臺師大科技應用與人力資源發展學系林坤誼教授，長期關注STEM教育，借鏡跨國成功案例、彙集專家意見，為臺灣教師打造「跨域學習」為主軸的教學地圖。
圖片來源／林坤誼
從智慧型手機到電動車，現代世界舉目所及，無不是由科技物組成的文明景觀，包括：科學、科技、工程、數學（Science, Technology, Engineering, Mathematics）四大學科的「STEM教育」，近年受到全球各國高度重視，被視為在科技轉型的趨勢下，厚植國力的重要基礎。
以臺灣目前的教育現狀，能否有效栽培出下個世代的STEM人才？教育政策的推動與師生家長的心態環環相扣，然而社會大眾對於STEM教育的印象是否準確，又容易落入哪些迷思？在國高中課堂上，教師們可以如何跳脫科目分類，引導學生善用知識、解決實際問題？
國立臺灣師範大學科技應用與人力資源發展學系特聘教授林坤誼長期投入STEM教育研究與師資培育的實務工作，更到澳洲等地實際訪查，借鏡跨國成功案例、彙集專家意見，為臺灣教師打造一張以「跨域學習」為主軸的教學地圖。
STEM只是名詞，「跨域」才是核心
對STEM教育的重視，最初從美國開始，由於政府發現航太等攸關國家安全的高科技產業一旦過度仰賴外國人力，可能潛藏風險，於是開始注重本土研究人才的培育。
林坤誼強調，STEM只是一個名詞，「跨域」才是新世代教育的核心精神。
圖片來源／pexels
「回到臺灣，我們不僅面臨STEM人才不足，更有分布不均的問題。」林坤誼解釋，臺灣的高科技人才幾乎都踏進半導體產業，和美國矽谷相比，相對缺乏有創意、能夠跨領域連結、解決未知問題的創業環境與人才。
但在迅速變遷的世界，新世代要解決的科技與社會問題，早已和過去截然不同。以往崇尚單一專業的思維日漸式微，相較於終生閉門埋首相同領域，現代世界更需要靈活彈性、善於跨域協作的能力。
「對我來說，STEM只是一個名詞，『跨域』才是新世代教育的核心精神。」除了科學、科技、工程、數學這四個基礎學科，「如果又能結合藝術、人文、社會、社區營造等多元領域，不只可以提升學習動機，還能增強學生未來在真實場域的應用能力。」
林坤誼解釋，STEM教育可分為兩個階段：幼兒園至12年級重視「打底」，累積基礎能力之餘，也初步認識學科知識應用的廣泛可能。而到大學以上，學校則應注重如何與產業接軌，例如：調查不同學院、科系所對應指標產業的人力需求，並且訓練學生「跨域連結」、「溝通協作」、「問題解決」的能力。
打破對STEM教育的常見迷思
臺灣推動STEM教育行之有年，日本、越南、泰國、印尼教育學者都曾來臺取經。林坤誼在雙北地區投入建立系統性的師資培育規劃，即是成功範例之一。
只是一路走來，林坤誼也發現，不論社會大眾或學校教師，都常對於STEM教育有所誤解，現在就讓我們來一一檢視這些迷思：
迷思一：STEM教育＝機器人課程？
機器人的設計與操作，向來是STEM教育的熱門實作項目。林坤誼點出，涉及程式撰寫、實體組裝等多樣軟硬體環節的機器人課程，確實是理想的教學媒介之一。
「但是，STEM教育也絕對不只是機器人課程，」林坤誼強調，「深入觀察校園鄰近的社區環境，結合科學與科技知識，嘗試解決身邊的問題，更能引起學生的深層興趣。」
舉例來說，曾有學生從水資源議題出發，製作一組適用當地環境的淨水器；或者針對「能源議題」舉辦一場富含知識性的辯論賽；拍攝一部關於在地高齡者科技使用狀況的紀錄片，都是STEM教育實作活動的多元成果。「不存在錯誤的學習形式，關鍵在於如何規劃一趟引人入勝的學習經驗，讓學生發現課堂知識可以和生活世界接軌。」林坤誼堅定地說。
STEM教育可和藝術領域進行跨域整合，超越工業／工程／科技的刻板想像。
圖片來源／新北市教育電子報 編排設計／林俊孝
迷思二：實作活動越多樣，教學成效越好？
在強化學校教師STEM教學能力的師培課程中，林坤誼發現，教師們常認為實作活動要「以量制霸」：只要在一學期內帶領越多五花八門的實作活動，學生就會學到更多知識、受到更多啟發。但是，他在一場高中進行了教學實驗，卻發現結果恰好相反。
這項研究中，林坤誼讓學生依照自選的課程方針，分成全學期「參與多項實作活動」與「反覆實作相同活動」兩組。他發現，反覆實作相同活動的學生更傾向在三番兩次的嘗試中，不斷發現問題、檢討以及修正，持續追求更好的成果。「他們對於科技、工程領域的學習興趣大幅提升，甚至有幾位同學後來選擇就讀土木工程系。」
「這個結果或許顛覆了不少人的印象。」林坤誼說，「課程實作『什麼都碰一點』，並不會讓學生更感興趣。相反的，設計『深入鑽研』的學習經驗，才能真正點燃他們的內在動機。」
相較於「以量制霸」學習觀點，林坤誼發現「深入鑽研」的學習經驗，才能真正點燃內在學習動機。
圖片來源／Microsoft Bing（AI）. Prompt: A Chinese elementary school student was in an experimental class. He was looking at the experimental equipment very attentively, and the sun was shining on his face.
