從常規性專長到適應性專長：面向復雜工程問題的工程人才培養

摘? ?要：文章在綜合適應性專長的知識觀、認知觀、能力觀內涵的基礎上，結合工程情境的特殊性，提出工程適應性專長的內涵，即在應對新的復雜工程問題時，擁有特定領域專業知識的工程師充分理解新情境的特殊性，并將已有的知識、技能、經驗靈活應用于開發獨特而有效的新型解決方案的能力。同時進一步結合工程知識體模型，從程序性知識、概念性知識、分析能力、知識遷移、元認知、目標與信念、自主創新、情緒管理八大維度對工程適應性專長的結構開展系統性探索，以期為我國推動面向未來的工程教育變革提供借鑒。

關鍵詞：適應性專長；工程人才；概念內涵；特征結構

中圖分類號：G712? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?DOI： 10.3969/j.issn.1672-3937.2023.12.05

高校畢業生通常因缺乏面向復雜現實問題的變通性和適應性而備受詬病，這與傳統的人才培養觀一脈相承，即學校教育的基本隱喻是為學生提供可直接應用于未來工作的知識和技能。[1]然而，現實情境處于動態變化過程中，特別是在工程領域，新技術、新產業、新業態和新模式不斷涌現，對工程科技人才的能力素質的要求也在不斷提升。面臨新形勢、新挑戰，我國工程教育體系缺少對學生持續發展的全局性統籌考慮，存在培養觀念陳舊、實踐導向落實不到位、人才培養模式相對單一等深層次問題，導致學生缺乏快速適應新情境并開展高效學習的知識結構、思維方式、能力體系[2][3]?；诖耍狙芯坑媱澮脒m應性專長（adaptive expertise）的概念。適應性專長是專長發展的高級階段，相關研究探討陌生情境下個體如何通過構建知識遷移機制，將長期積累的專業知識用于新問題的解決，是衡量個人可持續發展潛力的重要指標。盡管相關研究已進行30多年，并積累了較多有價值的研究成果，但是對于適應性專長的內涵究竟是什么？其結構如何？目前尚未達成共識。為更加全面、準確地理解適應性專長，本研究深入解讀其內涵和構成，進一步探討其在工程教育情境下的應用，以期為我國工程教育改革提供借鑒。

一、適應性專長的起源

作為應用心理學的重要研究主題之一，專長是經過大量刻意訓練獲得的，某一特定領域專家區別于新手及經驗不足者的技能、知識和心理機制[4]，能夠幫助個體獲得一定的行為流暢性，使其在面對類似任務時，快速調動熟練掌握的知識技能作出更快、更準確的反應，然而，一旦問題情境發生變化，專家的流暢性將面臨不同程度的損失[5][6]。最先觀察到這一點的是日本學者波多野，他發現許多算盤專家雖然擁有極強的心智算數能力，卻無法將這種能力運用到更為復雜的數學運算領域，由此發現傳統專長研究所歸納的一般特征無法充分解釋專家在面對陌生問題情境時的差異化表現。[7]

為了解釋不同專家在面臨新的問題情境時所展現的差異，1986年，波多野和同事將皮亞杰提出的“適應”概念引入專長研究。皮亞杰認為在面對新情境“沖擊”時，作為一個自組織系統，個體的認知系統將不斷調整以實現新的平衡，該過程表現為在認知沖突和自我反思基礎上對學習過程進行調整和優化。[8]根據調整的水平，波多野將專家區分為適應性專家和常規性專家兩類，其中能夠“快速、精準、流暢使用程序性知識的專家”被稱為常規性專家，他們擁有豐富的特定問題解決經驗，了解具體的決策規則、執行策略，并具備問題解決技能，但是通常只掌握具體方法卻不理解知識技能的本質和意義，因此只有在對象及其約束條件不變的情況下才能保證流暢性。而那些不僅能夠應用成熟經驗解決常規問題，而且能夠在變化的環境中及時調整解決策略、主動補充知識，進而表現出高度靈活性和適應性的個體被稱為“適應性專家”，兩者的區別類似于墨守成規的“程序員”與富有創造力的“軟件設計師”。[9]

二、適應性專長的內涵與結構

適應性專長作為專長發展的高階形態，影響著個體的可持續發展潛力，其內涵、結構的明確對于定義學習成果、設計教學形式、構建評估措施具有重要意義，現有研究主要從知識觀、認知觀、能力觀三個視角對其內涵進行解讀。

