二十一世紀技能與STEM教育

作者:吳大琪教授

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題所在 — 瞬息萬變的人類社會

現今有關未來學校教育的討論/規劃中,「二十一世紀技能」和「STEM(科學、科技、工程、數學)教育」已成為非常普遍的議題。這些術語背後反映出一項事實,相比起上一個世紀,人類世界正經歷科技進步帶來的革命性變化,這些變化亦反映在全球就業市場之中。過去十年,在許多不同工作領域中,出現的工種和相應的工作技能不斷改變,下圖總結了其中一些例子。

這些變化對教育影響深遠,不但會改變了我們教學的方法,更改變了我們對教育的基本 了解

要了解這些變化,讓我們先回顧一下十九至二十世紀人類社會,即工業革命後的時代。工業革命的特點是專門化和分工。專門化令當時的生產力大大提高,而個人則於不同專門領域接受培訓,成為工程師、律師、會計師、醫生、工廠工人等專材。因此,知識專門化成為十九至二十世紀教育的主要方向。

隨著科技進步,二十一世紀成為人類社會再次面臨劇變的新時代。許多現有的工種因為科技進步正在消失,而今時今日人類面對的主要問題往往是全球性的,單靠某個領域的專業知識不足以解決問題。故此二十一世紀最需要的技巧(或技能),就是整合不同領域知識、與不同專才協作以解決問題的能力。對比起十九至二十世紀所需技能,現時需要更高水平的認知能力,因為在十九至二十世紀時,專注單一領域的知識 / 技能就足以成功。

STEM專家及STEM教育

今時今日,即使在科學、科技、工程和數學各科考試都取得良好成績,但如果不懂得整合這些知識或跟不同領域專才協作以解決現實生活問題,仍算不上是STEM專家。從這方面來說,STEM代表了因科技進步引發、有關二十一世紀技能的知識整合。由於現實生活中的問題往往需要應用到科學、科技、工程和數學以外更廣泛的專業知識,因此需要整合的並不限定於以上四個學科。

除了整合現有知識,科技進步亦為教育帶來重要新元素。

  1. 與先進科技相關的新知識領域相應出現;例如:編程、機器智能和大數據等與人工智能相關的領域,又或與生物科技相關的領域。
  1. 科學和科技素養(或STEM素養)對所有人變得至關重要。未來十至二十年間,人類社會對新興自動化科技的依賴將會急劇增加,各人都必須具備最低程度的STEM素養,始能有效運用新科技,在未來世界求存。
  1. 透過開發應用新科技的發明而達致成功。Facebook、阿里巴巴等公司,就是運用他人的初始發明來開發業務的成功典範。教育工作者要思考的問題是:在這個嶄新的STEM時代,我們怎樣才能夠教引導學生成為具有創意的成功企業家?

科技以外

二十一世紀技能不只關乎學習新科學和新科技範疇。關鍵問題是我們要如何裝備我們的社會 /城市/ 國家去應對這些變化。下圖總結了新加坡構思的二十一世紀技能。許多其他國家所需的二十一世紀技能也有類似結構。

我們注意到二十一世紀技能的核心在於培養價值觀和自我管理能力,其次是社交情緒能力,亦即如何向周遭的人作出適時和合宜/適切的反應。至於認知技能,位於最外層,其中包括為人熟悉的3C(明辨 (批判) 性思維、溝通和協作)在內。

對照我先前的專文〈我們如何學習 — 淺談近代教育心理學研究結果〉,便會發覺二十一世紀技能其實建基於培育核心的「感覺」思維,然後逐漸移向外層的「思考」思維。當中的信息很清楚:要為瞬息萬變的二十一世紀作好準備,就得先讓我們的「感覺」思維準備就緒!這點經常被教育工作者忽略,因為我們並不習慣運用「感覺」思維!

例子:價值觀、社交情緒技巧、同理心等

讓我們的「感覺」思維準備好應對二十一世紀,其重要性是顯而易見的。一些可能因為新科技而產生的道德問題,例如偽新聞或人類基因編輯等,很多都曾參與討論,而學生面對這些問題時,需要參考清晰的「價值觀」來作出正確決定。要跟不同背景的人共事,需要良好的社交情緒技巧。要成為成功的企業家,需要先了解公眾的需求,才提問科技可怎樣滿足這些需求。要開發新的構思,還需要創意和卓越的自我調控學習技巧。這些都是二十一世紀必需的重要非認知技能。

邁向新的教育模式

一套能夠處理所有這些問題的教育模式,必須具備以下元素:

  1. 堅實的情意教育課程,以培養健康的「感覺」思維,包括價值觀、社交情緒技巧、同理心等,讓學生為科技驅動型的未來社會做好準備
  1. 除了基本學術知識,該課程還須讓所有學生具備最低程度的STEM素養
  1. 培養較高認知能力的學習機會,包括整合不同領域的知識、以創意方式解決現實生活問題等。

列出這些要求只是第一步。真正的問題是:這對我們現行的教育體系有甚麽意義?

