第二章 文獻探討
第一節 STEAM 教育
壹、 STEAM 教育的興起
STEAM 的前身為 STEM，分別代表科學（Science）、科技（Technology）、
工程（Engineering）及數學（Mathematics），STEM 教育策略的興起，源自聯邦政 府發現學生在各國之國際競賽的工程及數理成績不盡理想，且經學術調查也大多 數學生對數理、科學的學習興趣明顯不足，因此政府開始全面積極推行幼兒園到高 中（簡稱K-12）的 STEM 教育，運用數學、科學與科技當作工具及技術，進而設 計工程以解決問題的方案（Meyrick, 2011），其目的是為了提升國家未來人才之競 爭力及勞動力，以強化國家經濟發展。
後來，經幾年的實施，美國學者Yakman（2008）發現學生在面對問題時所設 計出的解決方案，缺乏創造力或人文的思考，於2010 年首度提出將 STEM 融入藝 術（Art）的原創性與創新力，可培養出學生更大的學習興趣與解決問題的創造能 力；此外，多數研究也顯示，透過藝術能提升大腦網路連結，增進學習與發展（Maeda, 2013; Asbury& Rich, 2008），於是 STEM 教育加入了藝術（Art），形成了大家熟 知的STEAM 教育。
STEAM 教育，係透過藝術將 STEM 四大領域知識導入，增進學生之藝術思 維，並運用「主題式學習」讓學生學習解決在生活遇到的問題（Watson & Watson, 2013）。但藝術層面過於廣泛，所以陳怡蒨（2017a）將藝術（Art）分為六大面向：
(1)外顯、(2)設計思考、(3)大藝術、(4)視覺化、(5)美感素養、(6)藝術的詮釋，運用 這六大面向結合各種藝術的呈現，如歌劇、寫作、導片、音樂欣賞、繪畫、舞蹈及 建築、景觀設計等藝術。除了陳怡蒨學者的六大面向藝術外，亦有學者認為歷史、
人文均可歸類為藝術領域，以增添學習者的人文思考（Sousa & Pilecki, 2018; Yak-man, 2015）。因此，藝術的英文稱為 Arts，不僅代表視覺、聽覺及表演，更涵括人 文及歷史脈絡的思維。
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貳、 STEAM 教育的內涵
STEAM 課程之所以對學生學習有相當大的益處在於五個重要的策略：(1)與真 實世界的聯繫、(2)重視學習過程、(3)跨科際整合、(4)強調做中學、(5)培養問題解 決的設計思考能力（張玉山，2018）。STEAM 教育的主要策略為跨領域整合及做 中學，因此研究者將針對「跨科際（Interdisciplinary）整合」及「做中學（Hand-on learning）」兩點概念加以說明敘述：
一、跨科際整合
STEAM 由科學、科技、工程、藝術與數學作為切入點，引導學生探究、批判 的學習思考（陳怡蒨，2017b），以下引自 Yakman（2011）清楚定義五大領域學科 之意涵為：
（一）科學：英國科學委員會在 2009 年將其定義科學是以日常現象為基礎，
用系統的方式對知識的追求、對大自然的理解及對社會的理解，包含生物學、生物 化學、化學、地球科學、探究、物理與空間。
（二）科技：根據國際科技教育協會（International Technology Education Asso-ciation, ITEA, 2000）定義科技是指創新、改變或改變自然環境，以滿足人類的需求，
也就是將工程所設計出的工具加以製造出來，包含農業、結構、通訊、信息、製造 業、醫療、電力與能源、生產與運輸。
（三）工程：係指研究、發展、設計與創造或受約束的設計，包含航空與航太、
農業、建築、化學、土木、計算機、電器、環境、流體、工業與系統、材料、機械、
海軍與海洋。
（四）藝術：藝術指的是美（Fine）、語言（Language）、人文（Liberal）與 形體（Physical）藝術之含意，包含聽、說、讀、寫、肢體語言、人體工學、心理
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時間等困境，都是跨領域整合的成功與否的重要影響因素（王建凱，2018；Yakman, 2011）。130
