邁向教育4.0：智慧學校的想像與建構

吳理事長序  iii
編者序 vii

1. 邁向教育4.0之「人才培育」篇  1
1-1    教育4.0世代的人才培育探析……    吳清山
王令宜    3
1-2    人工智慧發展及其教育應用……    王如哲    31
1-3    以思考創造決勝智慧科技？論人機競合浪潮下的工作與學習……    李玉馨    45
1-4    論「教育4.0」的「新師資培育」政策………    鄭崇趁    73
1-5    Kerr新世紀多元大學之描繪及對臺灣高等教育之借鑑……    葉坤靈
林逢祺    99
1-6    教育4.0的通識教育……    蘇永明    147

2. 邁向教育4.0之「學校教育制度與環境」篇  171
2-1    智慧校園（smart campus）的行政管理與運作    湯志民    173
2-2    工業革命與小學基礎教育之間的變革發展與省思……    彭煥勝    203
2-3    教育4.0下之「教學學」可能面臨的「悲慘」際遇和教師應有的專業……    溫明麗    229

2-4    教育4.0時代不可取代的教師角色：適應性偏好對個體幸福的蘊義……    陳伊琳    267

3. 邁向教育4.0之「課程、學習與教材教法」篇  305
3-1    由矽谷經驗蠡測智慧學校的教學改變……    單文經
劉哲瑋    307
3-2    既「深」且「廣」的學習─論教育4.0時代的教材設計方向……    唐淑華
沈心慈
呂詩婷    371
3-3    科技創新智慧學習─以適性診斷與個別化教學為策略之國中數學補救教學研究……    陳明溥
顏榮泉
陳萩紋
羅心妤    409
3-4    發展數位教科書之相關法制分析……    張復萌
楊國揚    443
3-5    線型函數的教與學：開發本單元數位教科書之基礎……    陳憶芬
王立心    487
 

吳理事長序

迎接未來教育4.0的挑戰與因應

　　工業4.0（Industry4.0）是德國在2011年漢諾威工業博覽會（HANNOVER MESSE）時，率先提出的工業製造生產智慧化的發展建議。2015年德國總理梅克爾正式推動工業4.0標準，同時獲得歐盟各國、日本、韓國、中國、美國、臺灣的支持，開始蔚為世界風潮。工業4.0係在透過大數據、物聯網、雲端運算、行動通訊決策等數位化資訊整合之數位科技，提供更智慧化、自動化及客製化的生產及供應鏈能力。藉由廣泛應用智慧機器人，將網路技術與服務業整合進入製造業。依德國西門子Amberg先進實驗工廠的經驗推估，工業4.0後的生產鏈可提高其生產價值十倍以上，一般認為將是第四次工業革命之濫觴。

　　工業4.0對各國經濟建設及社會發展的影響，確實明顯可見，在正向影響方面，工業4.0可提高企業生產力，可提高企業產品品質，可增加企業營運利潤，可降低企業生產成本，可提升企業競爭力。而在負面影響方面，工業4.0將因機器人力取代勞工人力，可能造成勞工失業；且因智慧化生產方式改變，可能造成勞工生產技能再教育的學習壓力；由於新型態工作將出現，有些工作將會消失或被取代；另因造成大量失業危機，將衝擊社會經濟教育的發展。

　　德國機械設備製造業聯合公會（VDMA）曾委託霍恩海姆大學，針對4.0對經濟建設發展影響進行調查，發現原先預估機器將取代人類的工作，並沒有明顯出現，但是企業要求員工擁有雙學位、雙領域、雙證照的趨勢，則相當明顯。同時發現有高達80%的機械業者，已改變對員工工作職掌、教育訓練內容方法的要求。有62%的業者確定，工業4.0在員工職能調整和教育訓練的安排上，加強通識教育和跨領域的培訓，確具重要性。

　　的確，工業4.0近年來在各先進工業國家，如排山倒海趨勢而來，不僅製造工業倍感壓力，教育界亦是備受挑戰。不僅高教人才培育策略上，1.要加強產學合作儲訓智慧化產業人才；2.辦理第二專長在職培訓專班；3.強化大學通識教育課程實施；4.加強人文啟發式教育陶冶；5.重視數位化科技整合教育實施；6.重視技職校院教育之人才培育功能。在一般中小學教育的改革發展上，亦引起了大家的共同省思和重視，如何去面對數位化高科技發展，有效結合應用，以提昇教師的教學和學生的學習成效，確屬為刻不容緩的要務。

