STEM課程

STEM課程

百卉九江書院的STEM課程秉持革新精神,勇於探索未知的境域,並以香港作為實驗的場地。學生在專題課堂收集原始數據,並參與平民科學家計劃,以期為科學界提供真實的實驗成果。百卉明白,科學的力量並不僅限於一個分數或一份成績表,而是藉着累積前人所發現,用科技和工程去解決人類面對的種種難題。

百卉九江書院的STEM課程,將國際通行的教學理念本地化(如「新一代科學教育標準」),注重現實世界的問題導向學習,並為學生投身STEM行業和相關領域而鋪路。我們期許所有學生,都能掌握對以下十項核心科技能力的基本認識

核心科技能力:

  • 人工智能
  • 材料科學與工程
  • 太空
  • 環境工程
  • 電腦圖像及使用者界面設計
  • 科學與數據採集
  • 專案管理
  • 機械人學與操控技術
  • 物聯網及數碼媒體認知能力
  • 數據模型與模擬

基於科学標準的系統學習

百卉九江書院的STEM課程,是基於「新一代科學教育標準」(NGSS)而生,這是一套由諾貝爾得獎學者聯同教育專家團隊所設計和開發,以研究為本的課程,其架構參照目前科學研究中的重要領域,講求實證和融合新工程標準與舊科學方法。這種新的模式兼顧了觀測與應用科學,使課室的學習經驗能激發學生的興趣,助他們面對未來。

新一代科學教育標準」反映科技在真實世界的操作和體驗,突顯其互相聯繫的性質,並由此闡明:一、科學和工程實踐策略(科學家和工程師如何工作);二、交互連繫的概念(不同科學領域如何融會貫通);三、在K-12學制中,所有學生應掌握的核心科學概念,以備入讀大學和投身21世紀職場。

在課程中,學生會觀察各種科學現象,從中學習創造原始的數據庫,以及利用不同的圖表和模型來記錄數據,繼而運用新獲得的數據和規律,解決人類需要或問題。高年級的學生,會進一步學習把這些數據存放在電腦模擬系統,以作日後分析之用。這是一種自然地糅合創意、批判思維、電腦運算推考和多媒體科技傳播的學習方式。

本地化與回應生活

百卉九江書院希望學生能明白STEM在日常生活中的用途,因此將時事新聞納入課堂,借助實際事例,幫助他們學習。我們將香港的自然環境用作實驗和學習的場所,學生將會參加各種實地考察,探索香港豐富獨特的生態和地理環境,並在過程中學習觀測科學,用視覺、聽覺、嗅覺、觸覺和味覺進行觀察,然後將觀察所得記錄在他們的科學日誌中。應用新一代科學教育標準,學生會將新學到的知識,用來設計方案,解決工程問題,這種做法的目標是激發學生對STEM科目的興趣,並通過日常應用來加深記憶。我們亦希望學生明白,課堂上學到的知識要在課室外的真實世界得到應用,兩者關係是密不可分的。

基於真實世界的問題導向學習

百卉九江書院的「探索、創造、分享」設計循環,引導小學生探索真實世界的問題。「設計週期」旨在自然融合不同的科學概念,給予學生實質可靠的方法,去驗證自己的想法。舉例而言,學生會借相關的事例(如新型冠狀病毒疫症),探討「細菌是甚麼」的問題,由此進一步了解細菌和病毒的區別。他們會自由討論怎樣用麵包來做實驗,學習管理各種實驗變量(如消毒濕紙巾、消毒潔手液、肥皂、酒精搓手液和密實袋),做到自主學習。學生會作批判性思考,考慮在實驗開始前應該要做怎樣的準備;學生甚至再進一步,探究消毒潔手液、濕紙巾、肥皂和酒精搓手液的成分有什麼異同。

為投身STEM領域和相關行業鋪路

百卉九江書院致力于連接校內和校外的STEM機會。學生能透過不同的考察旅行和專家演講,把握先機,接觸業界。

百卉九江書院會與海洋公園合作,讓我們的小學生參加其「童遊探索隊」和「樂遊探索隊」計劃。書院的STEM課程,緊遵新一代科學教育標準,涵蓋涉及四大學科核心概念的元素,分別是(一)物理科學、(二)生命科學、(三)地球與太空科學以及(四)工程、科技及應用科學。我們鼓勵學生在課堂上提出問題、洞悉科學規律和解答存在於他們身邊的問題,從而直接了解科學家的工作方式。

百卉九江書院STEM課程與傳統STEM課程的區別

傳統STEM課室中,科學實驗是事先設計好的,而百卉九江書院則着重實驗本身——學生是否明白實驗的目的?學生能否操控實驗過程,從中找出實驗方式對實驗結果造成的影響?實驗中有甚麼變量和條件?科學實驗有助培養批判性思維,學生可在實驗前作廣泛的討論,根據自己既有的知識建立假設,並且學習為之解釋。在百卉STEM課程的實驗與分析環節,學生會採用哈佛大學的Project Zero視覺思考程序來進行觀測、分析數據和參與課堂討論。

百卉九江書院STEM課程

科學課程是建基於科學工程設計法則,強調觀測科學、收集原始數據、數據分析及建立模型。

傳統STEM課程

科學課程仍是建基在單以課堂實驗為核心的古舊科學方法上,學生只是因循既定的指引去做實驗,其結果早已預想得到。

百卉九江書院STEM課程

以日常生活種種為題材,學習編碼

  • 從家中回到學校的路線,正是條件運算式中if-then-else結構的例子
  • 「猜數字」遊戲就像編碼中的While迴圈
  • 將英語文法類比作假碼,由此了解編程句法的用途
  • 學生可參與模擬結對程式設計的遊戲,由一個學生提供一系列的指示,為另一個蒙上眼睛的學生指路

傳統STEM課程

只在電腦螢幕上編碼,令學生只會因按鍵而感到「興奮」

  • 依賴電腦即時給予回應,而非幫助學生在腦中進行演算
  • 只是不斷修改簡單的變量或值,和反覆作「執行」的指令,而非真正明白為何程式有錯而未能運作

百卉九江書院STEM課程

以日常生活為例,來學習電腦運算思維,如:

  • 如何刷牙就是一種「演算法」
  • 學習怎樣逐步拆開一件玩具屬於「分解」
  • 聆聽音樂,欣賞其中盤旋重複的曲調是「模式辨識」的例子
  • 為新聞報導撰寫摘要屬於「抽象化」

傳統STEM課程

  • 除了程式設計課外,根本不會包含與電腦運算思維有關的內容
  • 只叫學生記住電腦運算思維的四大要素
  • 沒有提供參考例子,只要求學生串出字詞和背誦有關的定義
  • 只提供關於編碼或程式設計語言的例子

百卉九江書院STEM課程

設計有實際客戶或用家的市場化產品

  • 學生在設計過程中會擔當不同角色,如設計師、測試者、財務經理、工程師等
  • 學生接收實際客戶和用家的意見,因而建立自信
  • 課程採用科學工程設計法則中的原型製作模式,令學生更敢於承擔風險
  • 參照史丹福大學的設計程序,幫助學生瞭解客人真正的需要,從而設計出能夠解決他們問題的產品,這一過程正可培養學生的同理心

傳統STEM課程

只是為了分數或成績等級而製作市場化產品

  • 製作的專項產品都是有例可循,以便老師評分
  • 學生或會懼怕失敗,不欲冒險
  • 由於學生是拉曲線評分,因此只有一部分成績好的學生能夠增強自信心
  • 產品設計或由老師事前指示完成,而成品也通常是以學生本人為最終用家