STEM PAL
專項化學習模式
STEM PAL 專項化學習模式
STEM Project Approach
in Learning
根據香港特別行政區教育局文件，STEM主要是『透過要讓學生就著日常生活問題，設計和擬定具體及有創意的解決方案，從而增強他們在綜合和應用跨學科知識與技能的能力。』由此可見， STEM的學習方法正是早前跟各位談及的『動手學』一脈相承。而最有效及最易於理解的學習模式便是透過目標明確的專案 （Project）來進行。但怎樣進行專案教學？這學習模式是如何運作？有那些要注意的地方？今期將會跟大家詳細探討。
首先想釐清Project一詞的定義。在華人社會世界Project有不同的翻譯，包括專案、專項、習作，專題研習、項目等。到底甚麼規模方稱得上Project？小朋友畫一幅畫是否也可當作Project呢？ Project一字在西方社會有一定的意思，泛指有特定目的unique deliverables、臨時性或短期性的temporary 及能逐步精進的progressive elaboration。由此看來，小朋友繪畫如果只是視藝課業，不會持續一段時間去完善的，那便不能稱得上Project了。反之，如果為某目的而作畫，例如宣傳防疫措施，在一段時間內不停創作及繪畫，那便可稱為Project。而透過project來進行學習，我們可稱之為『專項化學習Project approach in learning 』。這亦是STEM的學習模式。
專項化學習模式對習慣了跟課程施教的教師往往做成困擾，因為一般施教可根據前文後理將教學重點由淺入深的教授。教學時可以課題區分，每堂一個明確課題，每課題下亦可有分題，將課節分成幾個學習部分來進行。然而，專項化學習下每課節不應以課題去區分，而是按具體執行時間去處理，而往往在執行計劃時會出現意料之外的情況，整體存在未知數。這種教學模式是需要教師彈性地去處理課節安排，及需要做到隨時應變的。下表羅列了專項化學習與傳統課題式學習的比較：
五個專項特質
為了讓教師處理專項化學習時不至走迷方向，以下歸納了五項進行『專項化學習』教學時必須注意的地方：
1. 難題為本 Problem Based
眾所周知， STEM是透過解難項目Problem solving project來進行學習。要解決困難，前提必須是有一個明確的難題存在。但如我一直強調，難題不一定由教師提供，甚至不可由教師提供。『難題為本』是明確指出難題的重要性。那麼教師不提供難題，難題在那裏得到呢？難題是要由學生自己察覺出來的，也可說學生是要尋找難題的。學生可按實際情境，分別以需求、意外、現況、困難、挑戰等5個方面去尋找困難。(具體操作詳情可以參閱筆者早前『難題五環』的文章。) 教師千萬不要抱著舊日出試題給學生的心態，嘗試一早定下具體難題 （題目）再定下心目中解決方案，再看誰答中答案來進行評分。專項化學習下的難題是沒有統一答案的。
2. 情境導引 Scenario Leading
難題的出處必定是建基於一個真確而又具體的情境。專項化學習一定是存在難題需要去解決，而難題是不明確，甚至是隱藏的。但難題相對應的情境則必須是真實及明確的。真確情境 authentic scenario 是情境導引的核心。目的是要讓學生投入情景氛圍下去尋找難題。使學生融入情境當中，用心去感受情境當中使用者的困難，牽引同理心的共鳴。設計專項化學習的項目時不防考慮學生的身處環境或當前社會情況，這樣可給予更大的經驗值，使學生感覺情境貼地。例如我曾見過一間座落河邊的學校便以河水發出臭味來作為情境切入。亦有學校以當前口罩不足為情境給學生進行專項化學習。說到底，以學生身邊事物去挑起他們的好奇心及同理心，讓關心身邊事物成為習慣。
3. 知識連繫 Knowledge Connectedness
