臺灣化學教育

高中化學科教材教法專書導讀：
第四章 跨領域、跨科統整課程與教學─以STEM-Plus為例

曾茂仁

國立臺灣師範大學科學教育研究所

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n  前言

             我們身處快速變遷的世代，多產的知識與新興的產業逐漸造成專業領域分工的界線模糊（阮孝齊，2020）。面對如此快速的全球變化，經濟合作與發展組織（Organization for Economic Co operation and Development，以下簡稱OECD，2018）指出現代的地球人應發展與擁有全球素養（global literacy），並能檢視當地、全球和跨文化的議題、為了群體福祉和永續發展採取行動、和不同文化背景的人進行開放、適當和有效的互動、理解和欣賞他人的觀點及世界觀。兼併當代社會變遷的情況與對未來人類的期許，跨領域、跨科統整的課程設計逐漸受到重視，著重教育的整體性、學科之間的關聯性、真實情境的議題探討與時間都是當前教育主要努力的方向。本章以科學—科技—工程—數學（Science-Technology-Engineering-Mathematics，以下簡稱STEM）課程發展情形為例，並分為STEM教育與國際化學課程標準、設計與進行STEM-Plus與STEM教育的反思等三小節（圖1），探討STEM教學如何設計與執行並面對未來的挑戰。

 

圖1：本章章節內容心智圖

n  STEM教育與國際化學課程標準

課程的演變及人才培育目標反映社會的需求，STEM教育起源於1990年的美國，直到美國STEM領域相關的人力出現明顯流失後，加上歐巴馬的全力推動，才將STEM教育向下紮根於中小學階段，並且逐漸受到國際的重視。然而，STEM教育應用廣泛，難以將STEM教育視為特定學科組合或是進行特定的活動，但是，統整性的特徵在STEM教育扮演重要的角色。因此，統整性STEM（Integrative STEM，簡稱I-STEM）與STEM-Plus則為當前較常使用的名稱。其中，I-STEM一詞強調四個領域之間的整合。但是，僅有四個領域的整合則無法解決真實情境的需求，STEM-Plus不受限於此四個領域，並鼓勵與不同學門結合，比較常見的是以STEM與藝術(Art)成為STEAM， 另外，也有與醫學（Medicine）合作的課程：STEM-M等。因此，STEM教育具有統整性與融入真實情境的特徵則是重要的理念。

美國新世代科學標準（The Next Generation Science Standards，以下簡稱NGSS）揉合學科核心想法（Disciplinary Core Ideas）、科學與工程實踐（Science and Engineering Practices）與跨學科概念（Crosscutting Concepts）等三面向的課程目標，整合學科核心想法與跨學科概念的學習，並將實踐（practices）融入課程設計中，鼓勵學生將應用知識（knowledge in use）解決真實情境的問題。另外，臺灣十二年國民基本教育課程綱要明訂國民小學與國民中學的彈性學習課程可以規劃跨領域統整性主題/專題/議題探究課程；自然科領域綱要中亦說明應以探究與實作的精神提供學生統整的學習經驗，並以跨領域/跨科目間的整合。美國與台灣的課程綱要也強調以統整性的方式設計課程，並提供學生實踐的機會進行真實情境的問題解決，此STEM教育趨勢相同。

n  設計與進行STEM-Plus

美國國家研究會（NRC, 2003）認為STEM教育的課程設計，不僅能夠增加學生對於學科知識的理解，更能夠提升學生的好奇心，另外也能夠促進學生認知技巧與探究能力的發展。關於設計STEM相關課程，除了統整四個領域的內容外，透過探索文化或社會的脈絡、提供真實的學習情境（Moore, 2008; Tsupros, 2009）都能夠避免學生僅學習片段且零碎的知識，進而達到STEM教育的重要目標。另外，除了上述所提STEM-Plus鼓勵STEM與不同學門結合之外，Chiu與Krajcik（2020）認為在STEM-Plus的環境下，學生能夠更有靈活的應用知識解決問題，並建構科學成品（scientific products）做為解決問題的工具或作為呈現問題解決的歷程。而在，而在STEM-Plus課程內容與學生的生活經驗有高度連結，因此，學生更能夠在課程活動中了解學習STEM領域課程對於自我的價值。

該章將跨科、跨領域的課程根據教學目標分為概念學習、情境學習、問題導向與探究專題導向等四個面向，以臺灣自行設計的課程–「元素週期表」與「視覺藝術」的協作課程為例，除了提升學生學習興趣外，亦能夠促進學生對於化學元素的了解；許多學校的校本課程結合學校周遭的地理環境，開發許多踏察的課程，透過情境的協助能夠幫助學生發現與解決真實的問題；最後，問題導向與探究專題導向則是讓學生經歷特定的探究歷程解決真實情境下的問題。教師能夠根據課程的需求，挑選相關教學設計架構，發展適合學生與學校的課程內容。

n  STEM教育的反思

STEM教育主要是用以解決在此四大領域中人口流失的問題，希望透過增加學生與此四領域的連結，進而將這些領域作為未來職業的方向。另外，STEM教育也相當重視社會文化與學生的連結。然而，從社會學面向檢視以美國領頭發展的STEM教育，皆是在解決美國國內所遭遇的問題，而在臺灣的我們，為何需要跟著這波風潮，研究與設計STEM課程？

根據國際學生能力評量計畫（Programme for International Student Assessment，簡稱PISA）報告指出，臺灣學生在科學的表現優異，但對於科學的「科學學習興趣」與「信心」指數低落，可見過去臺灣於「科學知識」已有相當良好的基礎，如何提升學生的科學學習興趣則是重要的目標。臺灣與美國所遭遇的問題並不相同，但仍可透過STEM、跨領域課程，提升學生於STEM學習的興趣。因此，臺灣發展STEM教育，應著重於課程的統整性，並且從真實情境中探究、解決問題，才能夠發揮跨領域、跨科統整課程─STEM教育的效益。

n  參考資料

阮孝齊（2020）。面對跨領域學習各國有哪些策略？。國家教育研究院電子報。下載自：https://epaper.naer.edu.tw/edm.php?grp_no=2&edm_no=198&content_no=3497

Chiu, M. H., & Krajcik, J. (2020). Reflections on Integrated Approaches to STEM Education: An International Perspective. In Integrated Approaches to STEM Education (pp. 543-559). Springer, Cham.

Moore, T. J. (2008). STEM integration: Crossing disciplinary borders to promote learning and engagement. Invited presentation to the faculty and graduate students of the UTeachEngineering, UTeachNatural Sciences, and STEM Education program area at University of Texas at Austin, December 15, 2008.

National Research Council. (2003). Air emissions from animal feeding operations: Current knowledge, future needs. National Academies Press.

OECD (2018), OECD Handbook for Internationally Comparative Education Statistics 2018: Concepts, Standards, Definitions and Classifications, OECD Publishing, Paris from: https://doi.org/10.1787/9789264304444-en.

Tsupros, N., Kohler, R., & Hallinen, J. (2009). STEM education: A project to identify the missing components. Intermediate Unit 1: Center for STEM Education and Leonard Gelfand Center for Service Learning and Outreach, Carnegie Mellon University, Pennsylvania.