STEM的迷思與真實：系列教學實驗研究的驗證
109年06月02日
【本報導由科技應用與人力資源發展學系 林坤誼教授研究團隊提供】 科學–科技–工程–數學教育（簡稱STEM教育）的議題在近年來十分受到重視，許多學者紛紛從不同的角度切入，以探討如何落實STEM教育。林坤誼教授的研究主軸著重在STEM教育、科技與工程教育等領域，從早期的數學–科學–科技教育（簡稱MST教育）開始，一直到近年來的STEM教育，林教授與澳洲P. John Williams等國際知名學者組成國際STEM研究團隊，透過系列的教學實驗研究，針對許多推動STEM教育的迷思概念進行深入的探討，並藉此提出真實的策略與方法，以打破STEM教育的迷思概念，期望能藉此引領STEM教育的推動並能夠朝正確的方向邁進。 本文摘要幾項重要的成果如下：(1)迷思一：須具備完整的科學、科技、工程與數學知識才能進行STEM教學；真實一：能夠妥善依據學生的需求、學校的環境，規劃適切的STEM教學活動才是重點。(2)迷思二：透過動手實作活動就能夠整合STEM；真實二：透過教學策略與方法的有效引導方能夠協助學生整合STEM知能以解決問題。(3)迷思三：多進行一些動手實作活動就能夠有助於提升學生的STEM職涯興趣；真實三：能夠深入地引導學生在STEM實作活動中反覆進行思考與改良以深化學習，才能真正提升學生的STEM職涯興趣。 圖1：應用複雜問題解決理論以落實STEM教育 註：若要讓學生在動手實作的過程中整合STEM知識，除了介紹STEM知識之外，更應將日常生活中的先備經驗與STEM知識進行連結，如此方能有助於學生在設計中應用這些STEM知識。 科學–科技–工程–數學教育（簡稱STEM教育）的議題在近年十分受到重視，許多學者紛紛從不同的角度切入，以探討如何落實STEM教育。然而從推動STEM教育的教學現場來看，常會發現許多有關STEM教育的迷思概念有待釐清，因此林坤誼教授與澳洲P. John Williams等國際知名學者組成國際STEM研究團隊，透過系列的教學實驗研究，針對許多推動STEM教育的迷思概念進行深入的探討，並藉此提出真實的策略與方法，以打破迷思，並期望能藉此引領STEM教育的推動且朝正確的方向邁進。 以下主要以幾個STEM教育的迷思概念為例，說明近年來的重要的成果如下：(1)迷思一：在進行STEM教學之前，老師應該具備完整的科學、科技、工程與數學知識，才能夠規劃與進行STEM教學，因此STEM教學的困難度非常高，不容易實施；Lin和Williams（2016）針對迷思一進行探究的結果顯示，影響教師進行STEM教學的主要因素並不在於是否具備完備的科學、科技、工程與數學知識，關鍵要點反而在於能否依據學生的需求以及學校的環境，規劃適切的STEM教學活動。(2)迷思二：許多人認為透過動手實作就能夠整合理論與實務，因此只要讓學生參與動手實作活動，學生就能夠學習如何進行STEM跨領域統整；然而，Lin和Williams（2017）針對迷思二進行探究的結果顯示，學生在動手實作的過程中通常透過直覺或先備經驗解決問題，未必能夠妥善的整合STEM知能，因此如何透過有效的教學策略與方法以引導學生學習，便是在進行STEM教學時的關鍵重點，例如透過複雜問題解決理論的融入，便能夠更有效率地協助學生整合STEM知能。(3)迷思三：由於STEM教育的目標之一為培養STEM職涯興趣，因此許多老師認為只要安排多一些動手實作的STEM學習活動，就能夠有助於提升學生的STEM職涯興趣；Lin等人（2020）針對迷思三進行探究的結果顯示，若僅是讓學生參與不同的STEM學習活動，未必能夠真正激發學生STEM職涯興趣，其關鍵是教師必須要能夠深入地引導學生在STEM實作活動中反覆進行思考與改良以深化學習，才能真正有效地提升學生的相關興趣。 透過前述的研究過程，可以發現即使是教學經驗豐富的老師，在進行STEM教學的過程中，仍然有可能產生前述的迷思概念，而經過這些系列的教學實驗研究進行驗證之後，可以提供給這些老師們不同的觀點以進行反思，並協助他們改善STEM教學設計。許多參與這些系列研究的老師們，當得知這些教學實驗研究的結果之後，不僅很訝異原來自己原本的觀念可能並不是這麼正確，也很樂於持續改善自己的教學，讓STEM教學活動能夠帶給學生不同的學習與成長。 面對STEM教育百花齊放的時代，許多學者對於STEM教育的目標、理論基礎、課程模式皆提出不同的想法與看法，但實際上在教學現場的教師仍舊不清楚該如何落實STEM教育，也無法掌握目前自己對於STEM教育的認知是否正確。透過STEM教育的迷思與真實系列研究，相信能夠讓更多老師更具體地了解STEM教育的真正意涵與價值。由於有愈來愈多人肯定此一STEM教育的迷思與真實系列研究的成果，因此許多教育局處皆邀請林教授協助規劃與推動STEM教育課程、培育STEM教師；此外，許多國內外的大學、專業學會也紛紛邀請林教授分享此一系列研究成果。希望透過這些多元的管道，能夠讓臺灣的STEM教育研究成果對世界的學術研究社群發揮影響力。 圖2：抗震結構與隔震器設計之STEM活動 文章來源： Lin, K. Y.*, & Williams, P. J. (2016). Taiwanese Preservice Teachers’ Science, Technology, Engineering, and Mathematics Teaching Intention. International Journal of Science and Mathematics Education, 14(6), 1021-1036. https://doi.org/10.1007/s10763-015-9645-2 Lin, K. Y.*, & Williams, P. J. (2017). Two-stage Hands-on Technology Activity to Develop Preservice Teachers' Competency in Applying Science and Mathematics Concepts. International Journal of Technology and Design Education, 27(1), 89-105. https://doi.org/10.1007/s10798-015-9340-1