培养工程问题解决能力的教学模式分析——基于默会知识视角

 本文通过分析解决工程问题的能力与默会知识的关系，以及基于问题的教学对获取默会知识的促进作用，可以得出基于问题的教学模式可以培养学生解决工程问题的能力，因此将经典的基于问题的教学模式引入工程教育，并做了改进，分为六个步骤：提出问题—分析问题—解决问题—反思总结—整合知识体系—应用创新，使其更加符合默会知识的传习规律。该过程与经典的基于问题的教学模式相比，都存在问题的探究过程，但改进的教学模式更加注重教师引导下的反思和知识体系整合，不但通过解决问题获取相应的技能、经验和价值观念等，还要将获取的实践知识纳入自身已有的知识体系，整合成有逻辑的知识系统，方便在下次遇到类似问题时，个体可以及时产生解决问题的直觉，启动解决问题的“应用程序”，并调用所需的技能、方法和诀窍以应对问题。在改进教学流程的基础上，剖析这个过程中学习者思维经历的五个心理认知阶段，分别是：感知—经验—批判—图式化—创新五个阶段，由此形成一个不断循环、螺旋上升的认知和操作序列，并体现在改进的基于问题的教学模式当中
第一章 绪 论

1.1 研究问题与缘起

1.1.1 研究背景

  我国是一个工程教育大国，90%多的大学开设工科专业。根据教育部高等教育教学评估中心发布的《中国高等教育质量报告》，我国工科毕业生的就业能力得到了用人单位的普遍认可，毕业生通用能力表现较好，但综合素质和知识水平一般，创新能力和工程能力也有待提高。调查数据显示，75%以上的用人单位需求的是具有批判性思维、交流沟通能力以及运用所学知识解决复杂工程问题能力的人才1。按照《华盛顿协议》的要求，通过工程教育认证的工科专业不仅要引导学生深入理解和把握复杂工程问题，更要按照国际上实质等效的原则，培养学生解决工程问题的能力。从经济社会发展对工程教育提出的要求来看，深入理解工程问题并培养出具有解决工程问题能力的毕业生，是我国高等教育所有工科专业当前和今后必须重视和做好的重要工作。

1.1.2 问题提出

  如何提升学生解决工程问题的能力，已成为工程教育专业关注的重点和难点。通过大量查阅各类文献得知，个体的默会知识对解决工程问题的能力和素质有着非常重要的影响，这种默会知识主要体现在解决问题时所需的操作技能、直觉思维、经验诀窍、默契协作和工程伦理等方面，并有其独特的形成和传递规律。研究表明，解决工程问题时所运用的知识、能力和素养等方面大多属于默会知识的范畴2。比如工程师在解决实际问题的过程中，第一直觉有时能起到非常重要的作用，可以帮助他们利用已有信息迅速做出初步判断，但是工程师们并不能详细地解释这些直觉3。这说明解决问题不是完全依靠逻辑知识，而是以直觉和经验（一种类型的默会知识）来协助解决。然而，在我国工程教育中，由于过分强调显性知识，对默会知识的重视和传递不足，缺乏足够的默会知识去支撑显性知识在实践中发挥作用，往往导致学生无法运用已学的理论知识去解决实际问题，这也是为什么会出现高分低能学生的原因

1.2 研究的目的和意义

1.2.1 研究目的

  当前工程教育如何满足“华盛顿协议”提出的培养要求，如何提高学生解决实际工程问题的能力，是目前一个迫切需要解决的问题。由于默会知识对于工程问题解决能力有着非常直接的作用，因此本文在分析默会知识的学习特点和规律的基础上，试图去改进基于问题的教学模式，并将其应用到工科课程的具体实施过程之中。一方面，工程问题可以直接作为这种教学模式开展课堂研究的问题；另一方面，通过这种教学方式，培养学生解决问题的能力，更多的传递默会知识，使学生在以后遇到类似问题时，个体可以及时产生解决此类问题的直觉，并调用所需的经验、技能、方法和诀窍等加以应对，达到解决工程问题的目的，最终为解决工程教育中因默会知识的不足而导致的问题解决能力的欠缺提供可资借鉴的教学方式。

