[教育] STEAM 的教材設計與教學態度

STEAM 指的是科學(Science)、科技(Technology)、工程(Egineering)、Arts(藝術)和 Maths(數學)等五門學科,其推行原由是因為未來近乎所有產業與工作將與此五個領域密切相關,即使傳統產業也將不免受到影響,IBM 副總裁羅伯特‧托馬斯去年於《中歐商業評論》上甚至發表言論:「現在公司與科技公司正在變成一個同義詞,一個公司要是不能成為科技公司的話,就只能等死」。如同華盛頓郵報就是一個很好的例子,詳細緣由請參考此文

這時候很多人應該都會浮出一個疑問,就是過去在我們的教育中其實一直都有涵蓋這五個學科,為何近幾年要特別強調呢?筆者認為現今所強調之 STAM 教育除了強調的是此五門學科彼此間的融合外,更要求於非認知能力上的培養,非認知能力指的是學科知識以外的能力,像是:毅力、信心、品味、自制力、溝通能力、團隊協作、主動學習,甚至近幾年火紅的「運算思維」也能歸類在非認知能力中,這些能力恰好也是過去十年學者所研究「成功」的要素。而筆者於相關工作時,於教材設計與場域中獲得了一點感想,供大家參考,若內容有誤敬請來信指教。

傳統教學 V.S. STEAM 教學

到底傳統教學與現今的 STEAM 教學有何不同,我們可以簡單從下表得知:

項目 傳統教學 STEAM 教學
教學主體 教師為中心 學生為中心
教學方法 講述法 專案導向或問題導向
單一節課學科 單門 多門
學生人數
課前準備 較易 較難
師資培訓 較易 較難
限制條件 較少 較多

教材設計

目前較常使用 STEAM 教學情境是以做中學 (Learning by doing) 為主,透過學生的主動反思與探索來領悟知識點之間的關聯,因此在教學方法上通常會以專案導向學習 (Project-Based Learning)或問題導向學習(Problem-based learning),筆者簡單介紹如下:

  • 專案導向學習(Project-Based Learning)
    • 基於建構主義理念的一種學習方式,其目的在消除在學習後知識僵化的現象,藉由專題安排複雜且真實的任務,統整不同學科領域知識的學習,學習者經由一連串的探索行動,以及合作學習的情境,學習問題解決的知能以及知識活用的技能。(資料來源:國家教育研究院)
    • 專案範例:設計一款裝置來監測土壤溼度的變化
  • 問題導向學習(Problem-Based Learning)
    • 以學習者為中心並利用真實的問題來引發學習者討論,透過老師決定教學目標與進行問題的引導,藉由小組的架構培養學習者的思考、討論、批判與問題解決能力,有效提昇學習者自主學習的動機,並進行目標問題的知識建構、分享與整合。(資料來源:國家教育研究院)
    • 問題範例:如何去監測土壤狀態以穩定植物的生長?

至於專案導向學習與問題導向學習兩者之間細部還有什麼不同,本文不在此說明,有興趣的人可以參考此篇研究

既然是 STEAM,基本在很多時候都是離不開程式設計的,而在筆者過去的場域試驗中發現傳統的程式教學方式,學習者的學習效果非常不好,後來在修讀管理學時獲得一靈感,即是使用「套路」的方式來教學,套路學習的概念有點像照 A 方法可以達到 A 效果、照 B 方法可以達到 B 效果,學習者一開始不需要知道程式為何要這樣寫,也不需要深入理解程式的執行原理,只要知道照這樣寫可以達到此效果即可。等到學習者對於此套路的使用已純熟在細部解釋其程式原理,如此一來即可大大提升學習良率。

我們可以用小一數學的範例來類比兩種將學思路的不同:

  • 傳統程式教學法:先教你 1 在數學上的定義,再教你等於和加法在數學上的含義,然後再告訴你因為這樣所以「1 顆蘋果 + 1 顆蘋果 = 2 顆蘋果」。
  • 套路式程式教學法:先告訴你「1 顆蘋果 + 1 顆蘋果 = 2 顆蘋果」,待熟練這模式後,再跟你講解其數學原理。

使用上述的範例我們就可以明顯知道,傳統的程式教材為什麼學習效果如此不好的原因就是忽略了學習者在腦中逐漸抽象化的過程。

而在每份教材的設計中筆者會建議依下圖中的模式順序來安排,詳細解釋會在之後的文章中進行解釋。

教學態度

在教學態度上必須要依照學習者的既有知識來調整學習內容及針對單一知識點的深度,簡而言之就是因材施教或適性化教學。為什麼要特別強調,我們可以從「專注力曲線」獲得解釋,對於既有知識較足夠的學生,給予過於簡單的專題或問題,專注力是低下,因而學習效果也是低下的。而對於既有知識較不夠的學生,給予刺激水平過高的任務,也就是難度過高的任務,學習者也是無法專注,或者說很容易就迅速放棄了,其學習效果可想而知。因此在教學上,教學者必須要給予中刺激水平的任務內容,才能獲得最好的學習效果。

最簡單的實施方法即可利用專案導向學習與問題導向學習的特性,在此兩種教學法中一定會出現許多子問題或子任務,此時教學者即可依照學習者的既有知識來新增、刪除、調整子問題或子任務的難度來簡單達到適性的教學效果,例如:對於既有知識不足的學習者,這個子任務只要想到低水平的解法即可 ; 而對於既有知識豐富的學習者,可以要求他將原專題做個更完美或效能更好,或者針對但一問題提供更多解法。

最後還是要強調一下教學不是在炫技,很多教學者常為了豎立自己的權威或專業性就施予遠超於學習者既有知識的教材或任務,這對於學習者是有害而無益的,過難的教學內容不僅無法讓學習者學習到新知,甚至會扼殺學習者的學習興趣,因此在設計教學內容時必定要是先考量學習者的程度以及其可能具備的既有知識來決定教材內容。開發(研究)與教學就像是在爬樓梯,兩者最大的區別即在於前者是豎立更高的階梯,而後者是在階梯與階梯之間豎立中等高度的階梯,好讓後來的人更容易居上。如同邱文盛老師所說的:「教育工作者的工作不是識得千里馬而已,而是把不是千里馬的也變成千里馬」。

參考文獻

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