（一）知識觀

知識觀認為適應性專長指個體不僅熟練掌握程序性知識，而且超越具體的事實程序，形成對知識意義、本質的概念性理解。這種觀點將知識視為專長的基礎，將概念性知識的掌握視為適應性專長區別于常規性專長的核心差異，認為“只有當相應的概念知識為技能步驟賦予含義并提供替代標準時，靈活性和適應性才有可能出現”[10]，這也是適應性專長的初始界定方式。例如，林曉東[11]將適應性專長界定為“程序上的流暢性伴隨著清晰的概念性理解，進而實現對變化的適應”，有別于常規性專長，“它能夠將個體技能背后的原則言語化，能夠恰當地判斷技能的常規性應用或非常規性應用，能夠根據當下的限制調整或發明技能”。趙健等[12]認為適應性專長指“不僅能夠高效執行程序性知識，而且能夠理解程序性知識的意義及其所指向客體的本質”，擁有適應性專長能夠幫助個體“為程序性知識的每個步驟賦予意義，獲得程序步驟的替代標準，調整既定程序，甚至發明新的程序、做出新的預測乃至超越文化邊界”。古貝[13]、布蘭斯福德[14]等認為獲取適應性專長的核心在于構建能夠靈活訪問的、相互關聯的跨領域知識網絡，這種知識組織的靈活性有助于突破知識領域的邊界限制，進而在新情況發生時，實現知識的靈活調動和及時補充。

基于知識觀的定義，相關學者對適應性專長進行進一步解構，認為適應性專長是程序性知識和概念性知識的有機組合。應用心理學將個體的知識區分為程序性知識和概念性知識，其中程序性知識是關于“怎么做”的知識，是特定領域的決策規則、執行策略，具有情境化、自動化的特征，呈現常規化“腳本”“框架”“程序”等功能性結構，通常以觀察、糾錯等知識傳遞方式獲得，并在反復練習中得到鞏固，如熟練掌握一套工藝流程、一種制作手法等。熟練掌握和應用特定領域程序性知識的個體，能夠在處理常規問題時表現出高效率和高準確性[15][16]，但若僅掌握程序性知識，知曉事物的特定運作方式，即便能夠在執行類似任務時維持高效率，也難以對問題形成更深入的理解，更無法通過類比轉換推動新問題的解決。基于此，研究者提出“概念性知識”的概念，概念性知識是關于“為什么”的知識，是程序性知識的進一步抽象，通常表現為“關系”“原理”“規律”及“定律”等的知識[17]，它深刻揭示了事物本質，能夠賦予程序性知識以意義，即不僅知道怎么做而且知道為什么這么做。概念性知識的獲得不依賴于外部刺激，而是在解決實際問題或執行具體任務時自主建構的。已有研究證明，適應性專家不僅要具備更多條件化、自動化的專業知識。更重要的是他們的知識是圍繞關鍵概念組織的，即擁有更多的概念性知識。例如，當要求專家和學生口述同一物理問題的解決方法時，學生傾向于描述使用的公式和運算方法，而專家則傾向于描述運用的主要原理和定律，以及關于為什么使用、如何使用的依據。這些概念化的知識能夠幫助個體避免停留在知識記憶階段，而是進一步深入理解知識的意義和事物的本質，并在面對環境變化時開展靈活調整。[18]

（二）認知觀

認知觀將適應性專長等同于反思性認知傾向，即在解決問題的過程中，不僅需要深入思考“做什么”“怎么做”“為什么這么做”并習慣于從多個角度思考問題，時刻反思是否有更好的替代方法。例如，美國國家研究理事會（NRC）將適應性專長定義為：在應用現有知識的基礎上，運用元認知持續質疑已有專長水平并試圖實現超越的傾向。維基百科將適應性專長界定為“包含認知、情感、性格等要素及心理習性和傾向在內的廣義構想”，強調擁有適應性專長的個體認為知識體系是動態的、不斷發展的，因此通常不滿足于在反復操作中提升常規任務的完成效率，而是將其作為探究的起點，將常規問題解決方案與新問題情境之間的矛盾作為突破口，積極探索問題的重構，進而尋求新程序以及新解決方案的發明，這使得他們得以突破對問題的單一化、簡單化理解，靈活適應新的問題情境并成為終身學習者。

