A CLASSROOM ACTION RESEARCH ON DEVELOPING FIFTH-GRADE STUDENTS' PROBLEM-SOLVING SKILLS IN THE TOPIC OF FORCE AND MOTION USING THE ENGINEERING DESIGN PROCESS
Keywords:
Problem-solving skills, Engineering Design Process, Classroom Action ResearchAbstract
This study aimed to 1) compare the problem-solving skills of grade 5 students before and after learning through the Engineering Design Process (EDP), 2) examine the effect size of the intervention on students’ problem-solving skills, and 3) propose best practices for implementing EDP in science teaching and learning. The target group consisted of 30 Grade 5 students enrolled in the first semester of the 2025 academic year at a demonstration school located in the Dusit District, Bangkok. The participants were selected through purposive selection. The research instruments consisted of 1) science lesson plans employing the Engineering Design Process and 2) a problem-solving skills test. Data were quantitatively analyzed using mean, standard deviation and Hedges’ g for effect size, and qualitative data were analyzed using content analysis.
The findings revealed as follows. 1) The students’ mean score on problem-solving skills after the intervention (M = 32.03, S = 3.58) was higher than before the intervention (M = 21.47, S = 4.12). 2) The effect size was 2.69, which is considered a large effect, indicating that the Engineering Design Process (EDP) was highly effective in enhancing students’ problem-solving skills. 3) Three best practices for implementing EDP in science teaching and learning include 1) using guiding reflective questioning throughout the learning process, 2) emphasizing role-oriented collaborative learning, and 3) promoting evidence-based peer critique and iterative improvement among students. These practices effectively fostered students’ problem-solving skills development across all components.
References
กระทรวงศึกษาธิการ. (2551). หลักสูตรแกนกลางการศึกษาขั้นพื้นฐาน พุทธศักราช 2551. โรงพิมพ์ชุมนุมสหกรณ์การเกษตรแห่งประเทศไทยจำกัด.
กระทรวงศึกษาธิการ. (2557, 13 ตุลาคม). การเรียนรู้ในศตวรรษที่ 21. https://www.moe.go.th/%E0%B8%81%E0%B8%B2%E0%B8%A3%E0%B9%80%E0%B8%A3%E0%B8%B5%E0%B8%A2%E0%B8%99%E0%B8%A3%E0%B8%B9%E0%B9%89%E0%B9%83%E0%B8%99%E0%B8%A8%E0%B8%95%E0%B8%A7%E0%B8%A3%E0%B8%A3%E0%B8%A9%E0%B8%97%E0%B8%B5%E0%B9%88-2/
จิตลดา รักน้อย และวรวุฒิ มั่นสุขพล. (2565). การพัฒนากิจกรรมการเรียนรู้แบบผสมผสานโดยใช้กระบวนการเรียนแบบสืบเสาะหาความรู้เพื่อส่งเสริมทักษะการคิดวิเคราะห์ ของนักเรียนชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 5 วารสารสิรินธรปริทรรศน์, 23(1), 43-56. https://so06.tci-thaijo.org/index.php/jsrc/article/view/249064
ชุติกานต์ เอี่ยวเล็ก. (2566). ผลการจัดกิจกรรมวิทยาศาสตร์โดยใช้กระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรมศาสตร์ที่มีต่อทักษะ
การคิดอย่างมีวิจารณญาณสำหรับเด็กปฐมวัย. วารสารศึกษาศาสตร์ มหาวิทยาลัยบูรพา, 34(2), 14-28. https://so02.tci-thaijo.org/index.php/edubuu/article/view/260418
