融合刻意练习理论的CDIO工程项目实践教学方法

来源:用户上传      作者: 赵翼翔

　　【摘要】刻意练习（deliberate practice）是由美国著名心理学家安德斯・埃里克森博士及同伴所提出来的概念。该理论是科学家考察各个领域最好的训练方法的共性归纳与总结，并给出了一套统一的练习方法，并在实践的各个领域中不断得到验证。为了提升工程教育中实践教学效果，本文提出将刻意练习理论融入到CDIO (构思――设计――实现――运作)理念中，建立CDIO各教学阶段组织学生刻意练习的教学思路。这种教学模式成功与否，很大程度上取决于学生的自主实践。
　　【关键词】刻意练习；CDIO；项目实践教学
　　实践教学是培养学生创新能力的重要一环。目前国内各高校相续开展了工程教育在实践教学方面的改革，让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程知识正在成为工程教育发展方向。这种教学模式，更加注重发挥学生的主观能动性与自我实践。1993年，佛罗里达大学心理学家K.Anders Ericsson首次提出“刻意练习”（deliberate practice）这个概念。自那以后，世界各地的科学家在不同领域（体育、音乐和国际象棋等）进行了数十项相关的研究，因为对这些领域的成就进行长期评估和制作图表相对容易。“刻意练习”的理论目前已经引起了广泛的注目。2007年K.Anders Ericsson等发表在哈佛商业评论上的一篇文章“The Making of an Expert”系统总结了这方面的研究结果，并明确指出：所有顶级高手都是练习出来的，而非内在的天赋才能。而具体如何练习，就需要刻意练习的方法。为了适应新的工程教育模式，实践教学正面临着深层次的变革。
　　一、CDIO工程教育模式
　　CDIO工程教育模式是近年来国际工程教育改革的最新成果。从2000年起，美国麻省理工学院和瑞典皇家工学院等四所大学组成的跨国研究组合，获得了Knut and Alice Wallenberg基金会近1600万美元的巨额资助，经过四年的探索研究，创立了CDIO工程教育模式并成立了CDIO国际合作组织。CDIO是构思(Conceive)、设计(Design)、实现(Implement)、运作(Operate)四个英文单词的缩写，它是“做中学”和“基于项目教育和学习”(Project based education and learning)的集中概括和抽象表达。这个模式不仅继承和发展了欧美20多年以来的工程教育改革的理念，更重要的是还提出了系统的能力培养、实施指导，以及实施过程和结果检验的12条标准，具有很强的可操作性。这种教育模式以产品从研发到运行的生命周期为载体，为学生提供实践、理论课程之间有机知识关联的教学情景、鼓励学生以主动的方式学习工程学。目前已经有包括丹麦、芬兰、法国、南非、新加坡、中国等国在内的50多所大学加入到CDIO合作计划中，这些学校的机械系和航空航天系通过全面采用了CDIO工程教育模式，取得了非常好的教学效果。
　　二、刻意练习理论
　　2006年，剑桥大学出版社出版的著作The Cambridge Handbook of Expertise and Expert Performance，是标志着刻意练习理论已经成熟的一本里程碑式的学术著作。该书中提供了一套方法来进行系统科学的训练，以达到专家级水平。这套练习方法的核心假设是，专家级水平是逐渐地练出来的，而有效进步的关键在于找到一系列的小任务让受训者按顺序完成。这些小任务必须是受训者正好不会做，但是又正好可以学习掌握的。完成这种练习要求受训者思想高度集中，这就与那些例行公事或者带娱乐色彩的练习完全不同。