基于適應性專長的認知觀，以麥格納[19]為代表的學者從認知和元認知兩維度對適應性專長的結構進行解讀，認為適應性專長是知識導向的認知傾向和計劃導向的元認知傾向的結合（見圖1）。其中，知識導向對應應用導向，即傾向于在新情境中“重建”問題而不是套用常規策略，具體表現為關注失敗的分析和解決、嘗試設計替代的解決方法、對做出的選擇進行解釋等。計劃導向對應行動導向，表現為個體在制定解決方案之前傾向于對問題情境進行詳細分析，包括思考問題的本質、反思過去的嘗試、制定多種解決方案等。此外，一些學者強調態度和信念也是適應性專長的重要組成部分，能夠在個體面對復雜多變的問題情境時提供持續有力的心理支持，使其能夠堅持探究并基于多重視角理解問題，進而突破常規思維的局限。[20][21]

（三）能力觀

盡管程序性和概念性知識已成為適應性專長的重要成分，但是部分學者指出若僅擁有知識，卻無法在不同情境之中進行順暢提取與應用，個體依舊難以實現對陌生問題情境的高效適應，因此對適應性專長的理解不能單純停留于靜態知識的掌握，在此基礎上，他們主張將建構主義理論引入適應性專長研究，并提出了適應性專長的能力觀。對于建構主義，知識遷移不是經驗的簡單復制，而是已有知識在新條件下的重新建構[22][23]。在新的問題情境中，當某種經驗不再能夠“站住腳”，比如失效或不適用，大腦就會矯正個體的概念網絡（這個過程個體很少能夠意識到），引導個體從經驗中吸取教訓并提煉更適合的概念。正如施瓦茨等人[24]所指出的，“對于許多新情況，盡管人們沒有足夠的記憶、圖式或程序來解決問題，但確實有一些解釋，這些解釋塑造了他們對新問題的初始理解，并將對后續的思考和認知過程產生重大影響”。這種在新情境中調動、調整、拓展已有知識的能力就是適應性專長。

目前基于能力觀的適應性專長概念尚未形成權威界定，已有定義總體上呈現生成性重構、理論驅動、靈活調控三大特征[25]。例如，布洛菲[26]將其界定為個體將精通的技能、知識和技能應用到新情境時表現出的突破常規的自適應能力、重構常規問題解決方案的創新能力以及問題解決過程中的知識建構能力，這些能力涉及兩個重要方面，即承認自身認知的局限性并愿意改變以及愿意承擔改變風險。王美[27][28]將適應性專長理解為適應性專家區別于常規專家的知識、技能和傾向，通常表現為深度的概念性理解、新情境中的適應性改變、學習新知乃至創建新知的傾向以及元認知行為，能夠幫助主體跨越不同的問題類型、情境或研究領域，促進新問題的解決。古貝等[29]強調適應性專長的創造性生成特征，認為適應性專長對應創造力的價值維度，即擁有適應性專長的個體能夠通過創造新知識、發明新方式實現對新任務的適應，并反作用于常規性專長的效率和效果提升。此外，還有學者強調適應性專長是特定領域知識技能和跨情境的通用能力的組合，即擁有適應性專長的個體在掌握特定領域專業技能的同時，擁有適應新情境通用能力，包括對情境變化的敏銳感知力、知識加工能力等，這些能力及其組合將有助于個體注意到新方案的可能性，并促使他們進行知識分解，以便進行重新組合，適應新情況的發生。

基于能力觀，學者對適應性專長的結構開展了進一步解讀，相較于知識觀和認知觀，該視角對內涵的解讀更為豐富，認為適應性專長是知識體系、應用方式、心理特征的綜合。其中最具有代表性的是施瓦茨等[30]從適應性專長的動態發展視角，將其視為“為未來學習做準備的能力”，即根據新的問題情境，刪減、調整已有知識技能，開展新的學習，甚至創造新知識、新技能的能力，包括效率和創新兩大維度。其中效率是常規性專長的典型表現，包括對長期學習實踐中形成的核心能力的熟練掌握、流暢提取和準確應用，旨在快速達成可接受的解決方案，是區分新手和專家的重要標志。創新維度則強調個體需要克服定勢思維，重新調整問題理解方式、思考模式以應對作用客體、環境條件等問題要素的動態變化。過度強調效率，能夠幫助個體更高效地應對常規性問題的解決，卻難以適應陌生的問題情境，更無助于解決方案的創新；過度強調創新，而不注重具體領域知識、經驗的積累，也只能提供一種“弱方法”，無法支撐高質量的創新，甚至導致個體進入空有想法、難以實施的“沮喪的新手”狀態。適應性專長倡導通過知識遷移實現基于已有知識的高效創新進而達到創新和效率的平衡，兩種成分的相互作用描繪了從新手到專家的最佳成長路徑即“最佳適應性通道”（見圖2）。此外，潘迪等[31]定義了適應性專長的三成分結構，即適應性專長是事實知識、概念知識、遷移能力的組合。其中事實性知識衡量學生保留關鍵事實和原則的能力；概念知識衡量學生對概念進行抽象理解的能力，以及解決陌生問題的能力；知識遷移衡量學生將已有知識擴散到陌生情境的能力。在明確成分的基礎上，潘迪等進一步構建了測量適應性專長的加權公式：AE=w1F+w2C+w3T（AE代表適應性專長，F代表事實性知識，C代表概念性知識，T代表遷移能力），并以此證明了基于“人們如何學”（How People Learning，HPL）框架和STAR Legacy cycle開發的教學方法，有利于學生適應性專長的發展。