นัตยา หัสมินทร์, และคณะ. (2563). การจัดการเรียนรู้ตามแนวสะเต็มศึกษาที่เน้นกระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรมเพื่อพัฒนาสมรรถนะการแก้ปัญหาแบบร่วมมือ. วารสารศึกษาศาสตร์ มหาวิทยาลัยนเรศวร, 24(1), 166-175. https://so06.tci-thaijo.org/index.php/edujournal_nu/article/download/242136/170885/912910
ปาลิตา สุขสำราญ และ วารีรัตน์ แก้วอุไร. (2562). การพัฒนารูปแบบการจัดการเรียนรู้วิทยาศาสตร์ตามแนวคิดสะเต็มศึกษาที่ส่งเสริมจิตวิทยาศาสตร์และทักษะการแก้ปัญหาสำหรับนักเรียนระดับประถมศึกษา. วารสารศึกษาศาสตร์ มหาวิทยาลัยนเรศวร, 21(3), 153-166. https://so06.tci-thaijo.org/index.php/edujournal_nu/article/view/89495
ปิยธิดา อินทรักษาทรัพย์. (2566). การพัฒนาทักษะการแก้ปัญหาอย่างสร้างสรรค์ ผลสัมฤทธิ์ทางการเรียนและการทำงานเป็นทีมด้วยการเรียนรู้โดยใช้ปัญหาเป็นฐาน ในวิชาวิทยาการคำนวณและการออกแบบสำหรับนักเรียนชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 2. [วิทยานิพนธ์ศึกษามหาบัณฑิต สาขาวิชาหลักสูตรและการสอน วิทยาลัยครุศาสตร์]. มหาวิทยาลัยธุรกิจบัณฑิตย์. https://libdoc.dpu.ac.th/thesis/Piyatida.Inth.pdf
พัชรา พลเยี่ยม และปาริชาติ ประเสริฐสังข์. (2567). แนวทางการจัดการเรียนรู้แบบสืบเสาะหาความรู้ 5 ขั้น (5E) ร่วมกับเทคนิคการใช้คำถามระดับสูง. วารสารมนุษยศาสตร์ สังคมศาสตร์และนวัตกรรม มหาวิทยาลัยกาฬสินธุ์, 3(1), 68-85. https://so02.tci-thaijo.org/index.php/hsi_01/article/view/258076
ศิรินภา คำหล้าทราย และลือชา ลดาชาติ. (2565). ผลการเรียนรู้บนฐานการออกแบบต่อความเข้าใจทางวิทยาศาสตร์และชุดความคิดเชิงผลของการเรียนรู้บนฐานการออกแบบของนักเรียนชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 4: กรณีศึกษาในหัวข้อเรื่องพื้นเอียง. วารสารวิจัย มข. สาขามนุษยศาสตร์และสังคมศาสตร์ (ฉบับบัณฑิตศึกษา). 10(2). 141-155. https://so04.tci-thaijo.org/index.php/gskkuhs/article/view/257354
สุธิดา การีมี. (2560, พฤศจิกายน-ธันวาคม). การใช้กระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรมเพื่อเสริมสร้างความคิดสร้างสรรค์และทักษะการแก้ปัญหา ตอนที่ 1. นิตยสาร สสวท., 46(209), 23–27. http://designtechnology.ipst.ac.th/wp-content/uploads/sites/83/2018/10/Mag-209.pdf
สำนักงานคณะกรรมการการศึกษาขั้นพื้นฐาน. (2556). แนวทางการจัดการเรียนรู้ในศตวรรษที่ 21 ที่เน้นสมรรถนะทาง
เพียงขวัญ แก้วเรือง, วิไลลักษณ์ ลังกา และอรอุมา เจริญสุข. (2565). การศึกษาการคิดเชิงคำนวณและผลสัมฤทธิ์ทาง
การเรียนวิชาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี (วิทยาการคำนวณ) เรื่องการใช้เหตุผลเชิงตรรกะในการแก้ปัญหาของนักเรียนชั้นประถมศึกษาปีที่ 6 ที่ได้รับการจัดการเรียนรู้ตามกระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรม: การวิเคราะห์
ความแปรปรวนร่วมตัวแปรพหุนาม. วารสารวิชาการ มจร บุรีรัมย์, 7(2), 65-79. https://so06.tci-thaijo.org/index.php/ambj/article/download/256526/174875
Akben, N. (2020). Effects of the Problem-Posing Approach on Students’ Problem-Solving Skills and Metacognitive Awareness in Science Education. Research in Science Education, 50, 1143-1165. https://doi.org/10.1007/s11165-018-9726-7
Ayaz, E. and Sarikaya, R. (2021). The effect of engineering design based science teaching on decision making, scientific creativity and design skills of classroom teacher candidates. Journal of Education in Science, Environment and Health, 7(4), 309-328.
