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跨科统整的STEAM教育探究

来源:未知 时间:2019-09-07 13:18

(华盛顿州立大学 里奇兰市 99164)

[摘要] 以ARTS融合的STEAM教育应运而起之后,分科教育渐渐式微,而21世纪的STEAM教育正是代表统整时代的再起。本文从统整跨科的角度分论STEM与STEAM课程的不同,以实例讨论STEAM的永续价值,提出 创新+创造+人本=STEAM 的教育模式。STEAM最终目的必须超越STEM的创新科技以及ARTS的美感创造,是成为融合人本的人文关怀的社会实践力。

[关键词] STEM STEAM跨科统整社会实践

一、跨科统整是教育反思的具体行动

从20世纪末到21世纪初,随着 教育永续 的意识逐渐高涨,学校教育体认到传统教育的弊端始于分科学习,希望从 应试教育 智能为上 的偏差中重新寻求平衡。20世纪90年代,霍华德 加德纳( Howard Gardner)引领哈佛大学 零计划 ,警告分科教学的局限性,提倡正视学生的多元智能,提倡跨科艺术的适才教育。从2000年起,英国的肯 罗宾森( Ken Roberson)强调以 创造力 来破除 学校工厂 的制式教育,掀起以创造力联合多元能力的养成为教育本质的活动。罗宾森认为知识的获取仰赖三种知识:(1)多样性(diverse).从我们的感官经验中来理解周遭的世界;(2)活力性(dynamic),知识仰赖大脑的互动性,而创造力是原创思维的发展过程,通过跨科融合的互动而生;(3)独特性(distinct),正视每个孩子拥有不同的学习能力,运用孩子独特的 强项 来联结学习,并激发创造动力。换句话说,21世纪的世界公民绝对无法应用单一学科的知识来解决瞬息万变的问题,未来教育应致力于以学生为主导的跨学科优质教育。学校教育应从个人能力、性格的理解来培养全球竞争力和全球意识,推广并实践永续全球社会的行为。唯有多元激发、以培养创造力为重点的教育才能对社会长久发展有所帮助。因此,在跨科融合的教育框架下,STEM与STEAM教育的兴起并不意外,它们事实上已经成为美国全科教育发展的主力。我们可以说,21世纪的教育俨然是跨科统整教育的时代。

二、跨科统整的特点

(一)跨科统整着重多元融合

对于跨科统整的意义,许多学者把跨学科的教学方式简单分类为Salad(沙拉)与Smoothie(综合果汁)两个模式。Salad(沙拉)是各科在学习进程里仍然明显地保有各科的特性与主要学习的内容。Smoothie(综合果汁)是各科融合成一个整体,共同为学习目标注入必备的知识与技能训练。跨学科的目的在于知识与思维的融合,把学科整合成为一个整体,整体当中蕴含相关学科的多元内容。这样才能透彻地发现问题,以不同视角解决问题。

笔者把统整学科 ( integrating curriculum)简单定义为:把两个以上的学科知识有效地联结、利用、融合成一个整体的教学架构,来帮助学生跨越各学科获得知识的全面理解,以教学内容的多元角度来正视学科之间融合的方式与相互关系。在这个定义里有两个重点。首先,统整学习的架构必须联结与融合,即把各个学科(局部)的知识有意义地组合成为一个整体。其次,统整学习明确地点出学习的目的性是力求知识全面理解的长效性。换句话说,提倡统整教育的重要性并不表示我们就可以忽视学科为本的教学,毕竟以学科为本的教学是知识奠定的基础。而且,所有统整的成功必须依赖对各个学科坚实的理解。但学生们各科分开学到的精髓并不表示学生能够明白、联结、统整各科知识。

(二)跨科统整讲求综合性的人格发展

美国教育专家东尼 魏格纳( Tony Wagner)以为学校教育缺乏 真正 的教育。他认为,真正的教育应以七个 教育求生基本能力 为起点:(1)批判性思维和解决问题;(2)跨网络协作,以影响来领导;(3)灵活性和适应性;(4)倡导和创业;(5)评估和分析信息;(6)有效的口头和书面沟通;(7)好奇心和想象力。

这七个教育求生基本能力,讲求的是综合性、整体性的人格发展。它们蕴含在所有学科当中,不是非得通过特定的学科才能完善。跨科统整的联结才有激发学生深度学习的可能。魏格纳的提醒,无疑是对跨科教学的肯定。统整教育已然成为扭转教育瓶颈的最佳方式。

的确,跨科统整教学从多元角度开拓学生的视野,促进批判思考、决策的能力以及价值观的健全发展,但重要的是,跨科统整教学找回教育现场迷失已久的学习动机,重新唤起学生自发自省的学习精神,迈向全民教育的目标。

