认知发展理论在高等工程教育实践中的应用探析-基于留美中国工程博士认知发展的实证研究

1、    认知发展理论在高等工程教育实践中的应用探析基于留美中国工程博士认知发展的实证研究    摘要：本文在对个体认知发展理论的沿革进行综述的基础上，以perry认知发展理论模型为指导，对美国五所研究型高校工程专业中国博士生的认知发展现状及影响因素进行测量与分析。基于前期定量研究发现，大部分学生认知发展已经达到perry模型的高阶思维方式。在前期定量研究结果的基础上，本研究进一步进行了深度的质性访谈。研究发现，学生的认知发展与其所在的环境、学习经历以及人员(导师、同学等)有着密切联系。基于上述发现，本文进一步讨论和总结了认知发展理论对我国工程教育的实践意

2、义，并对工程教育过程中教师的角色转换、教学方法的改革、课程的设计等不同方面提出了建议。关键词：高等工程教育，个体认知发展，教学实践本文是上海市哲学社会科学规划课题“面向卓越工程师培养的教学改革对学生认知发展的影响研究(2014jjy003)和上海交通大学文理交叉专项基金课题“工程学生国际化学习体验与学习成效测量”(15jcmy05)的部分研究成果。一、引言教育部“卓越工程师教育培养计划”(以下简称“卓越计划”)明确提出，工程人才培养的主要目标是：面向工业界、面向世界、面向未来，培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量、各类型工程技术人才，为建设创新型国家、实现工业化和现代化奠定坚

3、实的人力资源优势，增强我国的核心竞争力和综合国力。已有研究发现，在工程人才的培养过程中，学生认知发展水平的不断提升意味着他们更能够突破各种思维模式的限制，以开放、批判的态度，自主学习，博取众长，以创新方式发现、分析和解决问题。是否能够采用这样的认知思维方式发现、分析和解决问题是高素质的工程专家与新手的主要差别之一。1本研究从提升工程学生认知水平的目标出发，运用个体认识论发展模型，采用混合式研究方法，对留美中国工程博士生的认知发展现状进行了测量，并利用质性研究法分析了学生认知发展的影响因素。基于前期对留美中国博士生认知现状的研究成果2及本文的质性探索发现，本文提出促进我国学生认知水平提升的改革策

4、略和教学实践。二、文献综述1.个体认识论研究概述。个体认识论(personal epistemology)是个体对知识性质和认识过程的信念，这些信念深刻影响知识获得、知识建构和知识应用的过程。沿袭20世纪50年代皮亚杰“认识发生论”(generic epistemology)对儿童认知研究中“发展”的概念，60年代末，perry在对哈佛大学等大学新生进行追踪访谈的基础上提出了大学生智力与道德发展模型。3该模型描述了大学生的个人认知从依赖权威、非黑即白的绝对化思维方式发展到以独立思考为特征，采用开放、批判、灵活的态度来分析和解决问题的建构型思维方式的发展趋势。在perry理论提出后的几十年间，对

5、青年人的认知发展研究如雨后春笋在国外纷纷开展，提出了包括女性的知识获得方式4、认识论反思模型5、反思判断模型6和论证推理模型7等在内的主要认知发展理论，基于对认知发展各理论模型的评述，前期研究梳理整合出西方主要的认知发展理论框架模型8(参见图1)。这些理论模型的提出都是基于长期丰富翔实的质性研究数据累积或者大量定量数据分析，虽然它们各有侧重点，但是都不断证实了perry理论中所提出的个体认知从绝对化思维到建构型思维的发展主线。910从perry理论的角度，这条主线具体包含了认知发展过程的四个不同立场或阶段：二元立场、多元立场、情境建构立场(相对立场)以及(对情境建构思维方式的)承诺立场。图1

6、西方主要的认知发展理论模型8其中，二元立场(dualism)是指学生倾向于依赖权威(如书本、教授等)，对知识或者观点的一种非此即彼、非黑即白的绝对化思维方式。多元立场(multiplicity)是指学生开始接受观点的多样性和不确定性，认为每个人都有自己的正确观点，但未能分辨不同知识或者观点的一个过渡性阶段。情境建构立场(contextual constructivism)或相对立场(relativism)是指学生不仅能够接受观点的多样性和不确定性，而且能以独立思考的方式和开放、灵活、批判的态度，根据当下的环境，对观点、事实、证据等加以分析和判断的一种突破书本、突破权威、突破自我、突破从众思维的

