ผลจากระบบคัดเลือกนักเรียนเข้ามหาวิทยาลัยด้วยคะแนนสอบ O –net และ A – net หรือระบบแอดมิชชั่น ทำให้คุณภาพของนิสิตนักศึกษาทุกสาขาที่มีการเรียนวิชาฟิสิกส์ลดลงอย่างเห็นได้ชัด ดูได้จากคะแนนการเรียนที่ลดลง จำนวนนักเรียนที่สอบไม่ผ่านเพิ่มขึ้นเป็นเท่าตัว อัตราการถอนรายวิชาและอัตราการพ้นสภาพนิสิตนักศึกษาสูงขึ้นเป็นเท่าตัว นิสิตหลายคนต้องลาออกเพื่อสอบใหม่ หลายคนจบปี 1 แต่ยังไม่ผ่านวิชาพื้นฐานฟิสิกส์ ทั้งที่อาจารย์ผู้สอนยังใช้เนื้อหาและวิธีการสอนคงเดิม ข้อสอบวัดวัตถุประสงค์การเรียนรู้เป็นแบบเดียวกัน และที่สำคัญยังพบว่านิสิตเกือบทั้งหมดมีเกรดเฉลี่ยในระดับมัธยมสูงกว่า 3.00 ทั้งสิ้น (ผู้จัดการออนไลน์, 2551) ฉะนั้นปัญหานี้จึงตกมาสู่การจัดการเรียนวิชาฟิสิกส์ในระดับมัธยมศึกษา ทำไมเกรดจึงไม่แสดงถึงความสามารถที่แท้จริงของนักเรียน โดยมีนักเรียนและครูเป็นผู้ต้องสงสัย กล่าวคือ นักเรียนขาดความสนใจเรียนวิชาฟิสิกส์ มีความรู้พื้นฐานไม่ดีพอ ใช้คณิตศาสตร์ไม่คล่อง แก้สมการไม่ได้ มีการแก้ปัญหาโดยใช้เหตุผลและกระบวนการทางวิทยาศาสตร์น้อย เรียนตามไม่ทัน สุดท้ายก็ไม่ชอบเรียนวิชาฟิสิกส์ ประกอบกับระบบการวัดผลการเรียนเอื้อต่อการทำให้นักเรียนไม่สนใจเรียน นักเรียนไม่กลัวการสอบตก เพราะมีคะแนนเก็บระหว่างภาคมาก หากทำกิจกรรมตามที่ครูมอบหมายครบก็ไม่ติดศูนย์ นักเรียนจึงขาดความมุ่งมั่นอดทนในการเรียน ไม่ให้ความสำคัญกับวิชาฟิสิกส์เหมือนก่อน ส่วนปัญหาของครูที่เป็นอยู่ในขณะนี้ ครูฟิสิกส์มีชั่วโมงสอนมาก มีภาระงานสอนหนัก สอนหลายวิชา หลายระดับชั้น จำนวนนักเรียนต่อห้องมากเกินไป ขาดการส่งเสริมขวัญหรือกำลังใจ ถ้าให้มีงานสนับสนุนส่วนอื่นที่ใช่งานสอนเพิ่มขึ้นอีก ประสิทธิภาพงานสอนจะลดลง (สุมิตร สวนสุข, 2551) อีกทั้งการจัดกระบวนการเรียนการสอนในรายวิชาฟิสิกส์ของครูในโรงเรียนระดับมัธยมศึกษาจะเรียนในลักษณะที่ใช้ความจำเป็นหลัก ความเข้าใจเป็นรอง ทำให้ไม่สามารถเชื่อมโยงความรู้พื้นฐานต่าง ๆ เข้าด้วยกันได้ ไม่สามารถใช้จินตนาการคิดสิ่งใหม่ ๆ ไม่สามารถอธิบายเหตุการณ์ที่แตกต่างจากเรื่องที่เรียนและมีความเป็นไปได้ที่ครูและนักเรียนอาจเกิดความเข้าใจผิดในมโนคติ (Misconceptions) เกี่ยวกับเนื้อหาต่าง ๆ ในบทเรียน ไม่ว่าจะเป็นเรื่อง น้ำหนัก มวล ระยะทาง การกระจัด อัตราเร็ว ความเร็ว ความเร่ง แรงโน้มถ่วง กฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน การเคลื่อนที่แบบต่าง ๆ เป็นต้น ซึ่งสอดคล้องกับผลงานวิจัยต่างประเทศที่ทำการศึกษาความเข้าใจผิดในมโนคติเกี่ยวกับการเคลื่อนที่แบบโปรเจกไตล์ ยกตัวอย่างเช่น ของ Anne Prescott และ Michael Mitchelmore ในปีค.