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