Biology Laboratory-Based Learning for Promoting Scientific Explanation

Authors

  • O-Phart Phrathep Lecturer (Ph.D.) in Division of Science Education, Department of Curriculum and Instruction, Faculty of Education, Chulalongkorn University
  • Nampung Supautumporn Assistant Professor in Science and Technology Learning Group, Chulalongkorn University Demonstration Secondary School
  • Sakolrat Kaewdee Assistant Professor (Ph.D.) in Division of Science Education, Department of Curriculum and Instruction, Faculty of Education, Chulalongkorn University

Keywords:

Biology laboratory, scientific explanation, inquiry-based learning, CER framework

Abstract

Scientific literacy has become a key competency in the 21st century as citizens are increasingly required to evaluate evidences and apply scientific knowledge to make decisions. In response to this demand, both the Next Generation Science Standards (NGSS) and the Programme for International Student Assessment (PISA 2025) have identified the ability to construct scientific explanations as an essential learning outcome. Despite global emphasis on this topic, studies conducted in Thailand consistently reveal unsatisfactory student performance in this area. This difficulty can be attributed, in part, to instructional practices that prioritize content memorization over the active construction of knowledge through empirical inquiry. Biology offers a particularly promising context for addressing this challenge. Biology engages students with life processes that are inherently familiar and observable. Many biological phenomena can be investigated directly or with minimal instrumentation, allowing students to collect meaningful empirical evidence and interpret it through biological principles. This accessibility positions biology laboratory activities as an effective vehicle for developing scientific explanation skills in an authentic and meaningful way. This article examines instructional approaches that leverage biology laboratory activities to foster students' ability to construct scientific explanations. Specifically, it discusses the integration of inquiry-based learning with the Claims-Evidence-Reasoning framework as both an instructional and an assessment tool. Principles for laboratory design, instructional implementation, and student assessment are outlined to provide biology and science teachers with effective classroom practices.

References

ภาษาไทย

กรกนก เลิศเดชาภัทร และ ปริณดา ลิมปานนท์ พรหมรัตน์. (2561). ผลของการสืบสอบแบบร่วมมือรวมพลังที่มีต่อความสามารถในการสร้างคำอธิบายทางวิทยาศาสตร์ของนักเรียนมัธยมศึกษาตอนต้น. วารสารครุศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย, 46(2), 1-20. https://so02.tci-thaijo.org/index.php/EDUCU/article/view/131813

คัทลียา สิงห์วี. (2561). แนวทางการจัดการเรียนการสอนวิทยาศาสตร์เพื่อส่งเสริมความสามารถในการสร้างคำอธิบายทางวิทยาศาสตร์ของนักเรียนระดับการศึกษาขั้นพื้นฐาน [วิทยานิพนธ์ปริญญามหาบัณฑิต, จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย]. Chula Digital Collections. https://digital.car.chula.ac.th/chulaetd/3579/

จันทร์จีรา เทพดนตรี. (2558). การพัฒนาบทปฏิบัติการที่เน้นปัญหาเป็นฐาน เรื่อง ยางพารา สำหรับนักเรียนชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 3 [วิทยานิพนธ์ปริญญามหาบัณฑิต, มหาวิทยาลัยศรีนครินทรวิโรฒ]. SWU IR. https://ir.swu.ac.th/entities/publication/196b1acc-08da-41f3-9f42-4d2e669a18f4

จรูญลักษณ์ วรโคตร, เนตรชนก จันทร์สว่าง, และ ฌานุกรณ์ ทับทิมใส. (2561). การศึกษาการอธิบายทางวิทยาศาสตร์ของนักเรียนระดับมัธยมศึกษาปีที่ 5 เรื่อง กรด-เบส. วารสารวิชาการการจัดการเทคโนโลยีสารสนเทศและนวัตกรรม [ฉบับพิเศษ], 5, 49–55.