ศ. 2004 ได้ทำการวิจัย เรื่อง Student Misconceptions about Projectile Motion เป็นการศึกษาความเข้าใจผิดในมโนคติของนักเรียนเกี่ยวกับการเคลื่อนที่แบบโปรเจกไตล์ กลุ่มตัวอย่างเป็นนักศึกษาหญิงในโรงเรียนซิดนีย์ เกรด 12 ที่ไม่เคยเรียนคณิตศาสตร์ของการเคลื่อนที่มาก่อน และ เกรด 17 ที่ได้เรียนทั้งฟิสิกส์และคณิตศาสตร์มาแล้ว โดยใช้วิธีการสัมภาษณ์ พร้อมทั้งให้นักเรียนเขียนอธิบายหรือวาดรูปประกอบ ใช้เวลาประมาณ 15 – 20 นาที ผลการศึกษา พบว่า นักเรียนร้อยละ 71 เข้าใจผิดเกี่ยวกับการขว้างวัตถุจากหน้าผาสูงด้วยความเร็วที่แตกต่างกัน ร้อยละ 85 นักเรียนไม่สามารถบอกความแตกต่างของการโยนวัตถุ สองชิ้น จากหน้าผาด้วยความเร็วค่าต่าง ๆ ร้อยละ 75 นักเรียนไม่สามารถอธิบายเกี่ยวกับความเร็วของลูกระเบิดที่ถูกโยนบนเครื่องบิน และ ร้อยละ 67 มีความเข้าใจผิดเกี่ยวกับการขว้างวัตถุภายใต้แรงโน้มถ่วง (Anne Prescott and Michael Mitchelmore, 2004) ส่วนในปี ค.ศ. 2005 ได้ทำการศึกษา เรื่อง Teaching Projectile Motion to Eliminate Misconceptions เป็นการจัดการเรียนการสอนเพื่อขจัดความเข้าใจผิดในมโนคติเกี่ยวกับการเคลื่อนที่แบบโปรเจกไตล์ โดยจัดการเรียนการสอนให้กับนักเรียนระดับมัธยมศึกษาตอนต้นที่มีความเข้าใจผิดเกี่ยวกับการเคลื่อนที่แบบโปรเจกไตล์ ผลการศึกษา พบว่านักเรียนมีความเข้าใจที่ถูกต้อง มีผลการเรียนรู้ที่มีประสิทธิภาพขึ้น และทำให้ได้ข้อมูลเพิ่มเติมว่าความเข้าใจผิดในมโนคติของนักเรียนเกิดจากความเข้าใจผิดของครูผู้สอน สำหรับในปี ค.ศ. 2006 ทำการศึกษาเรื่อง Teacher Misconceptions About Projectile Motion กลุ่มทดลองเป็นนักเรียนระดับชั้นมัธยมศึกษาตอนต้นที่เรียนวิชาคณิตศาสตร์ของการเคลื่อนที่ภายใต้แรงโน้มถ่วงและโปรแกรมประยุกต์ของแคลคูลัสกับฟิสิกส์ ผลการศึกษาพบว่านักเรียนมีความเข้าใจถูกต้องขึ้น อีกทั้งก็พบว่า ครูเป็นผู้สร้างความเข้าใจผิดในมโนคติเรื่องการเคลื่อนที่ให้กับนักเรียน ทั้งนี้เพราะครูไม่เข้าใจว่ามันเป็นปัญหาที่ทำให้นักเรียนมีความเข้าใจผิด และในปี ค.