綜上所述，生活中每個學習都與STEAM 教育息息相關，其中 STEAM 的跨領 域策略均係透過有目的的規劃與現實情境相互影響，將五大學科領域融合突破分 科的界限，並以問題解決為核心，利用不同學科知識與技能以解決生活問題，提升 學生的問題解決之分析能力（周淑惠，2018；王建凱，2018；陳怡蒨，2017b；Yakman, 2010）。
二、做中學
杜威（Dewey）曾說過，「教育即是生活」係指將學習落實在生活經驗裡就是 教育，其概念正是台灣眾多教育現場努力讓學生能在課堂上具有實際操作經驗的 原因。除了杜威提倡做中學以外，STEAM 教育運用的經驗學習理論（Experiential Learning Theory）亦秉持著此想法，提出此種理論的庫柏（Kolb）結合杜威的做中 學、勒溫（Lewin）和皮亞傑（Piaget）的認知發展論形成之經驗學習圈，將學習定 義成藉由經驗轉化加以創造成知識的過程，且將學習過程分為四個階段：(1)具體 經驗（Concrete Experience，簡稱 CE）、(2)省思觀察（Reflective Observation，簡 稱RO）、(3)抽象概念（Abstract Conceptualization，簡稱 AC）、(4)主動驗證（Active Experiment，簡稱 AE），這四個階段皆在學習過程裡不斷循環發生（Kolb & Wolfe, 1981），如圖 2-1-2 所示。
(CE)
(RO) (AE)
具體經驗
主動驗證 省思觀察
發散者
收斂者 同化者 調和者
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資料來源：張育禎（2008：12）學習者在庫柏的四個學習階段特色，從親身感受、仔細觀察、著重思考到最後
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進而設計出救災機器人的程式，且此理論也對學生學習程式與設計具良好效果及 可提高學習興趣。同樣地，也有些研究均顯示「做中學」的經驗學習對學生的創造 力、學習興趣及成就皆有正向差異（王利元，2017；蘇育彰，2016）。
參、STEAM 教育的課程設計模式
教師在課程設計應讓學生以探究的方式進行課堂，當研究者搜尋 STEAM 教 學時，發現有兩種方式多為STEAM 課程所用，分別是專題本位學習（Project-Based Learning）及問題本位學習（Problem-Based Learning）（賓靜蓀，2017；Phillips, 2018）。 問題本位學習與專案本位學習兩個英文簡稱雖同為PBL，但學習內涵卻有些差異，
研究者整理如下：
一、問題本位學習
問題本位學習是以學習者為中心的教學方法，成功關鍵係「選擇未具明確結構 的問題」，引發學習者應用知識與技能的整合來為解決問題提供可行的方案，還必 須解釋解決策略或結果對問題的關連性與成效，進而帶產出成果或結論。而學習的 最終在於評鑑解題的成果或策略的有效性（陳毓凱、洪振方，2007
； Savery, 2006
）。 二、專題本位學習專題本位學習開始於「具挑戰性的問題」，這問題來自教師及學生真實生活的 經驗、現象及當下所在意的社會議題，且學習者須透過提問、蒐集訊息和分析、設 計並實驗、解釋、形成結論和發現等過程進行專題學習，在學習階段的尾聲，學習 者必須透過多元的方式與他人分享學習到的知識概念與技能，如書、手冊、小論文、
錄影帶等方式呈現，同時接受同儕或教師的評鑑（陳毓凱、洪振方，2007）。
綜合上述，問題本位學習與專題本位學習的相似處，有些學者認為問題本位能 被涵蓋於專題本位，係因除了讓學習者自主探究外，將生活情境納入學習中，讓學
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學習出發點是由問題或議題導向；(2)學科領域可多學科或單一學科；(3)課程實施 的時間長短；(4)學習步驟有特定性或學生自主發想；(5)最終的成果呈現；(6)學習 情境虛擬或真實情境，根據六點差異使得兩種學習方法在設計課程上也將有所不 同（陳毓凱、洪振方，2007；鄭宇樑，2006 ; Lamer, 2014），如表 2-1-2。
