从常规性专长到适应性专长：面向复杂工程问题的工程人才培养

摘   要：文章在综合适应性专长的知识观、认知观、能力观内涵的基础上，结合工程情境的特殊性，提出工程适应性专长的内涵，即在应对新的复杂工程问题时，拥有特定领域专业知识的工程师充分理解新情境的特殊性，并将已有的知识、技能、经验灵活应用于开发独特而有效的新型解决方案的能力。同时进一步结合工程知识体模型，从程序性知识、概念性知识、分析能力、知识迁移、元认知、目标与信念、自主创新、情绪管理八大维度对工程适应性专长的结构开展系统性探索，以期为我国推动面向未来的工程教育变革提供借鉴。

关键词：适应性专长；工程人才；概念内涵；特征结构

中图分类号：G712         文献标志码：A         DOI： 10.3969/j.issn.1672-3937.2023.12.05

高校毕业生通常因缺乏面向复杂现实问题的变通性和适应性而备受诟病，这与传统的人才培养观一脉相承，即学校教育的基本隐喻是为学生提供可直接应用于未来工作的知识和技能。[1]然而，现实情境处于动态变化过程中，特别是在工程领域，新技术、新产业、新业态和新模式不断涌现，对工程科技人才的能力素质的要求也在不断提升。面临新形势、新挑战，我国工程教育体系缺少对学生持续发展的全局性统筹考虑，存在培养观念陈旧、实践导向落实不到位、人才培养模式相对单一等深层次问题，导致学生缺乏快速适应新情境并开展高效学习的知识结构、思维方式、能力体系[2][3]。基于此，本研究计划引入适应性专长（adaptive expertise）的概念。适应性专长是专长发展的高级阶段，相关研究探讨陌生情境下个体如何通过构建知识迁移机制，将长期积累的专业知识用于新问题的解决，是衡量个人可持续发展潜力的重要指标。尽管相关研究已进行30多年，并积累了较多有价值的研究成果，但是对于适应性专长的内涵究竟是什么？其结构如何？目前尚未达成共识。为更加全面、准确地理解适应性专长，本研究深入解读其内涵和构成，进一步探讨其在工程教育情境下的应用，以期为我国工程教育改革提供借鉴。

一、适应性专长的起源

作为应用心理学的重要研究主题之一，专长是经过大量刻意训练获得的，某一特定领域专家区别于新手及经验不足者的技能、知识和心理机制[4]，能够帮助个体获得一定的行为流畅性，使其在面对类似任务时，快速调动熟练掌握的知识技能作出更快、更准确的反应，然而，一旦问题情境发生变化，专家的流畅性将面临不同程度的损失[5][6]。最先观察到这一点的是日本学者波多野，他发现许多算盘专家虽然拥有极强的心智算数能力，却无法将这种能力运用到更为复杂的数学运算领域，由此发现传统专长研究所归纳的一般特征无法充分解释专家在面对陌生问题情境时的差异化表现。[7]

为了解释不同专家在面临新的问题情境时所展现的差异，1986年，波多野和同事将皮亚杰提出的“适应”概念引入专长研究。皮亚杰认为在面对新情境“冲击”时，作为一个自组织系统，个体的认知系统将不断调整以实现新的平衡，该过程表现为在认知冲突和自我反思基础上对学习过程进行调整和优化。[8]根据调整的水平，波多野将专家区分为适应性专家和常规性专家两类，其中能够“快速、精准、流畅使用程序性知识的专家”被称为常规性专家，他们拥有丰富的特定问题解决经验，了解具体的决策规则、执行策略，并具备问题解决技能，但是通常只掌握具体方法却不理解知识技能的本质和意义，因此只有在对象及其约束条件不变的情况下才能保证流畅性。而那些不仅能够应用成熟经验解决常规问题，而且能够在变化的环境中及时调整解决策略、主动补充知识，进而表现出高度灵活性和适应性的个体被称为“适应性专家”，两者的区别类似于墨守成规的“程序员”与富有创造力的“软件设计师”。[9]

二、适应性专长的内涵与结构

适应性专长作为专长发展的高阶形态，影响着个体的可持续发展潜力，其内涵、结构的明确对于定义学习成果、设计教学形式、构建评估措施具有重要意义，现有研究主要从知识观、认知观、能力观三个视角对其内涵进行解读。