　　1．刻意练习需要在学习区进行。心理学家把人的知识和技能分为层层嵌套的三个圆形区域：最内一层是“舒适区”，是我们已经熟练掌握的各种技能；最外一层是“恐慌区”，是我们暂时无法学会的技能，二者中间则是“学习区”。只有在学习区里面练习，一个人才可能进步。有效的练习任务必须精确的在受训者的“学习区”内进行，具有高度的针对性。因此刻意练习具有明确的目标和计划，它是为提高学生学习效率而“被设计”出来的，即要针对每个学生设计最合适的个性化的练习方法。
　　2．刻意练习是一项需要大量重复。刻意练习强调练习既要合理又要高强度。在学习上简单的反复重复并不能使学生取得良好的学习成效，而大多数学生在平时的练习都无法达到这个标准，因为多数学生在练习中往往没有专注在任何特别的事情上。其次，在重复的数量上也有所欠缺，刻意练习的最大特点就在于有目的的大量重复。要想最终能够达到既定的学习效果，就需要重复不断的练习直到达到单调乏味的程度。MBA课程的精髓就是将不常见的高难度事件重复化。在商学院里一个学生每周可能要面对20个真实发生过的商业案例，学生们首先自己研究怎么决策，提出解决方案，最后老师给出实际的结果并作点评。
　　3．刻意练习需要持续得到有效的反馈。反馈是控制论的基本概念，指将系统的输出返回到输入端并以某种方式改变输入，进而影响系统功能的过程。控制论创始人维纳在其著作中说明的，“反馈普遍存在于动物和机器中，它实际上存在于一切有目的的行为中。”反馈也是刻意练习中的关键一个环节。作为一个目标明确的活动，刻意练习必须要通过反馈来减少误差，从而保证目标的实现。也就是说，具有反馈的练习才是有效的练习，没有反馈的练习则毫无价值。如果学生在练习过程中看不到效果，得不到学习效果的反馈，那么由于缺乏动力和激励，极有可能导致学生不再进步。因此在整个的刻意练习过程中，需要有老师来跟踪学生的练习进度，科学、客观地检测练习的效果，做到边练习边反馈不断地改进。
　　4．刻意练习需要脑力的高度集中。刻意练习是有目的、有针对性的练习，这与大多数人盲目练习或者做全方位没有重点的练习有很大区别。首先需要学生做到脑力上的专注和集中；同时，刻意练习需要不断寻求和克服在练习过程中影响学习效率的种种因素，并尽最大努力改善它们，以达到最优。因此刻意练习也是一项非常辛苦的体力劳动。这个工作量非常巨大，以致只有意志力坚强的学生能长时间坚持下去。它是体力与脑力的双重损耗。
　　三、刻意练习理论与CDIO实践项目的融合研究
　　从上文可以看出，刻意练习理论与CDIO实践项目在理念上有许多契合之处。一方面，CDIO的工程教育模式本身就强调“做中学”和“基于项目教育和学习”，强调工程实践的练习。另一方面，刻意练习则将学习任务分解成一块块可以充分练习的模块，本身又是一个经过充分实践验证的科学训练方法。因此，本文提出可以系统得将刻意练习理论运用到工程教育实践中。为了能够在实践项目上有意识的突出运用，特提出如下融合刻意练习的CDIO工程项目实践方法。
　　1．CDIO项目实践需要在学习区练习。一般的学校课堂往往有几十人按照相同的进度进行CDIO学习，这种学习其实是没有针对性的。同样的内容，对某些同学来说是舒适区根本无需再练，而对某些学生则是恐慌区。CDIO教学必须因材施教，针对每个学生进行课题选择与目标设定，小班学习，甚至是一对一的传授。只有这样，CDIO才能真正实现对学生能力的培养。反观传统的工程教育，很多时候，全班同做一个题目，没有考虑受体的差异性。
　　2．CDIO项目实践需要大量重复。CDIO与刻意练习都强调“分块”练习。CDIO本身就是一个“分块”练习，它将完整的项目分解成构思、设计、实现、运作四部分。按照刻意练习的方法，在练习中学习者首先要看专家是怎么做的，并把整个流程初步过一遍；然后把项目分解为很多小块，一块一块地学习掌握。在这种训练中一定要慢，只有慢下来才能感知技能的内部结构，注意到自己的错误。这种练习方案完全可以运用到CDIO的实践中。而在传统的工程教育模式，由于课时不断压缩，学生总体素质有所降低，教学往往以灌输知识为主，淡化了学生实际能力的培养和针对性的训练，这种实践方案很难能够成功采纳。

