Development of Learning Activity module on topic “stress in material” Using Finite Element Method for Higher Vocational Certificate Students in Mechanical Engineering

Abstract

The analysis and resolution of engineering problems today involve material stress theory and computer-aided design using the Finite Element Method (FEM) to simulate material behavior before and after deformation. Results are presented with numerical values and color coding to enhance students' understanding. This research aims to: 1) develop and evaluate the effectiveness of a learning activity package on material stress using FEM to improve learning outcomes for Higher Vocational Certificate students in Mechanical Engineering; and 2) compare the learning outcomes of students using the FEM-based material stress package with the established criteria. Tools used include: 1) the learning activity package, 2) an evaluation of its suitability, and 3) a test to measure students' outcomes. The sample consisted of 20 students from Ang Thong Technical College in the second semester of the 2024 academic year, selected by Cluster Random Sampling. Statistical methods such as percentage, mean, standard deviation, and T-test for one sample were used. Results showed: 1) the activity package was highly suitable, with a mean of 4.63 and a standard deviation of 0.06. Student scores during the activity (E1) were 80.00%, and after the activity (E2) were 85.16%; and 2) students' learning outcomes were significantly higher than the established criteria at the 0.05 significance level.

การวิเคราะห์และแก้ไขปัญหาทางวิศวกรรมในปัจจุบันใช้ทฤษฎีความเค้นของวัสดุและการออกแบบด้วยคอมพิวเตอร์ผ่านระเบียบวิธีไฟไนต์เอลิเมนต์ (FEM) เพื่อจำลองและทำนายพฤติกรรมวัสดุก่อนและหลังการเสียรูป โดยแสดงผลด้วยตัวเลขและสีเพื่อช่วยให้นักศึกษาเข้าใจได้ดีขึ้น การวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อ 1) พัฒนาและประเมินประสิทธิภาพชุดกิจกรรมการเรียนรู้เรื่องความเค้นของวัสดุ โดยใช้ระเบียบวิธีไฟไนต์เอลิเมนต์ที่ส่งเสริมผลสัมฤทธิ์ทางการเรียนสำหรับนักศึกษาระดับประกาศนียบัตรวิชาชีพชั้นสูง สาขาวิชาเทคนิคเครื่องกล 2) เปรียบเทียบผลสัมฤทธิ์ทางการเรียนของนักศึกษาที่เรียนด้วยชุดกิจกรรมการเรียนรู้เรื่องความเค้นของวัสดุโดยใช้ระเบียบวิธีไฟไนต์เอลิเมนต์กับเกณฑ์ที่กำหนด เครื่องมือที่ใช้ในการวิจัยประกอบด้วย 1) ชุดกิจกรรมการเรียนรู้เรื่องความเค้นของวัสดุ โดยใช้ระเบียบวิธีไฟไนต์เอลิเมนต์ 2) แบบประเมินความเหมาะสมของชุดกิจกรรมการเรียนรู้ 3) แบบทดสอบวัดผลสัมฤทธิ์ทางการเรียนของนักศึกษา กลุ่มตัวอย่างในการวิจัยคือนักศึกษาจำนวน 20 คนจากวิทยาลัยเทคนิคอ่างทอง ภาคเรียนที่ 2 ปีการศึกษา 2567 โดยการสุ่มแบบกลุ่ม (Cluster Random Sampling) และใช้สถิติร้อยละ ค่าเฉลี่ย ส่วนเบี่ยงเบนมาตรฐาน และ T-test for one sample ผลการวิจัยพบว่า 1) ชุดกิจกรรมการเรียนรู้เรื่องความเค้นของวัสดุโดยใช้ระเบียบวิธีไฟไนต์เอลิเมนต์มีความเหมาะสมในระดับมากที่สุด โดยได้ค่าเฉลี่ย 4.63 และส่วนเบี่ยงเบนมาตรฐาน 0.06 ประสิทธิภาพของชุดกิจกรรมเมื่อใช้กับนักศึกษา คะแนนระหว่างเรียน (E1) คิดเป็นร้อยละ 80.00 และคะแนนหลังเรียน (E2) คิดเป็นร้อยละ 85.16 2) ผลสัมฤทธิ์ทางการเรียนของนักศึกษาที่เรียนรู้โดยใช้ชุดกิจกรรมการเรียนรู้เรื่องความเค้นของวัสดุ พบว่า นักศึกษามีผลสัมฤทธิ์ทางการเรียนสูงกว่าเกณฑ์ที่กำหนดไว้อย่างมีนัยสำคัญทางสถิติที่ระดับ .05