https://doi.org/10.21891/jeseh.961060
Bathgate, M. E., Aragón, O. R., Cavanagh, A. J., Waterhouse, J. K., Frederick, J., and Graham, M. J. (2019). Perceived support and evidence-based teaching in college STEM. International Journal of STEM Education, 6(11), 1-14. https://link.springer.com/article/10.1186/s40594-019-0166-3
Barrows, H. S. (1986). A taxonomy of problem-based learning methods. Medical Education, 20(6), 481–486. https://doi.org/10.1111/j.1365-2923.1986.tb01386.x
Carin, A. A. (1997). Teaching modern science (7th ed.). Prentice Hall.
Cohen, J. (1988). Statistical power analysis for the behavioral sciences (2nd ed.). Lawrence Erlbaum Associates. https://utstat.utoronto.ca/~brunner/oldclass/378f16/readings/CohenPower.pdf
Deehan, J., Redshaw, S., Danaia, L., Postlethwaite, F., Donnelly, A. and Morris, C. (2025). Understanding STEM beyond the cities: A comprehensive review of non-metropolitan STEM education research, International Journal of Educational Research Open, 5, 2666-3740. https://doi.org/10.1016/j.ijedro.2025.100496
Gillies, R. M., Nichols, K., Burgh, G., and Haynes, M. (2012). The effects of two strategic and meta-cognitive questioning approaches on children's explanatory behaviour, problem-solving, and learning during cooperative, inquiry-based science. International Journal of Educational Research, 53, 93–106. https://doi.org/10.1016/j.ijer.2012.02.003
Global Partnership for Education. (2020). Education for 21st century skills: Preparing students for the future. Global Partnership for Education. https://www.globalpartnership.org
Hmelo-Silver, C. E. (2004). Problem-based learning: What and how do students learn?. Educational Psychology Review, 16(3), 235-266. https://doi.org/10.1023/B:EDPR.0000034022.16470.f3
Hutchinson, A. (2022). The most in-demand skills: New notifications of opportunities in your network. Social Media Today. Retrieved from https://www.socialmediatoday.com/news/linkedin-shares-new-data-on-the-most-in-demand-skills-new-notifications-of/630978
İnci Kuzu, Çiğdem. (2021). Basic problem-solving-positioning skills of students starting first grade in primary school during the COVID-19 pandemic. Southeast Asia Early Childhood Journal, 10(2), 84-103. https://doi.org/10.37134/saecj.vol10.2.6.2021
Johnson, D. W., Johnson, R. T., and Smith, K. A. (2014). Cooperative learning: Improving university instruction by basing practice on validated theory. Journal on Excellence in College Teaching, 25(3&4), 85-118. http://static.pseupdate.mior.ca.s3.amazonaws.com/media/links/Cooperative_learn_validated_theory.pdf
Johnson, D. W., and Johnson, R. T. (2009). An educational psychology success story: Social interdependence theory and cooperative learning. Educational Researcher, 38(5), 365-379. https://doi.org/10.3102/0013189X09339057
Jonassen, D. H. (2000). Toward a design theory of problem solving. Educational Technology Research and Development, 48(4), 63-85. https://doi.org/10.1007/BF02300500
Kemmis, S., McTaggart, R., and Nixon, R. (2014). The Action Research Planner: Doing critical participatory action research. Singapore: Springer. https://doi.org/10.1007/978-981-4560-67-2
Kolodner, J. L., Camp, P. J., Crismond, D., Fasse, B., Gray, J., Holbrook, J., Puntambekar, S., and Ryan, M. (2003). Problem-based learning meets case-based reasoning in the middle-school science classroom: Putting learning by design™ into practice. Journal of the Learning Sciences, 12(4),
-547. https://doi.org/10.1207/S15327809JLS1204_2
Kotseva, I. (2019). Engineering design-based learning in integrative STEM education. Science, Engineering & Education, 4(1), 62-67. https://jsee.uctm.edu/index.php/see/article/view/71
Lin, K.-Y., Wu, Y.-T., Hsu, Y.-S., and Williams, P. J. (2021). Effects of infusing the engineering design process into STEM project-based learning to develop preservice technology teachers’ engineering design thinking. International Journal of STEM Education, 8(1), 1-15.
