融合刻意練習理論的CDIO工程項目實踐教學方法

【摘要】刻意練習（deliberate practice）是由美國著名心理學家安德斯·埃里克森博士及同伴所提出來的概念。該理論是科學家考察各個領域最好的訓練方法的共性歸納與總結，并給出了一套統一的練習方法，并在實踐的各個領域中不斷得到驗證。為了提升工程教育中實踐教學效果，本文提出將刻意練習理論融入到CDIO (構思——設計——實現——運作)理念中，建立CDIO各教學階段組織學生刻意練習的教學思路。這種教學模式成功與否，很大程度上取決于學生的自主實踐。

【關鍵詞】刻意練習；CDIO；項目實踐教學

實踐教學是培養學生創新能力的重要一環。目前國內各高校相續開展了工程教育在實踐教學方面的改革，讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯系的方式學習工程知識正在成為工程教育發展方向。這種教學模式，更加注重發揮學生的主觀能動性與自我實踐。1993年，佛羅里達大學心理學家K.Anders Ericsson首次提出“刻意練習”（deliberate practice）這個概念。自那以后，世界各地的科學家在不同領域（體育、音樂和國際象棋等）進行了數十項相關的研究，因為對這些領域的成就進行長期評估和制作圖表相對容易。“刻意練習”的理論目前已經引起了廣泛的注目。2007年K.Anders Ericsson等發表在哈佛商業評論上的一篇文章“The Making of an Expert”系統總結了這方面的研究結果，并明確指出：所有頂級高手都是練習出來的，而非內在的天賦才能。而具體如何練習，就需要刻意練習的方法。為了適應新的工程教育模式，實踐教學正面臨著深層次的變革。

一、CDIO工程教育模式

CDIO工程教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果。從2000年起，美國麻省理工學院和瑞典皇家工學院等四所大學組成的跨國研究組合，獲得了Knut and Alice Wallenberg基金會近1600萬美元的巨額資助，經過四年的探索研究，創立了CDIO工程教育模式并成立了CDIO國際合作組織。CDIO是構思(Conceive)、設計(Design)、實現(Implement)、運作(Operate)四個英文單詞的縮寫，它是“做中學”和“基于項目教育和學習”(Project based education and learning)的集中概括和抽象表達。這個模式不僅繼承和發展了歐美20多年以來的工程教育改革的理念，更重要的是還提出了系統的能力培養、實施指導，以及實施過程和結果檢驗的12條標準，具有很強的可操作性。這種教育模式以產品從研發到運行的生命周期為載體，為學生提供實踐、理論課程之間有機知識關聯的教學情景、鼓勵學生以主動的方式學習工程學。目前已經有包括丹麥、芬蘭、法國、南非、新加坡、中國等國在內的50多所大學加入到CDIO合作計劃中，這些學校的機械系和航空航天系通過全面采用了CDIO工程教育模式，取得了非常好的教學效果。

二、刻意練習理論

2006年，劍橋大學出版社出版的著作The Cambridge Handbook of Expertise and Expert Performance，是標志著刻意練習理論已經成熟的一本里程碑式的學術著作。該書中提供了一套方法來進行系統科學的訓練，以達到專家級水平。這套練習方法的核心假設是，專家級水平是逐漸地練出來的，而有效進步的關鍵在于找到一系列的小任務讓受訓者按順序完成。這些小任務必須是受訓者正好不會做，但是又正好可以學習掌握的。完成這種練習要求受訓者思想高度集中，這就與那些例行公事或者帶娛樂色彩的練習完全不同。

1．刻意練習需要在學習區進行。心理學家把人的知識和技能分為層層嵌套的三個圓形區域：最內一層是“舒適區”，是我們已經熟練掌握的各種技能；最外一層是“恐慌區”，是我們暫時無法學會的技能，二者中間則是“學習區”。只有在學習區里面練習，一個人才可能進步。有效的練習任務必須精確的在受訓者的“學習區”內進行，具有高度的針對性。因此刻意練習具有明確的目標和計劃，它是為提高學生學習效率而“被設計”出來的，即要針對每個學生設計最合適的個性化的練習方法。

2．刻意練習是一項需要大量重復。刻意練習強調練習既要合理又要高強度。在學習上簡單的反復重復并不能使學生取得良好的學習成效，而大多數學生在平時的練習都無法達到這個標準，因為多數學生在練習中往往沒有專注在任何特別的事情上。其次，在重復的數量上也有所欠缺，刻意練習的最大特點就在于有目的的大量重復。要想最終能夠達到既定的學習效果，就需要重復不斷的練習直到達到單調乏味的程度。MBA課程的精髓就是將不常見的高難度事件重復化。在商學院里一個學生每周可能要面對20個真實發生過的商業案例，學生們首先自己研究怎么決策，提出解決方案，最后老師給出實際的結果并作點評。

3．刻意練習需要持續得到有效的反饋。反饋是控制論的基本概念，指將系統的輸出返回到輸入端并以某種方式改變輸入，進而影響系統功能的過程。控制論創始人維納在其著作中說明的，“反饋普遍存在于動物和機器中，它實際上存在于一切有目的的行為中。”反饋也是刻意練習中的關鍵一個環節。作為一個目標明確的活動，刻意練習必須要通過反饋來減少誤差，從而保證目標的實現。也就是說，具有反饋的練習才是有效的練習，沒有反饋的練習則毫無價值。如果學生在練習過程中看不到效果，得不到學習效果的反饋，那么由于缺乏動力和激勵，極有可能導致學生不再進步。因此在整個的刻意練習過程中，需要有老師來跟蹤學生的練習進度，科學、客觀地檢測練習的效果，做到邊練習邊反饋不斷地改進。