（一）知识观

知识观认为适应性专长指个体不仅熟练掌握程序性知识，而且超越具体的事实程序，形成对知识意义、本质的概念性理解。这种观点将知识视为专长的基础，将概念性知识的掌握视为适应性专长区别于常规性专长的核心差异，认为“只有当相应的概念知识为技能步骤赋予含义并提供替代标准时，灵活性和适应性才有可能出现”[10]，这也是适应性专长的初始界定方式。例如，林晓东[11]将适应性专长界定为“程序上的流畅性伴随着清晰的概念性理解，进而实现对变化的适应”，有别于常规性专长，“它能够将个体技能背后的原则言语化，能够恰当地判断技能的常规性应用或非常规性应用，能够根据当下的限制调整或发明技能”。赵健等[12]认为适应性专长指“不仅能够高效执行程序性知识，而且能够理解程序性知识的意义及其所指向客体的本质”，拥有适应性专长能够帮助个体“为程序性知识的每个步骤赋予意义，获得程序步骤的替代标准，调整既定程序，甚至发明新的程序、做出新的预测乃至超越文化边界”。古贝[13]、布兰斯福德[14]等认为获取适应性专长的核心在于构建能够灵活访问的、相互关联的跨领域知识网络，这种知识组织的灵活性有助于突破知识领域的边界限制，进而在新情况发生时，实现知识的灵活调动和及时补充。

基于知识观的定义，相关学者对适应性专长进行进一步解构，认为适应性专长是程序性知识和概念性知识的有机组合。应用心理学将个体的知识区分为程序性知识和概念性知识，其中程序性知识是关于“怎么做”的知识，是特定领域的决策规则、执行策略，具有情境化、自动化的特征，呈现常规化“脚本”“框架”“程序”等功能性结构，通常以观察、纠错等知识传递方式获得，并在反复练习中得到巩固，如熟练掌握一套工艺流程、一种制作手法等。熟练掌握和应用特定领域程序性知识的个体，能够在处理常规问题时表现出高效率和高准确性[15][16]，但若仅掌握程序性知识，知晓事物的特定运作方式，即便能够在执行类似任务时维持高效率，也难以对问题形成更深入的理解，更无法通过类比转换推动新问题的解决。基于此，研究者提出“概念性知识”的概念，概念性知识是关于“为什么”的知识，是程序性知识的进一步抽象，通常表现为“关系”“原理”“规律”及“定律”等的知识[17]，它深刻揭示了事物本质，能够赋予程序性知识以意义，即不仅知道怎么做而且知道为什么这么做。概念性知识的获得不依赖于外部刺激，而是在解决实际问题或执行具体任务时自主建构的。已有研究证明，适应性专家不仅要具备更多条件化、自动化的专业知识。更重要的是他们的知识是围绕关键概念组织的，即拥有更多的概念性知识。例如，当要求专家和学生口述同一物理问题的解决方法时，学生倾向于描述使用的公式和运算方法，而专家则倾向于描述运用的主要原理和定律，以及关于为什么使用、如何使用的依据。这些概念化的知识能够帮助个体避免停留在知识记忆阶段，而是进一步深入理解知识的意义和事物的本质，并在面对环境变化时开展灵活调整。[18]

（二）认知观

认知观将适应性专长等同于反思性认知倾向，即在解决问题的过程中，不仅需要深入思考“做什么”“怎么做”“为什么这么做”并习惯于从多个角度思考问题，时刻反思是否有更好的替代方法。例如，美国国家研究理事会（NRC）将适应性专长定义为：在应用现有知识的基础上，运用元认知持续质疑已有专长水平并试图实现超越的倾向。维基百科将适应性专长界定为“包含认知、情感、性格等要素及心理习性和倾向在内的广义构想”，强调拥有适应性专长的个体认为知识体系是动态的、不断发展的，因此通常不满足于在反复操作中提升常规任务的完成效率，而是将其作为探究的起点，将常规问题解决方案与新问题情境之间的矛盾作为突破口，积极探索问题的重构，进而寻求新程序以及新解决方案的发明，这使得他们得以突破对问题的单一化、简单化理解，灵活适应新的问题情境并成为终身学习者。

基于适应性专长的认知观，以麦格纳[19]为代表的学者从认知和元认知两维度对适应性专长的结构进行解读，认为适应性专长是知识导向的认知倾向和计划导向的元认知倾向的结合（见图1）。其中，知识导向对应应用导向，即倾向于在新情境中“重建”问题而不是套用常规策略，具体表现为关注失败的分析和解决、尝试设计替代的解决方法、对做出的选择进行解释等。计划导向对应行动导向，表现为个体在制定解决方案之前倾向于对问题情境进行详细分析，包括思考问题的本质、反思过去的尝试、制定多种解决方案等。此外，一些学者强调态度和信念也是适应性专长的重要组成部分，能够在个体面对复杂多变的问题情境时提供持续有力的心理支持，使其能够坚持探究并基于多重视角理解问题，进而突破常规思维的局限。[20][21]