ฉลองวุฒิ จันทร์หอม. (2562). การพัฒนาบทปฏิบัติการเรื่องระบบย่อยอาหารของสิ่งมีชีวิตเพื่อส่งเสริมความสามารถในการสร้างคำอธิบายทางวิทยาศาสตร์ของนักเรียนชั้นมัธยมศึกษาตอนปลาย [วิทยานิพนธ์ปริญญามหาบัณฑิต, มหาวิทยาลัยศรีนครินทรวิโรฒ]. SWU IR. https://ir.swu.ac.th/entities/publication/bb58309d-21c7-4def-bfdf-43c35495c894

ฉลองวุฒิ จันทร์หอม และ สมเกียรติ พรพิสุทธิมาศ. (2563). การสำรวจความสามารถในการสร้างคำอธิบายเชิงวิทยาศาสตร์ เรื่อง ระบบย่อยอาหาร ของนักเรียนชั้นมัธยมศึกษาตอนปลาย. การประชุมวิชาการเสนอผลงานวิจัยระดับบัณฑิตศึกษาแห่งชาติ มหาวิทยาลัยขอนแก่น ครั้งที่ 21 [Symposium]. ขอนแก่น. https://app.gs.kku.ac.th/images/img/support/grc2020/pdfabstracts//HMO17.pdf

ทิศนา แขมมณี. (2559). ศาสตร์การสอน: องค์ความรู้เพื่อการจัดกระบวนการเรียนรู้ที่มีประสิทธิภาพ (พิมพ์ครั้งที่ 20). สำนักพิมพ์แห่งจุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย.

นวลจิตต์ เชาวกีรติพงศ์. (2562). การส่งเสริมความสามารถในการสร้างคำอธิบายเชิงวิทยาศาสตร์ของผู้เรียนด้วยการสอนแบบสืบเสาะหาความรู้. วารสารศึกษาศาสตร์ มหาวิทยาลัยสุโขทัยธรรมาธิราช, 12(1), 40-54. https://so05.tci-thaijo.org/index.php/edjour_stou/article/view/145237

นำพงศ์ จันทร์โท. (2563). การพัฒนาการจัดการเรียนรู้ด้วยกลวิธีการโต้แย้งโดยใช้ประเด็นทางนิติวิทยาศาสตร์เพื่อส่งเสริมความสามารถในการสร้างคำอธิบายทางวิทยาศาสตร์ของนักเรียนชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 4 เรื่อง การรักษาดุลยภาพร่างกายมนุษย์ [สารนิพนธ์ปริญญามหาบัณฑิต, มหาวิทยาลัยนเรศวร]. EDU NU. http://www.edu.nu.ac.th/th/news/docs/download/2020_09_16_11_41_15.pdf

ปวีนันทร์ รังแก้ว. (2559). การพัฒนาบทปฏิบัติการวิทยาศาสตร์ เรื่อง การเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อพืชสำหรับผู้เรียนชั้นมัธยมศึกษาตอนปลาย [วิทยานิพนธ์ปริญญามหาบัณฑิต, มหาวิทยาลัยศรีนครินทรวิโรฒ]. SWU IR. https://ir.swu.ac.th/entities/publication/d9c77f3d-c8ac-4615-82da-1499bdc14406

ภาณุพงษ์ พรมศร. (2560). การพัฒนาความเข้าใจมโนมติวิทยาศาสตร์ เรื่อง โครงสร้างภายในของพืชดอก โดยการใช้ชุดทดลองอย่างง่ายร่วมกับการเรียนรู้แบบจิ๊กซอว์สำหรับนักเรียนชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 5 [วิทยานิพนธ์ปริญญามหาบัณฑิต, มหาวิทยาลัยอุบลราชธานี]. https://www.esanpedia.oar.ubu.ac.th/e-research/sites/default/files/Panupong_Promsorn.pdf

