基於STEAM教育探討跨領域美感課程

國立臺東大學音樂學系 郭美女教授

一、前言

二十一世紀是科技網路的時代，面對未來瞬息萬變的挑戰及環境，人類的生活型態及學習方式有了巨大的改變，世界各國對國民關鍵能力的養成，關注度逐漸提升，而所要具備的關鍵能力包括快速適應社會變化的能力，以及能夠面對未來工作的能力和態度；其中美國的二十一世紀關鍵能力聯盟更整合了教育學者專家與企業家的經驗與建議，制訂出具體的學習框架，認為除了資訊科技之能力，更要具備 4C能力，即批判思考（critical thinking）、合作（collaboration）、溝通（communication）、及創造與創新之能力（creativity and innovation）。

新世紀國民的資訊素養與國家競爭力息息相關，1996年美國國家科學基金會（NSF）於《型塑未來世界》報告裡提出「STEM」（Science科學、Technology技術、Engineering工程、Math數學），是一套強調以學習者為中心的教育方式，積極培育學生的獨立思考及創造能力。

我國教育部在2019年提出十二國民基本教育的課程大綱中，增加了科技領域，此領域包含「資訊科技」和「生活科技」，強調「做中學」跨領域學習的探究精神，注重設計創造、批判思考、邏輯運算等符合未來趨勢能力的培養，強調培養學生使用新興科技的能力，用於解決生活問題，尤其是在資訊科技的學習領域，特別注重運算思維能力的培養，將程式設計納入國民基礎教育範圍，期望提高每位學習者解決問題和批判性思維的能力，透過實際動手解決生活中的問題，作為創新與發明的基礎，成為未來學習的新浪潮。

二、STEAM教育理念

2009年美國總統歐巴馬將STEM教育延伸到幼稚園至12年級（K-12）擴大教學階段，引起社會的迴響。美國提出的STEM的教育理念，旨在加強美國 K-12 對於科學、技術、工程、及數學的能力，用於補足其基礎教育在理工科方面的弱勢。由於STEM一詞是由科學家們提出的概念，往往忽略了人文美學和素養，新的科技技術背後，似乎少了有溫度的教育包裝和美感，而用藝術元素打破框架原則，才能創造動人作品。「藝術（Art）」廣博包容的特性，不僅能達到各學科橫向的多元發展，並運用新興科技來改善生活。因此，把STEM拓展成STEAM，增加了Art藝術，並結合語言、人文、設計、音樂、藝術等學科，除了更能刺激創意，在科技創新中藉由工程和藝術詮釋，就更能表現更多人類獨有的情感與和創意。

STEAM教育強調跨學科、真實情境與實作探究的教育理念，臺灣教育部因應二十一世紀關鍵能力發展的趨勢，強調學生應具備「21世紀5C關鍵核心能力」定義為溝通協調（Communication）、團隊合作（Collaboration）、複雜問題解決（Complex problem solving）、批判性思考（Critical thinking）、創造力 （Creativity）等5C能力，這理念不僅符合全球STEAM課程的趨勢，更包含了科學（Science）、科技（Technology）、工程（Engineering）、藝術（Art）和數學（Mathematics）各領域知識。

   目前引領人類進入第五次工業革命的人工智慧技術，是一項跨越科學、技術、工程、藝術和數學的技術；而機器人則是將STEM等學科知識及大成之作品，廣泛被用於當作學習載具，並獲得不錯的成效；要如何將人工智慧教育與學校課程相結合，正引起全球教育工作者的關注。

隨著十二年國民教育的啟動，臺灣教育改革走向新的里程碑，無論在課程的開發或教師的教學，都與時代趨勢同步，邁向創新教育。STEAM課程強調從實作中學習，以及如何統整跨域知識並進行問題解決；而我國教育部提及公民核心素養包含三大面向：能夠有效解決生活問題的自主行動；能適切與他人協同合作的溝通互動及能實際投入付諸行動的社會參與。學校教育應激發學生的學習動機，視學生為主動的學習者，且能運用課程所學於日常生活之中，並巧妙利用「藝術」元素，賦予創造出的成果具吸引人的視覺表現，因而感動人心，進而創造出更好的價值。另一方面，新課綱理念對於教師的課程教學，期待能突破以往單一學科的知識背誦，增加學習情境的多樣性，以跨學科進行統整性、探索性或實作性之問題式導向學習內容，培養學生的綜合能力運用於真實情境的學習素養。

