108國教課綱的創新設計 用STEM翻轉台灣教育

前言:12年國教新課綱裡,有不少創新的設計,與STEM教育強調的精神一致。新課綱將在108學年上路,《未來Family》採訪專家學者,歸納整理出三大重點,幫助讀者快速掌握STEM教育在台灣實施的情形。

 

文 │朱立群

 

台灣在多項國際評比中,數理表現都贏美國很多,但這表示台灣的STEM教育做得很棒嗎?

 

實況是:台灣在數學(math)、科學(science)知識性評比表現很強,但弱項是:將這些知識運用於生活上(engineering)、能形成系統性知識或發展成解決人類問題的科技產品或技術(technology)。用白話文再說一次,是強記知識很行,運用有待加強。

 

12年國教新課綱裡,有不少創新的設計。例如,數學領域著重生活應用及工具輔助學習,自然領域強調探究與實作,新增的科技領域則必修程式設計並強調動手做。值得一提的是,雖然課綱本身並未強調,但有些亮點確實與STEM教育強調的精神是一致的。

 

為此,《未來Family》採訪專家學者,歸納整理出三大重點,幫助家長讀者快速掌握STEM教育在台灣實施的情形。

 

重點一:從科目學習到跨科整合, 從STEM到STEM+

 

台灣師範大學科學教育研究所優聘教授邱美虹,用「混和物」和「化合物」的特性,比喻STEM教育不忽略分科教育,但更重視跨領域統整的精神。

 

她的意思是,傳統的數理與科學教育,就像鐵沙與食鹽組成的混合物,成分可混在一起,也可各自分開。如果STEM只是如此,教育效果有限。她認為,STEM教育應該也要像化合物,比如氯與鈉,合在一起叫食鹽,既看不到氯,也看不到鈉。

 

台灣家長當下最關切的,恐怕還是孩子的學業。他們想知道:12年國教放入STEM教育的理念與設計,有助於提升孩子的數理學習成效嗎?這些成效如何評估?

 

未來family提供

(圖01)

 

重點二:PISA及TIMSS,不能代表STEM素養

 

台灣向來重視對中、小學的數理及科學教育,在評估成效並與其他國家比較時,通常會以學生在「國際學生能力評量計畫」(PISA)及「國際數學與科學教育成就趨勢調查」(TIMSS)的表現為依據。

 

PISA針對15歲(國三或高一)學生,就數學、科學及閱讀,評估掌握「明日世界所需素養技能」的能力。TIMSS調查4年級與8年級(國二)學生的數學與科學學習成就,評估他們能否掌握參與社會所需的知識與技能。

 

從國際評比的名次來看,台灣與亞洲的日本、韓國、新加坡以及香港,都是PISA與TIMSS的優等生。以2015年評比為例,台灣在PISA數學與科學都是世界第四;TIMSS則是4年級數學第四、8年數學第三;4年級科學第六,8年級科學第三。

 

然而,進一步分析卻發現,台灣學生表現雖好,學習態度卻相當負面。近幾屆的TIMSS資料顯示,除了4年級科學之外,對於4年級數學、8年級數學及科學的學習,學生既沒興趣、沒自信,也不重視。

 

家長看到這兩極化的結果,不禁想問:PISA或TIMSS真的可以反映孩子的STEM素養或能力嗎?邱美虹不這麼認為,「或許我們的學生就是適合考試。」就STEM個別科目而言,她建議更應注意細項的評估,以2015年的PISA科學素養評比為例,台灣學生在「辨識科學議題」排名17,表現較差。但這些才能彰顯台灣學習上的弱點,提醒教學與政策制訂須多注意。

 

至於在較高層次的STEM跨領域統整及實作應用能力方面,中央研究院數學研究所兼任研究員李國偉表示,並不適合用PISA或TIMSS評比。因為這些評量各有預設的目的,況且當年設計時,STEM、STEAM或STEM+的概念及AI人工智慧尚未成熟。

 

「應趕快發展project-based(主題式)的教育,」李國偉認為,推動STEM教育,這才是當務之急,「先不要管國際評量,任何的評量都是後見之明。」

 

未來family提供

(圖02)明道中學的學生在該校的Fablab製作自己發明的垃圾桶並參加馬來西亞發明展,摘下銀牌。

 

重點三:學校不是唯一的STEM學習場域

 

任何推動STEM教育的國家,都會鼓勵社會上多數成員共同參與,讓學校以外的場所,也可以是主題式學習的場所。2010年10月在美國紐約中央公園舉辦的「終極街區派對」(The Ultimate Block Party),就是著名的例子。

 

派對主題是「遊戲場所也可以是STEM教室」,要讓家長了解,遊戲對於孩子學習知識是重要的。整場派對包含28項活動,涵蓋冒險、建築、體能、創作、藝術、裝扮、技術、語言遊戲共8大遊戲領域。來自科學界、企業界、非營利組織、博物館等各領域參與者多達5萬多人,《慾望城市》女演員莎拉·潔西卡·派克也共襄盛舉。

 

這種擴大社會參與的學習景象,其實不難想像。在台灣,我們也可以把STEM教育當做圓心,用三個同心圓,畫出近幾年陸續成形的STEM學習地圖。由內而外,第一圈是學校教學,第二圈是企業公益支持及民間教育資源,第三圈是科學博物館。三環之間,創客(Maker)、黑客松(Hackathon)、機器人設計製作等,都是非常熱門的STEM教育活動。

 

在台灣STEM教育的同心圓裡,科學博物館的角色常被家長低估。事實上,它才是跨領域、跨主題學習的極佳場域。

 

以位在台北士林的國立台灣科學教育館為例,館內展覽主題與課程非常適合國小、國中學生參與。科教館館長朱楠賢以館內的「仿生展」為例表示,與學校STEM教育相比,科學館或博物館針對不同主題打造深度的「浸潤式」學習情境,孩子吸收知識的方式不再是被動的看、聽,而是要與展品互動,當場實作,是真正的從「做」中「學」

 

與STEM精神一致的新課綱將在108學年上路,應多鼓勵孩子放手大膽探究與實作,可以提升學習興趣與信心的學習成就,才是有意義的成就,這樣的STEM教育更值得肯定。

 

 

(附錄)【STEM教育從高教往國教延伸】

 

STEM一詞第一次完整出現,是在美國國家科學基金會(NSF)於1996年提出的《型塑未來世界》報告裡。比這再早10年,NSF報告裡的用字是「SME&T」(科學、數學、工程與科技)。當時不管是SME&T或STEM,都是指各自獨立的學科教育,而且主要是大學裡的數學、科學、工程及科技教育。

 

美國對STEM教育的強調,很快影響其他國家。2004年,英國教育與技能部(教育部的前身),首次針對英國跟STEM有關的教育及研究資源進行盤點,並於2006年後發表《STEM計畫報告》,為STEM訂出發展計畫。整體而言,國際上對STEM教育的重視,一開始是以高等教育為主。

 

美國前總統歐巴馬在2009年上任後,推動STEM教育向下延伸到幼稚園至12年級(K-12)階段,強調跨科整合,學習範疇不限STEM字面4科。相關政策引起企業迴響,惠普(HP)公司在2013年召開全球「STEM+教育」大會,把STEM的範疇外延至創新、全球溝通等非科學領域,為教育開啟無限想像。歐巴馬也表示,這樣的STEM教育將不限於學科知識的學習,而是可以帶領孩子理解、探索、參與世界,甚至改變世界。