ภูรี สิริเถลิงเกียรติ. (2566). การพัฒนาการสร้างคำอธิบายเชิงวิทยาศาสตร์และการให้เหตุผลเชิงวิทยาศาสตร์ โดยการจัดการเรียนรู้แบบสืบเสาะร่วมกับกลวิธีการโต้แย้ง เรื่อง การรักษาดุลยภาพของร่างกายมนุษย์ ของนักเรียนชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 4 โรงเรียนจอมสุรางค์อุปถัมภ์ จังหวัดพระนครศรีอยุธยา [วิทยานิพนธ์ปริญญามหาบัณฑิต, มหาวิทยาลัยสุโขทัยธรรมาธิราช]. https://ir.stou.ac.th/bitstream/123456789/13066/1/2602000941.pdf

ศศิมน ศรีกุลวงค์ และ ลฎาภา ลดาชาติ. (2564). การใช้แบบจำลองและการสร้างคำอธิบายทางวิทยาศาสตร์ของนักเรียนชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 2. ศึกษาศาสตร์สาร มหาวิทยาลัยเชียงใหม่, 5(1), 12–27. https://so01.tci-thaijo.org/index.php/cmujedu/article/view/241919

ศิริรัตน์ ก้านกิ่งคำ. (2557). การพัฒนาบทปฏิบัติการ เรื่อง การลำเลียงสารผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ เพื่อพัฒนาผลการเรียนรู้ ของนักเรียนชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 4 โรงเรียนปทุมวิไล [วิทยานิพนธ์ปริญญามหาบัณฑิต, มหาวิทยาลัยรังสิต]. RSUIR. https://rsuir-library.rsu.ac.th/handle/123456789/1204

สันติชัย อนุวรชัย. (2553). ผลของการเรียนการสอนชีววิทยาด้วยรูปแบบการเรียนการสอนสืบสอบร่วมกับกลวิธีการโต้แย้งที่มีต่อความสามารถในการสร้างคำอธิบายเชิงวิทยาศาสตร์และความมีเหตุผลของนักเรียนมัธยมศึกษาตอนปลาย [วิทยานิพนธ์ปริญญามหาบัณฑิต, จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย]. Chula DigiVerse. https://digiverse.chula.ac.th/Info/item/dc:17937

สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี กระทรวงศึกษาธิการ. (2566). คู่มือครูรายวิชาพื้นฐานวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 2 เล่ม 1 ตามมาตรฐานการเรียนรู้และตัวชี้วัดกลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี (ฉบับปรับปรุง พ.ศ. 2560) ตามหลักสูตรแกนกลางการศึกษาขั้นพื้นฐาน พุทธศักราช 2551. https://www.scimath.org/ebook-science/item/10302-2-1-10302

โอภาส พระเทพ และ สกลรัชต์ แก้วดี (2568). การศึกษาสภาพปัญหาและความต้องการในการใช้บทปฏิบัติการชีววิทยา เรื่อง การตอบสนองของพืชต่อภาวะเครียด เพื่อพัฒนาความสามารถในการสร้างคำอธิบายทางวิทยาศาสตร์สำหรับนักเรียนระดับมัธยมศึกษาตอนปลาย. ใน ไพโรจน์ สมุทรักษ์ (บ.ก.), การประชุมวิชาการเสนอผลงานวิจัยระดับชาติด้านวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีมหาวิทยาลัยราชภัฏจันทรเกษม ครั้งที่ 8 (น. 236-243). คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยราชภัฏจันทรเกษม. https://ncst2025.chandra.ac.th/

ภาษาอังกฤษ

Almroth, B. C. (2015). The importance of laboratory exercises in biology teaching; case study in an ecotoxicity course. University of Gothenburg. https://www.semanticscholar.org/paper/The-importance-of-laboratory-exercises-in-biology-%3B-Almroth/10c3e7093a32f5bc40af75f01244210842b7937c

