機器人加上顏色就是STEAM教育嗎?

測驗及評量研究中心 | 劉家瑜 助理研究員

  STEAM教育是美國自前總統歐巴馬於2011年的呼籲後,始終屹立不搖的國家教育政策,也與我國12年國教課綱中強調的「核心素養」,有異曲同工之妙。簡而言之,世界各國皆致力於培養科技與人文素養兼備的人才,以適應現在生活與面對未來挑戰。

  我們用蘋果公司的共同創辦人史蒂夫‧賈伯斯(Steve Jobs)在iPad 2成果發表會上的一段話,來理解STEAM的人才特質:「在Apple的DNA裡,只有科技是不夠的。科技必須與人文及人性結合,最後產生的結果才能使我心高歌(make our heart sing)。」能同時以電腦科學發展系統,並運用設計及藝術提升對目標使用者的理解及產品美感,正是蘋果公司成功的關鍵,也是STEAM教育欲培養的新世代人才。

  隨著這波熱潮,很多教育者與父母都接觸到一堆眼花撩亂的資訊,包括坊間許多主打著「升級創意腦」的STEAM桌遊、玩具與教材。然而,這些琳瑯滿目的、強調程式設計、3D列印與智慧機器人等新興科技的活動,就是能夠培養出具人文關懷之理工人才的STEAM活動嗎?要回答這個問題,得先釐清STEAM教育中的藝文元素到底是什麼。

  以2019年前發表的62件STEAM教育素材為例,其下共包括「產品」:37個臺灣《Make國際中文版》的作品,以及「教案」:13篇臺灣研究者的國內外STEAM教育文章與12個教育部自造教育及科技中心的得獎教案,並邀請四位專家共同釐清藝文元素之內涵,同時針對這些STEAM活動中涉及的S、T、E、A、M領域的品質評分(Liu et al., 2021)。舉例而言,若該活動涉及深入的科學知識,則其S領域會被評為2分;若該活動僅涉及表淺的科學知識,則其S領域會被評為1分。

  關於藝文元素的內涵,可被分為三類:

一、藝術學科/審美:即涉及藝術學科(如:視覺藝術)、關鍵藝術概念(如:抽象化)與產品的感官吸引力。

二、脈絡性理解:即該STEAM活動能協助參與者反思社會文化脈絡與他人情境。

三、創造力:即能協助參與者創造既新奇又適切的作品,提升學習興趣。

  關於臺灣STEAM活動中S、T、E、A、M領域的品質,則如圖一所示。相較於STEM學科,藝術學科的平均品質分數並不高,尤其是脈絡性理解。顯示多數臺灣的STEAM活動未能融入對社會文化脈絡的深層理解與反思,也較不易提出有意義的問題。然而,我們發現創造力的品質分數也偏高,顯示多數臺灣的STEAM活動能提供學習者豐富的機會主動參與學習,像是鼓勵其以不同素材或方法創作,或整合創意思考策略,將學習環境轉換為遊戲場域。


圖一、62個產品與教案之S、T、E、A、M平均品質分數

註:分數範圍為0–2分。


STEM貼紙效應與整合效應

  如果僅將藝文元素定義為外加的,只聚焦於作品的表層裝飾,藉由視覺「美化」以傳達STEM之本質,稱之為STEM貼紙效應(STEM-with-stickers effect)。其中一個讓學生自製風力發電機的活動,即展現了此效應。設計者先讓學生思考臺灣中部地區的空污問題及發電現況,接著教師以模板介紹風力發電機。學生製作小型發電機、分組實驗與驗證,最後3D列印基座、導風角與扇葉座。關於藝術學科/審美,此活動僅讓學生在不同扇葉片著色,未能說明造型與功能的連動性關係;關於創造力,學生被要求參考老師提供的模板設計,幾乎沒有發揮創意的空間。

  然而,也有些活動呈現藝術整合效應(arts-and-crafts effect),即不流於裝飾性功能、豐富STEM內容,並成功整合STEAM領域,最後創造動人作品。圖二呈現學生於此課程之創作歷程。課程一開始,便讓學生思考校園生活情境中,會遇到的流浪狗與廢棄課桌椅的再生利用議題。接著,讓學生繪製設計藍圖,同時處理廢棄桌椅,以L型角鐵、木釘與螺絲強化四個柱子的結構。藉此,深度討論科學與數學相關概念。其後,則納入科技,以飲用儲水桶作為狗飼料容器,塑膠水管作為飼料掉下的軌道,並在飼料出口前作擋板機制,以伺服器馬達的轉動角度作為開關控制。最後,則撰寫程式,定時讓伺服器馬達轉動,以掉落飼料。

  此課程的核心——流浪動物的生命教育議題,即為脈絡性理解,邀請學生主動關注人與科技、社會與環境的關係。關於藝術學科/審美,學生須理解漆的差異性與塗刷的方式,並以粉筆打底融入卑南原住民文化元素。同時,也鼓勵學生發揮創意,應用感應器以設計定時照明與室內溫度超過28度則開啟電風扇等功能。


圖二、拆除廢棄課桌椅作為建材(左)與最後完成品(右)


註:引自蔡釋鋒之「程式整合自造——智慧狗屋」,2017。


脈絡下的科學理解:由覺察引發改變,由合作發展創新

  只是改變機器人的顏色,顯然不能培養出具社會關懷並能創新的理工人才。重新概念化STEAM教育下的藝文元素後,我們發現除了直觀的藝術學科/審美,更含括脈絡性理解與創造力。這揭示在資訊時代下,實應展現更多人類獨有的情感與創意,並進一步思考如何融合STEM學科與更多在地問題或當代社會議題。

  有兩件事是教育者可以著手進行的。第一件事是覺察,新世代的教育者必須意識到各學科為同等重要,將傳統單一學科的思維,轉變為整合性的多元學科。第二件事則為付諸行動——尋求跨域合作或協同教學的機會。這能幫助我們辨識個人領域外的內容知識,並跳脫思考框架。同時,團隊合作可能有利於催化檢視問題的新方式,並引發不同的觀點。如Boice 等人(2021)執行的GoSTEAM@Tech計畫,便讓教師組成教學團隊,並提供多樣化的支持機制,像是建立共同備課時間,以打造不同學科的溝通橋梁;籌措更多經費,以讓教師去不同組織或機構參訪;讓學校行政人員同步參與此教師團隊,以提供更即時的協助等。在STEAM教育儼然已為世界教育潮流,臺灣也因課綱納入而開始起步的現下,從釐清現況開始站穩腳步,逐步思考如何讓藝文學科與理工學科有更好的平衡,可能是我們免於一股腦兒地跟風,並能藉由STEAM教育創造更好社會價值的方式之一。



資料來源

蔡釋鋒(2017)。程式整合自造—智慧狗屋。教育部自造教育及科技中心。

Boice, K. L., Jackson, J. R., Alemdar, M., Rao, A. E., Grossman, S., & Usselman, M. (2021). Supporting teachers on their STEAM journey: A collaborative STEAM teacher training program. Education Sciences, 11(3), 105.

Liu, C. Y., Wu, C. J., Chien, Y. H., Tzeng, S. Y., & Kuo, H. C. (2021). Examining the quality of art in STEAM learning activities. Psychology of Aesthetics, Creativity, and the Arts.


附加檔案
  1. PDF檔案 機器人加上顏色就是STEAM教育嗎?.pdf

STEAM教育 藝術學科/審美 脈絡性理解 創造力