การวิจัยในครั้งนี้มีความมุ่งหมายเพื่อ 1) หาประสิทธิผลของชุดกิจกรรมการเรียนรู้ชุดกิจกรรมการเรียนรู้วิชาเคมี โดยวิธีการสอนแบบ STEM Education ร่วมกับกระบวนการคิดเชิงอภิปัญญา และการสอนแบบปกติตามคู่มือครู สสวท. 2) เปรียบเทียบทักษะกระบวนการทางวิทยาศาสตร์ การคิดอย่างมีวิจารณญาณ และผลสัมฤทธิ์ทางการเรียนของนักเรียนที่ได้รับการจัดการเรียนรู้ด้วยชุดกิจกรรมการเรียนรู้ที่พัฒนาขึ้นและการสอนแบบปกติตามคู่มือครู สสวท. ก่อนเรียนและหลังเรียน 3) เปรียบเทียบทักษะกระบวนการทางวิทยาศาสตร์ การคิดอย่างมีวิจารณญาณ และผลสัมฤทธิ์ทางการเรียนกับนักเรียนที่มีจิตวิทยาศาสตร์สูง ปานกลาง และต่ำที่ได้รับการจัดการเรียนรู้ด้วยชุดกิจกรรมการเรียนรู้ที่พัฒนาขึ้น และการสอนแบบปกติตามคู่มือครู สสวท. ก่อนและหลังเรียน และ 4) หาปฏิสัมพันธ์ระหว่างวิธีการสอน 2 วิธีกับตัวแปรจิตวิทยาศาสตร์ กลุ่มตัวอย่างที่ใช้ในการวิจัยในครั้งนี้ คือ นักเรียนชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 6 ภาคเรียนที่ 1 ปีการศึกษา 2561 โรงเรียนเตรียมอุดมศึกษา ภาคตะวันออกเฉียงเหนือ สำนักงานเขตพื้นที่การศึกษามัธยมศึกษาสกลนคร เขต 23 จำนวน 2 ห้องเรียน จำนวนนักเรียน 72 คน  ซึ่งได้มาโดยวิธีการสุ่มแบบกลุ่ม (Cluster Random Sampling) เครื่องมือที่ใช้ในการวิจัยประกอบด้วย 1) ชุดกิจกรรมการเรียนรู้วิชาเคมี โดยวิธีการสอนแบบ STEM Education ร่วมกับกระบวนการคิดเชิงอภิปัญญา 2) แบบวัดจิตวิทยาศาสตร์ 3) แบบวัดทักษะกระบวนการทางวิทยาศาสตร์ 4) แบบวัดการคิดอย่างมีวิจารณญาณ และ 5) แบบทดสอบวัดผลสัมฤทธิ์ทางการเรียน สถิติที่ใช้ในการวิเคราะห์ข้อมูล ได้แก่ ค่าเฉลี่ย ส่วนเบี่ยงเบนมาตรฐาน ค่าดัชนีประสิทธิผล สถิติทดสอบค่าทีการวิเคราะห์ความแปรปรวนทางเดียว การวิเคราะห์ความแปรปรวนร่วมพหุคูณทางเดียว  การวิเคราะห์ความแปรปรวนร่วมทางเดียว และการวิเคราะห์แปรปรวนพหุคูณสองทาง

ผลการวิจัยพบว่า 

1. ค่าดัชนีประสิทธิผล (E.I.) ของชุดกิจกรรมการเรียนรู้วิชาเคมี โดยวิธีการสอนแบบ STEM Education ร่วมกับกระบวนการคิดเชิงอภิปัญญา และการสอนแบบปกติตามคู่มือครู สสวท. เป็นไปตามเกณฑ์ดัชนีประสิทธิผล 0.70 และ 0.57 ซึ่งสูงกว่าเกณฑ์มาตรฐานที่กำหนดไว้

2. ทักษะกระบวนการทางวิทยาศาสตร์ การคิดอย่างมีวิจารณญาณ และผลสัมฤทธิ์ทางการเรียนของนักเรียน ที่ได้รับการสอนด้วยชุดกิจกรรมการเรียนรู้วิชเคมี โดยวิธีการสอนแบบ STEM Education ร่วมกับกระบวนการคิดเชิงอภิปัญญา และการสอนแบบปกติตามคู่มือครูของ สสวท. หลังเรียนสูงกว่าก่อนเรียนอย่างมีนัยสำคัญทางสถิติ ที่ระดับ .05    

3. ทักษะกระบวนการทางวิทยาศาสตร์ การคิดอย่างมีวิจารณญาณ และผลสัมฤทธิ์ทางการเรียนของนักเรียน ที่มีจิตวิทยาศาสตร์สูง ปานกลาง และต่ำ เมื่อได้รับการสอนด้วยชุดกิจกรรมการเรียนรู้วิชาเคมี โดยวิธีการสอนแบบ STEM Education ร่วมกับกระบวนการคิดเชิงอภิปัญญา และการสอนแบบปกติตามคู่มือครูของ สสวท. ก่อนเรียนและหลังเรียนแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญทางสถิติที่ระดับ .05  

4. ปฏิสัมพันธ์ (Interaction) ระหว่างตัวแปรวิธีการสอน 2 วิธีและตัวแปรจิตวิทยาศาสตร์ของนักเรียน ที่มีผลต่อค่าเฉลี่ยของคะแนนทักษะกระบวนการทาง วิทยาศาสตร์ การคิดอย่างมีวิจารณญาณ และผลสัมฤทธิ์ทางการเรียนของนักเรียน อย่างมีนัยสำคัญทางสถิติที่ระดับ .05
 

The purposes of this research were to: 1) determine the efficiency of the learning activity packages on Chemistry using STEM Education integrated with metacognition thinking process, and the conventional teaching method based on IPST teachers manual, 2) compare students’ scientific process skills, critical thinking, and learning achievement before and after the intervention, 3) compare scientific process skills, critical thinking, and  learning achievement of students with high, medium and low levels of scientific mind, before and after the intervention, and 4) examine the interaction between two types of teaching methods, and students’ scientific mind. The samples, obtained through cluster random sampling, consisted of 27 students from two classes studying at Triamudomsuksa School of the Northeast under the Secondary Educational Service Area Office 23 in the first semester of the academic year 2018. The research instruments were: 1) the learning activity packages on Chemistry using STEM Education integrated with metacognition thinking process,  2) a scientific-minded test, 3) a scientific process skills test, 4) a critical thinking test, and  5) a learning achievement test. Statistics for data analysis were mean, standard deviation, Effectiveness Index (I.E.), t-test, One-Way ANOVA, One-Way MANCOVA, One-Way ANCOVA, and Two-Way MANOVA.

 The findings were as follows:

1. The efficiency of the developed learning activity packages and the conventional teaching method based on IPST teachers manual was 0.70 and 0.57, respectively higher than the set criteria.

 2. The students’ scientific process skills, critical thinking, and learning achievement after the intervention were higher than those of before  at the .05 level of significance.

3. The scientific process skills, critical thinking, and learning achievement of students with high, medium, and low levels of scientific mind after the intervention were higher than those of before at the .05 level of significance.

4. The interaction between two types of teaching methods and  the students’ scientific mind affected students’ scientific process skills, critical thinking, and learning achievement at the .05 level of significance.