推動STEMM教育與HACD實踐相結合

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麥克阿瑟天才獎獲得者、美國密歇根州立大學生理學家羅伯特·魯特-伯恩斯坦（Robert Root-Bernstein）指出：將HACD整合入STEMM教育中可以促進學生在STEMM學習上的表現。

如果你做過任何醫療項目，藝術很可能曾暗中相助于你。聽診器的發明者法國人雷內·萊乃康（Ren éLaennec）作為醫師的同時還是一位長笛演奏者，他用樂譜記錄了第一次聽到的心跳聲。而器官移植所用到的縫合技術是由另一位法國人、諾貝爾獎得主亞歷克西斯·卡雷爾（Alexis Carrel）從蕾絲的制作方法中改進得到的。第一次心臟手術所用到的方法和一些工具由非洲裔美國人維維安·托馬斯（Vivien Thomas）發明，這位革新者曾接受過木匠的正規訓練。

也許你對科技更加著迷。即時電子通訊這一概念的創始者、電報之父塞繆爾·莫爾斯（Samuel Morse）是美國最偉大的藝術家之一，他在畫布框上制作了第一臺電報機。演員海蒂·拉瑪（Hedy Lamarr）與先鋒派作曲家喬治·安塞爾（George Antheil）合作發明了電子信息的現代加密法。甚至那些在我們手機與電腦中運作著的電子芯片，其制造方法中也運用到了大量藝術性的發明，包括蝕刻法、絲網印刷和光刻法。

2018年5月7日，美國國家科學院、工程院和醫學院（NASEM）下屬高等教育與勞動力部門的董事會發布了一項報告：推動大學和研究生課程將人文、藝術、工藝和設計（humanities, arts, crafts,and design ，HACD）的實踐與科學、技術、工程、數學和醫學（STEMM）相結合。在美國教育系統中，學習動機在傳統文科課程與職業相關專業課中逐漸產生分化。報告中提到：“諷刺的是，逐漸走向狹隘的學科化教育運動勢不可擋，而許多企業——尤其是那些高科技企業——強調綜合教育的學習成果，譬如批判性思維、交流能力、團隊協作能力和終身學習能力，才是更可取的。”

德國杜伊斯堡一幅莫扎特和愛因斯坦的涂鴉肖像畫：藝術、科學和音樂交匯在一起

諾貝爾獎得主多蘿西·霍奇金將繪畫運用到晶體學上

由于教育生態學的復雜性，報告最后稱：沒有最好的方式可以將藝術和人文整合入STEMM教育中，也沒有任何單一的教育學試驗或數據表明這種整合對學生將來的職業有所裨益。盡管如此，存在有力證據證明將HACD整合入STEMM教育中可以促進學生在STEMM學習上的表現。

大規模的統計學研究證明了持續實踐HACD與STEMM各方面取得成績有顯著關系。尼米（Niemi）報告認為從事藝術工作的人有更大可能申請到專利。我和我的同事們則發現STEMM的專家如果有木工、金工、制版、繪畫和作曲的業余愛好，相比其他人更可能申請到專利和創立公司。與此相似，發表高影響因子論文的作者更傾向于喜好繪畫、雕塑、藝術，并參與木工、金工或堅持文學創作。美國國家科學院和工程院的成員與一般科學家相比，約有高達3～5倍的可能性更加傾向于對藝術、工藝、戲劇或一些文學創作有終身的興趣愛好，而諾貝爾獎得主的情況甚至會高達15～25倍。

每個科學家都明白這一關聯并不存在因果關系，但是許多STEEM專家稱他們將HACD和STEMM積極地融合在了一起。2013年，我和我的同事進行了一項包括了225位科學家和工程師的調查，發現多于60%的受調查者認為HACD對他們STEMM方面的工作有直接影響，而超過80%的受調查者認為STEMM教育中應該包含HACD內容。

“我曾在我們家地下室我父親的木工店待過很久，制作各種小玩意兒，”1996年諾貝爾化學獎得主理查德·斯莫利（Richard Smalley）在他的自傳中寫道，“我母親教會了我機械制圖，使我能夠更有體系地進行設計，我高中四年也繼續學習了制圖課程。這對我未來成為一名科研人員，在化學和物理前沿進行研究是有很大的幫助的。”

諾貝爾獎得主多蘿西·霍奇金（Dorothy Crowfoot Hodgkin）將她在晶體學上的成就部分歸功于青少年時為父母的考古學研究制作地面瓷磚圖示時的對稱操作。她在喬治娜·費里（Georgina Ferry）寫于1998年的《霍奇金傳》中提到：“一次，我在飛機上開始思考二維空間秩序帶來的約束。”

藝術創新甚至可以驅動科學技術。譬如在1990年，國家藝術基金會資助了概念藝術家陳貌仁（Mel Chin）和植物學家魯弗斯·錢尼（Rufus Chaney）創作的名為《重生之地》（Revival Field）的環境藝術實驗。這一實驗首次為植物能夠從被污染的土壤中吸收譬如鉛、砷和鈷等有害物質提供了證據。陳貌仁和錢尼開辟了現如今在美國和歐洲估值約360億～540億美元的植物復育市場。相對于基金會70 000美元的資助，這無疑是筆好買賣。

分析了上百個案例后，研究人員總結了STEMM專家在STEMM實踐中通過HACD獲得的13個“思維工具”：觀察、想象、抽象、模式識別、模式形成、立體思維、類推、本體覺思維、移情或擬劇（諾貝爾獎得主芭芭拉·麥克林托克稱“對機體的感受”，喬納斯·索爾克稱“變為病毒”）、建模、角色扮演、轉換性思維，以及綜合。

以上的工具也在成功地將HACDSTEMM教育法整合入K-12、大學和研究生教學中被證明有效。譬如繪畫可以幫助訓練觀察和視覺思維能力，有利于STEMM的學習。量身定做的音樂或藝術教學可以促進STEMM學生的視覺和聽覺觀察能力。同時，自己創造發明科學性的游戲或模型對STEMM學生在轉換性和綜合性思維能力上，相對于被動接受有更大的教育意義。

HACD與STEMM學科間的互惠只能建立在它們互補的原則、方法、想法和典型方式衍生出的內容被理解的基礎上。如果過于強調各自的益處，就不能使一組學科為另一組所用。

學科整合的最好方案是學科間通過建立概念或方法上的“橋梁”，提出明確的多學科、跨學科問題。整合并非是其自身的一個目標，而是一種為了響應世界聯結性的必要技能。

NASEM對STEMM-HACD整合的報道反復強調了任何實際問題都是跨學科的。引胚胎學家、舞蹈家和藝術家康拉德·沃丁頓（Conrad Hal Waddington）的話即是：“世界上任何緊迫的問題都只能被一個完整的人解決，而任何公然認為自己只是一個技術專家、一個單純的科學家或藝術家的人都會對此無能為力。”美國國家工程院主席和麻省理工學院榮譽校長查爾斯·韋斯特（Charles M.Vest）認為：“（工程）系統如果脫離了對社會、文化、政治、經濟和傳播的理解，就不能被明智地設想、設計和部署。在某種程度上，正是人文學科和社會科學至關重要。”

資料來源 Science