7、创新型思维方式。承诺立场(commitment)是指学生不仅在学习层面采用了情境建构立场，同时也在生活的其他方面运用了这样的思维方式；学生开始在不同的方面承担主要责任、做出重要决定，并意识到推理的局限性，且接受与重大决定相关的后果。以perry理论为代表的个体认知发展理论模型已在西方(以美国为主)的大学各个学科教育中产生重要的理论和实践层面影响。它被广泛用来指导文、理、工等主要学科的教学实践。这些应用型研究普遍采用实证调查的手段，通过综合分析学生认知发展的现状和动因来指导教学改革的实践；提升学生的认知水平，得到教学研究人员和一线教学工作者的广泛采用。2.工程专业学生的认知发展研究现状与趋势。个

8、体认知作为认识论的重要组成部分，其理论模型被广泛地用于工程教育研究中。11已有的实证研究表明，工程学生认知发展水平整体较低，与其他学科存在显著差异。对文科和理工科学生的认知发展研究指出：由于理工科教学中普遍存在的权威式、填鸭式的教育，极大地阻碍了理工科学生的认知发展，理工科学生的认知水平滞后于文科生。1213在大学毕业之际，仅1/4的学生能够熟练地运用以独立思考为特征、开放且灵活的思维方式来分析和解决问题。14如何改善理工科学生的教学方式、方法成为美国stem教育(即科学、技术、工程与数学教育)关注的重要议题。wise等人的研究指出，工程学生的认知发展在最后一个学年出现了相对于其他学年更为快速

9、而明显的提高。这个提高很可能与学生在大四阶段能够参与毕业设计以及更多地参与实际工程项目密切相关。15wise等人的研究表明，将以实际工程问题或工程学科问题为导向、以学生为主体的学习法引入大一新生的学习中，有利于更早地提升工程学生的认知发展水平。对中国学生的认知发展研究中，zhang的研究发现中国本科生认知呈现一个逆发展的趋势，大三、大四的学生的认知水平并没有大一、大二的学生水平高，反而出现了下降的情况。不过，zhang的研究并非是专门针对工程学生的研究，因此，难以对中国工程学生认知发展情况做出判断。16关于工程学生认知发展的研究目前主要集中在西方国家。近年来，我国学者已逐步开始介绍国外主要认知

10、发展理论模型及其对我国教育现状的启示。1718但是，实际运用现代认知理论和相应测量工具分析和解释学生认知发展状况的实证研究却属凤毛麟角。相比之下，国外针对工程学生认知已经开展了几十年理论探索和实证研究。我国学术界与工业界都亟待以现代认知理论为基础，以实证研究为手段，对工程人才的认知发展状况进行整体评估与深入探究，培养符合要求的创新型工程人才。本研究以个体认知理论发展模型为指导，对留美中国工程博士生的认知发展现状做出整体测量，并且对其影响因素进行了质性分析。三、研究方法本研究采用了顺序解说型混合式研究法。19该研究方法的优势在于，它首先以定量的数据采集与分析给出了整体的趋势，其次又以质性研究法对

11、前一阶段的数据进行深入挖掘，对有关趋势进行影响因素分析。前期定量研究采用了改良版的张氏认知发展测量量表。2021该量表以perry理论为依据，分别测量学生在四个相应立场的思维发展现状。量表共有49个条目，学生在具有五级评分的李克特量表上进行自评(1“非常不同意”到5“非常同意”)。前期定量研究共获得147份来自美国五所中西部研究型高校中国博士生的有效问卷。基于前期定量研究成果，本文对其中19名中国学生进行了深度质性访谈，挖掘与高阶思维方式(即情境建构立场与承诺立场)相关的因素，同时对这些相关因素的编码采用了开放式编码(open-coding)过程22，并且对主要编码进行归纳，得到了主要相关因素

12、的类型，最后对这些因素进行总结与分析。本文所有研究均通过美国有关高校伦理审查委员会的批准。四、研究结果基于前期定量研究数据的分析，我们得到了137名学生思维发展的主要阶段，并对这些主要阶段进行了基于perry理论的分类(见图2)。23图2 留美中国工程博士生的主要认知发展阶段分布情况(共137人)前期整体的定量研究测量与分析结果发现24：首先，近一半的受试者达到情境建构立场(图2)。从多元立场到情境建构立场是perry理论的关键转折点，达到情境建构立场的学生已经显示出情境建构主义的思维方式，他们能够对不同的知识、信息、环境与条件进行批判性的分析与评价。此外，近80%的受试者的认知发展水平已经达