ศ. 2009 ทำการศึกษา เรื่อง The Impact of Teacher Misconceptions About Projectile Motion On Student Learning ซึ่งเป็นการศึกษาผลกระทบจากความเข้าใจผิดในมโนคติของครูเกี่ยวกับการเคลื่อนที่แบบโปรเจกไตล์ที่ส่งผลต่อการเรียนรู้ของนักเรียน โดยกลุ่มตัวอย่างเป็นครูผู้สอนนักเรียนที่มีประสบการณ์การสอน 10 – 20 ปีของโรงเรียนสตรีในซิดนีย์ จำนวน 2 โรงเรียน แต่ละโรงเรียนแยกเป็นสองกลุ่มคือ กลุ่มทดลอง เป็นครูที่ได้รับการแนะนำให้จัดการเรียนรู้เพื่อขจัดความเข้าใจผิดในมโนคติเกี่ยวกับการเคลื่อนที่แบบโปรเจกไตล์ตามแผนการสอนที่ออกแบบโดยผู้วิจัยหลัก ใช้เวลา 40 นาที ส่วนกลุ่มควบคุมให้ครูจัดการเรียนการสอนแบบบรรยายไปตามเดิม หลังจากนั้นก็ใช้วิธีสัมภาษณ์ด้วยแบบทดสอบที่วัดความเข้าใจผิดซึ่งเป็นชุดเดียวกันที่ใช้ทดสอบกับนักเรียน ผลการศึกษาพบว่า สามารถลดความเข้าใจผิดในมโนคติเกี่ยวกับการเคลื่อนที่แบบโปรเจกไตล์ในครูกลุ่มทดลองได้ แต่ก็ยังมีปัญหาเกี่ยวกับการอธิบายนักเรียนให้เข้าใจเกี่ยวกับความเร็วที่เกิดขึ้นพร้อมกันทั้งในแนวระดับและแนวดิ่งของวัตถุ ส่วนครูกลุ่มควบคุมจะมีปัญหามากทั้งความเข้าใจผิดในมโนคติของตนเองและความไม่เข้าใจว่าทำไมนักเรียนจึงมีความเข้าใจผิด ในขณะที่ Sule Bayraktar ได้ทำการศึกษาวิจัย เรื่อง Misconceptions of Turkish Pre-Service Teachers about Force and Motion วัตถุประสงค์ของการศึกษาครั้งนี้เพื่อตรวจสอบความเข้าใจผิดของครูฝึกสอนฟิสิกส์เกี่ยวกับแรงและการเคลื่อนที่และหาความสัมพันธ์กับเพศ ระดับการศึกษาและวัฒนธรรม โดยกลุ่มตัวอย่างเป็นนักศึกษาฝึกสอนในคณะศึกษาศาสตร์ ของประเทศตุรกี จำนวน 79 คน เครื่องมือที่ใช้ทดสอบคือ Force Concept Inventory (FCI) เป็นแบบทดสอบถามแนวคิดแบบเลือกตอบจำนวน 29 ข้อ ซึ่งตัวเลือกที่ผิดนั้นจะสะท้อนให้เห็นถึงความเข้าใจผิดเกี่ยวกับแรงและการเคลื่อนที่ สถิติวิจัยที่ใช้คือ การแจงแจงความถี่ การทดสอบด้วย t –test และวิเคราะห์ความแปรปรวนด้วย ANOVA ผลการวิจัยพบว่าครูฝึกสอน มีความเข้าใจผิดเกี่ยวกับกฎข้อที่สามของนิวตันไม่แตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญระหว่างเพศชาย-เพศหญิง และปีการศึกษา สอดคล้องกับงานวิจัยอื่น ๆ ที่ทำในประเทศสหรัฐอเมริกาและฟินแลนด์( Sule Bayraktar, 2007) นอกจากนี้ Dilber Refik, Karaman Ibrahim and Duzgun Bahattin ได้ทำการศึกษาวิจัยเรื่อง High School Students' Understanding of Projectile Motion Concepts วัตถุประสงค์ของการศึกษาครั้งนี้เพื่อตรวจสอบประสิทธิภาพของการเรียนการสอนการเปลี่ยนแปลงแนวคิดความเข้าใจผิดของนักเรียน เรื่อง การเคลื่อนที่แบบโปรเจกไตล์กับการสอนฟิสิกส์แบบเดิม ซึ่งกลุ่มทดลอง จำนวน 43 คน สอนด้วยกิจกรรมการเรียนการสอนการเปลี่ยนแปลงแนวคิด และ กลุ่มควบคุมจำนวน 39 คน สอนด้วยกิจกรรมการเรียนการสอนฟิสิกส์แบบดั้งเดิม ผลการศึกษาพบว่าการเปลี่ยนแปลงการเรียนการสอนตามแนวความคิด เรื่อง การเคลื่อนที่แบบโปรเจกไตล์ มีผลการเรียนดีกว่าการสอนฟิสิกส์แบบดั้งเดิม อย่างมีนัยสำคัญ (Dilber Refik, Karaman Ibrahim and Duzgun Bahattin, 2009)
