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首頁 科技 編程非純工、科教育 應充分培養學生計算思維

編程非純工、科教育 應充分培養學生計算思維

以近期武漢肺炎事件為例,科學教育學生如何理解大自然,而數學教育他們分析病菌散播的方式及途徑。有了這些基本資訊,學生便可以利用所學的工程及科技知識去設計不同控制疫情的方案。

黃錦輝 作者: 黃錦輝
2020-02-10
創科智慧

標籤: STEM工程數學武漢肺炎科學科技編程計算思維運算思維
本地傳統中、小學普遍地視科學與數學為學校之基本學科,科學的重點在普通科學。(亞新社)
本地傳統中、小學普遍地視科學與數學為學校之基本學科,科學的重點在普通科學。(亞新社)
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人才是創新及科技產業成功發展的因素,而培育人才必須從小做起,為此政府投放不少資源在科學、科技、工程、數學(簡稱STEM)教育,範圍覆蓋中、小學。財爺於《2019-2020財政預算案》承諾增撥資源加強STEM學習支援,包括落實在未來三年投入5億元,向每所資助中學提供100萬元支援,開設IT創新實驗室,使學生在傳統課堂學習以外,可以參加更多與資訊科技相關的課外活動。

在政府的資助之下,中、小學紛紛購置先進的STEM設施,開設自己的「創客空間」(Maker Space),例如3D打印機、激光切割機、增強及虛擬實境製作系統等都是常見的設備。再者,學校推出與設計(Design)、機器人(Robotics)及編程(Programming)等課題相關的技術課程,培訓學生對操作該等設施的技能。儘管科技(T)硬件設施及工程(E)技術皆就緒,但不少學校在教學方面缺乏具經驗的老師,故此未能全面發揮相關硬件及技術的優點功能。這現象正正反映科學、科技、工程及數學四大教育範疇未能融會貫通,與STEM的教學目標背道而馳。

忽略跨學科情景靈活應用

本地學校在設置STEM硬件設施和提供操作課程時過分着重科技(T)及工程(E)教育,忽略了在跨學科情景中的靈活應用。因此,科學(S)和數學(M)教育,以及兩者與「程(E)和科技(T)的融合對整體STEM教育十分之重要。以近期武漢肺炎事件為例,「科學」教育學生如何理解大自然(如「武肺」病菌的生物學原理),而數學教育他們分析病菌散播的方式及途徑。有了這些基本資訊,學生便可以利用所學的工程及科技知識去設計不同控制疫情的方案。

本地傳統中、小學普遍地視科學與數學為學校之基本學科,科學的重點在普通科學(General Science),包括理學、化學及生物學的大自然基礎理論,而數學則聚焦在數據科學(Data Science)的基礎理論,然而兩者均偏重基礎理論,較少着眼於實際應用,結果難免在STEM教育的大方向上與工程及技術脫軌。要修補S&M與E&T之距離,必須培養學生分析及解難的能力,而數學建模(Mathematical Modeling)及計算思維(Computational Thinking)都是有效的教學模式,可是一般而言香港中、小學校在這兩方面的課程較弱。其實這兩種模式方法如出一轍,簡單而言其運作如下:

  1. 識別應用領域(如「武肺」事件)的問題之特徵;
  2. 基於特徵挑選出合適的數學或運算模型;
  3. 按照模型要求從應用場景中蒐集相關資料;
  4. 把資料輸入模型進行分析;
  5. 找出最佳解決問題的方案。

透過系統設計理解人類行為

現任哥倫比亞大學(Columbia University)計算機科學世界知名教授周以真(Jeannette Wing),於2006年在美國計算機學會權威期刊Communications of the ACM中首次提出「計算思維」(Computational Thinking)的理念。根據她的定義,「計算思維是運用計算機科學的基本理念,進行問題求解,透過系統設計以理解人類行為」。基於這理念,香港政府於2017年政府倡導《計算思維──編程教育》,確認計算思維對在中、小學校培育創新及科技素養及能力的重要性。在落實政策的過程中,近期多所學校陸續推出編程課程。然而,有些學校對編程課程背後的運算思維教育未能充分掌握,把課程設計聚焦在編程技能方面。

如此這般,編程教育被錯配為工程或科技教育,而理論上計算思維應該屬於數學教育的一部分,目的是培訓學生以邏輯及程序化地解決現實問題。因此,政府在培訓學校管理層及教師時,必須把計算思維的意義及對STEM教育的重要性解釋得一清二楚,避免他們在投放資源及設計教材時捉錯用神。

原刊於《星島日報》,本社獲作者授權轉載。

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黃錦輝

1987年在英國愛丁堡大學取得博士學位,現為香港中文大學工程學院副院長(外務)、系統工程與工程管理學系教授及創新科技中心主任,並擔任高可信軟件技術教育部重點實驗室(香港中文大學分實驗室)主任、哈爾濱工業大學(深圳)特聘教授以及北京大學信息科學技術學院客座教授、香港專業及資深行政人員協會副會長。他同時為香港資訊科技聯會、香港工程師學會、英國工程技術學會及英國電腦學會會員。黃教授活躍資訊科技界,曾任香港資訊科技聯會會長,現時是香港童軍總會資訊科技委員會主席、香港消費者委員會委員、香港國際機場科技諮詢委員會成員、香港電台顧問委員會成員、香港耆康老人福利會資訊及通訊科技顧問委員會委員等。2011年獲香港特別行政區政府頒發榮譽勳章,以表揚其對香港資訊科技界發展的貢獻。
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