（三）能力观

尽管程序性和概念性知识已成为适应性专长的重要成分，但是部分学者指出若仅拥有知识，却无法在不同情境之中进行顺畅提取与应用，个体依旧难以实现对陌生问题情境的高效适应，因此对适应性专长的理解不能单纯停留于静态知识的掌握，在此基础上，他们主张将建构主义理论引入适应性专长研究，并提出了适应性专长的能力观。对于建构主义，知识迁移不是经验的简单复制，而是已有知识在新条件下的重新建构[22][23]。在新的问题情境中，当某种经验不再能够“站住脚”，比如失效或不适用，大脑就会矫正个体的概念网络（这个过程个体很少能够意识到），引导个体从经验中吸取教训并提炼更适合的概念。正如施瓦茨等人[24]所指出的，“对于许多新情况，尽管人们没有足够的记忆、图式或程序来解决问题，但确实有一些解释，这些解释塑造了他们对新问题的初始理解，并将对后续的思考和认知过程产生重大影响”。这种在新情境中调动、调整、拓展已有知识的能力就是适应性专长。

目前基于能力观的适应性专长概念尚未形成权威界定，已有定义总体上呈现生成性重构、理论驱动、灵活调控三大特征[25]。例如，布洛菲[26]将其界定为个体将精通的技能、知识和技能应用到新情境时表现出的突破常规的自适应能力、重构常规问题解决方案的创新能力以及问题解决过程中的知识建构能力，这些能力涉及两个重要方面，即承认自身认知的局限性并愿意改变以及愿意承担改变风险。王美[27][28]将适应性专长理解为适应性专家区别于常规专家的知识、技能和倾向，通常表现为深度的概念性理解、新情境中的适应性改变、学习新知乃至创建新知的倾向以及元认知行为，能够帮助主体跨越不同的问题类型、情境或研究领域，促进新问题的解决。古贝等[29]强调适应性专长的创造性生成特征，认为适应性专长对应创造力的价值维度，即拥有适应性专长的个体能够通过创造新知识、发明新方式实现对新任务的适应，并反作用于常规性专长的效率和效果提升。此外，还有学者强调适应性专长是特定领域知识技能和跨情境的通用能力的组合，即拥有适应性专长的个体在掌握特定领域专业技能的同时，拥有适应新情境通用能力，包括对情境变化的敏锐感知力、知识加工能力等，这些能力及其组合将有助于个体注意到新方案的可能性，并促使他们进行知识分解，以便进行重新组合，适应新情况的发生。

基于能力观，学者对适应性专长的结构开展了进一步解读，相较于知识观和认知观，该视角对内涵的解读更为丰富，认为适应性专长是知识体系、应用方式、心理特征的综合。其中最具有代表性的是施瓦茨等[30]从适应性专长的动态发展视角，将其视为“为未来学习做准备的能力”，即根据新的问题情境，删减、调整已有知识技能，开展新的学习，甚至创造新知识、新技能的能力，包括效率和创新两大维度。其中效率是常规性专长的典型表现，包括对长期学习实践中形成的核心能力的熟练掌握、流畅提取和准确应用，旨在快速达成可接受的解决方案，是区分新手和专家的重要标志。创新维度则强调个体需要克服定势思维，重新调整问题理解方式、思考模式以应对作用客体、环境条件等问题要素的动态变化。过度强调效率，能够帮助个体更高效地应对常规性问题的解决，却难以适应陌生的问题情境，更无助于解决方案的创新；过度强调创新，而不注重具体领域知识、经验的积累，也只能提供一种“弱方法”，无法支撑高质量的创新，甚至导致个体进入空有想法、难以实施的“沮丧的新手”状态。适应性专长倡导通过知识迁移实现基于已有知识的高效创新进而达到创新和效率的平衡，两种成分的相互作用描绘了从新手到专家的最佳成长路径即“最佳适应性通道”（见图2）。此外，潘迪等[31]定义了适应性专长的三成分结构，即适应性专长是事实知识、概念知识、迁移能力的组合。其中事实性知识衡量学生保留关键事实和原则的能力；概念知识衡量学生对概念进行抽象理解的能力，以及解决陌生问题的能力；知识迁移衡量学生将已有知识扩散到陌生情境的能力。在明确成分的基础上，潘迪等进一步构建了测量适应性专长的加权公式：AE=w1F+w2C+w3T（AE代表适应性专长，F代表事实性知识，C代表概念性知识，T代表迁移能力），并以此证明了基于“人们如何学”（How People Learning，HPL）框架和STAR Legacy cycle开发的教学方法，有利于学生适应性专长的发展。