　　中國教育學會有鑒於工業4.0發展對今天教育人才培育需求的挑戰壓力，覺得有必要從教育基本面去思考要如何去因應，乃決定在去（2017）年聯合年會開幕式時，由本人以中國教育學會理事長身份，發表「工業4.0對高教人才培育政策的挑戰」的專題演講，今（2018）年則藉由聯合年會國際教育學術研討會之舉行，以「邁向教育4.0─智慧學校的想像與建構」為主題，邀請國內外教育學者專家，齊聚一堂，發表專題論述，一起來探討高科技數位化教學時代，教育4.0的教與學，應該如何作有效的翻轉教學與因應配合。同時，也向國內教育學者專家邀請賜稿，出版專書「邁向教育4.0─智慧學校的想像與建構」。這是一個劃時代的教育省思，值得關心教育未來改革發展者，大家一起來努力面對這個艱鉅偉大的挑戰。

　　本書共邀集國內教育學者專家賜稿十五篇大作，分成「人才培育」、「學校教育制度與環境」和「課程學習與教材教法」三大領域，希望能引領國人重視高科技時代教育的新發展走向。面對工業4.0對人才需求之挑戰，教育應如何培育未來人才，以滿足經濟發展的需要，這是一個刻不容緩急待解決的課題。

　　的確，「教育4.0」的提出，確是關鍵時刻，今天面對網際網路、物聯網、大數據、人工智慧、雲端運算、行動通訊決策、3D列印、機器人……等的興起和被廣泛運用，如何在師資培育、課程教材、教學方法、教學設備、環境佈置、行政管理、家長親職溝通、社會資源支援……等，重新佈局安排，調適改變，期能朝更科技化、智慧化和數位化的教育改革發展，以利教師能善用科技方法、多元彈性靈活、個別適性教導學生，而學生也能善用科技媒材，自主自動學習，實作創新自造學習成長發展，則培養一位具有國際競爭力的下一代的教育理想，才可望有機會實現。

　　本書之付梓，感謝各位教育專家學者的創新智慧分享，謝謝中國教育學會秘書長洪仁進教授的大力擘劃，謝謝國立臺灣師範大學教育學系林主任逢祺教授、湯仁燕教授、陳伊琳教授、高嘉徽助教多人之共同執行編輯，備極辛勞，謹致上最大謝忱。期望本書之問世，能帶給國人對教育未來發展與革新的走向，有一重大的新知認同與支持肯定。
編者序

　　2018年教育學術團體聯合學術研討會定名為「邁向教育4.0―智慧學校的想像與建構」，係著眼於「工業4.0」（industry 4.0）浪潮席捲而來，各國政府莫不戰戰兢兢、殫精竭慮地思索如何在經濟發展與人才培育上即時因應。其中，學校扮演著「育人」、「育才」的源頭活水角色，因而首當其衝地成為被訴求要展開變革的對象與場域。因應當前新興的社會變革趨勢，學校教育應當如何回應，始能為此前的Z世代與新世代預作準備？當此之時，何種知識最有價值？知識如何產生？知識如何適當傳遞？這些都實實在在地影響學校教育的實際運作，甚至是學校與教師的重新自我定位。這些都是應運「工業4.0」而生的「教育4.0」所要面對的重大課題。

　　工業4.0發軔於21世紀初期，相較於前三次工業與科技革命，第四次工業革命的突破性與高速推展更勝以往。在諸多強勢領域的帶領下，包含人工智能（artificial intelligence, AI）、機器人學、大數據、雲端計算、物聯網、自動駕駛、行動通訊、生物科技、奈米科技、3D列印技術、物質科學與材料技術、量子計算、新能源技術與能源存儲等，新一輪的產業革命以指數般的步調衝擊各行各業與人類生活的方方面面。超越工業3.0的自動化特點，工業4.0的核心精神是智慧化，具體展現如智慧生產（smart production）、智慧工廠（smart factory），甚至是智慧校園（smart campus）、智慧學校（smart school）等，講求利用先進分析技術，在數位化、效率化的前提下，即時且精準地回應客製化的需求。

　　承上所述，人才培育與學校教育既是回應工業4.0發展態勢的根本之道，教育非但不該在工業4.0中缺席，反而應當洞燭機先主動回應，「教育4.0」之說於是應運而生。教育4.0的具體內涵與特點為何？這是一個未有定論的大問題，尚待集體發想、建構與論辯，這也是本次研討會的用意所在。關於教育4.0的想像必須以工業4.0為背景。就現有論述予以分析，大抵可以發現兩條主軸，分就新興人才培育、學校教育的教學與環境兩個層面立論，兩者環環相扣。

