STEM教育與跨領域課程的差異是什麼?

很多人在科學教育中會談STEM,但STEM一直沒有被理解發展的原因與脈絡,更難做出區隔。市面上蠻多補習班強調自己有STEM教育,學校也在談STEM,所以真的了解STEM了嗎?

名不正則言不順

我經過昨天科學教育學會暑期學術研究工作坊後,我依然發現目前科教圈包含教授在內,就算有經過文獻探討了,但依然很難精準且有力的描述區隔。

在工作坊中,我提出一個問題:

STEM教育和跨領域課程的差異在哪邊?

然而對STEM有所認識的研究者也很難去界定差異,說了一長串以後依然只說到類似跨域課程但不是跨域課程。

STEM是一種跨域課程,然後呢?

如果STEM就是跨領域課程,那麼我們幹嘛要跨領域課程,課綱直接全部改成STEM課程就好啦!

爭論定義與證明是刁民的堅持
卻也是親民的前備工作

的確STEM、素養等科學教育名詞是眾說紛紜、各家表述的狀況。當我在科教學會的工作坊提出這個提問時,有教授建議應該把問題適當的收斂,然而我對這回應不以為然。

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一個教育名詞各自表述,跟政治一樣精采複雜

我可以理解,追求教育名詞定義是一件非常攏長多餘的事情,畢竟論文方法是參考各家觀點後,提出自己的論點。在教育論文中,我們可以發現課程或者教學法等教育名詞的定義是一直不斷在變化的,所以仔細討論STEM的定義,在教育學術場合上真的很沒意義。

然而就是社會認識的實然面如此,實然面就是大家都搞不懂,才急須要從各家之言找到公因數,或者釐清誤解。這是面對政策面實施的問題。

科學需要科普,那麼科學教育的名詞、教育的語言是否也普及化呢?

教育若只是口號,那就只是教師社群在自high,等著讓公家單位來收割。
然後公家單位推行時也搞不清楚,因此就變成補教業者來收割。

最後最後,又會被說是放煙火、亂搞一通,增加教育改變的失敗經驗,導致教師乃至於民眾對於新式教育倡導的不信任。

我認為這種很後設的思考與批判會讓人覺得身在雲端、不接地氣,探究STEM課程與跨領域課程的差異,是一個很學術性、很哲學語言分析的高端思想。然而這種後設的批判討論出正確的話語,讓社會大眾的孩子父母、乃至於教師與政治人物可以搞清楚 “他們在做什麼”、”我們該做什麼”,亦是我們這些教育研究者、科學研究者的責任。

真正的接地氣,是說清楚講明白,簡明扼要,
不要讓社會大眾隨意想像或者緊慌。

而目前的實際狀況是,大家都慌了,所以學校急著想要做特色來未雨綢繆,補習班才突然莫名其妙走在教育的前端。我們真的有必要去梳理脈絡並且定義出來。否則教育政策端出虛無飄渺的牛肉來徒增教師負擔、各教師又亂做一通,補習班趁機發大財但也沒有真的到STEM、打著STEM的名號賺父母們的辛苦財。

難道我們又要重蹈九年一貫實施之初,建構式數學的"理念成功,實踐失敗"的覆轍嗎?

什麼是STEM?

簡而言之:

STEM就是
不限於也不全然包容於這四科,
但以科學、科技、工程、數學為核心,
具有很強烈特徵的實作與問題解決導向的課程。

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STEM是怎樣出來的?
從STEM的演變前後看STEM的特質

STEM教育的前身是Maker group,因此要帶有社群交流與分享的特性;再前身是Maker自造者潮流,因此目標是實作與問題解決導向。這兩個概念被教育課程所接納,產生出來的就是一開始試圖跨域領域的SMET, 後來名稱又改為STEM。

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從Maker的車庫,到Maker group的自造者空間;前者的精神是手作、後者的精神是分享與共享討論。兩者使用在課程設計上,很強調教學的功能,就是STEM課程了。

後來STEM進一步產生與藝術結合的STEAM、加入閱讀R的STREAM,顯示這種課程是具有擴張性、包容性與彈性的;況且在學校為了讓更多教師能夠推廣,必然有這樣的需求。