   科技日新月異，學習STEAM不是終點，而是善用工具，適地、適性幫助每個孩子獲得最適合的學習、帶得走的能力。因此，運用STEAM課程教學，關注整合跨領域學科知識，利用情境性與實作性的課程設計，讓學生了解統整的知識概念，並在學習過程中進行深入探索和實踐討論，為學生提供知識和解決實際問題的能力，達到預期的教學目標，是值得重視和推廣的。

三、以機器人變臉藝術為核心之STEAM課程架構與設計

跨領域領美感教育著重於各學科知識的相互整合，強調學生學習體驗的有效銜接，改變以往的去語意化和學科知識灌輸。STEAM教育結合了科學和藝術領域，提升學生跨學科領域的知識、興趣和學術成就。因此，STEAM教育的主要成果應該著眼於培養學生的創造力和解決問題的能力，激發學生熱情，帶領學生思考，教會學生如何學習，並能夠表現出具體的成果，讓學習者能夠有機會從單一的學習領域發展到跨領域學習表現。

   人工智慧早在數十年前就已存在，對大多數人而言，最近的人工智慧就是手機和電腦了。只要對著手機講話，就會有語音回應，這些都是歸功於人工智慧的進步。人工智慧之所以會突然進步神速，歸功於2010年影像辨識、語音辨識、自然語言處理等各領域的重大突破。透過照片掃描技術，人工智慧可以清楚地辨識動物和人類，並運用電腦的合成語音來回答。此外，當在網路上購物或看影片時，電腦也會自動顯示推薦清單，這也是人工智慧運作的結果，人工智慧已成為我們日常生活中不可或缺的幫手。   人工智慧技術最具代表性的產品就是機器，將機器人融入STEAM課程是培養學生運用人工智慧技術，整合各學科課程的最佳選擇之一。本跨領域課程之機器人STEAM跨領域課程學習概念與學習，其要素分析如圖所示。從圖中可知，此跨領域課程連結了科技領域（資訊技科）、藝術領域（音樂與美術）與機器人（STEM）的知識。透過教師所塑造的生活學習情境，主動思考、探討、聯想與彈性應用所學的知識，進而動手實作解決所遭遇問題，在學習歷程中，促進學生的內在學習動機與成效，化解學習所遭遇的困境，並與其日常生活經驗進行連結，分述如下：

圖1 本跨領域課程架構與設計

（一）在藝術領域方面，分為音樂與視覺藝術兩個面向。在音樂部分，進行北管音樂與南管音樂的賞析，探討該如何選擇適當的配樂於變臉藝術及其他應用場景中；在視覺藝術方面，了解世界各地具代表性的紋面、面具與臉譜的文化，並探討其背後的意義及對人類的影響，例如：臺灣原住民的黥面及地方陣頭文化。

（二）在科技領域方面，資訊科技課程主要教導學生認識演算法與可視化程式設計，透過積木堆疊的方式，進行機器人的互動程式撰寫；因此，本課程突破美感​教育僅存於博物館之範疇，揭露出美感與生活之密切關係，在了解臉譜藝術文化後，進行面具繪製及數位臉譜的設計，並將數位臉譜提供給機器人，作為變臉藝術之臉譜素材。最後，透過資訊科技課程學習程式設計，做出屬於自己最動人獨特的數位變臉藝術臉譜（圖二）。

圖2 陣頭文化之八家將臉譜

四、跨領域美感課程實作

跨領域美感課程之機器人STEAM跨領域課程教學活動設計，即透過科技領域資訊科技、藝術領域的音樂和視覺藝術專長，將不同領域教師所組成的教師專業社群，共同備課討論、設計為期五週的「機器人變臉藝術的STEAM」跨領域教學活動，強調結合學生日常生活經驗，規劃實作探究的活動，並應用於大學通識課程。電子多媒體教學活動中，藉由課程的進行讓學生了解，如何透過機構、動力、控制、互動、智能等機器人的核心概念，進行AI機器人互動程式設計；並以川劇變臉藝術為內容主體進行發想，思考在每一種文化後面的臉譜所代表的意義。透過課程規劃進行合作學習，以「互助」、「互動」、「共好」的學習態度，讓學習者能夠利用STEAM跨領域課程所學知識，應用於機器人之上，並構思如何結合北管音樂，設計出擁有自己臉譜的變臉AI機器人進行表演，實作步驟如下：

