การใช้เกมเพื่อพัฒนาสมรรถนะการแก้ปัญหาของผู้เรียนในการจัดการเรียนรู้สะเต็มศึกษายังมีช่องว่างในการพัฒนา เนื่องจากมักเน้นเนื้อหาวิชามากกว่าสมรรถนะการแก้ปัญหา ขาดการบูรณาการการจัดการเรียนรู้และการประเมินการเรียนรู้และยังขาดการออกแบบให้เด็กปกติกับเด็กที่มีความต้องการพิเศษเล่นด้วยกันได้อย่างเหมาะสม การวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์ได้แก่

1. เพื่อศึกษาความต้องการของครูผู้สอนในกลุ่มสะเต็มศึกษา ในการพัฒนาสมรรถนะการแก้ปัญหาของผู้เรียนระดับมัธยมศึกษาตอนต้น
2. เพื่อพัฒนากรอบการออกแบบและต้นแบบบอร์ดเกมเพื่อเสริมสร้างสมรรถนะการแก้ปัญหาของผู้เรียน ในการจัดการเรียนรู้สะเต็มศึกษา ระดับมัธยมศึกษาตอนต้น และ
3. เพื่อศึกษาผลการใช้ต้นแบบบอร์ดเกมเพื่อเสริมสร้างสมรรถนะการแก้ปัญหาของผู้เรียน ในการจัดการเรียนรู้สะเต็มศึกษา ระดับมัธยมศึกษาตอนต้น

การดำเนินการใช้วิธีการวิจัยอิงการออกแบบ (Design-based research: DBR) ประกอบด้วย 2 ระยะสำคัญได้แก่ การวิจัยเริ่มต้นและการพัฒนาเกม

1. การวิจัยเริ่มต้นประกอบด้วย การทบทวนองค์ความรู้เกี่ยวกับการใช้เกมในการจัดการเรียนรู้เพื่อส่งเสริมสมรรถนะการแก้ปัญหาของผู้เรียน การศึกษาความต้องการในการพัฒนาสมรรถนะการแก้ปัญหาของผู้เรียนระดับมัธยมศึกษาตอนต้น ของครูผู้สอนในกลุ่มสะเต็มศึกษา 11 คน และ
2. การพัฒนาเกมประกอบด้วย

• การศึกษาลักษณะของเกมที่เหมาะสมจากผู้เกี่ยวข้องจำนวน 15 คน
• การพัฒนากรอบการออกแบบเกม
• การจัดทำต้นแบบร่วมกันระหว่างทีมออกแบบเกมประกอบด้วยทีมนักวิจัยและผู้ช่วยวิจัยที่เป็นนักออกแบบเกมที่เป็นนักศึกษา จำนวน 9 คน ร่วมกับครูผู้สอนสะเต็มศึกษาระดับมัธยมศึกษาตอนต้น จำนวน 3 คน
• การศึกษาความเหมาะสมของต้นแบบเกมโดยผู้เชี่ยวชาญด้านการพัฒนาเกม 3 คน และ
• การประเมินรวบยอดเพื่อศึกษาผลการใช้เกมประกอบด้วยการทดลองใช้ในสถานการณ์

จัดตั้งกับนักเรียนรวมจำนวน 6 ครั้ง ใน 3 โรงเรียน รวมจำนวนนักเรียน 180 คน และในสถานการณ์การจัดการเรียนรู้รวมจำนวน 3 ครั้ง ใน 3 ห้องเรียน ของ 2 โรงเรียน รวมนักเรียน 90 คน

การเก็บข้อมูลใช้แบบสัมภาษณ์แบบกึ่งโครงสร้างสำหรับกลุ่มครูและกลุ่มผู้ทรงคุณวุฒิ 2 แบบ แบบสังเกตพฤติกรรมการเล่นเกมของนักเรียนระหว่างการเล่นเกม ประเด็นการสนทนากลุ่มสำหรับถอดประสบการณ์การเรียนรู้ของผู้เรียน แบบสัมภาษณ์แบบกึ่งโครงสร้างสำหรับครูผู้ทดลองใช้เกม วิเคราะห์ข้อมูล ด้วยการวิเคราะห์เนื้อหาและแก่นสาระ ค่าเฉลี่ย ส่วนเบี่ยงเบนมาตรฐาน การทดสอบความแตกต่างระหว่างค่าเฉลี่ยก่อนและหลังการเล่นเกม

