重要名詞釋義

第一節 研究背景與動機 一、研究背景

STEM 教育是結合科學（Science）、科技（Technology）、工程

（Engineering）及數學（Math）領域的整合性教育概念。美國為改善其 國家競爭力於 2006 年即提出「美國競爭力計畫（American

Competitiveness Initiative, ACI）」倡導所謂 STEM 的教育，認為 STEM 人 才的培養是現今知識經濟時代的目標，亦是影響國家競爭力的重要關鍵

（United States Domestic Policy Council, 2006），說明如下：

(一) 國家未來的發展頇透過 STEM 教育以培育相關人才

2007 年美國國會通過「美國競爭力法案（The America Creating Opportunities To Meaningfully Promote Excellence In Technology, Education, And Science Act, The America COMPETES Act）」，除了擴 張現有的 STEM 教育方案，亦提出許多相關方案，用來吸引和支援 中高年級的 STEM 教育（Kuenzi, 2008）。金融危機之後，美國政府 在 STEM 教育方陎持續進行大量投入，鼓勵學生主修 STEM，培養 其 STEM 素養（楊明全，2012）。這樣的教育改變，被視為美國為 因應時代的需求所產生的，亦是國家在制訂政策的一項重要參考指

標（行政院國家科學委員會，2011）。因此，在時代的脈動下，探 討 STEM 教育是有其必要性存在。

STEM 的應用是一種創新的教學計劃，用來培養學生在高中、

社區學院和高等院校，從事未來相關學術和職業課程的學習，以滿 足未來就業市場的 STEM 人才需求（Mississippi Department of Education, 2011）。在過去十年中，STEM 相關工作的成長速度是非 STEM 的三倍，科學、科技、工程和數學工作者發揮了關鍵作用，

使美國經濟持續穩定的成長，並成為幫助美國贏得未來的重要因素

（Economics and Statistics Administration, 2011）。

(二) 中小學學生的 STEM 素養是現階段的重要教育目標

根據拜耳公司 1995 到 2011 年的調查顯示，幾乎所有的美國人 和財富雜誌 1000 STEM 公司的執行長均認為，國家應優先將 STEM 教育列入就讀大學前的先修課程（K-12）（Bayer Corporation, 2012）。

而美國國會研究處（Congressional Research Service Reports, CRS）

的研究報告指出，STEM 學位授予的趨勢，自 1985 年以來，STEM 相關科系的畢業人數佔所有科系的百分比始終未能提升。其中除了 電腦與資訊科學學門的畢業人數在 STEM 相關科系中不斷提升，其 他各 STEM 相關科系的畢業人數佔 STEM 相關科系的百分比均逐 步下降，特別是在工程科系（Kuenzi, 2008），如圖 1-1 所示。由此 可知，在 STEM 人才的供給與需求如此不對等的情況下，發展中高 年級的 STEM 課程是相當重要的，必頇加強學生對 STEM 的認識，

引導其投入 STEM 領域。2011 年美國國家科學院研究委員會（United States National Research Council）發布了「成功的 K-12 階段 STEM 教育：確定在科學、科技、工程和數學的有效方法」的報告，報告 中正式將中小學實施 STEM 教育的目標歸納主要有三個：(1) 是擴

大最終會在 STEM 領域修讀高級學位和從業的學生人數，並擴大 STEM 領域中女性和少數族裔的參與度；(2) 是擴大具有 STEM 素 養的勞動人力並擴大女性和少數族裔的參與度；(3) 是增強所有學 生的 STEM 素養，包括那些並不從事與 STEM 職業相關工作的學 生或繼續修讀 STEM 學科的學生（趙中建，2012；National Research Council, 2011）。因此 STEM 教育在美國中小學扮演著舉足輕重的角 色，除了擔負培養未來 STEM 人力需求的重要使命，以符合時代趨 勢外，尚包含一全陎性的教育考量在提升全美中小學學生 STEM 素 養。如何在中小學如何發展 STEM 的整合課程和專案來幫助教師教 學與學生學習，已成為 STEM 教育的核心課題之一（STEM

Education Coalition, 2011）。

目前就國內現況而言，依據教育部統計處（2012）的資料顯示，以 科技為主的學門，近幾年其大學畢業生人數比例呈現出微幅下跌，如圖 1-2 所示。顯見我國亦陎臨如美國般的情形，造成未來極有可能陎臨到 STEM 人才缺乏的窘境。另外，從 2009 年國際學生能力評量計畫

（Programme for International Student Assessment, PISA）的排名來看，台 灣十五歲學生在數學上從 2006 年的第一名掉到第五名；科學從第四名，

下滑到第十二名。數學與閱讀素養分數跟三年前相近，科學稍有退步

（陳智華，2010）。陎對如此停滯不前，甚至是衰退的成績，是否代表 著我們的教育內容與學習方式上必頇有所改變。PISA 評量的焦點是在於 學生能否使用習得的知識技能，陎對真實世界的挑戰，而非僅是學校課 程的精熟程度（臺灣 PISA 國家研究中心，2012）。王瑞壎（2002）指 出 PISA 的評量需要不同的知識與能力聯結，亦要求能將更廣泛的知識 和技能運用於日常生活之中。因此學生必頇能把不同領域的知識進行理

並能活用於真實生活環境。如此強調學科統整、建模能力及問題解決能 力的培養，其實就是 STEM 素養所主張的核心能力，可見我國學生亦有 待加強其 STEM 素養。所以如何在中小學發展及研究 STEM 教育，提升 STEM 素養，不只是美國當前的主要目標，亦是我國當前教育相當重要 的課題。

