STEAM教育的本質在於讓學生在真實的解決問題歷程中，培養創造思考、批判思考以及問題解決時所需要的後設認知能力，同時將歷程中為了解決問題而習得的知識持續地進行學習遷移與意義化，而這裡習得的知識結構是完整的、跨領域的。因此，實施STEAM課程時，學生在解題歷程中如何學習知識與技能、課程中不同領域的教師們要如何協同教學，是我們必須認真思考的。
2011年總統歐巴馬在國情咨文提出創新與科技、教育的重要性，接著發布《總統2012預算要求和中小學教育改革藍圖法案》，推動STEM課程，2014年更投入31億美元在STEM教育。其理由在於STEM教育具有創新與務實的特性，同時STEM教育跨領域的整合學習，不但拓展專業領域範圍，也帶動創業與產業創新(張玉山及楊雅茹，2016)。 STEM教育從學科融合轉化與職場創新需求出發，轉變具體實踐的問題導向學習（problem-based learning，PBL）模式，期待藉由營造如真實世界情境的問題解決過程中，讓學生統整所學到的各種知識。因此STEM教育不僅僅是強調機具操作、設計創新的「創客教育」，更重要的是讓學生在解決問題過程中，探究、精熟解決問題所需要的知識與技能，同時強化自我效能、以及團體歸屬感的建立(Harvard Graduate School of Education, 2015; Martin, 2015)。因為在解決問題時，學生的思考活動與相應的抽象概念會被解題動機激發，對抽象概念與真實經驗進行反覆驗證、並完成概念遷移與概念意義化。
這種學習理念與十二年國教課綱的核心目標是完全符合的。因為二者都是關注學習與生活結合、透過實踐力行以彰顯學習者的全人發展的「核心素養」。因此本文試圖從PBL-STEAM學習歷程的可能形式來探究專題實作歷程下的不同教學模式，以及不同教學模式的異同。
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PBL-STEAM的學習歷程
PBL可以是專題或專案導向(project-based)的學習，也可以是問題導向(problem-based)的學習。所以專題或問題解決在PBL中是整個學習的主軸，學生在完成專題中自然地分散的學科知識統整融合，同時通過專題實踐、合作學習來解決複雜問題。
STEAM則是統整了學科知識的分際，將知識的獲取、方法與工具的應用、創新生產的過程以及情感、態度進行了動態的整合，在培養學生創新思維與實踐能力的同時，也展現出一種跨領域的融合創新。所以，STEAM與PBL在學習策略上，都是藉由問題解決或是達成專題的實踐歷程來達到跨領域、知識統整的目的。
STEAM既是學習內容也是目標，PBL既是學習方式也是過程。PBL -STEAM即為學生圍繞「明確的結果和模糊的專題」進行的跨學科的探究性實踐活動（崔鴻、朱家華、張秀紅，2017）。所謂明確的結果是指專題內容與問題條件相當明確，而最後的結果能符合專題目標或滿足問題條件就是學習結果，例如：問題是歸納出槓桿原理的規律與解釋，或是專題為做出一輛能避障的自控車。但是在解題或是產品創造的過程中，則是鼓勵學生積極探索、展現創意、並能自主行動的，因此整個發展專題具有相當高的個別化、自主性與彈性，其活動歷程當然會是模糊且無可規範的。
因此，在解題歷程中，學生必須時時刻刻將自己解題活動中所得到的暫時性結果與專題目標或問題條件進行比對、評估，以確定自己的答案或問題條件或專題目標與結果之間的差異，並藉以認定自己是否已經完成專題，或者滿足問題條件。若與目標不符或是尚有條件無法滿足時，則需要再學習，也就是再一次的探索、修正與解題，如此來回返覆，直到最後結果符合專題目標或要求為止(見圖1)。
圖1 PBL-STEAM的學習歷程
STEAM教育的教學與課程發展
從素養導向的教學來看，跨領域課程中的教學起點是學生所熟悉的生活情境問題；從PBL模式來看最終的產品或結果則是學習的終點。而教師在設計一個跨領域的STEAM課程時，當然會先決定課程目標，並且根據目標設定專題內容或問題條件，然後再往下擬定各學科領域的分目標、引發學生動機的生活情境問題，以及各節中的教學活動設計。而教學活動的進行流程則會與課程發展的順序相反。
於是，我們可以將整個課程發展分為為解題做準備的學習歷程、以及進行解題的實踐歷程兩部分(如下圖2)。
圖2 STEAM課程中學習與解題歷程
圖2的下半部是學習歷程，學生面對問題或專題的生活情境時，會以其自身的想像力，不斷的搜尋、擴展與尋找解題或是完成專題所需要S、T、E、A、M等知識與技能，因此在圖2中這個擴張與探索的歷程以倒立角錐體、與直線線條來呈現初始的發散歷程與探索各知識領域；而上半部則是解題、實踐歷程，是將所學的內容進行整合、實踐與嘗試解題的收斂歷程，因此圖2以正立角錐體來呈現收斂歷程、而螺旋線條表示知識整合的概念。這就不免產生以下的質疑：「教學過程中，到底要學生先學習再進行解題，還是一邊解題、一邊學習呢？」
對大部分學校的老師來說，先教學、後實作解題會是一個比較實際且習慣的歷程。因為對現場老師來說，至少讓學生先學會了大部分解題所需的知識與技能，可以大幅減輕解題歷程中的反覆提問，同時解題所需的各領域內容都有專門的老師承擔教學的工作。畢竟跨領域教師的合作、學生不停發問以及無秩序的探索歷程，對注重班級秩序、領域專業與教學順序的教師來說是相當違反教學習慣的。因此，這種形式的「做中學」，其重點會是在透過解題將所前面所學的知識意義化與精緻化，並且在實作專題中連結成一個完整的知識架構，並無法以適性的差異化教學來滿足「做中學」中不同學生對解題的不同需求。