迷思三：軟硬體資源，可以決定STEM教育成敗？
話鋒一轉，林坤誼提到城鄉差距的問題，但切入角度有所不同：「民眾普遍認為偏鄉學校缺乏『資源』，但如果就STEM教育成效而言，比起實體資源，師資品質和教學引導更關鍵。」
林坤誼說明，坐擁豐富資源的城市學校，往往同時受到升學主義壓力影響，牽制了跨域學習的空間與靈活度。舉例來說，STEM教育現場有時出現「被教材綁架」的現象，當教師直接採用廠商開發的罐頭教學模組，反而讓學習經驗受到框限。甚至曾有學校掛羊頭賣狗肉，開設名為「科技協作」的多元選修課程，實則讓學生坐在電腦教室裡教國文，為了增加會考分數，剝奪了跨域學習的寶貴機會。
「無論學校採購再多教材與設備，一旦教師缺乏意願、或不懂得如何運用，就沒辦法發揮功用。」相對而言，即使缺乏硬體資源，教師仍可引導學生觀察自己的生活周遭，著眼於社區環境蘊藏的議題或文化特色，以不同形式實踐跨域教學。
換言之，與其過度聚焦硬體資源的落差，不如提升偏鄉地區的師資培育系統，深化教師們對STEM教育核心精神的理解、強化其規劃跨域學習經驗的能力，才是彌補城鄉差距，成功推動STEM教育的重點。
即使部分學校缺乏硬體資源，老師還是可以著眼社區、鄰里，發現不一樣的環境議題、文化特色，以不同形式實踐跨域教學。
圖片來源／Microsoft Bing（AI）. Prompt: Taiwanese elementary school students and teachers observe community ecology in the community
一份給教師的STEM教育「任務清單」
注重跨域學習的理想雖然美好，現實卻難以盡如人意。林坤誼剖析臺灣教育現況，感嘆提及「升學主義」與「國家資源挹注不足」，是當前面臨的兩大挑戰。
種種環境限制下，林坤誼仍嘗試改善現狀。他指出臺灣現行STEM教學實務最主要的缺口，在於「知易行難」：不論師培課程講解多少STEM教育理念，如果缺乏一套可以循序漸進、按表操課的任務清單，平常已相當忙碌的教師，很難從無到有，系統性地設計出一套理想的跨域學習流程。
為此，林坤誼邀請來自美國、日本、南韓、澳洲、紐西蘭等地的STEM領域背景專家，透過跨國團隊多次討論，凝聚出一份STEM跨領域教學檢核表（checklist）：PADPIE教學設計模式──只要依循這套架構，位於第一線的學校教師就彷彿配戴上「專家之眼」，能從更全面的觀點審視、修正教學方式。
透過跨國教育專家學者不斷討論，凝聚出「STEM教學合作設計圖」。
圖表來源／林坤誼
以一名科技領域的教師為例，上完師資培育課程之後，回到學校，啟動STEM教育的第一步不是開始設計課程、購買教材，而是從「人」開始，進行「組織團隊（Preparation）」。因為STEM教學仰賴跨域合作，林坤誼建議教師不宜孤軍奮戰，而是在校內組成多元學科專業的教師團隊，共同分工合作、討論規劃。
當科技教師和國文、英文、理化、美術教師攜手合作，下一步就要「分析背景（Analysis）」，思考學校周邊的環境社區，是否潛藏值得解決的問題；學生的身分背景為何，擁有哪些獨特的生活經驗；學校本身又有哪些軟、硬體資源可以取得運用。林坤誼指出，要先「知己」才輪到「知彼」，這是最容易被忽略的一步。
完成了前置作業，接著開始實際規劃。舉例來說，如果學校週邊巷弄一下雨就淹水，每到雨季的上下學時間，學生、家長都為此所苦，教師團隊便可依此「建構情境（Design）」，設計一個以解決學校周邊淹水問題為目標的STEM教學計畫。然後「規劃內容（Planning）」，整合科技、理化知識，引領學生認識排水系統的運作，進而思考改良方案；結合國、英文課堂的寫作技巧，撰寫計畫書以及文宣廣告；甚至結合美術課，在改善排水的同時，為鄰里環境進行視覺改造。
促進學習（Implementation）階段，教師不會單方向指導，而是只提供必要的背景知識與設備資源，讓學生依照自己的節奏思考、提問、討論、完成實作活動。這些教學環節相輔相成，呼應STEM教育的精髓：「問題導向的自主學習」。
來到最後一個階段「評量回饋（Evaluation）」，學生最喜愛的無非是在發表會上呈現實作成果。但令教師頭痛的問題，是學習成果要如何評量，儘管設計出各式各樣的社區排水系統提案，學生到底又學到了什麼？
林坤誼指出，過去STEM教育缺乏綜合跨域的評量工具，實務上多仍使用單一領域的知識評量，如同又回到學科測驗的形式。因此他帶領團隊打造一套「情境式STEM問題解決轉化能力評量系統」，透過「重建宜蘭南方澳跨港大橋」、「紓解國道五號塞車問題」等真實情境，評估學生情境解構、預測分析、邏輯推理、量化思維等多元的跨域能力，不需要死記硬背學科知識。
STEM教育的世界沒有標準答案，也許多少會讓臺灣師生感到無所適從。過去，我們的教育體制總要求學生完美表現，考試要考100分，但在現實世界中，科學家、工程師解決問題的過程往往並非一帆風順，崎嶇與挫折在所難免。林坤誼笑著說：「經歷一連串的失敗，從中學習成長，最終完成一個似乎『不盡完美』的成果，這才是跨領域人才的日常，也才是STEM教育最理想的學習歷程。」
採訪撰稿／林義宏
編輯／林俊孝
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