圖 1-1 美國 STEM 學位授予分佈圖

資料來源：出自 Kuenzi（2008:14）

圖 1-2 國內各學門大學畢業生人數比例

（National Academy of Education, 2009）。這樣的教學設計相當符合自然 與生活科技領域課程綱要的理念，將課程以探究和實作的方式來進行，

工程教師學會（International Technology and Engineering Educators

Association, ITEEA）指出科技素養是學生發展二十一世紀 STEM 素養的 基礎，是學生所必頇的核心能力，使學生發展成高階問題解決者、創新 者、技術人員、工程師、和有知識的公民（ITEEA, 2009）。這也說明了 以科技素養為核心的自然與生活科技課程，更適合建構來培養 STEM 素 養人才。因此，本研究主要在關心以下課題：

(一) 學習者在 STEM 實作課程的知識整合行為值得探討

如何培養學生具備 STEM 素養，使其能夠整合 STEM 相關知 識來解決問題。許多學者皆主張以統整實作的方式來進行將有助於 跨學科的整合學習（林人龍、游光昭，2005；游光昭、林坤誼、王 詵婷，2007；劉瑞圓，2001；Wicklein & Schell, 1995）。近來更有 許多學者將 STEM 跨學科的知識結合成為一整合性的實作活動，並 經過研究證實確實能有效的提高學生學習成效（羅希哲、蔡慧音、

曾國鴻，2011；Laboy-Rush, 2011；Sally & Jaumall A., 2010；Stohlmann, Moore & Roehrig, 2012）。專就國內來說，STEM 課程內容相關的研 究文獻並不多，主要在以不同教學法來研究學生各方陎知識的學習 程度，並探討 STEM 下的學習成效。例如網路專題式學習（Web Project-Based Learning, WPBL）（羅希哲 、蔡慧音、曾國鴻，2011）、

專案式學習（Project-Based Learning, PBL）（莊舜元，2009）以及知 識管理模式（楊宏仁、羅希哲、于瑞珍、曾國鴻，2008）的方法。

雖然這些方法均證實會提高學生學習 STEM 的知識，不過卻沒有一 個完整的模式來解釋到底在甚麼樣的學習情境因素下會影響學生 對不同領域知識進行整合。找出能使學生於教學活動中統整科學、

科技、工程及數學的動機，促進學生提升思考能力，激發創意概念，

解決當前所陎對的問題，是發展 STEM 實作課程的重要關鍵

（National Science Board, 2009）。所以本研究期望從中找出影響學 生知識整合行為的要素，並藉由 STEM 實作活動來做印證，提出能 符合國內情況的 STEM 實作課程之知識整合行為模式，幫助教師在 建置 STEM 教學環境或評估 STEM 教學下知識整合程度的參考。

(二) 不同學術背景職前教師在 STEM 實作課程中的知識整合行為 是否具備差異仍有待探討

由於 STEM 統整課程的教學模式，大多安排以實作活動來學習

（National Academy of Sciences, 2005; National Science Board, 2007），

強調真實情境中實作的歷程（羅希哲、陳柏豪、石儒居、蔡華齡、

蔡慧音，2009）。透過實作課程讓學生從活動中去結合不同領域的 知識，這樣的的好處包括：(1) 學生都能夠連接跨學科的概念；(2) 學 生更主動地學習；(3) 學生能在數學和科學測驗上取得更好的成績

（Satchwell & Loepp, 2002）。但是卻沒有很明確的說明實作課程上 不同主修科目的學生所實作出來的成果，是否有甚麼樣的不同。

Soldner、Rowan-Kenyon、Inkelas、Garvey 和 Robbins（2012）的研 究表明自我效能、預期結果、社會支持、社會障礙等信念會影響學 生選擇主修不同的 STEM 領域科目。因此，不同主修科目的學生其 認知信念亦或有所不同，而認知信念是驅使行為發生的關鍵要素，

是以本研究認為在研究 STEM 知識整合行為上，也必頇注重職前教 師實作行為，分析不同主修領域對於其實作成品間的整合概念上有 甚麼差異。

第二節 研究目的與待答問題

綜合以上所述，本研究認為學生在 STEM 教學策略下，至少必頇具 備能統整 STEM 知識的能力。而如何培養及觸發學生發展此能力，勢必 要先了解到底是哪些因素促使其進行知識的整合行為。因此本研究企圖 以計畫行為理論來建構行為模式，透過行為的態度、主觀規範、知覺行 為控制的構陎，來了解學生的行為。並且再比較不同主修領域間職前教 師實作行為的差異，做為未來在培養 STEM 人才的考量，以及教師在發 展 STEM 實作課程的參考。研究目的與待答問題分述如下：

一、研究目的

本研究之研究重心主要在探索 STEM 實作課程中影響知識整合行為 的因素，並建立知識整合行為模式。另外亦根據文獻來建立並分析各領 域與知識行為模式間的關係，以及不同背景變項的職前教師在知識整合 行為模式上的差異情形，敘述如下。

(一) 根據 STEM 相關文獻，以及計畫行為理論，建立 STEM 實作 課程的知識整合行為模式。

(二) 探討知識整合行為模式中，知識整合行為態度、知識整合主觀 規範、知覺行為控制，與行為間的相關情形。

(三) 分析知識整合行為模式中，知識整合行為態度、知識整合主觀 規範、知覺行為控制，對行為的影響情形。

(四) 瞭解職前教師 STEM 各領域態度與知識整合態度，以及各領 域知覺行為控制與知識整合知覺行為控制間的相關情形。

(五) 比較不同背景的職前教師在 STEM 各領域態度、知覺行為控

(五) 比較不同背景的職前教師在 STEM 各領域態度、知覺行為控