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研究報告

推動STEM+ 教育-STEM教育的在地化與頂層設計

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研究背景

香港特區政府致力發展知識型經濟,創新科技更是箇中新興優勢產業。創新科技局和港科院的設立、以及河套區港深創科園的規劃,標誌著政府對創新及科技業的決心。政府對業界及研究界的投放不遺餘力。在資助方面,特區政府透過津貼及基金等在2016年投放了超過180億元推動創科 。在土地規劃方面,政府調整工業邨政策,收回已停用的廠房,利用工業邨內的剩餘土地於創科產業之用 。

然而,經濟發展脫離不了人才供應。公營教育作為人才培訓關鍵,為配合未來知識型經濟及創新科技產業,STEM教育的推動對香港至為重要。

教育局於2016年12月公布《推動STEM教育-發揮創意潛能》報告,提出在中、小學推動STEM(科學、科技、工程及數學)教育的初步建議。2015年的《施政報告》首次提出STEM教育,2016年《施政報告》進一步肯定對STEM教育的支持。STEM教育旨在促進學生成為科學、科技及數學的終身學習者,使他們能夠應對二十一世紀的挑戰,同時有助培養與STEM相關範疇的多元人才,以促進香港的發展。

STEM概念最早在美國提出,是代表科學 (Science) 、科技(Technology) 、工程 (Engineering)及數學(Mathematics)的課程。推動STEM教育是配合全球知識型經濟帶來的教育趨勢,慢慢由美國拓展至歐洲及亞洲。

縱觀歐美、新加坡等STEM政策文件, 該課程在世界各地設計都以實用的課程邏輯 (pragmatist rationale) ,期望為該地區未來經濟需要培訓人才。不過,相比其他STEM地區,香港經濟結構狹窄,第二產業萎縮;加上華人教育一向著重課程科目明細分工,而學生及家長亦重視教育回饋。海外課程經驗及設計未必完全配合香港。是次研究希望將STEM教育在地化 (localization),推動恰當的STEM教育模式。

 

在地化的第一步,由STEM到STEM+ 課程

歐洲及美國發展STEM教育的初衷,除了為創新科技行業人才做準備,亦期望STEM教育解決整體學生的數學與科學水平及成績落後的問題。根據學生能力國際評估計劃(PISA)的報告,東方國家學生普遍的數理成績較西方國家為高。香港的數理成績更在PISA中名列前茅,因此,我們應把STEM定位為創新科技的追求卓越、應用與發展,這個目標不是由個別科目的努力可以達致。

2015年PISA也顯示,相對其他地區,香港學生對數理的興趣不高,對入職相關行業的理想也較低。因此,我們對STEM教育的期望不是成績上的提升,而是態度、興趣的提升。這個目標亦不是從課本及單向教導中可以達致。

香港產業結構狹窄,創新科技業仍在起始階段。其他推行STEM教育的地區有大量工業、科技企業人才需求,家長普遍對STEM相關行業及出路有一定認識,但香港缺乏這方面的優勢,故此畢業生需要的STEM環境得依賴企業界與教育界共同營造。

STEM教育在香港需要在地化的改良,我們提出STEM+教育的政策建議如下:
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建議一 : 創建「STEM+促進中心」

香港應參照其他國家發展STEM教育的做法。美國的科技政策辦公室(OSTP)成立委員會,專門協調與STEM有關的工作;英國成立教育慈善機構,支援STEM網絡連繫、諮詢等工作;新加坡成立STEM INC,獨立處理STEM的推行。而上海的STEM教育,同樣設立了上海市史坦默國際科學教育研究中心調配整合資源。

自政府於2015年推行STEM教育及進行諮詢,民間一直對STEM發展遲緩的問題有熱烈討論。相比其他發達國家或城市,香港教育局在推行STEM教育的步伐的確起步較遲。美國在2009年就STEM教育簽訂相關法案,為長遠教育發展投放充足的資源。新加坡也在2013年訂下支援STEM未來發展需要的基調。

事實上,香港無論是學界或商界,都早已具備一定的資源、經驗及技術發展STEM。在早年電子教學的推動下,學界對資訊科技教學的認識充足,更有學校成立教育中心統一資源分配。根據香港中文大學的研究分析,現時學校的數理教師的教師主導教學(teacher-directed science instruction)、調適教學(adaptive instruction)、探究式教學(inquiry-based science teaching and learning practices)及對學生的回饋(perceived feedback)等四項教學策略均高於OECD(經濟合作暨發展組織)平均值 ,反映教師在教學策略和執行能力並不遜色。學界對推動STEM教育有一定的準備。