三、工程適應性專長的內涵

生活中充滿了單純面向任務完成而執行的程序和策略，如果將其重復足夠多的次數，我們就會變得相當熟練，完成“新手—熟練—勝任—專家”的過渡。特別在工程領域，對效率和精確性的特別關注導致許多工程技術專家不愿意冒險，而是習慣于直接采取已知的高效策略。正如威廉·詹姆斯所說，“習慣是社會的巨大的飛輪和最可貴的維護者”，常規性專長是必須的，它能夠通過增加一致性和穩定性促進成功率的極大提升，但同時也要意識到這種問題處理的自動化，會誘導人陷入思維定勢和慣例，一旦問題對象、約束條件發生變化將即刻使人陷入窘境。如今，新技術、新產業、新模式、新業態層出不窮，預測未來工程技術發展方向、發展路線、變革時間的難度不斷提升，工程師需要的早已不僅僅是對單一技能的熟練掌握，而更應當發展出快速整合新信息、獲取新資源、創造新的解決方案以適應工程情境變化的能力，即形成工程適應性專長。

工程適應性專長是適應性專長在工程情境中的延伸，工程情境有四方面的特殊性。一是場域性。受區域地理位置、自然資源等自然因素約束，以及文化習俗、宗教信仰等社會因素的影響，即便是同一類型的工程任務，也會因為實施地域的不同存在較大差異，因此缺乏普適性的解決方案。二是不確定性。工程要素及其組合的不確定性、場域變化的隨機性等，導致工程活動存在許多突發情況要求工程師具備迅速反應、調整與創新的能力。三是創新性。復雜的現實條件決定了工程活動的不可重復性，即沒有可以完全照搬的先例或固定不變的操作流程，呼喚新的問題解決方案的出現。四是綜合性。工程活動的開展需要集成多領域自然科學知識、技術知識乃至人文社會科學知識，并將它們有機地結合并轉化為與當下工程問題相符合的、可行的解決方法。[33][34]綜上所述，工程情境具有動態性、復雜性、缺乏程序性和聲明性規則等特征，面向復雜多變的工程問題，要求工程人才發展工程適應性專長，以克服對知識經驗的機械復制。

結合工程情境的特殊性，學者對工程適應性專長進行了系列解讀。博德納等[35]學者強調分析能力，認為工程適應性專長是通過多角度分析工程問題，開發獨特和有效的解決方案以適應新挑戰的能力?？婶斂松锌薣36]認為工程適應性專長是在非結構化和不可預測的情況下有效、靈活和創新性解決工程問題的能力。麥肯納[37]認為工程適應性專長是通過調整解決策略、發明新程序以及跨越知識邊界創新解決方案的能力。馬汀[38]認為適應性專長是長期積累的專業知識與新情境中的創新思維的綜合，并指出擁有適應性專長的個體在考慮新問題的解決方案時往往傾向于從多個角度審視問題、找尋工作的挑戰性、正確評估自身的知識狀態并尋求對自身知識體系的拓展。

綜合目前關于工程適應性專長的解讀，本文沿用適應性專長的能力觀，將工程適應性專長界定為擁有特定領域專業知識的工程師，在應對新的復雜工程問題時，充分理解新情境的特殊性，并將已有的知識、技能、經驗靈活應用于開發獨特而有效的新型解決方案的能力；并結合工程情境的特殊性，提出工程適應性專長具備以下特征。