三、从STEM到STEAM

虽然教育界广泛讨论科技学科的整合,但是,STEM这个名词出现的初衷却与跨科统整无关。STEM是美国科学基金会(National Science Founda-tion)在20世纪90年代对科学教育的四大学科,即科学( Science)、技术(Technology)、工程(Engineer)、数学( Math)集结的简称。但是,这个简称创建的本意不是强调STEM四个学科的协同与统整,而是为了行政方便。事实上,自从克隆羊多莉( Dolly theSheep,1996-2003)出现,有十几年的时间,一般大众对于 STEM 这个名词的理解都停留在 干细胞的研究 (因为干细胞的英文正好也是STEM)。在教育现场中STEM学科教育的内容,也偏重于数学与科学两大学科ioi。这种情况一直持续到2009年1月11日,美国国家科学基金会( National ScienceFoundation)主席史蒂芬 贝尔林(Steven Beering)建议政府把STEM作为教育的核心,确保美国科学技术在国际上的引领地位。同年4月27日,奥巴马总统在第146届国科会议中致辞,具体提出STEM教育应将科技整合教育向下扎根,提升国民素质,力求专业领域性别均衡的教育。

STEM教育在教育界引起激烈的讨论。无可否认,国家未来的竞争力仰赖STEM学科的引领,但是,如此偏向数理科技的方向,似乎与人格均衡发展、多元智能等教育理念背道而驰。在一波波反对的声浪中,不禁让人质疑:科技的精准与创意的联想,难道无法融合吗?

当时罗德岛设计学院的校长前田约翰(JohnMaede)登高一呼: STEM+ARTS=STEAM。 他说: 因为艺术提供一个不同的通道来帮助人类了解复杂的社会,此外,艺术创作过程中特有的创造力、解决问题、灵活思维和勇于承担责任是STEM教育的钥匙,唯有STEM与ARTS融合才能整体提升全民素质与竞争力。 自此,STEAM成为新兴的教育趋势,各式课程接踵而来,在美国艺术教育界与教育界掀起不小的波澜。

(一)从跨科统整来看STEAM

即使通过主题清晰、多元视角的教学模式,跨科统整教学仍然面对着落地的局限。首要的挑战在于:(1)教学者对于不同学科的专业程度是否足以提供学生正确的知识,会不会在急于统整的过程当中,忽略专业知识的解释与运用,而粗略地做到表面的整合。(2)大众对于STEM与STEAM课程的理解参差不齐,甚至有以跨科之名行分科教学的假象。在分科学习的漫长历史中,学校教育狭义地把 高分=卓越 视为教育方针,不但造成学科之间的隔阂,无法具体反映学习的本质,人们也经常忽视各个学科彼此相互联结影响的关系。

在STEM蓬勃发展的同时,许多教育学者挺身捍卫艺术的价值,但其实STEAM=STEM+ARTS之间的关系早就存在。ARTS -直是跨科统整中最具弹性、融合力的领域,像无名英雄般在STEM中以创造力为基石,隐隐地激发学习者的无限想象,把知性与感性做有意义的联结。

不论是 STEM的灵感起源于艺术 ,还是 艺术彰显STEM的成就 ,我们在各个学科领域的卓越经验中很容易找到艺术跨科联结的脉络。例如,数学与美。运用数学原理来创作的例子很多。埃舍尔使用数学维度来构成艺术的视角、形状的转换、平面的分割;蒙德里安对平衡感的抽象表达。又如,地质与美。地质学者甚至经常参考艺术家的风景描述来检视地质勘探的年代变化。微软创建人之一保罗 艾伦( Paul Allen)偏爱收藏风景画,他认为: 我们的大脑似乎与风景画有神秘的联结,那是因为,当我们看到风景画,想从风景画一窥究竟的时候 我们通过画家的风景诠释展望人类的未来。

的确,我们对于周遭事物的理解并不仰赖于特定的学科,知识应该是先验感知的融合。艺术创作运用先验感知的例子非常多,比如17世纪的杨布吉尔二世(Jan Brueghel the Younger,1601-1678年)的《五感》系列画作中,对于人类的感官经验与生活(味觉、嗅觉、触觉、视觉、听觉)就有细致的描述。这一组画作,显示当时上流社会的达官贵族对于知识获取的多元联结的可能,通过文学艺术感官经验来剖析象征、宗教、价值、梦想与欲望。画中不乏对科学新知的艺术描述。又比如林布兰的《尼古拉斯杜尔医生的解剖课》对人体解剖医学训练的描绘显示求知为集体探索、观察发现与创建。现代社会中,平面、空间、建筑、家具、生活小物甚至与娱乐相关的实用设计艺术的例子更显示出艺术与其他领域紧密的跨科融合力。