1.2.2 研究意义

  在国家对工程技术人才需求大幅增加的形势下，卓越工程师计划、工程教育专业认证等多项教育改革，都在强调培养学生解决实际工程问题的能力。在这一背景下，本文围绕提高学生解决问题的能力为目标，开展各项相关研究。在理论上，本文揭示了默会知识对于工程问题解决能力的促进作用，深入分

析了心理学中问题解决的过程，以及默会知识的学习方式，发现基于问题的教学模式可以促进默会知识的获取，将其引入工程教育教学中，并在经典模式的基础上做了改进，使其更加注重和符合默会知识的传习规律，明确并实现缄默知识的功能和价值，为培养具有解决复杂工程问题的人才打下理论基础。

在实践层面，当个体遇到实际工程问题时，需通过调用自身的经验、技能、价值观念等默会知识，启动解决问题的“操作程序”，才能使问题得以解决4。注重默会知识的传习，有助于学生充分利用自己的感官去体验情境化的工程问题，在实践中获得默会知识，进而锻炼专业技能、汲取工程经验、培养创新能力、全面提升解决工程问题所需的知识、能力和素养。因此，在实际情境中获得默会知识，并将其应用到更多的工程问题中，工程教育的人才培养才能得以改善。由于个体依靠实践从而积累经验来获得默会知识，因此本文强调在教学过程中要注重具身教育，将理论学习与应用实践结合起来，而不是分割成各自独立的阶段。因此，本文改进了基于问题的教学模式，并将及应用到具体的教学过程中，通过一学期的实践得出教学效果评价，证明了改进的基于问题的教学模式有利于学生解决问题能力的提升，使其具有了一定的实际价值。

第二章 培养工程问题解决能力的理论研究

2.1 工程问题解决能力依靠默会知识

  研究表明，个体默会知识水平的高低是问题解决能力的一个重要标志。关于问题解决的默会知识，心理学中有着深入的研究。以斯滕伯格为代表的研究团队认为，在解决问题时，需要依靠相当广泛的个人知识库。知识库中的一部分知识来自于课堂、书本等正规教育，另一部分来自于生活中的实际经验。而与成功解决问题相关的大部分知识是以默会性为特征的，是关于“know how”的知识，它可以引导个体在不同的问题情境下去完成各项不同的任务，如经验丰富的厨师可以巧妙地把握炒菜的火候。以雷斯伍德为代表的研究团队，将 22 位“新手”校长和“专家”校长的解决问题过程进行了对比分析28。结果发现，在解决结构不良的问题时，新手和专家表现出显著的不同。面对问题时，专家有着明确的任务需求感，能够依靠比新手丰富的社会背景迅速开启认知技能模式，运用自身的元认知能力较好地掌控问题。当个体需要已有知识经验时，新手往往无法将实际问题与他的经验有效融合，进而难以抓住问题的本质，得不到解决问题的有效信息。对于新手来说，这些不利因素又会影响到个人情感，使得他们的自信心受挫。相反，专家比新手表现出较好的问题解决能力。综上来看，问题解决能力是各种认知活动、技能等经过一系列思维操作，所形成的综合性的高阶思维能力，大部分属于默会知识的范畴29，这便是新手和专家的一个明显重要区别，并且通过问题解决过程表现出来。