其中STEAM的發展還有兩個階段,單純與美感或者設計美的Beautification,到了設計多元智能的Design Thinking。

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設計思維,設計的不是物品的美觀,而是 “ 藝術的行動決策 “

到了這個層次,我們已經很難把STEM限制在 "做一個實務產品"。這個時候STEM的產出,雖然具體但不見得是物體,而有可能是一種 工作方法、優化流程、制度修正、傳播策略 等。

例如 “ 在校務會議上討論要不要調整上下課時間 “,會考慮到很多面向,如果把這個議題用在師資培育上的討論,這就是一種廣義的STEAM的課程。把教育哲學實踐在班級經營的技術與藝術,就是泛意STEAM中的藝術。

教師本是創客,科學師培本身就要STEAM

最近又加上了R的STREAM,則代表我們在跨領域的學習與實作中,必然一定要有閱讀素養,以提供為問題解決的先備資源。

另外一方面,有些STEM會強調R閱讀以外,還會加上 (1)事先規劃、(2)模型,這兩個必經過程;另外有些課程會回歸Maker group的精神而有團隊合作、(3)分享與討論。

這些分別落在108課綱自然領域的思考智能、問題解決中

這些是沒有必然實踐於真實課程,但為了達到STEM課程的目標,閱讀啦、規劃與模型測試啦、分享與討論啦,這些步驟或能力通常會做為學習建構的鷹架包容進去。

從STEM的前後發展,來歸納一下STEM課程的特色

  1. 主要以科學、科技、工程、數學為核心
    ( 但不見得硬規定要全部使用這四科連結 )

  2. 設計課程的核心,具有很強烈的科技整合精神

  3. 可以產出的是虛擬的概念、方案之類的,不見得是實際的物品。
    但一定要具體、可行、解決所需的問題。

  4. 可以更加的跨領域

  5. (最好) 具有分享與討論的過程

  6. (通常) 具有閱讀、規劃設計、模型製作與測試

特別注意我在第二點並不是說 “跨領域” 整合,而是 “科際整合”。跨領域是可以國語跨歷史的課程,但科際整合就比如歷史跨地理的整合。在STEM來說,就是泛理工科的科際整合。這也是STEM無法直接取代或化約為跨領域的緣故。

那什麼不是STEM課程?

不是器材的問題,
而是有沒有掌握STEM課程精神的問題

  • 只有玩空拍機,但實際上主要是學習操作而已,
    沒有跟科學、數學、工程結合的,不是STEM

這最常出現在學校教育中,空有素材卻沒有最大利用化。

另外將空拍機跟社會科結合的話,因為規劃設計與模型建立十分微弱,所以應該算是跨域課程。

  • 只有玩機器人,但程式寫法是老師指定的,乃至於背誦程式,不是STEM

這最常出現在體制外補習班。簡單來說,學操作機器人就是學操作而已,比較像是邏輯思維的訓練,並不能隨意聲稱是STEM。

但是如果機器人設計是問題解決導向,例如:

我要怎樣設計讓機器人可以把東西推到我想要的斜坡地點後走回來

這種開放性、且有設計到一點物理概念時,這種程度可以稱為是STEM。

簡單來說

不是學了機器人、空拍機、3D列印就是STEM

而是為了STEM課程,學生 “”可能會””” 用到
機器人、空拍機、3D列印

過去我在做程式語言時,高三接觸到一個日本的新興程式語言,叫做RUBY。Ruby語言的創造之初就是:以人本為主,讓人做程式的主人。重點是為了達到目標而不是讓人傷腦筋。

寫程式當然有優劣之分,現代比較不會偏向寫得小、寫得精簡,而是拚比效率與是否會出錯。但比起專研於成為六十級巫師……我是說專研成為程式工程師,我們生活中運用還不如用多個一兩秒的時間、節省更多設計思考與創造的過程,來達到目的。

目前學生在學習的 Scratch 就是這種狀況下出現的教材。所以

  • 學習Scratch而已,不是STEM,那單純是資訊教育

  • 學習Scratch並有用自己的方式完成教師設定課題,算是比較不好的STEM
    (因為不是解決生活真實問題;沒有實作物品)

  • 為了達到自動化節省人力的需求而使用Scratch來達到目標
    例如幫同學假日不來學校也可以澆菜園的水,這才是STEM了
    (有解決生活問題,且有實作出 “為了達到目的所需的程式” )

所以很感慨的,很多學校在推的STEM,其實是一種硬體設備的炫耀與擺飾,原因就在於不了解STEM的精神,但聽到廠商有在推銷就買下來了。

不然真要STEM,製作磅蛋糕同時用到了數學、科技測量、食品科學,也是一種廣義的STEM呀!