香港已經在民間及商界有優秀條件,故此不需要由上而下重新規劃STEM教育。反之,我們建議教育局設立「STEM+ 促進中心」,負責民間機構未能參與的部份,包括教師培訓、亦負責協調院校與商界資源等,使其在學校發揮正面作用。以「STEM+」為題,不單只進行課程促進,亦連結學校校本培訓、院校教師培訓、商界支持、外地經驗交流等。

 

「STEM+促進中心」主要工作

教育局一向有就個別學習範疇成立的促進中心,例如國民教育中心、資訊科技教育卓越中心。「STEM+促進中心」主要工作為:
進行STEM教育的研究及教材發展;

  • 向其他學校提供到校支援服務,就STEM教育的教學法、技術及管理等作出支援;
  • 就STEM教育的課程及教與學作研究及評估;
  • 策劃及舉辦專業發展課程,分享和推廣通過實踐所得並具成效的教育經驗,並組織地區或全港的教師學習社群;
  • 組織香港及外地的跨區教師交流及會議;
  • 促進商院校(Business-University-School)協作,並整合社區、非政府組織、公營機構的資源;
  • 協助向校長、學生及家長等持分者,傳遞相關的政府政策及措施。

 

建議二 : STEM+分階段的教學策略

我們認同教育局《推動STEM教育—發揮創意潛能》 報告所說,香港的STEM教育應以「提升學生的學習興趣,以助他們日後在有關範疇升學和就業」為目標,進行手腦並用的教育活動以培養學生的興趣和好奇心。

在與我們的訪談中,不少校長及教育專家表示,因為要應付文憑試的壓力,學生多在高中階段難以繼續科技研究或相關活動。公開考試及晉升大學的條件限制了學校在STEM教育的嘗試。我們建議教育界應鼓勵小學及初中學生參與,在未有公開考試壓力之前,提升他們的學習興趣。

STEM+ 除了是個課程拓展,也是教學策略的延伸。在不同的學習階段,學校應配合不同教學策略,以配合學生在本地課程的水平。

  • 幼兒及初小階段的「STEM + 遊戲」 (STEM+ Play),即着重以活動、遊戲形式學習STEM,讓學生在幼兒及小學階段對STEM有初步理解和認知,增加對STEM的接納程度和興趣。
  • 高小至初中階段的「STEM + 探究式學習」 (STEM+ Inquiry-based learning),即以專題研習、報告形式加入課程單元。學生在研習的過程中運用課程知識,同時發展學生在溝通、創意及解難上的能力,培養科學素養。
  • 高中階段的「STEM + 就業及生涯規劃」(STEM+ Career & Life Planning),針對學生的務實思維,STEM在高中階段可以考慮配合商界作生涯規劃,讓家長及學生瞭解到STEM的出路及就業的機遇,以及知識型經濟改革帶來的挑戰。

 

STEM+ 作為學生素養框架重要一環

課程是知識的合理化(Legalization of Knowledge) 。社會將對普遍學生都存有的期望寫入核心課程,而將對部份有能力、有學習興趣的學生才存在的期望編入選修課程或課堂延伸的學習活動。就推動STEM教育而言,社會對STEM教育討論,一時是針對部份數理尖子,一時泛指所有學生。

2015年,香港課程發展議會發表第一份STEM政策文件《推動 STEM 教育—發揮創意潛能》對STEM學習有方向,但未有統一的素養架構。教育局早前甄選了四間專業發展學校,包括香港仔工業學校、嗇色園主辦可譽中學暨可譽小學、樂善堂余近卿中學、以及瑪利諾神父教會學校作為範本。從它們的經驗可見,學校在試驗STEM時會因應資源、師資、教師的志趣等個別情況,於不同學校側重於個別元素,如偏重生物探究、數理專題研習、或電腦程式編寫。

面對全球經濟改革及挑戰,STEM教育應有普及的部份,而因應學生的不同能力以及學校的資源分別,亦應有校本專長的部份。故此,推動STEM教育時,需要訂明「STEM核心素養」。「STEM核心素養」是應該對全體學校及學生要求的,並符合全球倡議的廿一世紀素養,以讓學生可在畢業後面對未來經濟需要。另外,學校可以按其校本優勢去設計「專題應用學習」,讓學生培養個別專長。

STEM核心素養

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現時小學發展STEM教育著重數學科與常識科的課程更新,加強不同課題如「數據處理」、「概率」等的學與教,務求以專題研習、問題為本等形式加強學生的STEM發展。初中的STEM教育則主張規限最低課時,確保學生學習不同學科的比例。我們認為要確切發展STEM應先建構STEM的核心素養框架讓學校、教師有據可依,再因應學校情況彈性調整。參考國際發展STEM教育的經驗,我們應該著重STEM非認知素養,以及將研習過程視為指標。

