การวิจัยครั้งนี้เป็นการวิจัยและพัฒนา (Research and Development) โดยมีวัตถุประสงค์ 1) เพื่อศึกษาข้อมูลพื้นฐานในการพัฒนารูปแบบการเรียนการสอนในการส่งเสริมความสามารถในการคิดแก้ปัญหาอย่างมีวิจารณญาณ กลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์ สำหรับนักเรียนชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 1 2) เพื่อพัฒนารูปแบบการเรียนการสอนในการส่งเสริมความสามารถในการคิดแก้ปัญหาอย่างมีวิจารณญาณ กลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์ สำหรับนักเรียนชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 1 3) เพื่อทดลองใช้รูปแบบการเรียนการสอนในการส่งเสริมความสามารถในการคิดแก้ปัญหาอย่างมีวิจารณญาณ  กลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์ สำหรับนักเรียนชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 1 4) เพื่อประเมินผลการใช้รูปแบบการเรียนการสอนในการส่งเสริมความสามารถในการคิดแก้ปัญหาอย่างมีวิจารณญาณ กลุ่มตัวอย่างแบ่งตามขอบเขตการวิจัย ดังนี้ ตอนที่ 1 การศึกษาข้อมูลพื้นฐานในการพัฒนารูปแบบการเรียนการสอนในการส่งเสริมความสามารถในการคิดแก้ปัญหาอย่างมีวิจารณญาณ กลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์  สำหรับนักเรียนชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 1 ได้แก่ 1) ครูผู้สอนวิชาวิทยาศาสตร์ สังกัดองค์การบริหารส่วนจังหวัดศรีสะเกษ ภาคเรียนที่ 2 ปีการศึกษา 2560 จำนวน 38 คน โดยผู้วิจัยได้ใช้วิธีการเลือกกลุ่มตัวอย่างแบบเจาะจง (Purposive Sampling) ครูทั้งหมดที่สอนในสังกัดองค์การบริหารส่วนจังหวัดศรีสะเกษ เพื่อเป็นกลุ่มตัวอย่างในการตอบแบบสอบถาม 2) นักเรียนชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 1 สังกัดองค์การบริหาร/ส่วนจังหวัดศรีสะเกษ ภาคเรียนที่ 2 ปีการศึกษา 2560 ซึ่งได้กลุ่มตัวอย่างจำนวน 338 คน โดยผู้วิจัยได้ใช้วิธีการสุ่มอย่างง่าย (Simple Random Sampling) โดยการจับสลาก 3) ครูผู้สอนวิชาวิทยาศาสตร์ ระดับชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 1 สังกัดองค์การบริหารส่วนจังหวัดศรีสะเกษ ภาคเรียนที่ 2 ปีการศึกษา 2560 จำนวน 10 คน โดยผู้วิจัยได้ใช้วิธีการเลือกกลุ่มตัวอย่างแบบเจาะจง (Purposive Sampling)  ครูที่สอนระดับชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 1 เพื่อเป็นกลุ่มตัวอย่าง ตอนที่ 2 การพัฒนารูปแบบการเรียนการสอนในการส่งเสริมความสามารถในการคิดแก้ปัญหาอย่างมีวิจารณญาณ กลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์  สำหรับนักเรียนชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 1 ได้แก่ นักเรียนชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 1 โรงเรียนไพรธรรมคุณวิทยา  จังหวัดศรีสะเกษ ปีการศึกษา 2561 จำนวน 3 กลุ่ม ที่ประกอบด้วยกลุ่มที่ 1 3 คน กลุ่มที่ 2 10 คน และกลุ่มที่ 3 30 คน ได้มาจากการเลือกแบบเจาะจง (Purposive Sampling) ตอนที่ 3 การทดลองใช้รูปแบบการเรียนการสอนในการส่งเสริมความสามารถในการคิดแก้ปัญหาอย่างมีวิจารณญาณ กลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์ สำหรับนักเรียนชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 1 และตอนที่ 4 ประเมินผลการใช้รูปแบบการเรียนการสอนในการส่งเสริมความสามารถในการคิดแก้ปัญหาอย่างมีวิจารณญาณ  กลุ่มตัวอย่าง ได้แก่ นักเรียนชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 