跨域課程包含STEM
而STEM是教育目標特化的跨域課程

探究,不見得為了解決生活的真實問題

為什麼要打這篇文,主要是因為我認為沒有好好討論STEM,會給校本課程設計帶來莫大的麻煩。

  • 探究需要跨領域

  • STEM是一種實作且實用導向的探究課程

但不是每個探究都一定要為了解決真實問題,例如

  1. 過去的問題

  2. 隱藏的謎題

  3. 理論的創造

例如文學作品、藝術的詮釋。這些很有可能會跨到S、T、E、M,但不是STEM課程。

  1. 舉例來說:從數學與光學角度去探究維梅爾是否在作畫時用了暗箱,這探究課程本身可能會也會動到科技與工程,但問題是這並不是產出一個 “實用” 導向的事物,而是一種純粹的好奇、再發現的探究。

  2. 再舉例來說:從氣候變遷與文獻來探討為什麼中國明朝末年會飢荒,實驗看看番薯在偏低溫或者乾旱的耐受率去佐證。很抱歉這也是為了再發現而純粹好奇的探究。

  3. 又舉例來說:對於星體的觀察,以海王星的發現為例觸及到了數學、工程與科技。但如果我們的課題是怎麼確認某顆小行星是新的天體,請問這也是有產出實用作品嗎?

並且為什麼要嚴格區隔STEM教育與跨領域教育,其實還有兩個原因

  1. STEM課程很注重實用主義 (即有沒有用-能不能解決問題)

  2. STEM課程的跨領域比較專注在理工科群的科際整合
    但跨領域可以更深更廣

STEM課程特色就是因為解決了生活的真實問題而有社會變遷的需求,然而要特別小心,STEM並不能因此包含了各領域後,就謊稱STEM是跨領域,或者說STEM類似跨領域。

將STEM課程設定為校本課程,非常的好,與生活有關聯必然可以提升學生的學習興趣。然而探究並不是為了真的要有用,有可能是充實社會的文化,或者純粹的滿足自己的挑戰慾望。

為了好奇而探究,為了不服輸而探究,
為了充實自己與社會而探究,
這些也是探究的其他面向。

引入STEM課程的學校必要理解STEM的真正精神。另外一方面也不能號稱這就是跨領域課程,否則我們太偏向實用主義後,會忘記兩件事情。

  • 我們並不是為了每個事情都要有用而學習

  • 太強調實用主義的實際產出,
    有可能會扼殺對基礎理論的探究

重視實用主義,但也要小心不要功利主義

我曾經在聯合報鳴人堂專欄寫了一篇 “從國民教育角度回應:為何要教看似無用的知識?”,裡面提到

所以很多知識或者問題,本質上不是真的要讓學生要背知識/公式/解法,而是訓練思考能力,做各種可能性的探討。課本的章節與內容,對於素養導向的教學來說都是幌子。實際上教師會分析課文單元的特性,考慮希望帶給學生什麼素養的訓練,進而改變、設計課程。「人皆知有用之用,而莫知無用之用也」,素養導向教學,也可把一些可能過時、無用、暫無即刻用處的知識作為材料,教導如何處理事情的能力,將這類知識更深入的潛移默化。

如果是要讓學生可以靈活運用數理所學,STEM無疑是當今科學教師可以參考的精神或者課程設計;然而如果我們把眼光放大到跨領域課程時,STEM就有其侷限性與功能性了。我認為要清晰的釐清這兩者的概念後,執定校本課程或者做彈性時數課程規劃時,才會有所本。

【文章出處】

蜜蜂老師ㄟ蜂窩: https://bit.ly/3cCArBW

蜜蜂老師|陳民峰