建議三 : 訂立STEM+素養框架

綜合美國和中國在STEM教育發展的經驗,香港應同時訂立綜合素養及學科素養。美國近年公佈的兩份STEM相關課程檔案,分別是2011年的《K-12年級科學教育框架》 、2013年的《新一代科學教育標準》 提出了學生所應具備的綜合素養。中國在上海的試行上也編訂了相關的科學素養。

相對於其他地區,香港民間資源豐富、科學及數學能力良好,但工業產業不發達,我們參考了各地的STEM素養框架,並進行調適以符合本地情況,倡議香港的STEM +教育應具備以下素養:

(a) 科學及科技素養

即是指知識內容,例如科學原理、科技知識,同時也要發展學生的實行能力,包括科學式詰問,清晰定義問題,設計並執行課題研究,分析並解讀數據,使用工具,進行學術論證,及分享發現並給出評論。

(b) 綜合運用與創新素養

科目劃分是人為的,學生面對現實難題時,沒有單純的物理題、生物題等。學生應能夠將STEM範疇的知識互通作跨學科綜合能力的運用。科技發展日新月異,學生應具備創新及學習思維,以備傳統方法失效時去解決問題。

(c) 解難能力素養

例如如何將難題分拆,辦認難題與科學知識的關連等。科研工作強調利用科技為人類解決問題,STEM教育不應過分傾向學生在知識上的吸收,亦要訓練學生的解難能力,以提升學生的競爭力,以免被社會發展所淘汰。

(d) 群體協作素養

在實際創科工作環境需要與多個部門及團隊協作,非如考卷般一人一份,個人考核。STEM教育應提供機會,讓學生在群體協同中相互幫助、相互啟發,進行群體性知識建構。教師可利用現實情景提出問題。因為在現實環境離不開與其他人的合作。

(e) 社會關懷

STEM的應用與創新,有賴學生對社會的關懷。透過觀察、解難及創新等過程,以科技推動人類社會進步,克服社會挑戰,讓科技正面地建設社會。與生活相關的問題亦能激發學習者內在的學習動機,問題解決時亦為學生帶來成就感。

促進商校合作

政府視學校及校本課程為STEM教育的重要管道。然而,從四間專業發展學校的經驗可見,發展STEM需要更多校外機構以至社會各界的合作支援。現時STEM教育的發展仍局限於校內的課程編排、專題研習、興趣小組和學校之間的展覽會、比賽等。

要讓學生瞭解STEM的價值和前景,必需配合院校與商界合作,讓學生吸收到第一手資訊,加強學習興趣;教師亦可從學術研究、反饋及培訓中成長,而學校更可有足夠的社會網絡去支援其發展。

商界在配合科技教育的發展已逐漸成熟,不少大型跨國企業研發適合學生的學習工具,如Apple Distinguished Educators、香港科技園公司。然而,這些零散但龐大的學習資源,需要一個統籌平台集中整合並有效運用。

建議四:創建STEM+商校大平台

除了政府出資,政府亦可以鼓勵商界支持。美國在發展STEM教育時,得到了蓋茨基金會和紐約卡內基公司支持,讓100多位企業 CEO 創建「變革方程」公益機構。通過利用資金、資源和影響力,促進 STEM 公益教育事業;激勵青少年學習 STEM;推動基於 STEM 的教育改革,當中包括可觀的獎學金及就業連繫。

香港的科技行業需要人才,就需要由上而下的企業連繫。(1)在大型的博覽會、比賽加入企業參與,讓中學生的作品和發明有機會成為產品,延續創意。(2)為中學生提供獎學金在海外或本地升學、進行相關科研工作,以改變家長和中學生對相關行業的既有印象。(3)為有優異研究成果或潛能的中學生提供實習及僱用承諾,為他們提供穩定的出路。

拓闊教育出路

2012新高中課程實施後,香港中學文憑試成為大學收生的重要評估指標。大多數大學學科以四科主修科目及兩科選修科目 (4+2) 計算分數的方式錄取學生。因應華人社會「唯有讀書高」的傳統文化,學生選科長期受大學收生標準主導。根據香港考試及評核局的數據,修讀物理、化學、生物、綜合科學及組合科學等科學科目的學生人數,比以往修讀生物、化學、物理三科的學生人數大幅下降,由2009年的40%下跌至2016年的4%。同時,修讀高等數學(即M1或M2)的學生由首屆文憑試的22.9%,大跌9個百分點至去年的13.9%。情況反映綜合科學及高等數學等課程普遍排除在「4+2」的修讀科目之外。