13、到情境建构立场或承诺立场(图2)。也就是说，另外30%的学生已经展现了对情境建构立场的承诺。对该立场的承诺意味着学生已经在一些主要的生活领域(例如职业选择)承担了主要责任。当然，还有一些学生呈现了两个或者以上的认知发展阶段，这意味着学生的认知发展具有相当的复杂性，各个认知发展阶段可能出现重合。很可能，在这些阶段的学生正在经历从一个发展阶段到另一个发展阶段的转折。此外，对前期定量研究问卷的方差分析结果还表明，经过一定阶段学习的学生(通过了博士生资格考试或者类似的阶段性考试)，他们的二元思维方式得分较尚在课程学习阶段(即尚未通过相应考试)的学生更低，并且具有统计学显著性(p=0.0360.05)。

14、这些前期定量研究结果一方面表明，留美中国博士生普遍的认知水平居于perry理论的高级阶段，另一方面也说明，由于美国研究生教育突出独立学习能力、创新型研究能力的开发与培养，因此，这样的研究生教育可能对学生的思维方式往情境建构式方向发展起到了推进作用。为了更深入地挖掘与学生认知发展相关的影响因素，本文对19名受试者进行了一对一深度访谈。其中有16名受试者，其思维方式是居于情境建构立场或者承诺立场。通过对这些学生的质性访谈，共有三类主要的因素呈现出与学生发展情境建构主义思维方式的过程密切关联(见表1)。表1 与学生认知发展相关的主要因素人员因素·导师·实验室学长、学校同学

15、3;任课教师·正面(或者负面)模范/典型人物·父母经历因素·与同学之间的讨论·失败、压力或者困难·在美国的课业学习·参与小组项目·参与了开放式的问题或者项目·参与了小组式的学习活动·进行了口头的学术汇报·学习如何收集与阅读学术方面的文献环境因素·身处美国·处于研究小组中·在美国大学或者研究院中·在行业会议中这段访谈内容较为直接地提到了导师在引导学生学习与思考过程中的作用。在16名被访者中，有12名学生提到了导师在不同方面的重要引导作用。此外，共有13名学生

16、提到了与其他同学讨论的重要意义。例如，一位博士生在谈到她准备博士资格考试的过程中，通过与实验室同侪的讨论而获得的收获：“我们的一个labmate，我们那天在聊天儿，我说，我差不多第一稿快写完了，你要不要看一下。然后他就看了，看完之后，说，名字，我真的，我觉得，就是，这个可能有麻烦。然后，他就给你说了，一个，两个，三个，四个。然后，哦，我真的发现，说的很对。接着，我就说，那，因为那个要写一本儿呢！很厚。然后，我说，那我改完之后，你还可以帮我吗？他就说，5ure!他人很好。然后就会发现说，原来comment有这么重要。你就会想要更多人的comment。而且，你就会发现说，这么厚的一本，要revie

17、w好像要很久似的。所以你可能要一边写，一边平行地review。这样会比较efficient。然后，所以就，慢慢，慢慢，这个review的程度就会越来越高。对。”为了更好地说明每个因素在学生认知发展过程中的影响，这里针对每个影响因素引用了学生在访谈的回应。针对导师在学生认知发展过程中的影响，一位博士生谈到导师对他的启发：“比如说我自己去做这些，嗯，数值的仿真以后，然后把结果拿给老板(导师)看。老板就会说，哦，你其实可以再尝试着改一下，可能会有不同的结果。然后，或者在其他方面再加一些因素，和元素进去，进行更复杂的一些仿真。所以，老板就会促进你的思考这个很重要，老板就会促进你的思考，怎么样才能把这个

18、研究做得更好。就是提出一些问题，他能够提出一些问题，但是是很具体的问题，就不是说很泛泛的，是很具体的，很细节的问题，能够让我们去想让我们这个方面能够做得很好。”当然，并非所有学生都能顺利地适应类似的讨论式学习法，例如：“哦，就是，我其实到现在还不是特别习惯这个方法(讨论式学习)，因为我比较，怎么说，就是，比较prefer一个人，一个人看东西，一个人学，一个人理解。就是说，现在就是，因为到这儿来以后，很多东西，你就强迫自己改变。比如说老师分配了你们这个任务说，你们这个group要一起写一个paper，一起做这个presentation。就很多情况下是被迫，就是我们必须组成这个小组。那很多时候老师给你组的小组就有各种从各个文化来的人，就会说强迫自己去接受那些，比较跟自己文化不一样的东西。”这个例子中，该学生已经意识到了小组中由于文化、观点等不同所带来的冲击。而这种多元化氛围在发展理论模型中对学生思维能力的发展具有重要意义。除了小组讨论以外，解决开放式问题、收集与阅读文献的重要性也在访谈中反复出现。当然许多因素的作用是相互关联的，下