Last Updated on 2021-11-16 by H編

「STEM」其實是科學(Science)科技(Technology)工程(Engineering),與數學(Mathematics)四個單詞的縮寫。STEM教育注重以跨學科及應用的方式結合這些領域,目的是為讓下一代提前做好準備,迎接未來以STEM領域為主的就業市場。台灣也已經祭出12年國教、素養教育等措施,配合新增的”A”(ART,藝術),形成STEAM教育,讓STEM以及STEAM教育在各級學校日漸普及,培養下一個時代國家的競爭優勢。

MindDuo 在本篇文章會介紹STEM的起源以及目的,包含STEM是如何與教育作結合,大眾對STEM教育的迷思及目前遇到的困境等,並從實際案例去看看台灣STEM教育的發展現況。

STEM教育各自的意思,STEM教育分別代表科學、科技、工程與數學

STEM起源為何?什麼時候開始推行STEM教育?

STEM的概念最早由美國國家科學基金會(NFS)於2001年提出,之後美國國家學院(The National Academies)2005年發布報告「超越聚集風暴」(Rising Above the Gathering Storm),明確點出繁榮、仰賴科學及技術的知識密集型工作,與持續創新以解決社會問題的關聯性。報告也指出,如果國家因STEM勞動力準備不足,無法在全球經濟中競爭,將面臨可怕的後果,引起了美國兩黨議員的討論。

美國的目標是透過STEM教育,培養並準備充足的新型勞動力。美國白宮2018年公佈的STEM教育發展5年規劃指出,美國將透過發展豐富的戰略夥伴關係、吸引學生的跨領域合作學習環境、培養公民素養,與流程的透明度及問責,達成跨領域綜合發展的戰略目標。

stem education requires students to learn for practices

STEM怎麼與教育結合?

以美國為例,STEM教育在不同階段皆有不同的指標與方向。在小學階段,以介紹性的課程為主,培養學生對於STEM領域及職業的了解,主要目的為激發學生對STEM領域的興趣。在中學階段,STEM教育不僅會繼續加深學生對相關領域及職業的了解,並告訴學生這些領域的學歷要求,課程內容也會變得較嚴格且具有挑戰性,學生對STEM職涯的探索主要會從國中階段開始。高中階段較側重讓學生以嚴謹且挑戰的態度應用STEM科目,更加重視建立校內與校外STEM機會的橋梁。

而台灣的STEM教育,則倡導「跨領域」、「動手做」、「生活應用」、「解決問題」、「五感學習」五大學習精神,強調應以整合的方式培養學生的掌握知識與技能,進而解決真實世界發生的問題,並藉由實際動手做,幫助學生培養經驗,與自主行動的實踐能力。台灣的家長若想自行培養孩子的STEM領域能力,可以使用強調學中玩、玩中學」的STEM玩具,啟發孩子解決問題、面對挑戰的能力。

steam is a cross discipline education

STEM教育對未來的影響,為甚麼需要STEM?

美國勞工統計局預測,STEM領域的就業人數將在2028年前增長8.8%,需要強大STEM背景的醫療保健相關職業預計還會增長更多,而非STEM領域的就業人數僅會增加5%。

在教育方面,STEM教育能使學生養成批判性思考的習慣,幫助學生在任何領域都能取得成功。各個年齡層的STEM課程都時常需要團隊合作,並動手進行專案,在幼兒STEM課程中,可能會讓孩子動手使用STEM玩具,年齡稍長的學生則會練習組建簡單的機器人、引擎、程式,比其他領域更能培養學生的團隊合作與專案管理能力。

而2020開始流行於全球的COVID-19疫情,使愈來愈多人使用ZOOM、Google Duo等軟體與親友或工作夥伴聯繫,也使得使用及開發相關技術的能力愈來愈重要,預估在未來疫情結束後,各行各業的工作習慣仍會保留部分疫情期間使用的技術,因此具有強大STEM基礎的學生,將更有機會在未來取得成功。

從個案看台灣的STEM教育發展現況

台北市士林區蘭雅國小附設幼兒園便曾於2019年對幼兒園學童實施STEM教育,主要針對3-5歲幼童。幼兒園教師將STEM教育分為三個階段「探索期」、「實驗期」、「回顧成果期」。

在探索期內,教師會透過分享繪本,與孩子討論「什麼是風?」,之後向孩子解釋,「空氣」與「風」是同個東西,並進行「抓風」的小活動,啟發孩子的探索的興趣。

在實驗期間,蘭雅附幼的教師透過帶孩子進行「空氣可以被壓縮」、「空氣有阻力」、「空氣可以助燃」、「白努力定律」等九個實驗,讓孩子自行動手做後,自己發現關於空氣的各種現象,之後再經由教師的解說,深化幼兒的經驗。

在最後的回顧成果期,則讓孩子試著將實驗結果結合生活經驗,舉例指出生活中有哪些事物也與空氣息息相關,教師也進行簡易的實驗與說明,進一步深化本次STEM教學對孩子的影響。

這起台灣的STEM教育案例有明確的教學策略與學習目標,讓孩子能循序漸進地接受STEM教育,最終獲得「全國學校經營與教學創新KDP國際認證獎」。

stem education includes multiple aspects

STEM教育的迷思

STEM教育近幾年熱度愈來愈高,但大眾對於STEM教育仍有不少未被破除的迷思。以下簡要列出三點:

要求知識的完整性:

許多人誤解師長在規劃、進行STEM教學以前,應具備完整的STEM領域知識。但台灣師範大學科技應用與人力資源發展學系教授林坤誼與澳洲科廷大學(Curtin University)教育學系教授威廉斯(P. John Williams)的研究發現,影響STEM教學品質的主因是教師依據學生需求與學校環境,規劃合適的STEM教學活動的能力,而非教師本身在STEM領域的知識水平。

重視教具大於興趣:

不少老師認為,只要利用讓學生實作的STEM教學活動或玩具,就能提升學生對STEM領域的興趣,但林坤誼教授的研究發現,真正影響學生興趣的關鍵,是教師引導學生在實作的STEM教學活動中進行高層次思考,深化學生在STEM領域的學習。

只要實作就有效用:

許多人認為只要讓學生動手實作,學生就能學習如何進行STEM的跨領域統整,但林坤誼教授與威廉斯教授的研究發現,必須在學生動手實作的同時,藉由有效的教學策略加以引導,才能有效率地協助學生統整STEM知識及能力。

STEM教育的困境

缺乏有系統的STEM師資培育

台灣過往的師資培育課程,較少針對STEM跨領域統整教學培訓,使得教師實際進入教學場域時,較難發揮、落實STEM教學策略。專家也指出,在實際進行STEM教學時,教師的知覺行為控制,是影響他們落實STEM教育的重要因素。

缺乏有系統的STEM教育規劃

目前台灣在推動STEM教育時,並未釐清STEM教育的目標,因而沒有訂定出有系統的STEM教育政策。同時,台灣教育體系也缺乏檢核STEM教學設計的標準,讓STEM教育的品質難以被精確控管,容易淪為培養各領域素養的工具。

反思:STEM教育與STEAM教育,創造力的開發

在STEM教育發展一段時間後,出現了新的STEAM教育,新增的A便是指藝術(arts)。STEAM教育與STEM教育一樣強調科學概念,但會在創作過程中使用探究及基於問題的學習方法去實踐,提供學生進行創造性學習的機會。讓學生運用問題解決能力等21世紀重要的技能,並且指明22世紀的目標,聯繫、關懷、社區、文化。達文西、蘋果公司都已展示了科學與藝術結合的重要性。

 

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