認(rèn)知發(fā)展理論在高等工程教育實踐中的應(yīng)用探析-基于留美中國工程博士認(rèn)知發(fā)展的實證研究

1、    認(rèn)知發(fā)展理論在高等工程教育實踐中的應(yīng)用探析基于留美中國工程博士認(rèn)知發(fā)展的實證研究    摘要：本文在對個體認(rèn)知發(fā)展理論的沿革進(jìn)行綜述的基礎(chǔ)上，以perry認(rèn)知發(fā)展理論模型為指導(dǎo)，對美國五所研究型高校工程專業(yè)中國博士生的認(rèn)知發(fā)展現(xiàn)狀及影響因素進(jìn)行測量與分析?；谇捌诙垦芯堪l(fā)現(xiàn)，大部分學(xué)生認(rèn)知發(fā)展已經(jīng)達(dá)到perry模型的高階思維方式。在前期定量研究結(jié)果的基礎(chǔ)上，本研究進(jìn)一步進(jìn)行了深度的質(zhì)性訪談。研究發(fā)現(xiàn)，學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展與其所在的環(huán)境、學(xué)習(xí)經(jīng)歷以及人員(導(dǎo)師、同學(xué)等)有著密切聯(lián)系。基于上述發(fā)現(xiàn)，本文進(jìn)一步討論和總結(jié)了認(rèn)知發(fā)展理論對我國工程教育的實踐意

2、義，并對工程教育過程中教師的角色轉(zhuǎn)換、教學(xué)方法的改革、課程的設(shè)計等不同方面提出了建議。關(guān)鍵詞：高等工程教育，個體認(rèn)知發(fā)展，教學(xué)實踐本文是上海市哲學(xué)社會科學(xué)規(guī)劃課題“面向卓越工程師培養(yǎng)的教學(xué)改革對學(xué)生認(rèn)知發(fā)展的影響研究(2014jjy003)和上海交通大學(xué)文理交叉專項基金課題“工程學(xué)生國際化學(xué)習(xí)體驗與學(xué)習(xí)成效測量”(15jcmy05)的部分研究成果。一、引言教育部“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”(以下簡稱“卓越計劃”)明確提出，工程人才培養(yǎng)的主要目標(biāo)是：面向工業(yè)界、面向世界、面向未來，培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強(qiáng)、適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展需要的高質(zhì)量、各類型工程技術(shù)人才，為建設(shè)創(chuàng)新型國家、實現(xiàn)工業(yè)化和現(xiàn)代化奠定堅

3、實的人力資源優(yōu)勢，增強(qiáng)我國的核心競爭力和綜合國力。已有研究發(fā)現(xiàn)，在工程人才的培養(yǎng)過程中，學(xué)生認(rèn)知發(fā)展水平的不斷提升意味著他們更能夠突破各種思維模式的限制，以開放、批判的態(tài)度，自主學(xué)習(xí)，博取眾長，以創(chuàng)新方式發(fā)現(xiàn)、分析和解決問題。是否能夠采用這樣的認(rèn)知思維方式發(fā)現(xiàn)、分析和解決問題是高素質(zhì)的工程專家與新手的主要差別之一。1本研究從提升工程學(xué)生認(rèn)知水平的目標(biāo)出發(fā)，運用個體認(rèn)識論發(fā)展模型，采用混合式研究方法，對留美中國工程博士生的認(rèn)知發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了測量，并利用質(zhì)性研究法分析了學(xué)生認(rèn)知發(fā)展的影響因素?；谇捌趯α裘乐袊┦可J(rèn)知現(xiàn)狀的研究成果2及本文的質(zhì)性探索發(fā)現(xiàn)，本文提出促進(jìn)我國學(xué)生認(rèn)知水平提升的改革策