　　3．CDIO项目实践需要持续得到有效的反馈。在项目实践过程中，作为教导者的老师，最重要作用就是提供即时的反馈。就像在下棋过程中，老师和学生看着同一个棋局，作为旁观者老师能够很清晰地看到学生一直忽略的重要威胁，能够看到一些学生看不到的方面。同样在CDIO初期，老师通过对每个学生现有的学习状况有清晰、客观的认识，从而对症下药针对每个学生设计最合适的个性化的练习方法，以期快速提高学生的学习效率。大多时候学生受内、外各种环境影响很难给自身的学习效果做一个清晰客观的认识。即使他们有所认识，也无法根据自身情况在短时间内设计出最好的练习方法来加以改进。因此，CDIO的实施过程中，老师起着举足轻重的作用，项目的成功与否离不开有经验的教师参与。
　　4．CDIO需要学生的全身心投入。“在本质上，刻意练习是不令人快乐的。”这是心理学家K.Anders Ericsson的原话。因此，刻意联系不是“寓教于乐”，它不是让参与项目实践的学生去做那些得心应手的事情，而是帮助学生寻找自身在学习上的弱项和短板，并提出合适的解决方案、去执行。这些弱项、短板是制约学生不断进步的重要因素，因此刻意练习将是一个痛苦艰难、枯燥无味的过程。因此在整个CDIO项目实践过程中，教学老师不能够仅仅根据学生的兴趣来确定项目内容与进度，而是需要加以个性化监督、鼓励和调整，提供学生及时与有效的反馈，争取让学生在最短的时间内达到练习的效果，因为决定他们练习时间长短的主要因素，是持续专注的能力，而不仅仅是时间在数量上的累积。
　　通过以上多方面的融合，可以将CDIO的工程项目实践变得更加具有针对性，练习的效率也可以大大提高。此外，还需要高校在校内实验室、校内实训基地，校外实习基地、产学研合作基地等多举措加强建设，让学生在校期间尽早地、更多地接触工程实际问题，拥有更多的练习机会。当然，正如刻意练习提出者也承认的，这种练习最终能否成功，还与学生自身的兴趣等因素有关。
　　随着新世纪对高素质人才的综合素质的要求，工程教育正在经历从传统的知识导向，转型成能力导向。在这个过程中，CDIO模式的实践教学也越来越受到各高等学校的重视，正在从内部单一的验证实验向综合性、设计性的教学模式转变。本文认为，这种新的教学模式将更加注重学生的自我实践，自我练习。为了提高练习的目标与效率，刻意练习理论是一个很好的练习方法与手段。通过将刻意练习理论与CDIO工程教育相融合，二者可以相辅相成、相互促进，有希望在培养学生的知识、能力、技能等方面做出应有的贡献。
　　
　　参考文献
　　[1]Ericsson，K.Anders，Krampe Ralf T，Tesch-R?mer Clemens．《The role of deliberate practice in the acquisition of expert performance》．《Psychological Review》．1993，100（3）：363～406
　　[2]顾佩华，沈民奋，李升平等．《从CDIO到EIP-CDIO――汕头大学工程教育与人才培养模式探索》．《高等工程教育研究》．2008，26（1）：12～20
　　[3]Ericsson K.Anders，Michael J. Prietula，Edward T. Cokely．《The making of an expert》．《Havard business review》．2007，85（7/8）：114～121
　　[4]Neil Charness，Paul J. Feltovich，Robert R. Hoffman．《The Cambridge Handbook of Expertise and Expert Performance》．Cambridge University Press，2006

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