การคิดในวิทยาศาสตร์ศึกษา

นับหลายศตวรรษที่จุดประสงค์ของการศึกษาขั้นพื้นฐานอย่างหนึ่งก็คือการพัฒนาความสามารถในการคิด ซึ่งโรงเรียนน่าจะได้ใช้เป็นแนวทางนำ ในทางวิทยาศาสตร์ศึกษาการพัฒนาความสามารถในการคิดจึงเป็นหนทางให้นักเรียนในการเรียนรู้ทุกวัย และแนวทางการพัฒนาให้แต่ละคนมีสมรรถนะสูงในการคิดอย่างมีเหตุผลนั้น เป็นเป้าหมายสำคัญของวิทยาศาสตร์ศึกษา

เมื่อถามว่าการคิดหมายถึงอะไรในทางวิทยาศาสตร์ศึกษา นั้น ความหมายเปลี่ยนแปลงตามเวลาที่ผ่านไป นับเกือบศตวรรษมาแล้วที่วิธีการทางวิทยาศาสตร์ได้ตั้งมั่น แล้วกลายเป็นจุดเน้นของการคิดทางวิทยาศาสตร์ศึกษา และตอนกลางศตวรรษที่แล้วมา คำว่าการแก้ปัญหา (problem solving) และการสืบเสาะความรู้ (inquiry) ได้รับความนิยมเพื่อใช้อธิบายการคิดทางวิทยาศาสตร์ และเวลาต่อมาได้ลงลึกในรายละเอียดว่าเป็นเช่น การสังเกต การจัดแบ่งประเภท การอนุมาณหรือลงความเห็น การนิยามเชิงปฏิบัติการ และการควบคุมตัวแปร เป็นต้น

โดยสรุปกล่าวได้ว่าหลังปี 1920 จุดเน้นหลักของงานวิจัยที่เกี่ยวกับการคิดทางวิทยาศาสตร์ก็คือ วิธีการทางวิทยาศาสตร์ ซึ่งเป็นการคิดทางวิทยาศาสตร์ที่กว้างและยืดหยุ่นเกินไป ที่ต่อมาการแก้ปัญหาและการสืบเสาะหาความรู้ได้เข้ามาแทนที่วิธีการทางวิทยาศาสตร์ ขณะเดียวกันมีการนำเทอมอื่นๆ มาใช้ เช่น "critical thinking", "Productive thinking" และ "scientific thinking" ซึ่งแต่ละเทอมก็เน้นย้ำถึงวิธีการทางวิทยาศาสตร์หรือด้านอื่นด้วย ซึ่งยังมองว่ามีประโยชน์ในกระบวนทัศน์ทางการสอนและวิจัย ส่วนการสอนแบบสืบเสาะหาความรู้เดิม ก็มองว่าได้ผลน้อยเข้าใจเนื้อหาได้น้อยกว่าที่ควรจะเป็น (unproductive) หลังปี 1960 การคิดมุ่งไปที่ ทักษะกระบวนการทางวิทยาศาสตร์ (science process skill) เป็นมโนทัศน์ที่สำคัญมีผลกระทบสูงตลอด 30 กว่าปีที่ผ่านมา โดยเน้นทักษะที่นักวิทยาศาสตร์ใช้ในการแก้ปัญหา เป็นพฤติกรรมจริงๆ ของนักวิทยาศาสตร์ เป็นการเรียนรู้วิทยาศาสตร์เหมือนกับที่นักวิทยาศาสตร์ปฏิบัติอยู่

โดยจัดให้ทักษะกระบวนการทางวิทยาศาสตร์แบ่งออกได้สองส่วนหลักคือ ทักษะพื้นฐาน (Basic science process) และทักษะบูรณาการ (Integrated science process) สำหรับทักษะพื้นฐาน คือ การสังเกต การจัดประเภท การสื่อสาร การวัด การใช้ความสัมพันธ์สเปสซ์และเวลา การใช้ตัวเลข การอนุมาณ และการทำนาย ทักษะเหล่านี้ได้ให้พื้นฐานสำหรับการเรียนรู้ทักษะขั้นสูง หรือบูรณาการ ส่วนทักษะบูรณาการได้แก่ การควบคุมตัวแปร การนิยามเชิงปฏิบัติการ และการทดลอง

หลังสุดแนวคิดเพิ่มเติมที่ให้ทุกคนเป็นคนมีความรู้วิทยาศาสตร์ (Scientifically literate person) โดยที่ความรู้อยู่บนฐานของ ความจริง (facts), มโนทัศน์ (concepts) และกลุ่มหรือระบบมโนทัศน์ (conceptual schemes) ยังคงมีทักษะกระบวนการ (process skills) ที่ทำให้แต่ละคนเรียนรู้และคิดอย่างมีตรรกะ มีเหตุผล