4、略和教學(xué)實踐。二、文獻(xiàn)綜述1.個體認(rèn)識論研究概述。個體認(rèn)識論(personal epistemology)是個體對知識性質(zhì)和認(rèn)識過程的信念，這些信念深刻影響知識獲得、知識建構(gòu)和知識應(yīng)用的過程。沿襲20世紀(jì)50年代皮亞杰“認(rèn)識發(fā)生論”(generic epistemology)對兒童認(rèn)知研究中“發(fā)展”的概念，60年代末，perry在對哈佛大學(xué)等大學(xué)新生進(jìn)行追蹤訪談的基礎(chǔ)上提出了大學(xué)生智力與道德發(fā)展模型。3該模型描述了大學(xué)生的個人認(rèn)知從依賴權(quán)威、非黑即白的絕對化思維方式發(fā)展到以獨立思考為特征，采用開放、批判、靈活的態(tài)度來分析和解決問題的建構(gòu)型思維方式的發(fā)展趨勢。在perry理論提出后的幾十年間，對

5、青年人的認(rèn)知發(fā)展研究如雨后春筍在國外紛紛開展，提出了包括女性的知識獲得方式4、認(rèn)識論反思模型5、反思判斷模型6和論證推理模型7等在內(nèi)的主要認(rèn)知發(fā)展理論，基于對認(rèn)知發(fā)展各理論模型的評述，前期研究梳理整合出西方主要的認(rèn)知發(fā)展理論框架模型8(參見圖1)。這些理論模型的提出都是基于長期豐富翔實的質(zhì)性研究數(shù)據(jù)累積或者大量定量數(shù)據(jù)分析，雖然它們各有側(cè)重點，但是都不斷證實了perry理論中所提出的個體認(rèn)知從絕對化思維到建構(gòu)型思維的發(fā)展主線。910從perry理論的角度，這條主線具體包含了認(rèn)知發(fā)展過程的四個不同立場或階段：二元立場、多元立場、情境建構(gòu)立場(相對立場)以及(對情境建構(gòu)思維方式的)承諾立場。圖1

6、西方主要的認(rèn)知發(fā)展理論模型8其中，二元立場(dualism)是指學(xué)生傾向于依賴權(quán)威(如書本、教授等)，對知識或者觀點的一種非此即彼、非黑即白的絕對化思維方式。多元立場(multiplicity)是指學(xué)生開始接受觀點的多樣性和不確定性，認(rèn)為每個人都有自己的正確觀點，但未能分辨不同知識或者觀點的一個過渡性階段。情境建構(gòu)立場(contextual constructivism)或相對立場(relativism)是指學(xué)生不僅能夠接受觀點的多樣性和不確定性，而且能以獨立思考的方式和開放、靈活、批判的態(tài)度，根據(jù)當(dāng)下的環(huán)境，對觀點、事實、證據(jù)等加以分析和判斷的一種突破書本、突破權(quán)威、突破自我、突破從眾思維的

7、創(chuàng)新型思維方式。承諾立場(commitment)是指學(xué)生不僅在學(xué)習(xí)層面采用了情境建構(gòu)立場，同時也在生活的其他方面運用了這樣的思維方式；學(xué)生開始在不同的方面承擔(dān)主要責(zé)任、做出重要決定，并意識到推理的局限性，且接受與重大決定相關(guān)的后果。以perry理論為代表的個體認(rèn)知發(fā)展理論模型已在西方(以美國為主)的大學(xué)各個學(xué)科教育中產(chǎn)生重要的理論和實踐層面影響。它被廣泛用來指導(dǎo)文、理、工等主要學(xué)科的教學(xué)實踐。這些應(yīng)用型研究普遍采用實證調(diào)查的手段，通過綜合分析學(xué)生認(rèn)知發(fā)展的現(xiàn)狀和動因來指導(dǎo)教學(xué)改革的實踐；提升學(xué)生的認(rèn)知水平，得到教學(xué)研究人員和一線教學(xué)工作者的廣泛采用。2.工程專業(yè)學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展研究現(xiàn)狀與趨勢。個