本港學校教育體系在提供學術知識方面表現尤為出色,近年亦開始提供大量STEM活動和學習機會,培養學生更高的認知技能,儘管中學文憑試導致STEM的優先次序相對較低。更重要的是由於學校普遍不了解情意教育的重要性,因此並沒有系統化地進行情意教育。要培養「感覺」思維,需要一個讓所有教師成為學生學習模範或教練導師的環境,以便為個別學生提供全面、持續的支援(請參看我另一篇專文〈我們如何學習 — 淺談近代教育心理學研究結果〉)。情意教育不能套用在當今學校的常規操作方式,在封閉的正規課堂中教授。

按照我在上文提及的三個目標/ 優先事項來培養二十一世紀技能,就意味著要完全顛覆香港本地學校的現行教育實踐(包括鼓勵學生對問題尋找「標準答案」作答,包括主導學校教學行為的公開試制度)。我相信,這點正是倡導這種全新教育模式時,香港將會面對重大的挑戰。

另一方面,香港資優教育學苑正要邁進新的發展階段,「人才培養」將成為學苑新的目標 — 這意味著我們會在選定的領域建立系統化課程,幫助我們的資優學生在該等學習領域中取得重大進展,而該等課程亦會直接影響他們未來的進修路向。由於學苑規模較小,在制訂課程方面更具靈活性,我們將嘗試建立一種新的教育模式,當中包含上述三項有助培養二十一世紀技能的元素。這是學苑全新的嘗試,需要各持分者支持方能成功。下面附錄中載列了我對如何推行STEM教育的構思,作為供參考的例子。

附錄:甚麼是STEM教育?

我認為STEM教育關乎思維方式和技能,而不僅是教授特定學科的知識。我們可以通過遊戲、工作坊、實地考察或專題研習等形式,把STEM教育融入不同學科的課堂,讓學生學習到適當的「STEM」思維方式和技能。

具體來說,我們應該讓學生做好以下準備

  1. 靈活變通,能活用不同領域的知識解決問題。
  2. 了解人工智能和生物科技等現代科技的重要性及對人類社會長期發展的影響(包括有關應用科技的道德 / 倫理考慮)。
  3. 在不熟悉的領域與陌生人協作。
  4. 運用創意思考,能就現實生活中的問題建議創新的解決方案。

基本的STEM教育課程應包括

  1. 將知識整合並應用來處理現實生活中的問題

以STEM將知識整合並應用來處理現實生活中的問題,背後有兩項「基本原則」:

以科學的學習方法獲取知識;意指須以實據為本,並透過多個重複的實驗輔以嚴格邏輯推論來測試 / 確認(所綜合)知識的有效性。另外須訓練學生具備好奇心,時常對(未經證實的)知識等一概持懷疑態度。

a) 以「設計思維」的方法 應用知識來處理現實生活中的問題;當中學生須學習(1)識別需要解決的「正確」問題,然後(2)通過一系列活動來尋求解決方案,這些活動包括產品設計、測試解決方案、重新設計以期改進……等。學生應能隨時從陌生的知識領域尋找解決方案,並與他人協作以解決問題。

b) 須要注意的是STEM教育尋求經過實踐的作品或解決方案,而不單是「紙上談兵」。任何解決方案均須在實際生活中經過測試,方能被採納。

  1. 數學須達基本水平,因為數學是STEM的「語言」
  1. 提供有關新科技發展最新知識的課程 區塊鏈、大數據、生物科技

對STEM相關職業感興趣的學生,我們須為他們提供

  1. 紮實的基礎知識 + 數理科目的進階課程
  1. 指導 / 研究計劃,讓學生深入了解自己感興趣的領域

參考書目及網頁 (全部三篇文章):

  1. Kahneman, D. (2011). Thinking, Fast and Slow. Farrar, Straus and Giroux.
  2. Task Force on Review of School Curriculum. (2020). Report of Task Force on Review of School Curriculum. Education Bureau, HKSAR.
  3. Giger, M. (2007). The Three-Ring Conception of Giftedness. Schoolwide Enrichment Model (SEM). http://www.gigers.com/matthias/gifted/three_rings.html
  4. Borland, J.H. (2005). Gifted Education Without Gifted Children: The Case for No Conception of Giftedness. Cambridge University Press.
  5. Dweck, C.S. (2006). Mindset: The New Psychology of Success. Random House.
  6. Duckworth, A. (2016). Grit: The Power of Passion and Perseverance. Scribner.
  7. Fenton, N. (2015). 20 Psychological Principles That Will Help Your Students Learn More Effectively. American Psychological Association. http://psychlearningcurve.org/these-psychological-principles-will-help-your-students-learn-more-effectively/
  8. Kaufman, S.B. (2013). Ungifted: Intelligence Redefined. Basic Books.
  9. Mlodinow, L. (2012). Subliminal: How your Unconscious Mind Rules your Behaviour. Pantheon.