OBSY จะดึงข้อมูลเซนเซอร์ต่างๆมากจากไฟล์ JSON และแสดงภาพวิดีโอปัจจุบันจากกล้อง PiCam แอพถูกเขียนด้วย JavaScript และ HTML5 เมื่อผู้ใช้งานกดปุ่มถ่ายภาพ หรือจัดการภาพถ่ายใน Image Gallery สคริปจะไปรันไฟล์ PHP เพื่อดำเนินการต่างๆในตัวของ OBSY

เพื่อเพิ่มความสะดวกให้กับนักเรียนในการใช้งาน OBSY เราจึงนำขากล้องถ่ายรูปแบบบิดงอได้มาต่อกับตัว OBSY เพื่อให้นักเรียนสามารถติดตั้ง จับคล้องกับสิ่งต่างๆได้สะดวก

เมื่อเราพัฒนาเครื่องมือต้นแบบเสร็จแล้ว ขั้นตอนต่อไปเราก็จะนำไปทดลองกับกลุ่มตัวอย่างก่อน เพื่อจะได้นำผลที่ได้นำมาปรับปรุงให้ดีขึ้นเพื่อใช้ในการทดลองครั้งสุดท้ายกับกลุ่มที่ใหญ่ขึ้น

สรุปแนวทางการออกแบบ (อ้างอิงได้จากเอกสารด้านล่าง)

• Provide science related learning activity ออกแบบเครื่องมือสนับสนุนการเรียนการสอนทางวิทยาศาตร์ คณิตศาสตร์ เพื่อพัฒนาศักยภาพการเรียนรู้ สร้างการมีส่วนร่วม และสนใจในเนื้อหาการเรียนมากขึ้น
• Provide low-cost sensor devices which work with existing schools’ tablet computers ออกแบบเครื่องมือราคาถูกที่สามารถใช้ร่วมกับเทคโนโลยีเดิมที่มีอยู่แล้วได้ เช่น แทปเล็ตคอมพิวเตอร์
• Provide reliable local wireless technology ออกแบบระบบเครือข่ายไร้สายที่ไม่ต้องพึ่งพาระบบอินเตอร์เน็ต ในพื้นที่ที่ห่างไกลความเจริญ
• Provide child-friendly and attractive user interface ออกแบบให้เหมาะสมกับเด็กนักเรียน
• Provide customisable and personalised learning experience ออกแบบบทเรียนใให้สอดคล้องกับรูปแบบการเรียนรู้ ความสนใจ ของผู้เรียน และบริบทของพื้นที่

บทความตอนต่อไปเราจะไปดูการนำ OBSY ต้นแบบของเราไปทดลองกับกลุ่มตัวอย่างกันครับ

ตอนที่4 การทดลองอุปกรณ์ต้นแบบ EP4: testing the prototype

เอกสารอ้างอิง

• Putjorn P, Ang CS, Farzin D. Learning IoT without the I-Educational Internet of Things in a Developing Context. InProceedings of the 2015 Workshop on Do-it-yourself Networking: an Interdisciplinary Approach 2015 May 18 (pp. 11-13). ACM.
• Pruet P, Farzin D, Ang CS, Chaiwut N. Exploring the Internet of “Educational Things”(IoET) in rural underprivileged areas. InElectrical Engineering/Electronics, Computer, Telecommunications and Information Technology (ECTI-CON), 2015 12th International Conference on 2015 Jun 24 (pp. 1-5). IEEE.