8、體認(rèn)知作為認(rèn)識論的重要組成部分，其理論模型被廣泛地用于工程教育研究中。11已有的實證研究表明，工程學(xué)生認(rèn)知發(fā)展水平整體較低，與其他學(xué)科存在顯著差異。對文科和理工科學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展研究指出：由于理工科教學(xué)中普遍存在的權(quán)威式、填鴨式的教育，極大地阻礙了理工科學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展，理工科學(xué)生的認(rèn)知水平滯后于文科生。1213在大學(xué)畢業(yè)之際，僅1/4的學(xué)生能夠熟練地運用以獨立思考為特征、開放且靈活的思維方式來分析和解決問題。14如何改善理工科學(xué)生的教學(xué)方式、方法成為美國stem教育(即科學(xué)、技術(shù)、工程與數(shù)學(xué)教育)關(guān)注的重要議題。wise等人的研究指出，工程學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展在最后一個學(xué)年出現(xiàn)了相對于其他學(xué)年更為快速

9、而明顯的提高。這個提高很可能與學(xué)生在大四階段能夠參與畢業(yè)設(shè)計以及更多地參與實際工程項目密切相關(guān)。15wise等人的研究表明，將以實際工程問題或工程學(xué)科問題為導(dǎo)向、以學(xué)生為主體的學(xué)習(xí)法引入大一新生的學(xué)習(xí)中，有利于更早地提升工程學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展水平。對中國學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展研究中，zhang的研究發(fā)現(xiàn)中國本科生認(rèn)知呈現(xiàn)一個逆發(fā)展的趨勢，大三、大四的學(xué)生的認(rèn)知水平并沒有大一、大二的學(xué)生水平高，反而出現(xiàn)了下降的情況。不過，zhang的研究并非是專門針對工程學(xué)生的研究，因此，難以對中國工程學(xué)生認(rèn)知發(fā)展情況做出判斷。16關(guān)于工程學(xué)生認(rèn)知發(fā)展的研究目前主要集中在西方國家。近年來，我國學(xué)者已逐步開始介紹國外主要認(rèn)知

10、發(fā)展理論模型及其對我國教育現(xiàn)狀的啟示。1718但是，實際運用現(xiàn)代認(rèn)知理論和相應(yīng)測量工具分析和解釋學(xué)生認(rèn)知發(fā)展?fàn)顩r的實證研究卻屬鳳毛麟角。相比之下，國外針對工程學(xué)生認(rèn)知已經(jīng)開展了幾十年理論探索和實證研究。我國學(xué)術(shù)界與工業(yè)界都亟待以現(xiàn)代認(rèn)知理論為基礎(chǔ)，以實證研究為手段，對工程人才的認(rèn)知發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行整體評估與深入探究，培養(yǎng)符合要求的創(chuàng)新型工程人才。本研究以個體認(rèn)知理論發(fā)展模型為指導(dǎo)，對留美中國工程博士生的認(rèn)知發(fā)展現(xiàn)狀做出整體測量，并且對其影響因素進(jìn)行了質(zhì)性分析。三、研究方法本研究采用了順序解說型混合式研究法。19該研究方法的優(yōu)勢在于，它首先以定量的數(shù)據(jù)采集與分析給出了整體的趨勢，其次又以質(zhì)性研究法對

11、前一階段的數(shù)據(jù)進(jìn)行深入挖掘，對有關(guān)趨勢進(jìn)行影響因素分析。前期定量研究采用了改良版的張氏認(rèn)知發(fā)展測量量表。2021該量表以perry理論為依據(jù)，分別測量學(xué)生在四個相應(yīng)立場的思維發(fā)展現(xiàn)狀。量表共有49個條目，學(xué)生在具有五級評分的李克特量表上進(jìn)行自評(1“非常不同意”到5“非常同意”)。前期定量研究共獲得147份來自美國五所中西部研究型高校中國博士生的有效問卷?；谇捌诙垦芯砍晒?，本文對其中19名中國學(xué)生進(jìn)行了深度質(zhì)性訪談，挖掘與高階思維方式(即情境建構(gòu)立場與承諾立場)相關(guān)的因素，同時對這些相關(guān)因素的編碼采用了開放式編碼(open-coding)過程22，并且對主要編碼進(jìn)行歸納，得到了主要相關(guān)因素