4．刻意練習需要腦力的高度集中。刻意練習是有目的、有針對性的練習，這與大多數人盲目練習或者做全方位沒有重點的練習有很大區別。首先需要學生做到腦力上的專注和集中；同時，刻意練習需要不斷尋求和克服在練習過程中影響學習效率的種種因素，并盡最大努力改善它們，以達到最優。因此刻意練習也是一項非常辛苦的體力勞動。這個工作量非常巨大，以致只有意志力堅強的學生能長時間堅持下去。它是體力與腦力的雙重損耗。

三、刻意練習理論與CDIO實踐項目的融合研究

從上文可以看出，刻意練習理論與CDIO實踐項目在理念上有許多契合之處。一方面，CDIO的工程教育模式本身就強調“做中學”和“基于項目教育和學習”，強調工程實踐的練習。另一方面，刻意練習則將學習任務分解成一塊塊可以充分練習的模塊，本身又是一個經過充分實踐驗證的科學訓練方法。因此，本文提出可以系統得將刻意練習理論運用到工程教育實踐中。為了能夠在實踐項目上有意識的突出運用，特提出如下融合刻意練習的CDIO工程項目實踐方法。

1．CDIO項目實踐需要在學習區練習。一般的學校課堂往往有幾十人按照相同的進度進行CDIO學習，這種學習其實是沒有針對性的。同樣的內容，對某些同學來說是舒適區根本無需再練，而對某些學生則是恐慌區。CDIO教學必須因材施教，針對每個學生進行課題選擇與目標設定，小班學習，甚至是一對一的傳授。只有這樣，CDIO才能真正實現對學生能力的培養。反觀傳統的工程教育，很多時候，全班同做一個題目，沒有考慮受體的差異性。

2．CDIO項目實踐需要大量重復。CDIO與刻意練習都強調“分塊”練習。CDIO本身就是一個“分塊”練習，它將完整的項目分解成構思、設計、實現、運作四部分。按照刻意練習的方法，在練習中學習者首先要看專家是怎么做的，并把整個流程初步過一遍；然后把項目分解為很多小塊，一塊一塊地學習掌握。在這種訓練中一定要慢，只有慢下來才能感知技能的內部結構，注意到自己的錯誤。這種練習方案完全可以運用到CDIO的實踐中。而在傳統的工程教育模式，由于課時不斷壓縮，學生總體素質有所降低，教學往往以灌輸知識為主，淡化了學生實際能力的培養和針對性的訓練，這種實踐方案很難能夠成功采納。

3．CDIO項目實踐需要持續得到有效的反饋。在項目實踐過程中，作為教導者的老師，最重要作用就是提供即時的反饋。就像在下棋過程中，老師和學生看著同一個棋局，作為旁觀者老師能夠很清晰地看到學生一直忽略的重要威脅，能夠看到一些學生看不到的方面。同樣在CDIO初期，老師通過對每個學生現有的學習狀況有清晰、客觀的認識，從而對癥下藥針對每個學生設計最合適的個性化的練習方法，以期快速提高學生的學習效率。大多時候學生受內、外各種環境影響很難給自身的學習效果做一個清晰客觀的認識。即使他們有所認識，也無法根據自身情況在短時間內設計出最好的練習方法來加以改進。因此，CDIO的實施過程中，老師起著舉足輕重的作用，項目的成功與否離不開有經驗的教師參與。

4．CDIO需要學生的全身心投入。“在本質上，刻意練習是不令人快樂的。”這是心理學家K.Anders Ericsson的原話。因此，刻意聯系不是“寓教于樂”，它不是讓參與項目實踐的學生去做那些得心應手的事情，而是幫助學生尋找自身在學習上的弱項和短板，并提出合適的解決方案、去執行。這些弱項、短板是制約學生不斷進步的重要因素，因此刻意練習將是一個痛苦艱難、枯燥無味的過程。因此在整個CDIO項目實踐過程中，教學老師不能夠僅僅根據學生的興趣來確定項目內容與進度，而是需要加以個性化監督、鼓勵和調整，提供學生及時與有效的反饋，爭取讓學生在最短的時間內達到練習的效果，因為決定他們練習時間長短的主要因素，是持續專注的能力，而不僅僅是時間在數量上的累積。

通過以上多方面的融合，可以將CDIO的工程項目實踐變得更加具有針對性，練習的效率也可以大大提高。此外，還需要高校在校內實驗室、校內實訓基地，校外實習基地、產學研合作基地等多舉措加強建設，讓學生在校期間盡早地、更多地接觸工程實際問題，擁有更多的練習機會。當然，正如刻意練習提出者也承認的，這種練習最終能否成功，還與學生自身的興趣等因素有關。

隨著新世紀對高素質人才的綜合素質的要求，工程教育正在經歷從傳統的知識導向，轉型成能力導向。在這個過程中，CDIO模式的實踐教學也越來越受到各高等學校的重視，正在從內部單一的驗證實驗向綜合性、設計性的教學模式轉變。本文認為，這種新的教學模式將更加注重學生的自我實踐，自我練習。為了提高練習的目標與效率，刻意練習理論是一個很好的練習方法與手段。通過將刻意練習理論與CDIO工程教育相融合，二者可以相輔相成、相互促進，有希望在培養學生的知識、能力、技能等方面做出應有的貢獻。

參考文獻

[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]顧佩華，沈民奮，李升平等．《從CDIO到EIP-CDIO——汕頭大學工程教育與人才培養模式探索》．《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