另一方面,香港各大學理工學科收生考慮整體能力,包括語文能力強、四個核心科目成績平均地優秀。在STEM發揮優異的尖子,如果不能達到以上的要求,就會被排除在升大學途徑外,需要重考香港中學文憑試達至各科均等地優秀,或考慮其他升學途徑。我們應該思考目前的STEM發展策略同時,優化大學升學制度,為人才提供學位及晉升機會,摒除學術障礙。

建議五:改善大學收生制度,推薦尖子升讀相關課程

經過教育改革,香港中學文憑試成為單一評核,並以四個核心科目作為升學的最低門檻,追求學術發展的科技人才需兼顧多個科目。我們認為政府應為有意向創科發展的優秀學生提供適合的晉升途徑。

我們參考個別院校的傑出運動員推薦計畫及香港體育學院的體育獎學金計畫,建議政府為優秀而有意升讀大學科學、工程及其他相關課程提供資助,讓大學可以通過非大學聯合招生辦法(Non-JUPAS)取錄。受惠的學生只須經過院校發出有條件取錄(Conditional offer),就可符合大學的「最低取錄條件」升讀大學,確保人才能受惠於大學教育以發揮所長。同時,大學以非大學聯合招生辦法取錄,不會影響其課程及大學的收生成績。

資助與硬件須以提升教學質素為目的

為促進學校推動STEM教育相關的校本計劃,政府於2015/16學年向所有小學發放港幣100,000元的一筆過撥款,並在2016/17學年向所有中學提供一筆過200,000元的額外津貼,作為資金援助。大部分學校使用這筆限制性的撥款時,傾向選擇添置新型的3D列印機、金屬雷射切割器、機械人等形式。表面上,學校新增的一批硬體有助推動STEM的校內發展。實際上,資金和硬體主導的發展忽略了教與學的軟件。

我們的研究員在探訪學校的過程中,發現每間學校的經驗反映了資源並非發展STEM教育最關鍵的因素。其一,學校可因應資金多寡選購不同類型的教材。教材邊際格價上升,不一定反映教學質素的邊際效益。其二,因應近年的優化班級計劃,學校校舍亦騰出課堂和空間用作各類活動及教學用途。

相反,要具體推動STEM素養和培養學生綜合能力,課程設計及教師團隊遠比硬體配備更為重要。教師及專家在與我們討論時,表示教師學科知識、對STEM的熱衷、課程及教學法等軟件,才是STEM教育成功與否的關鍵。現時政府提供的每間學校一筆過撥款,難以持續發展課程內容,或開展教師培訓。這是有待改善的。

科技產品除了有購買成本外,亦有折舊及維護費用。學校在添置科技產品時,應考慮該產品對發展STEM的可持續性,該件科技產品是否一時的熱潮,以及該件科技產品是否需要高昂的維護費用。

建議六:提防本末倒置,過分迎合現今科技

STEM+教育是為未來經濟提供人才。由學生於學校內接觸STEM+教育到其畢業,相距可以超過十年。科技日新月異,今日在校內所應用的技術必然成為畢業時的歷史。課程及課時若側重在現今科技的運用,而非提升學生的學習興趣以及STEM+核心素養,是捨本逐末。

香港研究所的「香港學生的i素養及其調查」結果(詳見第五章),顯示香港學生對現今科技及電子產品的認識不淺,過半學生對自己科技學習能力傾向較有信心,亦善於接觸新科技技能。學生無需要過分學習現有科技應用。

總結: 官民合作發展創科人才

我們認為本港已有發展STEM+教育的經驗及基礎。教育局可提供政策領導和課程資源、以及將學界、社會及商界的零散的成果加以善用。政府一方面應由上而下進行教育統籌工作,另一方面亦應保留一定空間,透過半官方的「STEM+促進中心」, 讓民間發揮創意去試驗不同的教學策略及教學計劃,在調動商校合作以外,促進與教育及志願團體和機構合作,同時進行家長教育和教師培訓,。在升學出路方面,政府亦應與大專院校制定方案,吸引有才華的學生入讀與STEM相關的大學本科課程。

最後,香港STEM+教育能否成功,除了課程、教與學及升學之外,學生的就業出路亦是關鍵因素。香港教育界期望政府能促進本港產業多元化、落實創意、創新、創業的三創經濟,讓STEM+學生可留港發展,貢獻社會。

召集人曾鈺成先生(右二)、執行及研究總監馮可強先生(右一)、名譽研究員戴希立校長(左二)和研究員馮智政先生(左一)就STEM議題發表研究報告。


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