二十一世纪技能与STEM教育
二十一世纪技能与STEM教育
作者：吴大琪教授
图片来源: https://www.pexels.com
问题所在 — 瞬息万变的人类社会
现今有关未来学校教育的讨论/规划中，「二十一世纪技能」和「STEM（科学、科技、工程、数学）教育」已成为非常普遍的议题。这些术语背后反映出一项事实，相比起上一个世纪，人类世界正经历科技进步带来的革命性变化，这些变化亦反映在全球就业市场之中。过去十年，在许多不同工作领域中，出现的工种和相应的工作技能不断改变，下图总结了其中一些例子。
这些变化对教育影响深远，不但会改变了我们教学的方法，更改变了我们对教育的基本了解。
要了解这些变化，让我们先回顾一下十九至二十世纪人类社会，即工业革命后的时代。工业革命的特点是专门化和分工。专门化令当时的生产力大大提高，而个人则于不同专门领域接受培训，成为工程师、律师、会计师、医生、工厂工人等专材。因此，知识专门化成为十九至二十世纪教育的主要方向。
随着科技进步，二十一世纪成为人类社会再次面临剧变的新时代。许多现有的工种因为科技进步正在消失，而今时今日人类面对的主要问题往往是全球性的，单靠某个领域的专业知识不足以解决问题。故此二十一世纪最需要的技巧（或技能），就是整合不同领域知识、与不同专才协作以解决问题的能力。对比起十九至二十世纪所需技能，现时需要更高水平的认知能力，因为在十九至二十世纪时，专注单一领域的知识 / 技能就足以成功。
STEM专家及STEM教育
今时今日，即使在科学、科技、工程和数学各科考试都取得良好成绩，但如果不懂得整合这些知识或跟不同领域专才协作以解决现实生活问题，仍算不上是STEM专家。从这方面来说，STEM代表了因科技进步引发、有关二十一世纪技能的知识整合。由于现实生活中的问题往往需要应用到科学、科技、工程和数学以外更广泛的专业知识，因此需要整合的并不限定于以上四个学科。
除了整合现有知识，科技进步亦为教育带来重要新元素。
- 与先进科技相关的新知识领域相应出现；例如：编程、机器智能和大数据等与人工智能相关的领域，又或与生物科技相关的领域。
- 科学和科技素养（或STEM素养）对所有人变得至关重要。未来十至二十年间，人类社会对新兴自动化科技的依赖将会急剧增加，各人都必须具备最低程度的STEM素养，始能有效运用新科技，在未来世界求存。
- 透过开发应用新科技的发明而达致成功。Facebook、阿里巴巴等公司，就是运用他人的初始发明来开发业务的成功典范。教育工作者要思考的问题是：在这个崭新的STEM时代，我们怎样才能够教引导学生成为具有创意的成功企业家？
科技以外
二十一世纪技能不只关乎学习新科学和新科技范畴。关键问题是我们要如何装备我们的社会 /城市/ 国家去应对这些变化。下图总结了新加坡构思的二十一世纪技能。许多其他国家所需的二十一世纪技能也有类似结构。
我们注意到二十一世纪技能的核心在于培养价值观和自我管理能力，其次是社交情绪能力，亦即如何向周遭的人作出适时和合宜/适切的反应。至于认知技能，位于最外层，其中包括为人熟悉的3C（明辨 (批判) 性思维、沟通和协作）在内。
对照我先前的专文〈我们如何学习 — 浅谈近代教育心理学研究结果〉，便会发觉二十一世纪技能其实建基于培育核心的「感觉」思维，然后逐渐移向外层的「思考」思维。当中的信息很清楚：要为瞬息万变的二十一世纪作好准备，就得先让我们的「感觉」思维准备就绪！这点经常被教育工作者忽略，因为我们并不习惯运用「感觉」思维！
例子：价值观、社交情绪技巧、同理心等
让我们的「感觉」思维准备好应对二十一世纪，其重要性是显而易见的。一些可能因为新科技而产生的道德问题，例如伪新闻或人类基因编辑等，很多专家都曾参与讨论，而学生面对这些问题时，需要参考清晰的「价值观」来作出正确决定。要跟不同背景的人共事，需要良好的社交情绪技巧。要成为成功的企业家，需要先了解公众的需求，才提问科技可怎样满足这些需求。要开发新的构思，还需要创意和卓越的自我调控学习技巧。这些都是二十一世纪必需的重要非认知技能。
迈向新的教育模式
一套能够处理所有这些问题的教育模式，必须具备以下元素：
- 坚实的情意教育课程，以培养健康的「感觉」思维，包括价值观、社交情绪技巧、同理心等，让学生为科技驱动型的未来社会做好准备
- 除了基本学术知识，该课程还须让所有学生具备最低程度的STEM素养
- 培养较高认知能力的学习机会，包括整合不同领域的知识、以创意方式解决现实生活问题等。
列出这些要求只是第一步。真正的问题是：这对我们现行的教育体系有甚么意义？
本港学校教育体系在提供学术知识方面表现尤为出色，近年亦开始提供大量STEM活动和学习机会，培养学生更高的认知技能，尽管中学文凭试导致STEM的优先次序相对较低。更重要的是由于学校普遍不了解情意教育的重要性，因此并没有系统化地进行情意教育。要培养「感觉」思维，需要一个让所有教师成为学生学习模范或教练导师的环境，以便为个别学生提供全面、持续的支持（请参看我另一篇专文〈我们如何学习 — 浅谈近代教育心理学研究结果〉）。情意教育不能套用在当今学校的常规操作方式，在封闭的正规课堂中教授。