一是實踐性。有別于科學活動認識世界的根本宗旨，工程活動是以建造人工物為核心的、改造自然的物質性實踐。工程師需要在解決復雜工程問題的實踐中認識到先驗知識與新問題情境之前的矛盾，從而對已有的知識經驗進行調整和拓展。二是生成性。面對動態變化的復雜問題情境，工程師能夠基于工程適應性專長生成有別于以往慣例、適合新情境的問題解決方案，并產出新的工程制品、工程知識等。三是動態性。面臨動態變化的復雜工程問題，工程師應當承認自身知識結構的局限性，并根據制約條件、作用對象、外部環境、資源稟賦等要素的變化，對已有的知識經驗進行主動拓展、重構，并時刻關注新知識、新技能的培育和提升。

四、工程適應性專長的結構

已有研究對于工程適應性專長的結構缺乏清晰描述，阻礙了相應的測量工具以及培養策略的開發，基于此，本研究引入工程知識體作為分析框架，進一步剖析工程適應性專長的內部結構。工程知識體系有不斷發展的概念內涵，符合適應性專長的動態演進特征，它從知識、技能、態度三方面切入，描述了工程實踐活動中所必須具備的能力，及其所需達到的程度，包括：知識，即從認知層面考查個體在能力指標要求下應當具備的基本知識；技能，即從行為層面對執行任務和運用知識的能力表現作出說明；態度，即從情感層面對個體在面對陌生情境時的思考和感應方式進行說明。面向工程知識體系的目標，知識、技能和態度統稱為能力，即個體以負責任的身份進入專業實踐領域時應當知道的和能夠做到的。

根據已有文獻的總結回顧以及工程情境的探索，本文從知識、技能、態度三維度構建工程適應性專長（見表1）。其中，知識維度表現為熟練掌握特定工程問題的具體解決方法，并對背后原理形成深刻認識，包括程序性知識和概念性知識兩大類型，其中程序性知識是特定領域的決策規則、執行策略，包括工藝流程、機器操作方法等，概念性知識是對程序性知識的概括和抽象。技能維度包括分析能力、知識遷移、元認知，涵蓋個體在解決陌生問題過程中所需要的專業能力。態度則是個體面對非結構化的問題情境時的心理傾向，包括目標與信念、自主創新、情緒管理三大維度。

五、研究結論與展望

適應性專長的提出克服了傳統建構主義僅限于描述一般機能和守恒狀態（階段）的局限，關注個體面對問題情境變化時的動態處理。通過適應性專長相關研究的系統梳理，結合對工程活動特征的充分認識，本研究突出工程適應性專長的實踐性、生成性、動態性特征，將工程適應性專長界定為：擁有特定領域專業知識的工程師，在應對新的復雜工程問題時，充分理解新情境的特殊性，并將已有的知識、技能、經驗靈活應用于開發獨特而有效的新型解決方案的能力。在結構認識上，本文認為工程適應性專長并非單一的知識結構、認知傾向，而是一種復合能力，結合工程知識體模型，提出工程適應性專長的八大維度，即程序性知識、概念性知識、分析能力、知識遷移、元認知、目標與信念、自主創新、情緒管理。

目前，本研究對工程適應性專長的內涵闡述和結構界定仍缺少實證支持，未來需要進一步比較新手工程師、經驗工程師、專家工程師等處于不同發展階段的工程師的專長成分差異，并開展相關實證研究，以完善對工程適應性專長構成的認知。此外，還將繼續探索工程適應性專長的表現特征、獲得機制，總結工程適應性專長的發展策略，助力學生成長為有能力、有自主意識、獨立和創造性的問題解決者和變革者。

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From Routine Expertise to Adaptive Expertise：

Training Engineering Talents for Complex Engineering Problems

XU Peiyun

（School of Public Affairs， Zhejiang University， Hangzhou 310027，China）

Abstract： This article proposes the definition of engineering adaptive expertise based on the integrated perspectives of knowledge， cognition， and competence. It refers to the ability to fully understand the uniqueness of the new context and flexibly apply existing knowledge， skills， and experience to develop distinctive and effective novel solutions. Furthermore， in conjunction with the engineering knowledge body model， the article conducts a systematic exploration of the structure of engineering adaptability expertise across eight dimensions： procedural knowledge， conceptual knowledge， analytical abilities， knowledge transfer， metacognition， goals and beliefs， autonomous innovation， and emotional management. The aim is to provide insights into Chinas efforts in promoting future-oriented reforms in engineering education.

Keywords： Adaptive expertise; Engineering talents; Concept connotation; Characteristic structure

編輯 王亭亭? ?校對 朱婷婷

作者簡介：徐沛鋆，浙江大學公共管理學院博士研究生（杭州310027）

基金項目：國家自然科學基金項目“基于設計的工程學習作用機理及其學習有效性研究”（編號：72074191）