12、的類型，最后對這些因素進(jìn)行總結(jié)與分析。本文所有研究均通過美國有關(guān)高校倫理審查委員會的批準(zhǔn)。四、研究結(jié)果基于前期定量研究數(shù)據(jù)的分析，我們得到了137名學(xué)生思維發(fā)展的主要階段，并對這些主要階段進(jìn)行了基于perry理論的分類(見圖2)。23圖2 留美中國工程博士生的主要認(rèn)知發(fā)展階段分布情況(共137人)前期整體的定量研究測量與分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)24：首先，近一半的受試者達(dá)到情境建構(gòu)立場(圖2)。從多元立場到情境建構(gòu)立場是perry理論的關(guān)鍵轉(zhuǎn)折點，達(dá)到情境建構(gòu)立場的學(xué)生已經(jīng)顯示出情境建構(gòu)主義的思維方式，他們能夠?qū)Σ煌闹R、信息、環(huán)境與條件進(jìn)行批判性的分析與評價。此外，近80%的受試者的認(rèn)知發(fā)展水平已經(jīng)達(dá)

13、到情境建構(gòu)立場或承諾立場(圖2)。也就是說，另外30%的學(xué)生已經(jīng)展現(xiàn)了對情境建構(gòu)立場的承諾。對該立場的承諾意味著學(xué)生已經(jīng)在一些主要的生活領(lǐng)域(例如職業(yè)選擇)承擔(dān)了主要責(zé)任。當(dāng)然，還有一些學(xué)生呈現(xiàn)了兩個或者以上的認(rèn)知發(fā)展階段，這意味著學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展具有相當(dāng)?shù)膹?fù)雜性，各個認(rèn)知發(fā)展階段可能出現(xiàn)重合。很可能，在這些階段的學(xué)生正在經(jīng)歷從一個發(fā)展階段到另一個發(fā)展階段的轉(zhuǎn)折。此外，對前期定量研究問卷的方差分析結(jié)果還表明，經(jīng)過一定階段學(xué)習(xí)的學(xué)生(通過了博士生資格考試或者類似的階段性考試)，他們的二元思維方式得分較尚在課程學(xué)習(xí)階段(即尚未通過相應(yīng)考試)的學(xué)生更低，并且具有統(tǒng)計學(xué)顯著性(p=0.0360.05)。

14、這些前期定量研究結(jié)果一方面表明，留美中國博士生普遍的認(rèn)知水平居于perry理論的高級階段，另一方面也說明，由于美國研究生教育突出獨立學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新型研究能力的開發(fā)與培養(yǎng)，因此，這樣的研究生教育可能對學(xué)生的思維方式往情境建構(gòu)式方向發(fā)展起到了推進(jìn)作用。為了更深入地挖掘與學(xué)生認(rèn)知發(fā)展相關(guān)的影響因素，本文對19名受試者進(jìn)行了一對一深度訪談。其中有16名受試者，其思維方式是居于情境建構(gòu)立場或者承諾立場。通過對這些學(xué)生的質(zhì)性訪談，共有三類主要的因素呈現(xiàn)出與學(xué)生發(fā)展情境建構(gòu)主義思維方式的過程密切關(guān)聯(lián)(見表1)。表1 與學(xué)生認(rèn)知發(fā)展相關(guān)的主要因素人員因素·導(dǎo)師·實驗室學(xué)長、學(xué)校同學(xué)

