การวิจัยครั้งนี้ มีวัตถุประสงค์ เพื่อศึกษาสภาพปัจจุบัน ปัญหา อุปสรรค จุดเด่น ในการจัดการเรียนรู้ของครูวิทยาศาสตร์และคณิตศาสตร์ ที่สอนนักเรียนชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 6 เพื่อพัฒนาแนวทางการจัดการเรียนรู้ของครู สู่ความเป็นเลิศของนักเรียน และเพื่อศึกษาผลการดำเนินการพัฒนาแนวทางการจัดการเรียนรู้ของครู สู่ความเป็นเลิศของนักเรียน ตามโครงการห้องเรียนพิเศษวิทยาศาสตร์ คณิตศาสตร์ เทคโนโลยีและสิ่งแวดล้อม ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 6 การวิจัยแบ่งเป็น 3 ระยะ ดังนี้
ระยะที่ 1 การศึกษาบริบททั่วไป สภาพปัจจุบัน ปัญหา อุปสรรคในการจัดการเรียนรู้ของครูกลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี และกลุ่มสาระการเรียนรู้คณิตศาสตร์ ในการจัดการเรียนรู้ห้องเรียนพิเศษวิทยาศาสตร์ คณิตศาสตร์ เทคโนโลยีและสิ่งแวดล้อม โรงเรียนอุดรพิทยานุกูล
กลุ่มเป้าหมาย คือ ครูกลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี และกลุ่มสาระการเรียนรู้คณิตศาสตร์ ซึ่งทำหน้าที่สอนห้องเรียนพิเศษวิทยาศาสตร์ คณิตศาสตร์ เทคโนโลยีและสิ่งแวดล้อม ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 6 จำนวน 60 คน ผลการวิจัยพบว่า ครูจำนวน ร้อยละ 70 จัดการเรียนการสอนแบบบรรยาย และมีความกังวลในการบริหารจัดการชั้นเรียนไม่ครบตามหลักสูตร ร้อยละ 60 ขาดการออกแบบชั้นเรียนที่เน้นผู้เรียนได้ลงมือปฏิบัติเชิงรุก ร้อยละ63 ขาดความรู้ความเข้าใจในวิธีการตรวจสอบความรู้เดิมของผู้เรียน อุปสรรคสำคัญคือครูจัดกิจกรรมการเรียนรู้ ที่เน้นการสอนแบบบรรยาย และแบบติวเตอร์ การประเมินผลระหว่างเรียนไม่ได้นำมาใช้ในการพัฒนาผู้เรียน และความรู้ความเข้าใจ TPCK
ระยะที่ 2 การพัฒนาแนวทางการจัดการเรียนรู้ของครู กลุ่มตัวอย่าง ได้แก่ ครูกลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี และคณิตศาสตร์ ซึ่งปฏิบัติการสอนในชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 6 และได้มาจากการเลือกแบบเจาะจง โดยครูกลุ่มนี้สอนวิชาฟิสิกส์ เคมี ชีววิทยา โลกดาราศาสตร์และอวกาศ และคณิตศาสตร์ สาขาละ 5 คน รวมทั้งสิ้น 25 คน ผลการวิจัยพบว่า ครูมีความรับรู้และเข้าใจแนวทางในการพัฒนานักเรียนสู่ความเป็นเลิศในระดับมาก ได้แก่ กระบวนการจัดการเรียนรู้แบบสืบเสาะ การเรียนรู้แบบกลุ่มหรือแบบทีม การการออกแบบหน่วยการเรียนรู้ที่ดี การอภิปรายและแลกเปลี่ยนความคิดเห็นของนักเรียน ส่วนประเด็น การประเมินผลระหว่างเรียน และความเข้าใจในระดับการรู้คิดของงานที่ได้มอบหมายในชั้นเรียน อยู่ในระดับปานกลาง ครูสามารถออกแบบและเขียนแผนการเรียนรู้ได้ร้อยละ 90
ระยะที่ 3 ผลการดำเนินการพัฒนาแนวทางการจัดการเรียนรู้สู่ความเป็นเลิศ มีกลุ่มเป้าหมายในการวิจัย คือ ครูผู้สอนวิชาคณิตศาสตร์ ฟิสิกส์ ชีววิทยา และโลกดาราศาสตร์และอวกาศจำนวน 12 คน และนักเรียนชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 6/1-6/5 จำนวน 178 คน ซึ่งได้มาจากการเลือกแบบเจาะจง ผลการวิจัยพบว่า ครูมีความรู้ความเข้าใจในการสร้างแผนการเรียนรู้และสามารถใช้แนวทางการจัดการเรียนรู้ของครู สู่ความเป็นเลิศคิดเป็นร้อยละ 91.66 นักเรียนได้คะแนนผ่านเกณฑ์ระดับดีมากร้อยละ 93 ของนักเรียนทั้งหมด ด้านความเป็นเลิศวิชาการ คิดเป็นร้อยละ 47 ของนักเรียนทั้งหมดนักเรียน และมีเจตคติต่อวิชาคณิตศาสตร์ และวิทยาศาสตร์ ในระดับมาก โดยมีค่าเฉลี่ย 4.60