Chengere, A. M., Bono, B. D., Zinabu, S. A., & Jilo, K. W. (2025). Enhancing secondary school students' science process skills through guided inquiry-based laboratory activities in biology. PLOS ONE, 20(4), Article e0320692. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0320692

Gericke, N., Högström, P., & Wallin, J. (2023). A systematic review of research on laboratory work in secondary school. Studies in Science Education, 59(2), 245-285. https://doi.org/10.1080/03057267.2022.2090125

Gerlich, M. (2025). AI tools in society: Impacts on cognitive offloading and the future of critical thinking. Societies, 15(1), Article 6. https://doi.org/10.3390/soc15010006

Hofstein, A., & Lunetta, V. N. (2003). The laboratory in science education: Foundations for the twenty-first century. Science Education, 88(1), 28-54. https://doi.org/10.1002/sce.10106

Kassaye, M. T., Damtie, D., Melesse, S., & Yemata, G. (2025). Effect of using science process skills-integrated inquiry-based approach on grade nine students' cell biology academic achievement. Discover Education, 4, Article 343. https://doi.org/10.1007/s44217-025-00699-w

Krajcik, J., & McNeill, K. L. (2015). Designing and assessing scientific explanation tasks. In R. Gunstone (Ed.), Encyclopedia of Science Education (pp. 285–291). Springer. https://doi.org/https://doi.org/10.1007/978-94-007-2150-0_48

Maglio, C., Williams, M., & Camponeschi, A. (2025). Biology wet lab e-learning during and after the COVID-19 pandemic: A review of student learning and experiences. Biochemistry and Molecular Biology Education, 53(4), 445–454. https://doi.org/10.1002/bmb.21897

McNeill, K. L., Lizotte, D. J., Krajcik, J., & Marx R. W. (2006). Supporting students’ construction of scientific explanations by fading scaffolds in instructional materials. Journal of the Learning Sciences, 15(2), 153-191. https://doi.org/https://doi.org/10.1207/s15327809jls1502_1

McNeill, K. L., & Krajcik, J. (2008). Inquiry and scientific explanations: Helping students use evidence and reasoning. In J. Luft, R. L. Bell, & J. Gess-Newsome (Eds.), Science as Inquiry in the Secondary Setting (pp. 121-134). National Science Teachers Association. https://cmapspublic2.ihmc.us/rid=1HY13DSSK-PGMDMG-1JRQ/Inquiry%20and%20Scientific%20Explanation%20Chapter.pdf

Millar, R., Tiberghien, A., & Le Maréchal, J.-F. (2002). Varieties of labwork: A way of profiling labwork tasks. In D. Psillos & H. Niedderer (Eds.), Teaching and Learning in the Science Laboratory (pp. 9–20). Kluwer Academic Publishers. https://doi.org/10.1007/0-306-48196-0_3

National Research Council. (2013). Next generation science standards: For states, by states The National Academies Press. https://doi.org/https://doi.org/10.17226/18290

National Science Teaching Association. (n.d.). Science and Engineering Practices. https://my.nsta.org/ngss/PracticesFull.aspx

OECD. (2023). PISA 2025 Science framework (second draft). OECD Publishing. https://pisa-framework.oecd.org/science2025/assets/docs/PISA_2025_Science_Framework.pdf

Sumranwanich, T., Boonthaworn, K., Singhakaew, S., & Ounjai, P. (2019). Time-restricted inquiry-based learning promotes active student engagement in undergraduate zoology laboratory. Journal of Microbiology and Biology Education, 20(1), 1-4. https://doi.org/10.1128/jmbe.v20i1.1571

Downloads

Published

2026-06-19

How to Cite

Phrathep, O.-P., Supautumporn, N. ., & Kaewdee, S. . (2026). Biology Laboratory-Based Learning for Promoting Scientific Explanation. An Online Journal of Education, 21(1), 1–18. retrieved from https://so01.tci-thaijo.org/index.php/OJED/article/view/287230

Issue

Section

Academic Articles