15、3;任課教師·正面(或者負(fù)面)模范/典型人物·父母經(jīng)歷因素·與同學(xué)之間的討論·失敗、壓力或者困難·在美國的課業(yè)學(xué)習(xí)·參與小組項目·參與了開放式的問題或者項目·參與了小組式的學(xué)習(xí)活動·進(jìn)行了口頭的學(xué)術(shù)匯報·學(xué)習(xí)如何收集與閱讀學(xué)術(shù)方面的文獻(xiàn)環(huán)境因素·身處美國·處于研究小組中·在美國大學(xué)或者研究院中·在行業(yè)會議中這段訪談內(nèi)容較為直接地提到了導(dǎo)師在引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)與思考過程中的作用。在16名被訪者中，有12名學(xué)生提到了導(dǎo)師在不同方面的重要引導(dǎo)作用。此外，共有13名學(xué)生

16、提到了與其他同學(xué)討論的重要意義。例如，一位博士生在談到她準(zhǔn)備博士資格考試的過程中，通過與實驗室同儕的討論而獲得的收獲：“我們的一個labmate，我們那天在聊天兒，我說，我差不多第一稿快寫完了，你要不要看一下。然后他就看了，看完之后，說，名字，我真的，我覺得，就是，這個可能有麻煩。然后，他就給你說了，一個，兩個，三個，四個。然后，哦，我真的發(fā)現(xiàn)，說的很對。接著，我就說，那，因為那個要寫一本兒呢！很厚。然后，我說，那我改完之后，你還可以幫我嗎？他就說，5ure!他人很好。然后就會發(fā)現(xiàn)說，原來comment有這么重要。你就會想要更多人的comment。而且，你就會發(fā)現(xiàn)說，這么厚的一本，要revie

17、w好像要很久似的。所以你可能要一邊寫，一邊平行地review。這樣會比較efficient。然后，所以就，慢慢，慢慢，這個review的程度就會越來越高。對?！睘榱烁玫卣f明每個因素在學(xué)生認(rèn)知發(fā)展過程中的影響，這里針對每個影響因素引用了學(xué)生在訪談的回應(yīng)。針對導(dǎo)師在學(xué)生認(rèn)知發(fā)展過程中的影響，一位博士生談到導(dǎo)師對他的啟發(fā)：“比如說我自己去做這些，嗯，數(shù)值的仿真以后，然后把結(jié)果拿給老板(導(dǎo)師)看。老板就會說，哦，你其實可以再嘗試著改一下，可能會有不同的結(jié)果。然后，或者在其他方面再加一些因素，和元素進(jìn)去，進(jìn)行更復(fù)雜的一些仿真。所以，老板就會促進(jìn)你的思考這個很重要，老板就會促進(jìn)你的思考，怎么樣才能把這個

18、研究做得更好。就是提出一些問題，他能夠提出一些問題，但是是很具體的問題，就不是說很泛泛的，是很具體的，很細(xì)節(jié)的問題，能夠讓我們?nèi)ハ胱屛覀冞@個方面能夠做得很好?！碑?dāng)然，并非所有學(xué)生都能順利地適應(yīng)類似的討論式學(xué)習(xí)法，例如：“哦，就是，我其實到現(xiàn)在還不是特別習(xí)慣這個方法(討論式學(xué)習(xí))，因為我比較，怎么說，就是，比較prefer一個人，一個人看東西，一個人學(xué)，一個人理解。就是說，現(xiàn)在就是，因為到這兒來以后，很多東西，你就強(qiáng)迫自己改變。比如說老師分配了你們這個任務(wù)說，你們這個group要一起寫一個paper，一起做這個presentation。就很多情況下是被迫，就是我們必須組成這個小組。那很多時候老師給你組的小組就有各種從各個文化來的人，就會說強(qiáng)迫自己去接受那些，比較跟自己文化不一樣的東西?！边@個例子中，該學(xué)生已經(jīng)意識到了小組中由于文化、觀點等不同所帶來的沖擊。而這種多元化氛圍在發(fā)展理論模型中對學(xué)生思維能力的發(fā)展具有重要意義。除了小組討論以外，解決開放式問題、收集與閱讀文獻(xiàn)的重要性也在訪談中反復(fù)出現(xiàn)。當(dāng)然許多因素的作用是相互關(guān)聯(lián)的，下