英國著名科學家牛頓,小時候的學業成績並不理想,因為他總是把心思用到做手工和模型上。在老師、同學的心目中,他就是一個「笨小孩」。
有一次,小牛頓做了一架小風車模型帶回學校,向同學展示。同學都圍攏過來看,他的小風車轉動自如,同學都讚嘆不已。一個學業成績比小牛頓優秀的同學,看到這情境很不服氣,輕蔑地說:「喲!這風車做得還怪靈巧呢!」又故意提高嗓門問道:「你這小風車外型造得還可以,可它為什麼會轉動,你能解釋一下嗎?」小牛頓一時答不上來,原來他只懂得製作模型,卻從來沒有深想過箇中道理。那位同學見他無言以對,臉上露出鄙夷的笑容:「哼!說不出來吧,你真是個可憐蟲!自己做的東西自己卻說講不出原理,你跟木匠有什麼分別?」
小牛頓回到家細心一想,那位同學所說的確實有道理。小牛頓自此發奮勤學,像脫胎換骨一樣,上課認真聽老師講課,下課認真複習功課。沒多久,他的學業成績就名列前茅。同時,小牛頓無論遇上什麼事,都會在心中先問為什麼。正是這種主動探究學習的精神,牛頓才會思考:當蘋果掉落到地上時,它為什麼不往上升,而是往地面落下?最後,牛頓成為世界知名的物理學家,更發現了「萬有引力」及三大運動定律。
STEM課程探究科學思維
近年,STEM(科學、科技、工程及數學)教育的議題受到許多的關切和重視,不難看出各地積極培育STEM人才的趨勢,藉以提升二十一世紀學生的知識、技能和素養。有見及此,本校希望透過STEM教育,以整體而連貫的方式在學校推行,以培養學生的學習興趣、提升創意和解難能力,並發展學生的創新思維,當中包括每年一月份所舉行STEM專題研習活動。本校利用專題研習的模式,通過具體情境和真實問題作焦點,讓學生貫串不同學習領域的學習元素,提供豐富的主動探究經驗,促進學生親身主動綜合和應用各個範疇的學習。同時,提升學生在運用科學思維及解難的能力,活動提供「動手做」的實踐機會,更需要學生在「動腦筋」的情況下,找出如何利用科學探究與創新的思維,以設計其他有趣的科學與科技的模型,並在探究的過程中,呈現學生的科學思維以應用所學。
透過「環保電動船」這個五年級專題研習課題的設計,綜合相關學習領域的學習,例如老師引入了一連串的「動手做」,加強學生親身探索製造船的基本原理(船頭破水形狀、船與水接觸面的大小及螺旋槳的形狀大小),並記錄相關的數據。這些主動探究的學習經驗,有助學生綜合科學、科技、工程及數學學習領域的學習,使學生熟習各種造船的原理和運作。同時,培養他們的好奇心和親自動手的信心。在完成「環保電動船」這個專題研習活動後,老師引入比賽作為延伸,並擬定了一個具體的情境,讓學生設計一艘最快的環保電動船,從起點到達兩米外的終點。透過這個專題研習,學生需要掌握的不是個別獨立的科學或科技知識,而是有意義地聯繫各個學習領域的元素,以解決真實的問題。
為了加強與生活、解難、應用、綜合知識與技能的聯繫,並配合六年級「探索太空」單元的教授,在專題研習前,安排學生透過閱讀相關的中英文圖書、上網搜尋資料及主題壁報板,增潤對太陽系、太空工程、力學、火箭升空原理的認識,讓學生探討相關的發展和意義。老師利用電影《火星任務》的主角因遇上意外,未能與隊友返回地球及所遇到一連串問題作為引子,使學生更容易投入課堂的學習。學生所學習的並不局限於課室內,而是從探索太空到星際求生,而專題研習正是要學生製作能突破引力的水火箭,拯救主角離開火星。老師引導學生以探究循環的學習模式:提出假設、設計、進行測試、總結及應用,讓學生進行STEM活動,發展學生的創意解難及共通能力。學生利用之前搜集的水樽及回收物料來製作水火箭,經過不斷試驗、不斷改良,例如:改變水火箭的重量、結構、機翼的物料、水火箭內的氣壓、水量、發射的角度等。透過鑑定問題、蒐集資料來解決問題,學生逐步成為知識的主動建構者,提升解難及應用數學與科學的能力。
杜威之經驗哲學主張「有事可做」,更要「有事可學」,主張讓學生在豐富學習經驗的情境裏「由做中學」,從主動的反省思考來領會事物之間的關連,從動手做進而探究學問。STEM教育強調學生「動手」參與的學習活動,就着日常生活問題,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。孩子的好奇心與生俱來,求知的心人人皆有。正如聖經所說:「得智慧、得聰明的,這人便為有福。」(〈箴言〉3章13節)孩童一旦發現學習的目標,正是自己所喜愛、有興趣或真正需要的,就會有像發現新大陸般的喜悅,主動探究學習。孩子只要有這種探究精神,像小牛頓一樣,親身主動綜合和應用所學,愛上學習,他們創造求新的腳步才會愈走愈快。
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