推动STEMM教育与HACD实践相结合

编译 传植

麦克阿瑟天才奖获得者、美国密歇根州立大学生理学家罗伯特·鲁特-伯恩斯坦（Robert Root-Bernstein）指出：将HACD整合入STEMM教育中可以促进学生在STEMM学习上的表现。

如果你做过任何医疗项目，艺术很可能曾暗中相助于你。听诊器的发明者法国人雷内·莱乃康（Ren éLaennec）作为医师的同时还是一位长笛演奏者，他用乐谱记录了第一次听到的心跳声。而器官移植所用到的缝合技术是由另一位法国人、诺贝尔奖得主亚历克西斯·卡雷尔（Alexis Carrel）从蕾丝的制作方法中改进得到的。第一次心脏手术所用到的方法和一些工具由非洲裔美国人维维安·托马斯（Vivien Thomas）发明，这位革新者曾接受过木匠的正规训练。

也许你对科技更加着迷。即时电子通讯这一概念的创始者、电报之父塞缪尔·莫尔斯（Samuel Morse）是美国最伟大的艺术家之一，他在画布框上制作了第一台电报机。演员海蒂·拉玛（Hedy Lamarr）与先锋派作曲家乔治·安塞尔（George Antheil）合作发明了电子信息的现代加密法。甚至那些在我们手机与电脑中运作着的电子芯片，其制造方法中也运用到了大量艺术性的发明，包括蚀刻法、丝网印刷和光刻法。

2018年5月7日，美国国家科学院、工程院和医学院（NASEM）下属高等教育与劳动力部门的董事会发布了一项报告：推动大学和研究生课程将人文、艺术、工艺和设计（humanities, arts, crafts,and design ，HACD）的实践与科学、技术、工程、数学和医学（STEMM）相结合。在美国教育系统中，学习动机在传统文科课程与职业相关专业课中逐渐产生分化。报告中提到：“讽刺的是，逐渐走向狭隘的学科化教育运动势不可挡，而许多企业——尤其是那些高科技企业——强调综合教育的学习成果，譬如批判性思维、交流能力、团队协作能力和终身学习能力，才是更可取的。”

德国杜伊斯堡一幅莫扎特和爱因斯坦的涂鸦肖像画：艺术、科学和音乐交汇在一起

诺贝尔奖得主多萝西·霍奇金将绘画运用到晶体学上

由于教育生态学的复杂性，报告最后称：没有最好的方式可以将艺术和人文整合入STEMM教育中，也没有任何单一的教育学试验或数据表明这种整合对学生将来的职业有所裨益。尽管如此，存在有力证据证明将HACD整合入STEMM教育中可以促进学生在STEMM学习上的表现。

大规模的统计学研究证明了持续实践HACD与STEMM各方面取得成绩有显著关系。尼米（Niemi）报告认为从事艺术工作的人有更大可能申请到专利。我和我的同事们则发现STEMM的专家如果有木工、金工、制版、绘画和作曲的业余爱好，相比其他人更可能申请到专利和创立公司。与此相似，发表高影响因子论文的作者更倾向于喜好绘画、雕塑、艺术，并参与木工、金工或坚持文学创作。美国国家科学院和工程院的成员与一般科学家相比，约有高达3～5倍的可能性更加倾向于对艺术、工艺、戏剧或一些文学创作有终身的兴趣爱好，而诺贝尔奖得主的情况甚至会高达15～25倍。

每个科学家都明白这一关联并不存在因果关系，但是许多STEEM专家称他们将HACD和STEMM积极地融合在了一起。2013年，我和我的同事进行了一项包括了225位科学家和工程师的调查，发现多于60%的受调查者认为HACD对他们STEMM方面的工作有直接影响，而超过80%的受调查者认为STEMM教育中应该包含HACD内容。

“我曾在我们家地下室我父亲的木工店待过很久，制作各种小玩意儿，”1996年诺贝尔化学奖得主理查德·斯莫利（Richard Smalley）在他的自传中写道，“我母亲教会了我机械制图，使我能够更有体系地进行设计，我高中四年也继续学习了制图课程。这对我未来成为一名科研人员，在化学和物理前沿进行研究是有很大的帮助的。”

诺贝尔奖得主多萝西·霍奇金（Dorothy Crowfoot Hodgkin）将她在晶体学上的成就部分归功于青少年时为父母的考古学研究制作地面瓷砖图示时的对称操作。她在乔治娜·费里（Georgina Ferry）写于1998年的《霍奇金传》中提到：“一次，我在飞机上开始思考二维空间秩序带来的约束。”

艺术创新甚至可以驱动科学技术。譬如在1990年，国家艺术基金会资助了概念艺术家陈貌仁（Mel Chin）和植物学家鲁弗斯·钱尼（Rufus Chaney）创作的名为《重生之地》（Revival Field）的环境艺术实验。这一实验首次为植物能够从被污染的土壤中吸收譬如铅、砷和钴等有害物质提供了证据。陈貌仁和钱尼开辟了现如今在美国和欧洲估值约360亿～540亿美元的植物复育市场。相对于基金会70 000美元的资助，这无疑是笔好买卖。

分析了上百个案例后，研究人员总结了STEMM专家在STEMM实践中通过HACD获得的13个“思维工具”：观察、想象、抽象、模式识别、模式形成、立体思维、类推、本体觉思维、移情或拟剧（诺贝尔奖得主芭芭拉·麦克林托克称“对机体的感受”，乔纳斯·索尔克称“变为病毒”）、建模、角色扮演、转换性思维，以及综合。

以上的工具也在成功地将HACDSTEMM教育法整合入K-12、大学和研究生教学中被证明有效。譬如绘画可以帮助训练观察和视觉思维能力，有利于STEMM的学习。量身定做的音乐或艺术教学可以促进STEMM学生的视觉和听觉观察能力。同时，自己创造发明科学性的游戏或模型对STEMM学生在转换性和综合性思维能力上，相对于被动接受有更大的教育意义。

HACD与STEMM学科间的互惠只能建立在它们互补的原则、方法、想法和典型方式衍生出的内容被理解的基础上。如果过于强调各自的益处，就不能使一组学科为另一组所用。

学科整合的最好方案是学科间通过建立概念或方法上的“桥梁”，提出明确的多学科、跨学科问题。整合并非是其自身的一个目标，而是一种为了响应世界联结性的必要技能。

NASEM对STEMM-HACD整合的报道反复强调了任何实际问题都是跨学科的。引胚胎学家、舞蹈家和艺术家康拉德·沃丁顿（Conrad Hal Waddington）的话即是：“世界上任何紧迫的问题都只能被一个完整的人解决，而任何公然认为自己只是一个技术专家、一个单纯的科学家或艺术家的人都会对此无能为力。”美国国家工程院主席和麻省理工学院荣誉校长查尔斯·韦斯特（Charles M.Vest）认为：“（工程）系统如果脱离了对社会、文化、政治、经济和传播的理解，就不能被明智地设想、设计和部署。在某种程度上，正是人文学科和社会科学至关重要。”

资料来源 Science