การวิจัยในครั้งนี้มีความมุ่งหมายเพื่อศึกษาวิธีการจัดการเรียนรู้โดยใช้กระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรมตามแนวคิดสะเต็มศึกษาที่ช่วยพัฒนาความริเริ่มสร้างสรรค์และนวัตกรรมในเรื่อง สภาพสมดุล และเปรียบเทียบผลการพัฒนาความริเริ่มสร้างสรรค์และนวัตกรรมของนักเรียนในระหว่างการจัดการเรียนรู้ด้วยกระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรมตามแนวคิดสะเต็มศึกษา เรื่อง สภาพสมดุล การวิจัยนี้เป็นการวิจัยปฏิบัติการในชั้นเรียน กลุ่มเป้าหมายในการวิจัยครั้งนี้คือ นักเรียนชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 4 ของโรงเรียนแห่งหนึ่งในจังหวัดพิษณุโลกจำนวน 44 คน ในภาคเรียนที่ 2 ปีการศึกษา 2560 เครื่องมือที่ใช้ในการวิจัยได้แก่ แผนการจัดการเรียนรู้โดยใช้กระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรมตามแนวคิดสะเต็มศึกษา เรื่อง สภาพสมดุล จำนวน 3 แผนการจัดการเรียนรู้ แบบสะท้อนผลการจัดการเรียนรู้ ใบกิจกรรม ชิ้นงานของนักเรียน แบบนำเสนอผลงานของนักเรียน และแบบสังเกตพฤติกรรมที่แสดงถึงความริเริ่มสร้างสรรค์และนวัตกรรม วิเคราะห์ข้อมูลโดยการวิเคราะห์เชิงเนื้อหา

ผลการวิจัยพบว่า วิธีการจัดการเรียนรู้โดยใช้กระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรมตามแนวคิดสะเต็มศึกษาควรมีลักษณะดังนี้ ผู้สอนควรเลือกสถานการณ์ที่ทำให้นักเรียนได้เกิดการวิเคราะห์เงื่อนไขของสถานการณ์และมีความเชื่องโยงกับตัวนักเรียน ผู้สอนควรกระตุ้นให้นักเรียนแลกเปลี่ยนความคิดเห็นเกี่ยวกับการแก้ไขปัญหาของสถานการณ์ และทำการวางแผนร่วมกันและสร้างชิ้นงานขึ้นมาตามที่ได้ออกแบบไว้ จากนั้นจึงให้นักเรียนนำชิ้นงานไปทดสอบเพื่อหาปัญหาและทำการปรับปรุงพัฒนาชิ้นงานให้มีประสิทธิภาพมากขึ้น และทำการนำเสนอผลการทำกิจกรรมพร้อมทั้งแลกเปลี่ยนแนวทางการสร้างชิ้นงานหรือการพัฒนาชิ้นงานร่วมกันกับผู้อื่น นอกจากนี้ผลการเปรียบเทียบความริเริ่มสร้างสรรค์และนวัตกรรมของนักเรียนในระหว่างการจัดการเรียนรู้พบว่า จำนวนของนักเรียนที่แสดงพฤติกรรมที่แสดงถึงความริเริ่มสร้างสรรค์และนวัตกรรมในด้านการสร้างสรรค์นวัตกรรมมีจำนวนมากที่สุด รองลงมาคือในด้านการทำงานร่วมกับผู้อื่นอย่างสร้างสรรค์ และด้านการคิดอย่างสร้างสรรค์ ตามลำดับ

The purpose of this research were to study how to use engineering design process based on STEM education to promoted creativity and innovation in equilibrium topic and to compare the students’ creativity and innovation development through engineering design process based on STEM education in equilibrium topic. Research methodology was classroom action research. The participants in this research were forty-four 10th grade students during the second semester of 2017 academic years of school in Phitsanulok province. Research instruments consisted of engineering design process based on STEM education lesson plans, reflections form, students’ worksheets, student’s model, posters and creativity and innovation observation forms. Content analysis was used to analyze data in this study. For the results of research, learning management through engineering design process based on STEM education described as follow: teacher should select situations in activities that required students to analyse the situation and relate to students’ daily life. Teacher must motivate students to discuss about how to solve problem of situations and cooperate for planning and creating the prototype. Then students test their prototype and improved or developed their prototype to reach its maximum performance. Finally, students should present their activity result and participate in classroom discussion to find suggestions with others. The result of the research was also shown that students’ creativity and innovation have developed in all three competencies. The competencies that the students developed from the most to the least including implement innovations, work creatively with others, and think creatively.