จากผลการวิจัยเกี่ยวกับความเข้าใจผิดในมโนคติเกี่ยวกับการเคลื่อนที่แบบโปรเจกไตล์ ข้างต้น จะเห็นได้ว่าสาเหตุหลัก ๆ คือครูผู้สอน ไม่ว่าจะเป็นครูที่มีประสบการณ์การสอนหลายปี ครูที่เพิ่งจบใหม่ หรือนักศึกษาฝึกสอน หากไม่ได้มีการเตรียมการสอนที่ดี ไม่มีความพร้อมในการจัดเรียนการสอน ประกอบกับมีการทดลองปฏิบัติการทางฟิสิกส์น้อย อันเนื่องมาจากเครื่องมือหรือวัสดุ- อุปกรณ์ที่เกี่ยวข้องกับการทำปฏิบัติการฟิสิกส์ ค่อนข้างมีราคาแพง หรือเครื่องมือที่มีอยู่ชำรุด ทำให้มีเครื่องมือไม่เพียงพอ หรือไม่สามารถทำการทดลองให้เห็นจริงในห้องเรียน นักเรียนไม่ได้รับโอกาสในการปฏิบัติซ้ำเนื่องด้วยข้อจำกัดของเวลา และที่สำคัญโรงเรียนในระดับมัธยมศึกษายังไม่มีโปรแกรมการจำลองหรือชุดทดลองโดยใช้คอมพิวเตอร์ การทดลองการเคลื่อนที่แบบโปรเจกไตล์ที่ทำการวัดเวลาของการเคลื่อนที่โดยใช้นาฬิกาจับเวลา แล้วนำค่าเวลาที่ได้มาหาค่าความเร็ว ทำให้ไม่สามารถวัดค่าเวลาที่แม่นยำ ส่งผลต่อในการเขียนกราฟหาความสัมพันธ์ที่เกี่ยวข้องได้ และแน่นอนก็จะส่งผลต่อความเข้าใจผิดของนักเรียน ทำให้การทดลองการเคลื่อนที่แบบโปรเจกไตล์ มักจะประสบปัญหาในเรื่องการวัดค่าที่ผู้ทดลองเป็นผู้ดำเนินการด้วยตนเอง นักเรียนไม่สามารถเก็บรวบรวมข้อมูลได้อย่างละเอียดถูกต้องตลอดเวลา การประมวลผลข้อมูลด้วยการคำนวณบางครั้งต้องใช้คณิตศาสตร์ที่ซับซ้อน ทำให้เสียเวลาในการคำนวณ การวัดค่าช่วงเวลา มีค่าความคลาดเคลื่อนค่อนข้างมากและมีผลต่อเนื่องในการนำค่าดังกล่าวไปคำนวณหาค่าตัวแปรอื่น ๆ แล้วสะท้อนไปยังในเนื้อหาฟิสิกส์เรื่องอื่น ๆ และวิชาอื่น ๆ ด้วย ทำให้ปัญหาการเรียนวิชาฟิสิกส์ในระดับมัธยมศึกษานั้นยากจะแก้ไขและส่งผลต่อระบบการจัดการศึกษาฟิสิกส์ในระดับมหาวิทยาลัย นักเรียนยังมีความเข้าใจผิดในมโนคติเกี่ยวกับเนื้อหาฟิสิกส์ และจะเป็นปัญหาในระดับชาติว่าจะทำอย่างไรจึงจะพัฒนาประเทศไทยให้เจริญก้าวหน้าทัดเทียมนานาชาติ ทั้งนี้เพราะต้องใช้ความรู้ทางฟิสิกส์เป็นพื้นฐาน ไปพัฒนาออกแบบอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ คอมพิวเตอร์ เครื่องจักรกล ยานพาหนะ เพื่อเพิ่มมูลค่าผลผลิตทางการเกษตรและทางเวชศาสตร์นิวเคลียร์เทคโนโลยี
เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าระบบการศึกษาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีของประเทศไทยได้พัฒนารุดหน้าไปกว่าสมัยก่อนมาก ด้วยทุนทรัพย์และการสนับสนุนที่มากขึ้นทำให้โรงเรียนสามารถจัดหาอุปกรณ์สื่อการสอนที่ทันสมัย ไม่ว่าจะเป็นโรงเรียนในชนบทที่ห่างไกลหรือในเมืองก็มีคอมพิวเตอร์ให้นักเรียนใช้ แต่ชุดทดลองสำเร็จรูปที่มีขายในประเทศไทยค่อนข้างมีราคาสูง หรือบางชุดการทดลองต้องสั่งซื้อจากต่างประเทศ หากได้มีการออกแบบสร้างชุดการทดลองที่สามารถเชื่อมต่อกับคอมพิวเตอร์ขึ้นเองได้ จะทำให้ผู้เรียนมีความรู้ทางด้านนี้มากขึ้น สามารถเรียนรู้ได้ง่าย สามารถทำงานซ้ำ ๆ หรือทำงานที่ละเอียดได้ สามารถแสดงผลออกมาในรูปแบบที่เข้าใจง่ายหรือแสดงผลในรูปกราฟได้ จำลองหรือทดลองเสมือนให้เหตุการณ์ที่ต้องการศึกษาเกิดขึ้นในคอมพิวเตอร์ สามารถทำนายผลการทดลองและทำให้ผู้ทดลองเห็นผลการทดลองได้อย่างชัดเจน ซึ่งในประเทศไทยเราก็มีงานวิจัยเกี่ยวกับการพัฒนาชุดการทดลองทางฟิสิกส์เชื่อมต่อกับคอมพิวเตอร์ เช่น เรื่องการพัฒนาชุดเครื่องมือวัดทางฟิสิกส์ (กลศาสตร์) เชื่อมต่อกับระบบไมโครคอมพิวเตอร์ (นันทชัย ทองแป้น, 2542) ได้พัฒนาชุดต้นแบบเครื่องมือวัดทางฟิสิกส์ (กลศาสตร์) เชื่อมต่อกับไมโครคอมพิวเตอร์โดยอาศัยหลักการของแสง หลักการทางด้านอิเล็กทรอนิกส์ และคอมพิวเตอร์ ในการพัฒนาเครื่องมือตรวจจับเวลาในการเคลื่อนที่ของวัตถุ และเครื่องมือที่ใช้สำหรับการนำข้อมูลดังกล่าวไปประมวลผล วิเคราะห์ผล และแสดงผลด้วยไมโครคอมพิวเตอร์ โดยสามารวัดเวลาได้ละเอียด 1/1000 วินาที และทำการทดลองเรื่องการตกอย่างอิสระของวัตถุ เพื่อหาค่าความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วงของโลก พบว่า การวัดเวลาจำนวน 20 ครั้ง มีส่วนเบี่ยงเบนมาตรฐานเฉลี่ย 0.03% และหาค่าความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วงของโลก ณ ห้องปฏิบัติการฟิสิกส์ 1 (ห้อง4-222) คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยรังสิต ได้ 9.826 m/s2 ซึ่งมีเปอร์เซ็นต์ความคลาดเคลื่อน 0.265% การศึกษาวิจัยเรื่องนี้สามารถประยุกต์ใช้ชุดเครื่องมือดังกล่าวกับการเรียนการสอน หรืองานวิจัย ที่เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนที่ของวัตถุได้ทุกชนิดของการเคลื่อนที่ และปราโมทย์ เสตสุวรรณและปิยะรัตน์ พราหมณี ได้ทำการวิจัย เรื่อง