1/1  โรงเรียนศรีแก้วพิทยา ภาคเรียนที่ 2 ปีการศึกษา 2561 จำนวน 30 คน โดยใช้วิธีการสุ่มแบบเป็นกลุ่ม (Cluster Random Sampling) เครื่องมือประกอบด้วย 1) แบบสอบถามความคิดเห็นครูผู้สอน เรื่องปัญหาและความต้องการด้านการจัดการเรียนรู้เพื่อพัฒนาทักษะการคิดแก้ปัญหาอย่างมีวิจารณญาณ จำนวน 23 ข้อ 2) แบบสอบถามความคิดเห็นนักเรียน เรื่อง ปัญหาและความต้องการด้านการจัดการเรียนรู้เพื่อพัฒนาทักษะการคิดแก้ปัญหาอย่างมีวิจารณญาณ จำนวน 20 ข้อ 3) แบบสัมภาษณ์เรื่องปัญหาและความต้องการด้านการจัดการเรียนรู้เพื่อพัฒนาทักษะการคิดแก้ปัญหาอย่างมีวิจารณญาณของครูผู้สอนวิชาวิทยาศาสตร์ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 1 4) รูปแบบการเรียนการสอนเพื่อส่งเสริมความสามารถในการคิดแก้ปัญหาอย่างมีวิจารณญาณ กลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์ สำหรับนักเรียนชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 1 5) แผนการจัดการเรียนรู้เพื่อส่งเสริมความสามารถในการคิดแก้ปัญหาอย่างมีวิจารณญาณ กลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์ สำหรับนักเรียนชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 1 6) แบบทดสอบวัดผลสัมฤทธิ์ทางการเรียน เรื่อง ปรากฏการณ์เกี่ยวกับอากาศในชีวิตประจำวันชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 1 7) แบบทดสอบวัดความสามารถในการคิดแก้ปัญหาอย่างมีวิจารณญาณ 8) แบบสอบถามความพึงพอใจของนักเรียนที่มีต่อการเรียนรู้ด้วยรูปแบบการเรียนการสอน เพื่อส่งเสริมความสามารถในการคิดแก้ปัญหาอย่างมีวิจารณญาณ กลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์ สำหรับนักเรียนชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 1 การวิเคราะห์ข้อมูลมีการใช้การวิเคราะห์เนื้อหา (Content Analysis) และวิเคราะห์สถิติโดยใช้โปรแกรมสำเร็จรูป สถิติที่ใช้ในการวิเคราะห์ข้อมูลได้แก่ ความถี่ ร้อยละ ค่าเฉลี่ย (Mean) ส่วนเบี่ยงเบนมาตรฐาน (S.D.) และค่าที (t-test)

ผลการวิจัยมีดังนี้
       1. ผลการศึกษาข้อมูลพื้นฐานในการพัฒนารูปแบบการเรียนการสอนในการส่งเสริมความสามารถในการคิดแก้ปัญหาอย่างมีวิจารณญาณ กลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์ สำหรับนักเรียนชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 1 พบว่า ปัญหาด้านการจัดการเรียนรู้เพื่อพัฒนาทักษะการคิดแก้ปัญหาอย่างมีวิจารณญาณ ตามความเห็นของครูในโรงเรียนสังกัดองค์การบริหารส่วนจังหวัดศรีสะเกษ  โดยรวม รายด้านและรายข้ออยู่ในระดับมาก ความต้องการพัฒนารูปแบบการจัดการเรียนรู้เพื่อพัฒนาทักษะการคิดแก้ปัญหาอย่างมีวิจารณญาณ ตามความเห็นของครูในโรงเรียนสังกัดองค์การบริหารส่วนจังหวัดศรีสะเกษ โดยรวมและรายข้ออยู่ในระดับมาก ปัญหาด้านการจัดการเรียนรู้เพื่อพัฒนาทักษะการคิดแก้ปัญหาอย่างมีวิจารณญาณ ของนักเรียนชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 1 ในโรงเรียนสังกัดองค์การบริหารส่วนจังหวัดศรีสะเกษ โดยรวมรายด้านและรายข้ออยู่ในระดับมาก ด้านความต้องการพัฒนารูปแบบการเรียนการสอน เพื่อส่งเสริมความสามารถในการคิดแก้ปัญหาอย่างมีวิจารณญาณ กลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์ สำหรับนักเรียนชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 1 ในโรงเรียนสังกัดองค์การบริหารส่วนจังหวัดศรีสะเกษ  โดยรวมและรายข้ออยู่ในระดับมาก 
