科學和藝術結合 STEAM教育如何填補“軟技能缺口”

【編輯推薦】在當今快速變化的世界中，跨學科思維已成為(wei) 解決(jue) 複雜問題的關(guan) 鍵。傳(chuan) 統認知裏，科學與(yu) 藝術似乎是分屬不同領域的知識體(ti) 係。但在解決(jue) 社會(hui) 問題時，通常既需要科學技術的硬核知識，也離不開協作、溝通與(yu) 創造力等軟技能。作為(wei) 高中科學教師，艾爾·勒布朗正通過一種創新的教學方法來彌補傳(chuan) 統科學教育中軟技能的缺失。將科學與(yu) 藝術結合，幫助學生理解抽象概念，同時培養(yang) 他們(men) 的協作能力與(yu) 創造力。

從(cong) 氣候變化到抗生素耐藥性加劇，解決(jue) 這些社會(hui) 問題需要跨學科思維，既需要科學技術的硬核知識，也離不開協作、溝通與(yu) 創造力等軟技能。然而，傳(chuan) 統的科學教育往往難以培養(yang) 這些能力，導致STEM學科學生出現了“軟技能缺口”，甚至因挫敗感而放棄科學道路。在高中階段，這種困境表現為(wei) 逐漸失去學習(xi) 興(xing) 趣，他們(men) 會(hui) 說出“我不是學理科的料”或者“這些知識根本用不上”這類話。

作為(wei) 一名高中科學教師，我通過將藝術融入化學與(yu) 生物課堂，成功扭轉了這一局麵——這種模式叫做STEAM教育。這並不是一種新概念，穀歌趨勢顯示，自2010年代初，公眾(zhong) 對STEAM教育的關(guan) 注度持續攀升。

研究表明，STEAM教育在不同場景中均表現出獨特優(you) 勢。例如，在三年級學生中，將藝術與(yu) “創客精神”（學生合作設計與(yu) 創造物品的實踐）結合，能提高自我效能感、學習(xi) 動機及跨學科學習(xi) 能力；在七、八年級科學課堂中，該方法提升了學生的參與(yu) 度，培養(yang) 了學生的反思能力；而在高中階段，通過3D計算機建模與(yu) 數學結合，學生甚至能構建出阿尼什納貝弧形結構，從(cong) 而深入理解原住民的知識體(ti) 係。

創建實體(ti) 的生物學模型

科學課程通常存在較高的認知門檻，因為(wei) 它要求學生將抽象概念與(yu) 定量推理相結合。而生物學尤其以細節繁複的圖表著稱，常常讓人望而生畏。我的對策是讓學生用橡皮泥、毛線編織或鉤針工藝製作實體(ti) 的生物學模型。

通過用黏土、織物等易塑材料構建實體(ti) 模型，學生得以直觀理解陌生的生物結構。這種方法在微生物形態辨析及人體(ti) 細胞差異學習(xi) 中效果顯著，且比單純看圖或視頻更具吸引力。

並非所有學生都擅長手工，但這恰恰成為(wei) 契機——教師可以將學生分組，讓藝術經驗豐(feng) 富的學生擔任組內(nei) 的“技術指導”，讓他們(men) 從(cong) 藝術方麵重拾科學自信。

即使是基因信息流這類高度抽象的生物過程，也能通過藝術具象化。有免費資源可用於(yu) 遺傳(chuan) 學教學，比如用串珠模擬蛋白質結構、用折紙呈現蛋白質結構和病毒的形態、用3D打印製作酶分子模型，這些資源都是可公開獲取的。其中，折紙因其低成本優(you) 勢，成為(wei) 展現細胞與(yu) 分子結構的理想工具。這些活動以視覺化方式拆解複雜概念，讓學生通過親(qin) 手創作來深化理解。

用化學創造藝術

化學常被視為(wei) “藝術絕緣體(ti) ”，因為(wei) 提到化學，人們(men) 總聯想到典型的試管與(yu) 燒杯中的反應。但在我的課堂中，學生通過製作可降解顏料，探索環保化學反應，從(cong) 而理解色彩科學原理與(yu) 化合物命名的規則；用pH值敏感的薑黃書(shu) 寫(xie) “隱形密信”。

他們(men) 甚至研發出了可替代傳(chuan) 統塑料的生物可塑材料。調整配方後，他們(men) 還能製作康普茶皮革、生物混凝土等創新材料。這些實驗原料均安全無害且在超市就能購買(mai) ，隻是需要注意加熱安全。

盡管成本略高於(yu) 傳(chuan) 統教具，但此類活動能引發關(guan) 於(yu) 環境可持續性的討論，並打破化學課的枯燥循環，畢竟，傳(chuan) 統課程鮮少讓學生製作實物。最後，與(yu) 生物學中的酶類似，3D打印的分子模型同樣可應用於(yu) 基礎與(yu) 有機化學，沒有3D打印機的教室可以用牙簽和軟糖來模擬分子內(nei) 的共價(jia) 鍵。

STEAM：通向廣闊科學共同體(ti) 的橋梁

高中生常因自認“無力貢獻科研”而感覺與(yu) 科學界脫節。但事實上，科學共同體(ti) 遠不止期刊、會(hui) 議與(yu) 競賽。

在我的微生物課上，學生在富含營養(yang) 的瓊脂平板上培育彩色細菌群落，創作“瓊脂藝術”。這些瓊脂平板含有細菌生長所需的所有營養(yang) 物質，同時也充當畫布。在創造藝術的過程中，學生也學習(xi) 了細菌遺傳(chuan) 學與(yu) 生物技術，掌握臨(lin) 床及實驗室常用技能。市售瓊脂藝術套裝選擇豐(feng) 富，既有適合AP生物課的高端套裝，也有經濟型版本，甚至有能將菌落圖案轉印至布料的材料。

完成作品後，學生可參與(yu) 每年秋季的美國微生物學會(hui) 瓊脂藝術大賽，或楊百翰大學、普吉特灣大學等學校的校際賽事。其他創作還可投稿至“慶祝藝術”（我的學生曾經用病原體(ti) 主題繪畫參賽）或聚焦於(yu) 海洋環保的“Bow Seat海洋意識競賽”等平台。此外，學生可通過Canva、Behance等平台創作數字作品集，記錄全年藝術與(yu) 科學的融合軌跡。

盡管在教學中增加一項考慮因素難免產(chan) 生負擔，但將藝術融入科學課程既能對學生產(chan) 生深遠影響，對教師而言也有可持續性的益處。我的經驗告訴我：學生往往樂(le) 在其中——藝術創作成為(wei) 他們(men) 表達創意、協作探索，以及培養(yang) 自己獨特科學音韻的鮮活載體(ti) 。