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運算思維、創造力與STEM教育正夯

國立成功大學教育研究所及師資培育中心郭旭展助理教授 10/09/2019 197 點閱

       當電腦可以傲視大數據,比人腦更迅捷精準地做出運算,身為教育者的我們,該幫助下一代發展哪些優勢能力呢?綜觀全球教育趨勢,運算思維、創造力、跨領域及高層次思考能力的培養,越來越受到關注。以運算思維為例,世界各國爭先恐後地重擬資訊科技課程。臺灣教育部於2016年發布《2016-2020資訊教育總藍圖》,目標為培養未來資訊科技等跨領域人才。希冀下一代可以成為深度學習數位公民,以「運算思維」與資訊科技工具解決生活世界問題。臺灣也在十二年國教總綱中將資訊科技課程列為國高中必修,以提升學生善用運算思維與資訊科技工具解決問題、合作共創、溝通表達、問題解決等高階思考能力(林育慈、吳正己,2016)。以英國為例,英國廣播公司(British Broadcast Company, BBC)發起了“Make it Digital”數位化計畫。基於“Everyone can code”理念,BBC與Microsoft等廠商與基金會合作發展了Micro:bit微型電腦,指出該裝置能讓學生在學習與應用科技中變得更有創意並成為科技領航者。自2016年起發送一百萬片Micro:bit給英國所有七年級(11-12歲)學生,讓他們從小學習科技與編程、運算思維及展現創造力。此外,以創造力為例,該能力在面對瞬息萬變的未來中扮演著關鍵角色。以台幣113億推動的英國創意夥伴計畫(Creative Partnerships, CP)便指出未來65%工作尚未被發明出來。Frey and Osborn (2017)《未來就業》(The Future of Employment)指出因科技與自動化發展,現在47%工作會在未來20年消失。早期自動化取代藍領階級,如今電腦逐漸取代白領階級。教育如不與時俱進,培育之人才可能不出校門即已被淘汰。

       在這個關鍵時刻,是否有教學思維或方法可以同時間培養學生的運算思維與創造力呢?強調跨領域人才培育的STEM/STEAM/STREAM教育可以被視為非常有效的教學選項之一。美國國家科學院曾警告STEM(Science, Technology, Engineering, Mathematics)科學、科技、工程與數學之跨領域人才嚴重短缺(Ambrose, 2019)。2009年美國總統歐巴馬於「美國振興及再投資法案」(American Recovery and Reinvestment Act, ARRA)中強調STEM教育可增加高價值產業與工作機會,復甦國家經濟競爭力。2012年新計畫預備在未來十年培養100萬名STEM人才。Graf, Fry and Funk (2018)報告指出,從1990年至2016年STEM相關工作增加79%,STEM人才收入高於非STEM人才26%。近年來,學者專家與教育者們,也紛紛替STEM教育添加許多新意,像是美國維吉尼亞科大Georgette Yakman教授提出將A(Arts)納入到STEM中。A狹義上是藝術,但廣義上更包含了美術、音樂、社會、語言等人文藝術學科。

       本人研究團隊近幾年開始與幾所國高中合作,進一步將R元素融入STEAM教學之中變成STREAM教育。R這個英文字在此計畫中有眾多解釋,它代表科學閱讀(Scientific Reading),科學寫作(Scientific Writing)研究(Research),亦或者是生活世界的議題(Real World Issues)。以目前與台南市某國中所合作的七年級科技領域教育為例,我們以超學科(Transdisciplinary subject)方式讓學生們在資訊科技及生活科技課程中進行專題導向(Project-based Learning, PBL)學習。在課程中我們不斷地提供學生科學(S)科技(T)工程(E)與數學(M)知識,並融合科學閱讀(R)與研究(R)的方式,讓學生試著以運算思維與創造力解決真實生活世界的議題(R)。讓學生針對聯合國永續發展目標中「空汙議題」進行發想,參考史丹佛大學d.School所發展的設計思考流程(Design Thinking)進行教學,其步驟如下:

一、探索/同理心(Explore/Empathize):讓學生們以小組合作的方式進入社區進行實地訪查。探索空氣污染的各個面向:空汙是什麼?它從哪裡來?如何形成?出現在哪些地方?

二、定義問題(Define):以分組討論的方式,讓學生開始學習定義問題,思考在眾多空汙議題中他們最想要想要解決哪個面向?場域為何?

三、集思廣益(Ideate):讓學生以小組合作的方式開始想出創意問題解決方法。此時教師及專家們必須協助學生腦力激盪,像是以KJ法、六項帽子法、心智圖法、未來輪、Triz法等教導學生一些創意技法,並幫助他們創意發想。

四、雛形製作(Prototype):教師及專家不斷地扮提供學生跨領域知識,並輔以科技閱讀。以STEAM架構為核心理念,時時提醒教師與學生從科學、科技、藝術、工程、與數學的面向等進行思考。而我們也鼓勵學生在每組作品中必須使用Arduino電路板(屬於課程當中的一部分)。

五、評估(Test):學生們必須上台推廣各組自行發展的作品。我們邀請其他組的學生、教師與專家進行試用、討論,並進行評分等。

圖一、讓學生們樂在學習也許更能提升其內在動機,讓學習興趣得以延續。

圖二、在STREAM PBL課程中,學生必須在其他學生、教師與專家面前發表作品。

       在全球教育追求運算思維、創造力以及跨領域能力的風尖浪頭上,台灣教育部也開始對於課綱等進行大規模變動。面對此教育改革STEM/STEAM/STREAM教育可被視為最有效的教學途徑之一。它們同時可以融入專題導向學習(PBL)、設計思維教育(Design Thinking)以及高層次的關鍵能力如:運算思維、創造力、跨領域能力、批判思考、團隊合作、口語表達、動手作及創意問題解決能力等。但最重要的,我們如何透過創意教學讓學習與生活經驗接軌,進而提升學生的內在學習動機等,也許是個更值得所有教育專家與工作者深思的關鍵議題。

 

參考資料:

林育慈、吳正己(2016)。運算思維與中小學資訊科技課程。國家教育研究院教育脈動電子期刊,6。

教育部(2016)。2016-2020資訊教育總藍圖。

Ambrose, M. (2019). Panel Warns US Faces STEM Workforce Supply Challenges. American Institute of Physics.

Creative Partnerships. (2008). Creative Partnerships.

Frey, C. B., and Osborn, M. A., (2017). The Future of Employment: how susceptible are jobs to computerisation?Technological Forecasting and Social Change, 14, Pages 254-280

Graf, N., Fry, R., and Funk, C. (2018). 7 Facts of the STEM workforce. Pew Research Center. 

Yakman G. (2008). STEAM Education: an overview of creating a model of integrative Education.

 

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