跨科统整的思维一旦建立,人的潜力就能发挥到极致。许多从事STEAM教学的教师经常以文艺复兴时代达 芬奇为代表。流传于世的《蒙娜丽莎》与黄金比例都体现了数学原理的运用。这位集艺术家、科学家、天文学家于一身的全才,具备全方位知识的联结。在他留下来的7000多页的手稿中,不乏对发明、探索、实验的记录与速写。比如,大英图书馆中有一篇达 芬奇用 镜像书写 的神秘文字记录的探讨水下呼吸器的设计:

为了保护管的上部不受波浪的影响,我想到由两根管子组成的解决方案,一个管子负责吸入空气,另一个用于呼气。 这些管线将以不破裂为前提来构建。 而且在仪器的下面接上一个袋子,以收集废物,这个袋子可以在不影响设备功能的情况下方便我们更换清洁。

达 芬奇首先解决在水面下如何保持呼吸畅通的问题,接着提到如何确保管子在水压的影响下不会破裂,还心思细密地想到需加装一个收纳袋来收集使用者的口水。这段文字流露出达芬奇求知的动机与过程 在好奇心和想象力的驱使下,运用批判性思维和解决问题的灵活性和适应性、审慎地评估和分析。飞行机器、镜像书写、人体探索 达 芬奇执着中发想,试炼中发现,并将概念可视化,使其具体,满足实际操作。他的求知的态度反映了魏格纳倡导的 教育求生基本能力 。换句话说,达 芬奇浓厚的跨科联结的统整能力正是他不凡之处。

(二)STEM、ARTS和STEAM的异同

STEM、ARTS、STEAM三者之间有类同与差异。STEM与STEAM课程联结的目的在打破 将知识转化为升学与工作的评比标准 (比如PISA、共同核心指标),消除以灌输信息、反复测试、学校即工厂的模式来培养下一代的教育盲点,企图从融合中找出学科协作的可能性。当STEM延伸至STEAM时,ARTS的特性绝对攸关我们对于STEM与STEAM的理解与实践。因此,从学科与学科之间相互的关系来看,STEM、ARTS、STEAM的异同性凸显于学科领域、学习理念、应用关系以及能力养成四个方面:

1.学科领域具重叠性

STEM与STEAM都强调跨科学习。涵盖的科目根据学习的主题与目标而有所改变。STEM或是STEAM并不一定包括所有提到的学科,但STEAM的跨科中一定要有艺术学科教学的元素。相较之下,ARTS的领域本身(不论是戏剧、舞蹈、音乐或是视觉艺术)在教学创作中虽然有跨学科学习的可能性,但对于跨科的联结并不绝对。

2.学习理念具独特性

STEM以科学研究为主,力求学生应用基础科学领域习得的理论,发挥解决问题的能力来探索、发明、验证。STEAM则是在这些元素之上加入了ARTS当中的个人性的美感与表现风格。此外,ARTS的自我表达以及问题解决倾向于艺术元素的应用。

3.应用关系的联结性

从教学目标来看,联结的理论、应用的目标不同。基础科学领域强调理论应用与实证,而美术注重美术技法。

4.多元化的能力养成

这里的多元指的是必备能力的养成。不同的学习方式强调不同的必备能力。STEM、ARTS和STEAM的学习模式可以帮助学生有效地发挥潜能,强化多元的必备能力。三者有许多类同的地方,比如创造、想象、观察、组织、整合、综合、逻辑、批判。但是.ARTS固有的特质是STEAM之所以与STEM不同的地方。

因此,STEAM必须具备艺术性、表达性、风格性的创作元素。否则,也只会流于按部就班的材料包、组装式被动学习的伪STEAM课程。

(三)STEM与STEAM的教育成效

从STEM的推广到STEAM的风潮,有没有改变教育的现状?我们是否看得见这几年推广的成效?

首先从传统的数据即证据的角度来回答。根据美国国家科学学会的报告,美国基础教育的科学与数学总体测试成绩自2003年到201 1年之间的确有显著的提高,全球排名第13位。但是,2016年PI-SA排名中,美国整体教育发展反而在数学领域上大大落后于37个国家。从这些数据来看,我们似乎可以推断STEM教育的推广没有多大的帮助,甚至质疑STEAM。然而,这种想法是非常危险、偏颇和短视的。毕竟,一个教育模式从推动到扎根,要许多年后才能看到成效。此外,很难相信STEM或是STEAM教育的实践与测试成绩之间有直接的、明显可见的连带关系。身为教育者,我们必须积极反思教育的本质,重视人对于事物的感知能力本来就是多元的联结、多样的方式、感知联动来理解运用。换句话说.STEAM教学的目标关注的并不是做人的考试成绩。