按照我在上文提及的三个目标/ 优先事项来培养二十一世纪技能，就意味着要完全颠覆香港本地学校的现行教育实践（包括鼓励学生对问题寻找「标准答案」作答，包括主导学校教学行为的公开试制度）。我相信，这点正是倡导这种全新教育模式时，香港将会面对重大的挑战。
另一方面，香港资优教育学苑正要迈进新的发展阶段，「人才培养」将成为学苑新的目标 — 这意味着我们会在选定的领域建立系统化课程，帮助我们的资优学生在该等学习领域中取得重大进展，而该等课程亦会直接影响他们未来的进修路向。由于学苑规模较小，在制订课程方面更具灵活性，我们将尝试建立一种新的教育模式，当中包含上述三项有助培养二十一世纪技能的元素。这是学苑全新的尝试，需要各持分者支持方能成功。下面附录中载列了我对如何推行STEM教育的构思，作为供参考的例子。
附录：甚么是STEM教育？
我认为STEM教育关乎思维方式和技能，而不仅是教授特定学科的知识。我们可以通过游戏、工作坊、实地考察或专题研习等形式，把STEM教育融入不同学科的课堂，让学生学习到适当的「STEM」思维方式和技能。
具体来说，我们应该让学生做好以下准备
- 灵活变通，能活用不同领域的知识解决问题。
- 了解人工智能和生物科技等现代科技的重要性及对人类社会长期发展的影响（包括有关应用科技的道德 / 伦理考虑）。
- 在不熟悉的领域与陌生人协作。
- 运用创意思考，能就现实生活中的问题建议创新的解决方案。
基本的STEM教育课程应包括
- 将知识整合并应用来处理现实生活中的问题
以STEM将知识整合并应用来处理现实生活中的问题，背后有两项「基本原则」：
以科学的学习方法获取知识；意指须以实据为本，并透过多个重复的实验辅以严格逻辑推论来测试 / 确认（所综合）知识的有效性。另外须训练学生具备好奇心，时常对（未经证实的）知识等一概持怀疑态度。
a) 以「设计思维」的方法 应用知识来处理现实生活中的问题；当中学生须学习（1）识别需要解决的「正确」问题，然后（2）通过一系列活动来寻求解决方案，这些活动包括产品设计、测试解决方案、重新设计以期改进……等。学生应能随时从陌生的知识领域寻找解决方案，并与他人协作以解决问题。
b) 须要注意的是，STEM教育寻求经过实践的作品或解决方案，而不单是「纸上谈兵」。任何解决方案均须在实际生活中经过测试，方能被采纳。 - 数学须达基本水平，因为数学是STEM的「语言」
- 提供有关新科技发展最新知识的课程 — 区块链、大数据、生物科技……等
对STEM相关职业感兴趣的学生，我们须为他们提供
- 扎实的基础知识 + 数理科目的进阶课程
- 指导 / 研究计划，让学生深入了解自己感兴趣的领域
参考书目及网页 (全部三篇文章)：
- Kahneman, D. (2011). Thinking, Fast and Slow. Farrar, Straus and Giroux.
- Task Force on Review of School Curriculum. (2020). Report of Task Force on Review of School Curriculum. Education Bureau, HKSAR.
- Giger, M. (2007). The Three-Ring Conception of Giftedness. Schoolwide Enrichment Model (SEM). http://www.gigers.com/matthias/gifted/three_rings.html
- Borland, J.H. (2005). Gifted Education Without Gifted Children: The Case for No Conception of Giftedness. Cambridge University Press.
- Dweck, C.S. (2006). Mindset: The New Psychology of Success. Random House.
- Duckworth, A. (2016). Grit: The Power of Passion and Perseverance. Scribner.
- 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/
- Kaufman, S.B. (2013). Ungifted: Intelligence Redefined. Basic Books.
- Mlodinow, L. (2012). Subliminal: How your Unconscious Mind Rules your Behaviour. Pantheon.
更新日期：2022-05-31