表2-1-2 專題本位學習與問題本位學習之異同比較
資料來源：整理修改自Lamer (2014); Savery (2006)
因此，我國教師也經常以問題本位學習及專題本位學習進行探究教學研究，研 究結果顯示均對學生學習興趣有顯著的正向改變（羅梓洋，2018；張藝馨，2016）。
由此可知，不管是問題本位學習或專題本位學習，均能讓學習者在生活情境裡，藉 由探索問題或任務加以建構知識或技能等概念，達到學習者的學習效果。
肆、教師應具備 STEAM 專業知能
在成為教師前，透過師資培育過程裡，就應具有基本的教育專業知識，Shulman
（1987）認為教師專業知能是教師懂得使用有效的方式並暸解學生的先備知識與 迷思概念，才能有策略的將教學內容傳達給學生。他提出教師應具備的七項知識：
(1)學科內容知識、(2)教學內容知識、(3)課程知識指教師對教材與課程的理解、(4)
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學科教學知識、(5)學習者知識與特質、(6)教育情境知識、(7)教育目標知識，意味 著教師除了對學科本身的概念知識外，還需要具備班級的經營、教材與課程的理解 及學習者本身的背景，才得稱之為專業知能，但其中特別強調學科教學知識的重 要，認為學科與教學知識的整合能使教學者更清楚暸解如何針對學習者興趣，提供 適當的方式進行教學。
Kennedy 與 Barnes（1994）兩位學者指出教師的專業能力應具一般學科知識與 教學技能外，還需有教師信念、價值、角色認同，以及自省能力。Parkay 與 Stanford
（2000）認為身為一位專業教師既需具備基本的知識和能力外，還要有反省與解決 問題的能力，才足夠勝任教育工作者，其基本知識包括：(1)暸解自我和學生的知 識、(2)學科專門知識、(3)教育理論與研究知識；基本能力則包括教學技巧與人際 溝通技巧。
除此之外，國外STEAM 的教師專業發展課程內容還針對教師對 STEAM 教育 的價值、特定學科的暸解、跨領域課程的規劃、PBL 的運用與操作（Sinay, Jaipal-Jamani, Nahornick & Douglin, 2016; STEAM Education, 2015）。以韓國的「KOFAC 計畫」為例，他們將培訓分成三個階段，入門、初階到進階，主要先讓有意實行之 教師暸解STEAM 教育的意義，教師必須先找到為什麼，若有意願即可再透過不同 階段的訓練，增加教師在現場操作的規劃及實驗，使教師從為什麼的階段到實踐於 教室或校園裡，最後亦可成為受訓教師的教師（Jho, Hong & Song, 2016）。
再者，吳筱涵與陳嘉彌（2018）於國際教育創新研討會提及 K-9 教師若實施 STEAM 跨領域教學必須包含的知能有各領域的基本學科知識與基本教學能力之 兩項。因此，研究者依據以上參考資料整理出教師實施STEAM 課程所需之專業知 能有以下兩點：
一、教師應具基本科學、數學的學科內容知識
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得以運用自如。所謂數學是科學之母，所有科學與工程都需要透過數學的計算、驗 證才得以解決，加上科學應用到科技與工程是社會趨於進步的來源。因此，數學與 科學為人們需更加重視的知識與技能，Meyrick（2011）認為 STEM 教育是學生運 用科學、數學的知識並透過科技與工程的方法來設計解決方案。
擁有基本學科知識對於教師在進行課程引導時，能更有脈絡的使學生理解學 科間的關聯，甚至激發學生思考如何將不同元素的方案整合其一，以提出具創造力 的解決方案。近年，澳洲教育部發現於澳洲在教授數理專業的教師於大學期間並未
擁有基本學科知識對於教師在進行課程引導時，能更有脈絡的使學生理解學 科間的關聯，甚至激發學生思考如何將不同元素的方案整合其一，以提出具創造力 的解決方案。近年，澳洲教育部發現於澳洲在教授數理專業的教師於大學期間並未