การวิจัยปฏิบัติการมีจุดประสงค์เพื่อพัฒนาแนวทางจัดการเรียนรู้แบบสะเต็มศึกษาที่เน้นกระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรมเพื่อส่งเสริมสมรรถนะการแก้ปัญหาแบบร่วมมือ เรื่อง เคมีสิ่งแวดล้อม ของผู้เรียนระดับชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 4 ในปีการศึกษา 2559 รูปแบบการวิจัยเป็นวิจัยปฏิบัติการในชั้นเรียนจำนวน 3 วงจรปฏิบัติการ ผู้เข้าร่วมวิจัยมีจำนวน 38 คนเครื่องมือ ได้แก่ แผนการจัดการเรียนรู้ แบบบันทึกสะท้อนผล และแบบสังเกตสมรรถนะการแก้ปัญหาแบบร่วมมือ ผลการวิจัยพบว่าการจัดเรียนรู้ที่ส่งเสริมสมรรถนะการแก้ปัญหาแบบร่วมมือควรจะเน้นให้ผู้เรียนลงมือปฏิบัติงานร่วมกันเป็นกลุ่ม เพื่อให้ผู้เรียนร่วมมือกันแก้ปัญหาจากสถานการณ์ที่กำหนดให้ ซึ่งขั้นตอนการจัดการเรียนรู้จะประกอบด้วย 5 ขั้น ดังนี้ 1) ขั้นค้นหาปัญหา 2) ขั้นสร้างแนวคิด 3) ขั้นเลือกแนวคิดที่ดีที่สุด 4) ขั้นวางแผนลงมือปฏิบัติและ 5) ขั้นตรวจสอบและปรับปรุงซึ่งการจัดการเรียนเรียนรู้แบบสะเต็มศึกษาที่เน้นกระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรมทั้งหมด 5 ขั้นตอนนี้สามารถพัฒนาสมรรถนะการแก้ปัญหาแบบร่วมมือของผู้เรียนได้ โดยเฉพาะสมรรถนะการเลือกวิธีดำเนินการที่เหมาะสมกับการแก้ปัญหามากที่สุด รองลงมาคือสมรรถนะการสร้างและเก็บรักษาความเข้าใจที่มีร่วมกัน และสมรรถนะการสร้างและรักษาระเบียบของกลุ่มตามลำดับ

This action research aims to study the development of STEM education based on engineering design process to promote collaborative problem solving competencies (CPS) in environmental chemistry for 10th grade students in 2016 academic year. The methodology was classroom action research consisting of 3 cycles. The participants were 38. The research instruments included lesson plans, a reflective journal and collaborative problem solving observation. The research found that the STEM approach should be emphasized by students working together in groups for solving problem together. The STEM approach consists of 5 steps by following: 1) ask 2) imagine 3) plan 4) create and 5) improve. In addition, it is found that this learning approach can promote collaborative problem solving competencies, that the students had the most competency of taking appropriate action to solve problem competency, followed by establishing and maintaining shared understanding competency and establishing and maintaining team organization, respectively.