https://doi.org/10.1186/s40594-020-00258-9
Maxwell, S. E., Kelley, K., and Rausch, J. R. (2008). Sample size planning for statistical power and accuracy in parameter estimation. Annual Review of Psychology, 59, 537–563. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/17937603/
Museum of science. (2007). Engineering is elementary: Engineering for Children. Retrieved from https://eiestore.com/engineering-grades-prek-8/engineering-is-elementary-grades-k-5.html
Öndeş, R. N. (2025). Effects of STEM practices on students’ problem-solving skills: A meta-analysis study. International journal of education in mathematics, science and technology, 13(2), 439-461. https://doi.org/10.46328/ijemst.4697
Organization for Economic Co-operation and Development (OECD). (2018). The future of education and skills: Education 2030. OECD Publishing. https://www.oecd.org/education/2030
P21 Partnership for 21st learning. (2019). P21 framework definitions. Retrieved from https://static.battelleforkids.org/documents/p21/p21_framework_definitionsbfk.pdf
Pedaste, M., Mäeots, M., Siiman, L. A., de Jong, T., van Riesen, S. A. N., Kamp, E. T., Manoli, C. C., Zacharia, Z. C., and Tsourlidaki, E. (2015). Phases of inquiry-based learning: Definitions and the inquiry cycle. Educational Research Review, 14, 47-61. https://doi.org/10.1016/j.edurev.2015.02.003
Piaget, J. (1962). Play, dreams and imitation in childhood. Norton. https://doi.org/10.4324/9781315009698
Polya, G. (1971). How to solve it: A new aspect of mathematical method (2nd ed.). Princeton University Press. https://www.yorku.ca/cberge/1420images/PolyaExcerpt.pdf
Prudhomme, G., Boujut, J., and Brissaud, D. (2003). Toward reflective practice in engineering design education. International Journal of Engineering Education, 19, 328-337. https://www.ijee.ie/articles/Vol19-2/IJEE1356.pdf
Quinn, H., Heidi, S., and Keller, T. (2012). A framework for K-12 science education. National Academy of Sciences. https://smile.oregonstate.edu/sites/smile.oregonstate.edu/files/a_framework_for_k-12_science_education.pdf
Roorda, D. L., Koomen, H. M. Y., Spilt, J. L., and Oort, F. J. (2011). The influence of affective teacher–student relationships on students’ school engagement and achievement: A meta-analytic approach. Review of Educational Research, 81(4), 493–529. https://doi.org/10.3102/0034654311421793
Şahin, H. (2021). The effect on STEM-based education program on problem solving skills of five year old children. Malaysian Online Journal of Educational Technology, 9(4), 69-88. http://dx.doi.org/10.52380/mojet.2021.9.4.325
Weir, J. J. (1974). Problem solving is everybody’s problem. Science Teacher, 41(4), 16-18. https://eric.ed.gov/?id=EJ098451&utm_source=chatgpt.com
World Economic Forum. (2016). The future of jobs: Employment, skills and workforce strategy for the Fourth Industrial Revolution. World Economic Forum. https://www.weforum.org
Yang, D. and Chittoori, B. (2022). Technology-supported Engineering Design and Problem Solving for Elementary Students. International Journal of Technology in Education and Science, 6(4), 524-542. https://doi.org/10.46328/ijtes.406
Downloads
Published
Issue
Section
License
Copyright (c) 2026 คณะครุศาสตร์ มหาวิทยาลัยราชภัฏพิบูลสงคราม
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
ลิขสิทธิ์เป็นของคณะครุศาสตร์ มหาวิทยาลัยราชภัฏพิบูลสงคราม