        2. ผลการพัฒนารูปแบบการเรียนการสอนในการส่งเสริมความสามารถในการคิดแก้ปัญหาอย่างมีวิจารณญาณ กลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์ สำหรับนักเรียนชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 1 พบว่า 1. รูปแบบการเรียนการสอนเพื่อส่งเสริมความสามารถในการคิดแก้ปัญหาอย่างมีวิจารณญาณ  กลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์ สำหรับนักเรียนชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 1 ประกอบด้วย
         1.1 องค์ประกอบเชิงหลักการและวัตถุประสงค์ ดังนี้
            1.1.1 หลักการและรูปแบบ : การจัดการเรียนรู้สอดคล้องกับการทำงานของสมองและร่วมกันสร้างองค์ความรู้ พัฒนาการเรียนรู้และการคิดอย่างสม่ำเสมอ ส่งเสริมวิธีคิดอย่างเป็นระบบและมีวิจารณญาณผ่านกระบวนการแก้ปัญหาและลงมือปฏิบัติจริง มีการสร้างแรงจูงใจให้เกิดความคิดอย่างมีวิจารณญาณ
            1.1.2 วัตถุประสงค์ : นักเรียนมีความสามารถในการคิดแก้ปัญหาได้อย่างมีวิจารณญาณเพิ่มมากขึ้น
      1.2 องค์ประกอบเชิงกระบวนการ มีกระบวนการเรียนการสอนตามขั้นตอนดังนี้
         1.2.1 ขั้นการตั้งเป้าประสงค์ (Expect) เป็นขั้นที่ครูและนักเรียนร่วมกันตั้งจุดประสงค์การเรียนรู้ร่วมกัน
         1.2.2 ขั้นการสร้างแรงบันดาลใจ (Inspire) เป็นขั้นที่สร้างแรงจูงใจและกระตุ้นให้นักเรียนเกิดความอยากในการเรียนรู้ ส่งเสริมให้นักเรียนฝึกคิดอย่างเป็นระบบ ลำดับกระบวนการคิด ระบุปัญหา ตั้งเป้าหมาย วิเคราะห์และประเมินทางเลือกการแก้ปัญหา
         1.2.3 ขั้นประเมินความต้องการจำเป็น (Need) เป็นขั้นที่นักเรียนจะได้ทราบถึงเนื้อหาความรู้และปัญหาที่จำเป็นต้องเรียนรู้ เงื่อนไขสำคัญต่างๆ วิธีการที่จำเป็น เครื่องมือหรืออุปกรณ์ที่จำเป็นสำหรับการส่งเสริมให้บรรลุเป้าหมายรวมถึงสิ่งที่มีความจำเป็นที่นำไปสู่กระบวนการแก้ปัญหาและแสวงหาเพื่อค้นพบคำตอบที่ตั้งไว้ตามจุดประสงค์การเรียนรู้ ทั้งยังหมายถึงการประเมินทางเลือกที่จำเป็นในการแสวงหาความรู้ข้อมูลต่างๆ ที่เกี่ยวข้อง
         1.2.4 ขั้นการแสวงหาความรู้ (Search) เป็นขั้นที่นักเรียนต้องไปค้นคว้าหาคำตอบหรือข้อมูลที่เกี่ยวเนื่องกับกับปัญหาโดยใช้หลักการวิทยาศาสตร์ และใช้ทักษะกระบวนการสืบค้นข้อมูลอย่างหลากหลาย
         1.2.5 ขั้นการรวบรวมและสังเคราะห์องค์ความรู้โดยใช้การทำงานเป็นทีม (Team) เป็นขั้นที่นักเรียนแต่ละกลุ่ม นำความรู้ที่ได้มาวิเคราะห์ สังเคราะห์ให้เกิดเป็นคำตอบและเกิดทางเลือกในการแก้ปัญหา
         1.2.6 ขั้นการทดลองวิธีการแก้ปัญหา (Experiment) เป็นขั้นที่แต่ละกลุ่มต้องนำวิธีการแก้ปัญหาที่วิเคราะห์ได้มาทดลองเพื่อหาข้อสรุป
         1.2.7 ขั้นการนำเสนอข้อมูล (Information & Technology) เป็นขั้นที่นักเรียนแต่ละกลุ่มนำความรู้ที่ได้นำเสนอเพื่อหาข้อสรุปโดยใช้เทคโนโลยี และข้อมูลต่างๆ ที่ได้รวบรวมมา 
         1.2.8 ขั้นการสรุป ประเมินผลและบันทึก (Note) เป็นขั้นที่นักเรียนแต่ละกลุ่มสรุป และประเมินผลทางเลือกของคำตอบที่ได้ค้นคว้าข้อมูลต่างๆ ตัดสินใจทางเลือกอย่างมีเหตุผล พร้อมการจดบันทึกสะท้อนองค์ความรู้เพื่อการทบทวนและเผยแพร่องค์ความรู้สู่ผู้อื่นในรูปแบบ               ที่หลากหลาย
     1.3 องค์ประกอบเชิงเงื่อนไขของการใช้รูปแบบ
        1.3.1 ข้อตกลงเบื้องต้น : ครูควรให้นักเรียนทุกคนมีส่วนร่วมในการคิดแก้ปัญหาอย่างมีวิจารณญาณ และควรใช้กลยุทธ์ที่ส่งเสริมความคิดอย่างหลากหลาย