การพัฒนาชุดทดลองทางฟิสิกส์โดยใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์ควบคุมการอ่านค่าและประมวลผลโดยทำการออกแบบระบบควบคุมการจับเวลาอัตโนมัติ ควบคุมด้วยไมโครคอนโทรลเลอร์ และพัฒนาชุดโปรแกรมให้ทำการเก็บข้อมูลและคำนวณผลข้อมูล ให้ทำงานได้อัตโนมัติ ทดสอบกับชุดการทดลองการเคลื่อนที่แบบ Pendulum เพื่อวัดค่าคาบเวลาและคำนวณหาค่าอื่นๆที่คำนวณได้จากค่าของคาบเวลาโดยใช้โปรแกรมที่ออกแบบสำหรับชุดการทดลองดังกล่าว และสามารถเชื่อมโยงข้อมูลไปยังเครื่องไมโครคอมพิวเตอร์ เพื่อทำการคำนวณและแสดงผลเป็นกราฟ และบันทึกข้อมูลการทดลองเก็บลงในฐานข้อมูล (Database) ซึ่งสามารถเรียกขึ้นมาดูและนำมาวิเคราะห์เพิ่มเติมในภายหลังได้ (ปราโมทย์ เสตสุวรรณ และปิยะรัตน์ พราหมณี,2549)
นอกจากนี้ Tilak De Alwis ได้ทำการศึกษา เรื่อง Projectile motion with Mathematica ซึ่งกล่าวถึงการใช้โปรแกรม Mathematica ในการวิเคราะห์การเคลื่อนที่แบบโปรเจกไตล์โดยที่มีและไม่มีแรงต้านอากาศ หากยิงวัตถุจากระดับพื้นดินทำมุมไม่เกิน 90 ด้วยความเร็วค่าต่าง ๆ โดยไม่คิดแรงต้านอากาศ วัตถุจะเคลื่อนที่เป็นเส้นโค้งพาราโบลา แต่ในความเป็นจริง การเคลื่อนที่ดังกล่าวต้องมีแรงต้านอากาศ สมการเคลื่อนที่จึงมีความซับซ้อน ยุ่งยากในการคิดคำนวณ การใช้โปรแกรม Mathematica จะช่วยให้การคำนวณสมการเป็นเรื่องที่ง่าย สามารถสร้างจำลองแบบการเคลื่อนที่ได้หลากหลายสถานการณ์ ง่ายต่อการทำความเข้าใจ (Tilak De Alwis ,2000)
จากการศึกษาวรรณกรรมที่เกี่ยวข้องข้างต้น ผู้วิจัยจึงสนใจพัฒนาชุดทดลองการเคลื่อนที่แบบโปรเจกไตล์ โดยใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์และวงจรอิเล็กทรอนิกส์มา เชื่อมต่อกับคอมพิวเตอร์ โดยมีโปรแกรม Mathematica ทำหน้าที่ประมวลผลข้อมูลและคำนวณหาค่าความเร่งที่เกิดจากการเคลื่อนที่แบบโปรเจกไตล์ของวัตถุ พร้อมกับแสดงผลลัพธ์ที่ได้บนจอคอมพิวเตอร์และเปรียบเทียบผลที่ได้จากการทดลองกับผลจากการจำลองเชิงตัวเลข สำหรับเป็นสื่อประกอบการเรียนการสอนวิชาฟิสิกส์ในระดับมัธยมศึกษา เพื่อให้ผู้เรียนเข้าใจการเคลื่อนที่แบบโปรเจกไตล์ได้ชัดเจนและรวดเร็วมากขึ้น อันจะเป็นการกระตุ้นความสนใจ ให้นักเรียนเห็นความสำคัญ มีความเข้าใจพื้นฐานที่ถูกต้องเกี่ยวกับการเคลื่อนที่แบบโปรเจกไตล์ อันจะส่งผลให้ผู้เรียนมีผลการเรียนวิชาฟิสิกส์ดีขึ้น สามารถเข้าเรียนต่อในระดับมหาวิทยาลัย ต่อยอดความรู้พื้นฐานทางฟิสิกส์ไปพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีให้ทัดเทียมนานาประเทศได้