ผลการวิจัยพบว่า 

1. ความต้องการของครูผู้สอนในกลุ่มสะเต็มศึกษา ในการพัฒนาสมรรถนะการแก้ปัญหาของผู้เรียนระดับมัธยมศึกษาตอนต้น พบว่า ครูผู้สอนมีความต้องการด้านคู่มือหรือตัวอย่างกิจกรรม อุปกรณ์และสื่อการสอนที่สนับสนุนการทำกิจกรรมที่หลากหลาย การอบรมเพิ่มเติมเกี่ยวกับเทคนิคและเครื่องมือในการพัฒนาทักษะการแก้ปัญหา รวมถึงพี่เลี้ยงช่วยในการติดตามและให้คำแนะนำในการจัดการเรียนการสอนรวมถึงให้โรงเรียนมีความต่อเนื่องในการจัดกระบวนการเรียนรู้
2. กรอบการออกแบบและต้นแบบบอร์ดเกมเพื่อเสริมสร้างสมรรถนะการแก้ปัญหาของผู้เรียน ในการจัดการเรียนรู้สะเต็มศึกษา ระดับมัธยมศึกษาตอนต้น พบว่า กรอบการออกแบบเกมมีจุดเน้นในการพัฒนาให้เกิดผลลัพธ์การเรียนรู้ที่เกิดขึ้นกับผู้เรียนอย่างน้อย 2 ประการ ได้แก่ ผู้เรียนได้รับการพัฒนาสมรรถนะการแก้ปัญหา และผลสัมฤทธิ์การเรียนรู้ตามเนื้อหาหรือกระบวนการในวิชาของกลุ่มสะเต็มศึกษา ซึ่งในประการที่สองนี้ในแต่ละเกมจะมีเป้าหมายที่แตกต่างกัน โครงเรื่องของเกมให้ผู้เล่นได้เรียนรู้กระบวนการแก้ปัญหา ผ่านเนื้อเรื่องและกลไกของเกม ไปพร้อมกับเรียนรู้เนื้อหาวิชาผ่านตัวเนื้อหาของเกม ลักษณะของเกมเปิดโอกาสให้เด็กที่มีความต้องการพิเศษเล่นร่วมกับเด็กปกติได้ และกิจกรรมการใช้เกมในการจัดการเรียนรู้ยังให้มีการประเมินผ่านเกมหรือถอดบทเรียนประสบการณ์การเรียนรู้ภายหลังการเล่นเกมทันที ส่วนต้นแบบบอร์ดเกม จำนวน 3 เกม ได้แก่ เกม Yes/No Organ สอนเรื่องระบบย่อยอาหารและขับถ่ายวิชาวิทยาศาสตร์ระดับชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 2 เกม Control Wave สอนเรื่องคลื่นกลและคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ระดับชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 3 และเกม P.W. Mastery พัฒนาทักษะกระบวนการทางวิทยาศาสตร์ระดับชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 1-3
3. ผลการใช้ต้นแบบบอร์ดเกมเพื่อเสริมสร้างสมรรถนะการแก้ปัญหาของผู้เรียน ในการจัดการเรียนรู้สะเต็มศึกษา ระดับมัธยมศึกษาตอนต้น พบว่า คะแนนพฤติกรรมการแก้ปัญหาหลังกิจกรรมการเล่นเกมทั้งสามเกมเพิ่มขึ้นจากก่อนการเล่นเกมอย่างมีนัยสำคัญทางสถิติที่ระดับ .05 แต่คะแนนทักษะการแก้ปัญหาและคะแนนการรับรู้ความสามารถของตนเองในการแก้ปัญหาหลังกิจกรรมการเล่นเกมทั้งสามเกมไม่แตกต่างจากก่อนการเล่นเกมอย่างมีนัยสำคัญทางสถิติ เกมทั้ง 3 เกม ช่วยพัฒนาสมรรถนะการแก้ปัญหาของผู้เรียนได้ผ่านการลงมือแก้ปัญหา ทำให้เกิดความรู้เรื่องกระบวนการแก้ปัญหาและช่วยเสริมสร้างพฤติกรรมการแก้ปัญหา ครูผู้สอนสามารถใช้ในการจัดการเรียนรู้จริงในช่วงต่าง ๆ ของการจัดการเรียนรู้