        1.3.2 หลักการตอบสนอง :  นักเรียนสามารถประเมินทางเลือกและตัดสินใจเลือกทางเลือกในการแก้ปัญหาอย่างมีเหตุผล นอกจากนี้ยังสามารถนำความรู้ไปประยุกต์ใช้ในการเรียนวิชาอื่นๆ เช่น คณิตศาสตร์ ภาษาไทย สังคมศึกษา เป็นต้น หรือประยุกต์ใช้เมื่อเผชิญสถานการณ์ต่างๆ  ในชีวิตประจำวัน   
        1.3.3 ระบบสังคม : ครูต้องส่งเสริมให้สมาชิกในกลุ่มมีปฏิสัมพันธ์ที่ดีต่อกันและกัน  ให้นักเรียนได้เรียนรู้กระบวนการทำงานกลุ่ม การเป็นผู้นำผู้ตาม การยอมรับฟังความคิดเห็นของผู้อื่นตามหลักประชาธิปไตย กล้าคิด กล้าแสดงออก กล้าตัดสินใจ มีความรับผิดชอบและมีความมุ่งมั่นในการทำงานให้สำเร็จ 
        1.3.4 ระบบสนับสนุน : ครูต้องจัดเตรียมเนื้อหาและกิจกรรมให้สอดคล้องและส่งเสริมการคิดแก้ปัญหาอย่างมีวิจารณญาณ และจัดบรรยากาศที่ส่งเสริมการเรียนและการแสดงความคิดเห็นและมีเวลาที่เพียงพอในการคิด
       2. ประสิทธิผลของรูปแบบการเรียนการสอน เพื่อส่งเสริมความสามารถในการคิดแก้ปัญหาอย่างมีวิจารณญาณ กลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์ สำหรับนักเรียนชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 1 
         2.1 ประสิทธิภาพของรูปแบบการเรียนการสอน เพื่อส่งเสริมความสามารถในการคิดแก้ปัญหาอย่างมีวิจารณญาณ กลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์ สำหรับนักเรียนชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 1 ที่พัฒนาขึ้นมีค่าเท่ากับ 83.49/82.33 เป็นไปตามเกณฑ์ 80/80 ที่ตั้งไว้
      3. ผลการทดลองใช้รูปแบบการเรียนการสอนในการส่งเสริมความสามารถในการคิดแก้ปัญหาอย่างมีวิจารณญาณ กลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์ สำหรับนักเรียนชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 1 พบว่า
       3.1 นักเรียนมีผลสัมฤทธิ์ทางการเรียนหลังเรียนด้วยรูปแบบการเรียนการสอน เพื่อส่งเสริมความสามารถในการคิดแก้ปัญหาอย่างมีวิจารณญาณ กลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์  สำหรับนักเรียนชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 1 สูงกว่าก่อนเรียนอย่างมีนัยสำคัญทางสถิติที่ระดับ .01
       3.2 นักเรียนมีความสามารถในการคิดแก้ปัญหาอย่างมีวิจารณญาณ หลังเรียนด้วยรูปแบบการเรียนการสอน เพื่อส่งเสริมความสามารถในการคิดแก้ปัญหาอย่างมีวิจารณญาณ  กลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์ สำหรับนักเรียนชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 1 สูงกว่าก่อนเรียนอย่างมีนัยสำคัญทางสถิติที่ระดับ .01
      4. ผลการประเมินผลการใช้รูปแบบการเรียนการสอนในการส่งเสริมความสามารถในการคิดแก้ปัญหาอย่างมีวิจารณญาณ พบว่า ความพึงพอใจของนักเรียนที่มีต่อการเรียนรู้ด้วยรูปแบบการเรียนการสอน เพื่อส่งเสริมความสามารถในการคิดแก้ปัญหาอย่างมีวิจารณญาณ กลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์ สำหรับนักเรียนชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 1 โดยรวมและรายข้อส่วนใหญ่ อยู่ในระดับมาก เมื่อพิจารณาเป็นรายข้อเรียงค่าเฉลี่ยจากมากไปหาน้อย 3 ลำดับแรก ได้แก่ กิจกรรมการเรียนรู้ทำให้นักเรียนมีโอกาสในการคิดแก้ปัญหาทางวิทยาศาสตร์อย่างหลากหลายวิธี กิจกรรมการเรียนรู้ส่งเสริมให้นักเรียนความสามารถในการคิดแก้ปัญหาทางวิทยาศาสตร์ และการจัดการเรียนรู้ทำให้นักเรียนพัฒนาทักษะการคิดที่สูงขึ้น ตามลำดับ