2018年6月21日

大學校院STEM教育如何跨領域整合?

文/中臺科技大學 李隆盛校長

今年5月25日,我國國發會人力處林至美處長在「IEET會員大會暨校院長論壇」的一場演講中指出:我國大專校院STEM領域【註1】(包括「自然科學、數學及統計」、「資訊通訊科技」及「工程、製造及營建」領域)畢業生人數及其佔比持續下滑,除顯示少子化導致畢業生人數減少外,亦反映年輕學子就讀STEM領域的意願降低,削弱我國未來科技創新研發的能量。

STEM是科學(Science)、科技(Technology)、工程(Engineering)及數學(Mathematics)的頭字語,STEM既是領域也是學科。跨領域的主要目的在發揮一加一大於二的綜效(synergy),而在真實世界也常需整合STEM知能解決問題。因此,我國大學校院不僅需重視S、T、E、M四個領域的人才培育,更應重視跨領域整合的STEM人才培育,而所謂的「整合」培育,便是透過課程引導讓學生有能力在複雜現象或工作情境的脈絡中,應用多個領域的知能解決問題。

STEM整合教育:以領域互聯或連通為重

整合的STEM教育是透過S、T、E、M與現實問題連結而組合成班制(program)、科目(course)、單元(unit)或課目(lessen)進行教與學的教育。進一步說,STEM整合是指學生以參與「工程」(E)設計做為發展適切「科技」(T)的手段,過程中需透過整合和應用「數學」(M)及「科學」(S)的有意義學習以解決問題。

Alexander Jensenius在2012年3月發表的《領域:單一、交叉、多元、互聯、連通》(Disciplinarities: intra, cross, multi, inter, trans)文章和讀者的回應中,曾就五種領域有如下定義:
  1.  單一領域(Intra-disciplinary):在單一領域運作。
  2. 交叉領域(Cross-disciplinary):由其他領域觀點看待領域。
  3. 多元領域(Multi-disciplinary):由不同領域取用知識,但仍維持明顯的領域邊界。 
  4. 互聯領域(Inter-disciplinary):又可譯為「科際整合」,由整合兩種以上的領域,使成相互關聯、領域邊界模糊的一體。 
  5. 連通領域(Trans-disciplinary):整合兩種以上的領域,相互連通、領域邊界消除的一體。
上述五種領域由1到5層次,科際的整合程度愈高,而我們所討論整合的STEM教育則要盡力達到第4層次「互聯」或第5層次「連通」的程度。

需從課程與教學雙管齊下

在課程方面,STEM教育可透過班制、科目、單元或課目進行教與學。在班制和科目層次,例如澳洲的紐卡索大學(The University of Newcastle, Australia)開設整合STEM的研究所證書班制(Graduate Certificate in Integrated STEM, GCITEM)。此一班制為學生提供必要的專業技能和知識,以便透過這些學科內部和跨學科介面的科際整合和互動,了解和應用科學、科技、工程和數學專長,並顯著促進和實現綜效。GCISTEM透過協作和整體取向,使學生與當代真實世界的STEM專長和實務相結合,並將關鍵努力和各種脈絡和產業交織在一起。而GCISTEM的兩門核心科目(core course)是「整合型人力的系統思考」(Systems Thinking for an Integrated Workforce)和「透過設計的STEM—創新與創業」(STEM by Design - Innovation and Entrepreneurship)。

在教學方面,STEM教學則需仰賴授課教師足夠的內容知識(content knowledge, CK)和領域教學內容知識(domain pedagogical content knowledge, domain PCK)。Tamara Moore和Karl Smith在2014年1-4月〈提升STEM整合現況〉(Advancing the State of the Art of STEM Integration)一文中指出:合作學習(cooperative learning)和挑戰本位學習(challenge-based learning)提升了大學校院STEM整合教育的可能性。在美國最受歡迎的挑戰本位學習教法是SCALE-UP(Student Centered Active Learning Environment with Upside-Down Programs/學生中心結合翻轉課程的主動學習環境)。SCALE-UP一直在北卡羅來納州立大學、麻省理工學院、明尼蘇達大學和愛荷華大學實施。這些STEM課程與教學的取向和經驗,都值得我們進一步探究與參採。

善用UCAN平台,培育STEM專業人才

我國大學校院推動STEM教育,除了可放在通識教育培養或補強學生STEM素養之外,更應在通識教育與專業教育通力協作培育STEM專業人才。培育專業人才不僅需投入於具有某些興趣、性向等特質的學生,也需順應產業職能的用人需求。從這個觀點出發,「教育部大專校院就業職能平台」(University Career and Competency Assessment Network, UCAN)上的職業興趣探索及職能診斷,就十分適合扮演素養教育或專業教育的角色,讓講求連結真實世界、跨領域整合的STEM教與學,能以貼近產業需求的職能為依據,增加學生對職場的了解;並透過職能自我評估,規劃自我能力養成計畫,針對能力缺口進行學習,以具備正確的職場職能,提高個人職場競爭力。

註1:STEM可對應至UCAN16個職涯類型中的「科學、技術、工程、數學」、「資訊科技」、「建築營造」、「製造」,有關16個職涯類型及66個就業途徑之內容介紹,請見:https://ucan.moe.edu.tw/search/search.aspx

沒有留言:

張貼留言