（一）機器人的進化

本跨領域美感課程屬於通識範疇，課程中一起探討「機器人」一詞，出現在大家腦海的畫面會是什麼樣子？有五官、四肢軀幹，會講話，甚至能夠表現情感？但也有許多人不喜歡機器人，可能是因為電影經常把機器人塑造成「人類物種的威脅」，給它貼上一個可以毀滅世界的標籤。此外，我們對機器人的態度、好感度也受到媒體文化的制約，透過質性研究發現，亞洲國家對人型機器人的接受度，比英美國家高，比較中、英文單字的意涵後，可以發現中西方國家對機器人 (robot) 的不同看法，中文「機器人」一詞，相較英文「robot」多加了一個「人」字，這種差異，反映了不同文化的相異認知，亞洲國家多會認為robot應該是具有情感的，帶有人類形象，而西方國家，則是定義為由電腦控制、被用來執行自動化作業的「機器」。  1922 年「Robot」第一次被使用，此字源自於捷克作家卡雷爾・恰佩克（Karel Čapek，1880-1938）所編的舞台劇作品「羅梭的萬能工人」，恰佩克用這一字指稱劇中「可以替代一般人從事勞力工作、使人能有更多時間精力投入創造性事務的人造工人」。此劇對後世影響深遠，也奠定了我們對機器人人型外貌的想像。

如何讓機器人更貼近人類？一直是學術與研究領域致力的目標，例如Google、亞馬遜、微軟、騰訊以及許多新創公司都紛紛投入機器人領域的研發。雖然機器人只是一個物理載體，但其背後有著大量技術的研發和實踐，尤其在人工智慧技術的突破，讓機器人踏入教育領域，而在本跨領域美感課程設計中，所採用的機器人為Kebbi Air ，它能自然地與人互動，並將整合各領域的學習成果於此載體上，進而創造出有溫度的學習體驗。

（二）北管音樂探討與欣賞

北管音樂對臺灣近代的傳統文化影響深遠，為漢族的主要樂種之一，於三、四百年前隨著閩南移民傳入，與民間的宗教儀式、地方活動密切結合，更是居民的一項重要娛樂活動，北管音樂與南管音樂成為台灣重要的文化資產。本領域課程主題從北管音樂的歷史和發展，進而介紹其跨界運用的作品。課程以實際的音樂為例，聽辨南北管的差異性以及特色；接著從北管音樂的發展史、使用的樂器、樂譜以及種類……等角度切入，以多元的影音實例，從聽覺當中建立出對於北管音樂的概念，藉以了解以北管音樂的元素與跨界意念結合的不同類型作品，包含傳統北管劇目之劇情與音樂元素結合現代樂隊編制的作品；以及轉化北管鑼鼓、原住民歌謠音樂素材，融合中西民族器樂，作品穿梭於自由即興、爵士音樂語彙的音樂團體。

經由剖析跨界音樂作品形式，可以發現北管音樂的傳統元素結合現代的中西樂器，或不同國家的音樂元素和作品素材，其所傳遞出的是跨界作品「在地發聲，世界共感」的意念，展現臺灣獨樹一格的新曲風，進而了解現今音樂團體發展之多元性，實為跨領域美感真正落實於藝術中之表現。

（三）臉譜藝術初探

探討紋面、面具與臉譜的文化意義，為何人類會彩繪臉部？是美化的天性？富有神秘意味的宗教性活動裝飾？或是刻印在人身上的一種標誌。

1.刺青紋面
在兩次世界大戰期間，刺青是一種愛國的象徵。在1940跟1950年代，刺青被貶為是與社會脫軌的行為，甚或讓人聯想到犯罪，到了1960年代反主流文化運動期間，刺青成為表達非主流立場的手段，有時是野蠻的象徵、上流階級的盲目跟風，或是墮落的印記。但在南島語系當中（例如泰雅族），紋面刺青則是家族榮耀的象徵。刺青對不同年代的人有不同意涵，帶給人的社會觀感也隨著政治、國際情勢以及瞬息萬變的時尚流行而產生變化。