那么,我们怎么衡量甚至证明STEAM教育的影响呢?在解释之前,先分享一个真实的例子。

2016年暑假,华盛顿里奇兰市汉得福高中平均年龄17岁的五个工程俱乐部的高中生,利用暑假的时间,应用一台3D打印机改变了同伴的生活体验。其中一个是笔者的学生金伯莉。她注意到同年级的费尤娜天生缺了一只手,在学习、生活上有许多不便之处。她也注意到费尤娜因为自己的与众不同而缺乏自信。那一年暑假,因为3D打印的盛行,俱乐部的同学们希望利用夏天的漫漫长日来学习打印机的编程与使用方式。他们不久就对3D打印产生不同的想法:与其列印桌上的小摆设,他们希望可以做一些 有意义 的事。金伯莉想起费尤娜的需要,于是,为费尤娜打印一只手就成了他们的最大共识与挑战。

费尤娜对于打印手这件事一开始抱着观望的态度,觉得反正是实验性质,而且团队之前完全没有3D打印手的经验。他们针对费尤娜的需要,研究了许多不同3D打印手的模板。为了组装正确,看了好多关于手肌肉的医学解释、图像来理解手的功能。也因为是初次接触,闹了不少笑话。最严重的一次.因为设计图修改时没有注意到图版的方向,结果把左手做成了右手,让费尤娜空欢喜一场。面对失误,他们不气馁,重新来过。三个星期后,费尤娜首次戴上她的左手,回家后发现自己可以同时抚摸家里的两只狗,那种感觉像是做梦一样。那个周末,她立刻坐火车去西雅图找妈妈。一下火车,妈妈看到她有两只手时那如释重负的表情,让她永远忘不了。

团队的孩子们知道这只手的意义。领队安卓安娜在接受访谈时说: 随着制作过程的进展,我越来越珍惜身边已经拥有、但自己却一直视为理所当然的事。比如手,我天生就有,每天醒来,睁开眼睛都有十个手指,可以抓东西。所以,看到费尤娜第一次穿戴上3D打印的人工义肢,兴奋地拿房间里看到东西的时候,我深深觉得自己很幸福。

也就是因为这种体悟,团员之间充满关爱之情。在访谈时,笔者注意到金伯莉把费尤娜的手拿下来,一个环节一个环节地检查,调整橡皮圈的松紧度。她还随手拿起牙签,在隙缝里 微调 。笔者非常赞赏她随手拿身边的日常用品为工具的弹性思维。她告诉笔者: 我们对于工具的定义很弹性,家里任何东西都可能是工具,需要尖尖的东西,我们就拿牙签、缝衣针,没有特别去买一套精密的工具,除了经费不够的考虑外,也觉得没必要。 她专注地微调,轻轻地说: 我们还希望趁毕业之前再多做几只手。

本来只是个单纯想学习3D打印、打发时间的暑期活动,没想到整个过程让这些高中生学习如何有效联结起许多在学校已经学到的知识。比如,数学 软件、测量,工程 组合结构,物理 运用力学,美术 外观设计、颜色配置、整体架构,医学 人体工学。

这些学生都来自中产阶级家庭,在族群多元的社区成长,并从小接受普通公立学校的教育,没有额外的补习。他们是美国小型城市中最典型的一般高中生。然而,这几个高中生具体应用学科融合,充分发挥自学、研究、互助、团队的精神,他们明白除了靠科技技术、基本的模板之外,还需要许多知识以外的技能 品德、尊重、负责、包容。他们从中体会到,关爱必须付诸实际的行动,也赢得了牢固的友谊。

其实,在美国不同的城镇也有许多由学生引领创建人工机械手或是创建发明助人的例子。这些因为好奇而求知,因为挑战而精进,因为关怀而改变所展现的一连串跨科学习动力、实践的过程,才是STEAM教育的最大目的。因此,STEAM不能只是单纯地以科学、科技、工程、艺术、数学跨科的特性来解释,也不是简单地把STEM和ART联结起来。要了解STEAM,我们必须从它永续的精神价值来探讨。也就是说,STEAM的融合已经超越理工科技术与设计美感表达,而是在创新、创造中凸显人本的价值意义。

在此,笔者具体提出以创新+创造+人本=STEAM的统整教学模式,如图2所示。以生生不息的宇宙生态系来代表创新+创造+人本=STEAM,并认为STEM、ARTS、Humanities三源合流更能凸显三者以协同合作来支撑这个宇宙生态系的精神。而STEAM与社会实践是这个宇宙生态系中如影随形的两大行星。科技的创新理念、艺术的美感创意、人本的人文关怀,则如卫星般在轨道上持续恒常地运作,滋润并启发STEAM永续实践的无限可能。

在创新+创造+人本=STEAM的框架下,STEAM教育不是追求高分,不是为提升经济、增加女性科技就业,而是在生活中落实 知识就是力量 的实践,从人性、同理心出发,运用设计思维以及科学技术的整合来发现生活中具体的问题,解决问题,进而改变人生。

这才是贯彻STEAM学习的精神、均衡技术与人格养成的21世纪教育模式。

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