　　首先，就新興人才培育方面。工業4.0不僅為經濟建設帶來突破性發展的契機，同時也為當前產業帶來嚴峻衝擊與挑戰。有關工業4.0所帶來的負面影響，學者們預測不久的將來，諸多產業的工作機會將由機器（人）所承擔，原先的勞動人力變得多餘過剩，勞工失業現象指日可待，失業危機將衝擊各國。與此同時，學者們也預測未來將出現新型態的工作機會。為了配合智慧化生產模式的到來，各產業界從業人員顯然需要在生產技能方面接受再教育，在職進修、回流教育，甚至嶄新型態與內涵的職前教育皆有其迫切需求。要言之，現在各國政府莫不苦思著，面對工業4.0時代產業需求，什麼知識最有價值？社會需要的人才類型為何？如何在職前教育階段做好育才工作？

　　為此，美國國家科學委員會1986年的研究報告為美國聯邦政府此後數十年STEM（science, technology, engineering, and mathematics）教育政策揭開序幕。時至2011年，改而倡議STEAM（加入arts）。在STEAM教育架構下，教育的目的不再只是單純的知識授受，也包含讓學生能夠「主動探究」、「學以致用」，其精神與〈12年國教總綱總綱〉所揭示的「核心素養」是指一個人能將所學的知識、能力與態度與生活作結合，在真實生活情境下，透過身體力行將知識整合活用頗為契合。要言之，教育4.0所致力培育的人才不但是學有專精，而且是具有博雅/通識精神，能將知識整合靈活運用的人。

　　其次，就學校教育的教學與環境方面，面對工業4.0時代下，大規模開放線上課程（massive open online courses，簡稱MOOCs）、公開取用（open access）課程與教育資源的廣泛流通，加以線上學習、在家自學、團體共學等實驗教育型態的湧現，莫不在在驅使吾人重新思索學校教育存在的必要性與價值。工業4.0先進的科技進展再度促發關於教育型態的另類思考，讓我們重新反省當前這個已被視為理所當然的「機構化」教育型態―學校教育的存在價值與意義。奧地利思想家I. Illich「非學校化社會」（de-schooling society）的說法，置放在今日教育4.0的脈絡下更顯得意味深遠悠長。面對當前全球性免費線上教育資源如此豐沛，其中不乏知名專家、學者精彩的線上講演性課程，學習已不再侷限於學校課堂之內，也不受限於各校師資，如此一來，實體的學校教育還有存在的價值嗎？它的不可取代性與獨特價值何在？教學工作會否如同部分科技巨擘所預測的，將為機器（人）所取代，引發教師失業潮？學校教師角色如何重新定位？凡此都值得再加思考和討論。

　　而隨著工業4.0網路實體系統的全面進入校園，改變的面向絕非僅有教學層面，可以預見的是校園環境生態的連動改變，包含學校行政管理與運作層面。逐步邁向教育4.0之路，我們面臨的迫切議題是：我們理想中的智慧學校究竟是何種樣貌？尤其，在工業4.0時代下誕生的數位原住民（digital natives）學生，其擅長/慣常的學習模式與步調、思考風格、人際互動方式等，恐與身為數位移民（digital immigrant）的教師有重大差異。面對此一事實，教師所面臨的挑戰包括：如何乘工業4.0之風，善加利用數位科技教育資源，致力於培養前述以探究精神為本，能整合知識靈活運用，甚至動手實作創作解方的新世代人才。與此同時，面對適性教學（adaptive instruction）與適性教育理念，值得思考的是「誰適應誰」的問題，學校課室教學應當要完全符應/適應學生擅長/慣常的學習與人際互動模式嗎？抑或應當透過刻意引導，培養其他的經驗世界的方式？在課程內容的設計和教材編選上，如何因應學習的需要？都在在考驗著我們現有的教育智慧！

　　基於上述思考，本書以「邁向教育4.0―智慧學校的想像與建構」為題，針對「人才培育」、「學校教育制度與環境」、「課程、學習與教材教法」三大子題，邀集教育學術界的專家學者發表鴻文，全書共計15篇文章。