2.2 基于问题的教学促进默会知识的获取

  通过对默会知识学习规律的分析，发现默会知识难以在传统的讲授式课堂上进行传达和分享，必须要在具体的工程问题情境中“默而识之”，并不断地练习与领悟。一个问题的解决基本可概括为发现问题、分析问题、提出假设、检验假设、总结评价这五个阶段。学生在解决问题的过程中通常要经历多次的尝试与探索，才能最终找到问题解决方案，因此，问题解决是一个非线性、需要多次循环的复杂过程38。由于各个子过程的实践活动都不相同，所运用到的知识信息也各不相同。具体来说，问题解决一般始于对一个问题初始状态和所处情境的理解，其中，初始状态是指已经存在的所有现象和状况，也就是问题所表现出的客观形式和各个要素的内在联系，情境是指问题解决时所处的背景空间、时间、状态等。分析问题是在明确问题条件和要求的基础上，明确各要素之间的制约关系39。在分析问题的过程中，一般会给出解决问题的多种假设和方案，这是具有创造性的阶段，需要对已有知识和经验进行重新组织，无论这些解决方案经检验后是否为最优方案，都是个体在分析解决的过程中所经历和锻炼的，都会形成个体的经验和判断力。此外，问题解决的过程并非是线性的，各个阶段之间循环往复，所运用的知识在不同阶段之间相互作用，互相交叉，而这些错综复杂的网络关系便蕴含了默会知识获取与转化的现实情境和认知机制。问题解决的过程蕴含着两个层面的默会知识的获取：（1）表层的默会知识。如问题中蕴含的细节、问题解决涉及的关系和要素等，这些知识都是与解决具体问题相关的；（2）深层的默会知识。学生解决工程问题时除了关注有关工程的技术成果的同时，也注意“工程环境”等问题，通过二者有效“整合”达到工程问题的合理解决，同时注重所涉及的基本原理和规则的灵活贯通和运用，这些都是通用意义的知识。因此通过对问题解决过程的分析，本文提出问题驱动的默会知识获取路径，以实际工程中遇到的问题为切入点，结合问题解决中心理认知阶段的进行默会知识获取路径的研究

第三章 默会知识视角下基于问题的教学模式构建

3.1 经典的基于问题的教学模式概述

3.2 依据默会知识改进基于问题的教学模式

3.3 改进的基于问题的教学模式的优势

第四章 案例研究：《基础工程》课程教学改革实践

4.1《基础工程》课程定位

4.2《基础工程》课程默会知识分析

4.3《基础工程》现有教学现状分析

第四章 案例研究：《基础工程》课程教学改革实践

4.1《基础工程》课程定位

  《基础工程》课程是土木工程专业的主干课程，主要研究建筑物地基和基础的勘察、设计、施工有关的问题，课程的许多内容涉及工程地质学、土力学等已修课程的知识，同时又注重紧密结合实际工程，综合性和应用性很强。随着经济的发展，基础工程在海洋、交通、道路等方面的应用已经十分广泛，这就要求这门课程所培养的学生不但掌握扎实的专业知识，还具有实践能力和创新能力，能够有效解决实际工程中遇到的各种问题。对于这门课程来说，教学的主要目标是培养学生的解决工程问题的能力以及不断学习的能力，因此，课堂上不仅要有教师对知识的传授，更应注重对于能力的培养，培养学生发现问题、分析问题、解决问题的能力。《基础工程》课程以提高学生的综合能力为目标，以培养学生解决问题的能力、塑造创新性人才为课程定位。

第五章 结论与展望

  本文通过分析解决工程问题的能力与默会知识的关系，以及基于问题的教学对获取默会知识的促进作用，可以得出基于问题的教学模式可以培养学生解决工程问题的能力，因此将经典的基于问题的教学模式引入工程教育，并做了改进，分为六个步骤：提出问题—分析问题—解决问题—反思总结—整合知识体系—应用创新，使其更加符合默会知识的传习规律。该过程与经典的基于问题的教学模式相比，都存在问题的探究过程，但改进的教学模式更加注重教师引导下的反思和知识体系整合，不但通过解决问题获取相应的技能、经验和价值观念等，还要将获取的实践知识纳入自身已有的知识体系，整合成有逻辑的知识系统，方便在下次遇到类似问题时，个体可以及时产生解决问题的直觉，启动解决问题的“应用程序”，并调用所需的技能、方法和诀窍以应对问题。在改进教学流程的基础上，剖析这个过程中学习者思维经历的五个心理认知阶段，分别是：感知—经验—批判—图式化—创新五个阶段，由此形成一个不断循环、螺旋上升的认知和操作序列，并体现在改进的基于问题的教学模式当中。通过对认知阶段和实施步骤的分析，便可以得到基于问题的教学模式中默会知识获取和转化的过程：问题解决—显性化—组合化—间接获取—应用。本文中，默会知识和显性知识相互影响、相互转化，学生在转化机制中逐渐获取并丰富自身的默会知识，以提高解决工程问题的能力。此外，改进的基于问题的教学模式还转变了传统课堂中教师和学生的角色，从以教师教为中心，转向以学生学为中心，使传统的课堂教学结构发生根本性变革，形成“主导—主体相结合”的教学结构，开发新型教与学方式，促进学生更加高效深度的学习，发展高阶思维。