但是對STEAM教育來說，不同的學生因為有不同的先備知識與經驗，所以每個學生在解題歷程中未必須要相同的知識與技能，只有當遇到解題困境時，學生才需要主動的尋找自己所需要的解題知識或技能。因此，對學生來說，整個解題歷程中就是邊做邊學、邊做邊問的歷程。
在上述兩種完全不同的教學方式中，教師就會有兩種極端的方式來決定學習內容：一種是傳統的，由教師預先設訂，稱為「教師決定模式」；另一種則是依不同的學生的不同需求來決定，其內容是相當模糊且無法確定的，稱為「學生決定模式」。而不同學習內容定模式，學習與解題歷程的重疊程度也不相同(見圖3)。
圖3 STEAM課程的學習內容決定模式
除了兩極端的模式外，作者認為在這條軸線上應該還有一種可行的折衷方式，就是協商決定模式。協商決定模式指的是教師將問題拋出後，由學生理解問題條件後，共同思考、討論以及與老師協商要先教什麼。也就是透過協商歷程，老師可以預先掌握學生的困難會在那裡，也讓學生透過思考與討論中，產生探究動機並投入解題情境的氛圍中。在協商模式中，教師預先為學生奠基部分基礎，可以減少學生無效的探索，以及老師必須反覆解說、示範的困擾。
不同學習內容決定模式的特質與異同
根據上述，我們進一步分析在不同學習內容決定模式下，可能的教學行為與特質：
(一) 教師決定：剛性的學習歷程
1. 教學內容在教學前被教師決定、教學進度可根據事前計畫下進行。
2. 教學活動可以根據領域專長由一位或多位老師共同完成，並且教師可以選擇全班講述式教學，而不考慮學生的差異性。
3. 學習與解題是兩個截然不同的歷程。
(二) 協商決定：彈性的學習歷程
1. 教學內容在教學前由教師規劃，實際學習內容則是在教師有意的引導下被決定。
2. 教學進度與內容大部分可根據事前計畫下進行。
3. 教學大部分由一位老師完成，部分內容由其他老師完成。
4. 學習與解題歷程有部分重疊，學生先學習部分內容作為解題基礎，遇到問題再學習部分內容。
(三) 學生決定：自由的、開放的學習歷程
1. 雖然教師在教學前規劃教學內容，但未必都能完成。
2. 學生的學習歷程是嘗試錯誤的歷程，學習與解題歷程是全部重疊在一起的。
3. 老師必須給每一學生所需要的解題知識或能力，因此是適性的、差異化的教學歷程。
4. 老師在教學開始時解釋完問題後，就變成教練與諮詢者的角色。
5. 各領域的教學內容都由一位老師完成。
各種模式下教學者的角色與學習方式(如表1)。
表1 各種模式的異同
結論
STEAM教育的目標不應該只強調實做與創意層面，更要注重實做過程中，經驗與知識的學習遷移以及意義化的歷程，也就是跨領域的問題或專題必須確認能夠讓學生在解題歷程中發生學習遷移，因此教師在實施STEAM課程時必須注是下列幾點：
(一) 問題解決或完成專題是整個學習歷程的終點，因此課程所設定的問題與專題必須緊扣預期學生要習得的內容與能力。
(二) 實做歷程必須要能讓學生所習得的知識產生學習遷移或概念意義化，因此要仔細評估生活情境的設定與營造。
(三) 學生學習到的內容會隨著每一學生知識與能力的不同而不同，所以教師在課程設計時必須注意：
1. 課程目標是所有學生在學習完成後最少須習得的內容，而整個解題歷程就是達成課程目標的歷程。
2. 問題的設計至少要能涵蓋完整的課程目標，可以超過、但不能超過課程目標太多。
3. 因為學生所具備的起始能力都不盡相同，因此教師必須能補足每一學生不足的部分，讓學生得以完成解題歷程。同時，教師也必須兼顧到已經具備足以解決問題能力的學生，讓能力較優的學生在解題歷程中不至於感到無趣。
4. 學習、應用與意義皆環繞在生活情境之中發展，以擺脫空洞化與制式化的傳統教學
參考資料
張玉山及楊雅茹（2014）。STEM 教學設計之探討：以液壓手臂單元為例。科技與人力教育季刊。1(1)，2-17。
崔鴻、朱家華、張秀紅（2017）基於項目的STEAM學習探析：核心素養的視角。華東師範大學學報（教育科學版）。54-61,135,136 。DOI: 10.16382/j.cnki.1000-5560.2017.04.006
Harvard Graduate School of Education. (2015). Maker-centered learning and the development of self: Preliminary findings of the agency by design project. Retrieved from http://www.agencybydesign.org/wp-content/uploads/2015/01/Maker-Centered-Learning-and-the-Development-of-Self_AbD_Jan-2015.pdf
Martin, L. (2015). The promise of the maker movement for education. Journal of Pre-College Engineering Education Research, 5(1), 29-39.
唐偉成
高雄市鳳山區忠孝國小校長