　　一、邁向教育4.0之「人才培育」篇

　　本篇共收錄六篇論文。第一篇〈教育4.0世代的人才培育探析〉先就教育4.0世代的發展脈絡分析其特性，繼而提出教育4.0世代人才培育的四大挑戰，以及人才培育的三大課題，最後提出八項人才培育的策略。第二篇〈人工智慧發展及其教育應用〉從橫斷面的角度，介紹人工智慧領先國家的發展概況與發展計畫，指明人工智慧帶來的機會與挑戰，並提出人工智慧在教育上的應用。第三篇〈以思考創造決勝智慧科技？論人機競合浪潮下的工作與學習〉，在未來人類即將大量失業的預測背景下，針對智慧科技的特點、未來人類生活與工作模式的分析，以及人類智慧與人工智慧的對比說明，闡明決勝未來之工作與學習特性。第四篇〈論「教育4.0」的「新師資培育」政策〉針對教育4.0教師的角色責任、核心素養，提出新詮釋，並據以論述教育4.0的新師資培育政策七大方向，建構素養取向的師培藍圖。第五篇〈Kerr新世紀多元大學之描繪及對臺灣高等教育之借鑑〉從1960年代美國高教新型態—多元大學的界定、肇因、特徵與問題談起，繼而描繪全球化與資訊科技時代下，即將上演的六項高教劇本所刻劃的新世紀高教圖像。第六篇〈教育4.0的通識教育〉從K. Marx歷史唯物論角度切入，接著談論工業4.0時代高科技發展形成D. Haraway所謂的人機合體（cyborg），最後提出對於教育4.0時代下通識教育的建議。

　　二、邁向教育4.0之「學校教育制度與環境」篇

　　本篇共收錄四篇論文。第一篇〈智慧校園（smart campus）的行政管理與運作〉著眼於數位校園（digital campus）與智慧校園（smart campus）的差異，論述智慧校園的關鍵技術與整體架構，並就智慧行政、智慧管理、智慧生活及智慧校園的基礎建設，提供智慧校園建置之參照。第二篇〈工業革命與小學基礎教育之間的變革發展與省思〉從歷史縱深的觀點，剖析工業1.0、2.0、3.0、4.0革命對於各時期小學基礎教育帶來的發展變革，並從教育目的與價值角度省思其發展趨向，提出檢討與省察。第三篇〈教育4.0下之「教學學」可能面臨的「悲慘」際遇和教師應有的專業〉，鑒於教育1.0至教育4.0流變使得教育愈向工商企業需求靠攏，原有教育化育成人的本質相對式微，教育的主體性也日漸隱沒。為求積極面迎教育變革，同時捍衛以人為本的教育本質，提出教育4.0素養導向教學架構，以及「思覺行盼」的教學學（pedagogy）模式。第四篇〈教育4.0時代不可取代的教師角色：適應性偏好對個體幸福的蘊義〉針對適應性偏好的概念與範例，及其對於個體幸福的意義進行闡釋，指明教育者的角色有二：根據幸福知識，維護受教者的共通益趣，以及協助發展個殊益趣，與自主擘劃幸福藍圖。

　　三、邁向教育4.0之「課程、學習與教材教法」篇

　　本篇共收錄五篇論文。第一篇〈由矽谷經驗蠡測智慧學校的教學改變〉根據美國矽谷地區科技融入教學之中小學經驗，歸結教學改革要項，並將之置入美國教學改革的歷史脈絡中，以剖析改變的性質與緣由。據此蠡測臺灣因應工業4.0所設置的智慧學校的教學改變。第二篇〈既「深」且「廣」的學習─論教育4.0時代的教材設計方向〉，針對工業4.0時代下臺灣中學生學習內涵是否達到加深加廣的學習，進行總體檢，選擇國中國文六冊教科書為分析對象，根據情意教育主題及Teaching for Understanding架構，分別檢測其廣度與深度，最後提出改進建議。第三篇〈科技創新智慧學習─以適性診斷與個別化教學為策略之國中數學補救教學研究〉，鑒於蓬勃發展的數位科技有助於創新科技在教學上的應用，本文探討不同適性診斷補救教學策略與先備知識分組，對於數學學習成效、學習動機、創新科技系統的使用態度與接受度之影響，提出創新科技的運用與適性主動的智慧學習，以促進優質且個別化的有效教學。第四篇〈發展數位教科書之相關法制分析〉，鑒於數位教科書將成為未來中小學教學場域中教育科技的發展重點，本文針對數位教科書的法制議題與處理方式，分就編輯端、發行端、使用端、選用端等進行探究分析，就未來實施數位教科書的政策提供建議。第五篇〈線型函數的教與學：開發本單元數位教科書之基礎〉針對中學數學教師在線型函數單元的教學經驗進行分析，提供未來數位教科書之設計與數學教育之建議。

　　本書的順利編輯付梓，尤其感謝各篇作者殫精竭慮貢獻鴻文，以及在中國教育學會吳清基理事長帶領下的整個團隊，包含研討會計畫撰寫的師長、論文審查委員，以及全體工作人員的用心投入，在此謹申謝忱。但望本書讀者能一同在邁向教育4.0的路上想像、擘劃、共構智慧學校的願景。