正因STEM是要透過專項化學習去綜合和應用不同科目的知識與技能，故此過程中必需要注意與其它學科知識的連繫性。然而，我們不應抱著尋找相關知識的心態去處理專項化學習。倒轉頭來應要考究甚麼知識或技能是完成此專項化學習項目的必備條件。舉例而言，中三級的VR眼鏡習作，學生需要懂得如何以光線圖去求出鏡片與手機間距離方能成功製作出作品。這樣，物理科中光線圖繪製的相關光學知識與技能便成為解決此專項化學習項目的必備知識。讓學生先在物理科學習，再透過專項化學習來綜合和應用相關學識，做到上期文章所說的『學以至用』。這樣不單可令專項化學習項目順利完成，也加深學生在學習相關知識的體會。由此看來，在規劃專項化學習時，教師是需要充足的準備功夫，除了要了解項目本身要求，亦要探究學生於進行此專項化學習項目前各科的學習進度階梯。所謂知識的連繫，是要將已有知識，甚或是剛學習的知識，進行連繫。專項化學習對教師要求高，如教師本身有均衡及廣博的知識基礎，於專項化學習課堂上便可隨時施展渾身解數，將學問邊做邊教的傳授給身邊的學生。例如當我教中二級學生用化膠水進行粘合亞加力膠片時，我會引導學生留意在毛筆末端的結晶體，從而解釋溶液、溶劑、飽和溶液和結晶原理間的關係。為甚麼是中二級呢？正因為中二級的科學堂有涉及此等知識。
4. 探究精進 Exploration and Elaboration
能讓學生透過動手，接觸不同的工具和物料，從中引發學生去主動探究知識和智慧，最終令學生學懂如何運用科技去解決困難，這便是STEM中科技教育的部份。而科技本身是運用知識、資源和創意去解決困難，以滿足人的需要。故此，學生必須充分掌握相關知識和了解所應用到的物料、工具和器材，方能達致最佳的科技成果。
最有效去掌握物料、工具和器材的方法莫過於親手實習(Hands-on practice)，進行探究。STEM教育與其它學習經歷最顯著的分別便是在於此，也不止於此。舉例中一習作『百變匙扣』，此習作的目的主要是令學生體驗熱塑性塑膠加熱後軟化的特性。不像理科實驗堂，課堂上沒有使用溫度計作測溫工具，亦沒有儀器去量度物料軟化程度。反之，我直接告訴學生焗爐的溫度及所需時間。學生透過親手屈製，能深切體會整個加熱軟化的現象。課堂完結後，學生大部份都能具體說出熱塑性物料加變型的特點，如加熱時間與物料柔軟程度的關係、冷卻時間與物料硬度回復的關係、物料柔軟程度與可屈曲程度的關係等。
除了一般親手實習去掌握物料、工具和器材外，在解難途中所引發的可行性方案也必須經過深入研究和反覆驗証方能優化出最理想解決方案。這種持續精進正是專項化學習的特有性質。而進行探究的途徑是多樣的，可以包括：實驗、資料搜集、數據分析、模擬測試、問卷調查和市場研究等。
科學探究與這裡提及的探究活動起著相同的果效，親身真確的經驗方是一生之久的知識；不同的是，科學上的探究是以論證為主，以思考切入實作驗證，而專項化學習項目的探究則以製作為主，持續精進為目標，讓經驗與技術得以提升，從而頓悟知識上的道理。這正是以手帶動思考的過程。
5. 實質製作 Tangible Production
STEM最迷人的地方便是有一件件的製成品，真實的用來解決情境問題。雖然如此，仍然有不少人認為STEM的呈現可以是以純編程形式來表達。近年，在人工智能及大數據興起的潮流下，純以電腦程式作為最終成品的大有人在。我認同這類作品的重要性，但並不代表這些就是STEM。論執行上的便利程度，無疑電腦編程的製作，可減省許多物料應用、機械操作及器材維護的心力。可是，沒有什麼方法好得過直接透過接觸物料去認識這個物質世界。前述的探究精進與知識的連繫是沒法子單純以以電腦編程的學習經歷來取代的。以中二級『美化校園計劃』的習作為例，其中重點是幾何平面設計。同一習作，我們可以單純以繪畫形式進行，成了近似視藝科的習作。同樣，我們可加入資訊科技元素，使用電腦繪圖軟件來進行。但我選擇了以木板為材料，給學生用手工具去雕鑿，讓學生體驗物料在手中成形的快感。現在我校園內便掛起了兩塊由不同學生製作的裝飾板，曾有份參與製作的同學均感自豪。
話說回來，那麼電腦編程及人工智能在STEM的位置是如何呢？其實並非不重要，它們是眾多工具裏的一件利器，但並不代表可以取代全部的工具。我常鼓勵學生在他們的作品中應加入大量電子控制及編程元素以達致最佳效能。以多年前一個中五生的會考習作為例，當年題目本是『龜的飼養園』，與資訊科技毫不相干，但最終學生的作品加入了大量資訊科技元素，做到實時遠端控制及影像傳送的果效。在當時還沒有物聯網的年代已經實作出來了。所以，實質製作的產品必定是『想得出、做得到；而做得出、又用得到』的。那龜缸現在仍在工場一角飼養著一對小烏龜。