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STEM遇見藝術:從STEM到STEAM的轉化


一、前言

美國STEM (Science, Technology, Engineering, and Mathematics)教育正熱,STEM代表科學 、科技 、工程和數學,其大致目標如下:

  1. 提升美國學子在數學和科技的競爭力。美國在PISA (The Program for International Student Assessment)在已開發的六十五個國家之中,科學和數學的排名屬於中間(OECD, 1996)。有鑑於此,美國教育當局投下大筆經費改善學子在數學和科學的學習狀況,希望藉由施行STEM教育能提升美國學生在科學和數學的素養,追上其他OECD國家的水準。另一方面,大學生在選讀STEM相關領域時,38%的會轉其他專業,原因可能基於之前基礎不夠紮實,原因來自幼兒教育至高中的教育系統,STEM中的「T」和「E」很少當作學科來教。
  2. 為拓展女性和弱勢族群對STEM的素養和參與度,希望增進女性和弱勢族群就讀STEM相關職涯科系,充實STEM行業的質和量的精進和多樣化。2016年,女性獲得電機工程學位的比例從19% 降到18%。職涯專家Nadya A. Fouad的研究發現,一半以上的女性離開電機工程領域,因為覺得繼續在STEM領域發展沒有晉升的前景。STEM相關職業管理階層,尤其是高階管理階級女性的比例,女性比例偏少。為了達成以上兩目標,美國在中小學甚至幼兒教育階段,大張旗鼓實踐STEM教育,希望提升修讀STEM相關科系以及人力質與量的增進。

除了STEM之外,加入藝術,成STEAM (Science, Technology, Engineering, Art, and Mathematics)教育。STEAM的形成,和當前大學教學回到中世紀的模式,科學和藝術非二元論。STEAM教育的目標有三:一為轉化STEM教育課程,除了目前的科學、科技、工程和數學之外,把藝術和設計也列入課程焦點;二為提升學生學習動機和興趣;三為影響企業雇用藝術家和設計家來驅動創新力,於是STEAM應運而生。 本文藉由講述當前熱門STEM、STEAM,希望對台灣教學現場提供一些借鏡。

 

二、跨領域STEM教學的特色與教學範例

在美國,一個完整的STEM課程應該具有下列特色:

  • 生活化和引人入勝的教學情境。
  • 學生融合並應用重要的數學和科學內涵。
  • 探索式學習。
  • 以學生學習為重心的教學方法。
  • 學生運用所學的電機工程和設計程序,來解決生活中相關的挑戰。
  • 焦點在團隊合作和溝通。

STEM常見的教學方案如:建造橋樑,詳見圖一範例。從圖一可看出,學生在運用冰棒棍,來建造橋樑時,需要運用並活用過去學過的重力知識,並運用數學測量和估計,怎樣的冰棒棍距離才能有最佳的承載重量。橋樑搭建好之後,學生可放不同物品上去,試試橋樑可承載重物,如:書 、機器人 、樂高積木等等。建造橋樑的教案所需材料相當簡單,但卻應用了過去所學習的數學計算、科學與建築學等能力。

建造橋樑是美國STEM常見教學方案,學生運用冰棒棍建造橋樑時,需要運用過去學過的重力知識,並運用數學測量和估計,怎樣的冰棒棍距離才能有最佳的承載重量。

圖一、STEM教學方案:初階橋樑建造到進階版

 

另一STEM教案如:設計電子安全系統。大型企業和一般住家常用電子安全系統來保護他們居家環境安全、或防止貴重財產的損失。假設今天台積電TSMC雇用您重新設計廠房的安全設計,你會怎麼設計呢?假設今天你設計的電子安全系統是為居家設計的,你會做什麼改變呢? 學生需要活用及應用STEM,創新思考電子安全系統的構圖,評估系統的安全性,並和他人溝通和表達構圖背後的想法。這樣的過程涉及到語言藝術,也就是以下介紹的STEAM。

 

三、STEAM的特色與教學範例

當STEM遇見藝術,並不代表工程師缺乏美感、創造力和原創性,而是融入藝術。這裡的藝術不單單是在工作室畫畫,是用藝術發現和創造解決問題的方式,呈現資訊,並由STEAM教學過程,讓學生投入學習,並持續解決問題(Education Closet,2019)。試想建築師設計大樓時,需要運用電機工程、數學、科技、科學並結合美感,才能建造出兼顧美觀的大樓。STEAM教育並不是近年的風潮,早在文藝復興時代,達文西(Leonardo da Vinci)和米開朗基羅(Michelangelo Buonarroti)開創先河。達文西畫了直昇機概念圖,且在解剖學 、流體動力學和光學等領域,有重要的發現與貢獻。米開朗基羅結合工程學、建築和美學,設計羅馬的聖彼得教堂。許多現行的STEM教案,已涵蓋藝術元素,STEAM教育應有下列特色:

  • 設計:學生運用藝術設計或裝飾製造產品。他們運用電腦影像創造商標或流行產品,並運用此概念在簡報或日常生活中。STEM課程中,學生可透過工程學設計、美化產品,創造既美觀又耐用的產品。
  • 表演藝術:如戲劇和演講,學生運用語言表達、溝通STEM計畫,讓他人能瞭解他們的計畫或製造產品。
  • 創意規劃:當學生腦力激盪電機工程的問題時,鼓勵採納有趣的、發明性和藝術的方法。這樣產生的產品,可能更讓人耳目一新。

STEAM目的不是教學生藝術,而是應用藝術在生活環境之中。常見STEAM教學方案,如:種子項鍊。教案的材料如圖二所示:黏土 、種植土 、種子、實用色素等,皆為日常生活常見原料。

STEAM目的不是教學生藝術,而是應用藝術在生活環境之中。常見STEAM教學方案,如:種子項鍊。教案的材料包含黏土 、種植土 、種子、實用色素等,皆為日常生活常見原料。

圖二、種子項鍊原料和成品

 

四、結語

借鏡美國STEM教育,就得從幼兒教育開始,若片段的實施,缺乏之前的學習基礎,這樣實施的STEM教育不免失去原本美意。若學習的知識不是日積月累,又怎能讓學生活用學習知識來解決以後職場面臨的問題。不論STEM 或STEAM的培育,皆以未來人力的需求為著眼點,拓展女性和弱勢族群,提升素養和參與,充實STEM行業的質和量的精進和多樣化。科技還是始於人性,並為業界帶來創意和創新的新機會。如何更加有策略的設計STEAM教育,為下一代學子準備AI時代,值得台灣教師和教育界省思。 

(本文改寫自作者刊登於108年4月《教育研究月刊》第300期的〈美國跨領域教學趨勢:從STEM到STEAM的轉化〉一文)

 

延伸閱讀:

  1. Catterall, L. G. (2017). A brief history of STEM and STEAM from an inadvertent insider, The STEAM Journal, 3 (1). Doi : 10.5642/steam.20170301.05
  2. Education Closet. (2019). What is STEAM?
  3. Fouad, N. A., Singh, M. E., Fitzpatrick, R., & Liu, J.P. (2012). Stemming the tide : Why women leave engineering
  4. OECD (1996). The Knowledge-based economy
  5. Sousa, D.A. & Pilecki, T. (2013). From STEM to STEAMThousand Oaks, California : Corwin.
  6. Strasser, A.R. (2014). Women are leaving science and engineering jobs in Droves
來源:張曉琪/史丹佛大學醫學院研究員;聖荷西大學人文藝術學院課程分析員