2.面具
相對於紋面刺青的時代意涵，面具有著繁多的種類，往往被應用於儀禮、娛樂、戰爭、狩獵、圖騰……等，在戲劇與展演中更扮演著重要的角色。例如劇場的面具與演員的臉孔一樣帶有豐富多變的表情，能夠傳達出欣喜、憤怒、悲傷和沉靜等情緒起伏，引起觀眾的共鳴。   在慶典儀式中，色彩絢麗的面具和獨具巧思的造型，搭配表演者的動作、舞蹈，能使儀式彌漫著歡愉與奇幻的氛圍。例如儺儀式，是古時中國人們進行的一種祭祀活動。它以驅鬼逐疫、酬神納吉為目的，以巫術活動為中心，是原始民族自然崇拜、祖先崇拜、鬼神崇拜及萬物有靈觀念的產物，而臺灣民間信仰中陣頭文化之一的八家將，亦是儺舞的一種。

3.臉譜
臉譜藝術與中國戲曲的發展是密不可分的，相傳在南北朝和隋唐樂舞節目裡就有「假面歌舞」，這假面具就是臉譜的鼻祖。隨著中國戲曲藝術的發展，藝人們往往利用粉墨、油彩直接在臉上勾畫，逐漸產生了臉譜。由於戲班以露天演出為主，離戲台較遠的觀眾往往看不清演員的面部表情，勾畫上色彩的臉譜就能使在遠處的觀眾一目了然。

（四）數位臉譜設計與實作

透過illustrator的影像描圖及其筆刷工具，將具有「揉臉」：凝重威武，整色為主，加重五官紋理加以實現，是十分古老的臉譜形式；「勾臉」：色彩絢麗，圖案豐富，複雜美麗，五彩繽紛，有的還貼金敷銀，華麗無比；「抹臉」：淺色為多，以粉塗於面，不以真面目示人，突出奸詐壞人之性，三大特性之數位臉譜繪畫，作為AI機器人進行表演藝術時之面容。

（五）AI機器人

人工智慧的缺點在於缺乏藝術與創意，雖然它無法展現人類的感性面，或察言觀色，但卻可以做為輔助人類的角色。因此，在本跨領域美感課程中，運用藝術元素以及資訊科技的融入，利用既有的知識能力，實際動手操作進行機器人的互動程式撰寫，並運用機器人五大學習要素，思考、創造、設計出最動人數位臉譜，做出屬於自己獨特的變臉藝術，最後應用於AI機器人上做表演藝術的呈現，達到科技美感升級的之功效。

五、結語

藝術教育領域廣博包容，美感教育課程之跨領域思維在於強調藝術學習與不同學科、文化、生活之鑄合，精煉個體的美感認知，強化感性與理性整合的教育，必須從生活中做起。而如何引發學生自主學習，更是十二年國民基本教育「自發、互動、共好」的首要核心目標。我國的師資培育過程，因知識的專業化，大多為培育單科領域的教師，但是面對多元的跨領域課程設計與實施，將成為教師實施STEAM 課程的挑戰。數位時代的教育，教室不是唯一學習場域、教師也不再是知識唯一傳授者，對「師資」的想像也要跳脫原有框架，跨域思考，除了一般學校教師，同儕、線上學習、業師等等，都會是學生很好的學習對象。特別是當面臨新興科技需要改變傳統授課方式時，不論是授課教師或學生而言，都是一個新的挑戰。十二年國教新課綱的推動和實踐中，除了教學時機的掌握外，更要提出有效的教學策略，激發師生間的討論和 「互動」，並避免「為融入而融入」，才能達到所謂「共好」的學習效果。而對於我國未來推動STEAM 教育，首重提升參與STEAM 教育的師資素質，其理念不謀而合；藉由STEAM 教師團隊合作以及教師專業社群的建立，相互溝通、專長互補，共同設計跨領域的統整課程，並進行協同教學，就能掌握STEAM教育實施的成功關鍵。在這後疫情時代，該如何從STEAM 教育到科技防疫，將會是未來師生共同攜手探討的重要課題。