基于學(xué)習(xí)風(fēng)格理論的工程教育教學(xué)實踐

孟 魁，邱衛(wèi)東，劉功申，李建華

（上海交通大學(xué) 網(wǎng)絡(luò)空間安全學(xué)院，上海 200240）

0 引 言

網(wǎng)絡(luò)空間安全被看做一個典型的工程學(xué)科，注重實踐和創(chuàng)新，其專業(yè)建設(shè)和人才培養(yǎng)應(yīng)該遵循工程教育的規(guī)律。西方學(xué)者把學(xué)習(xí)類型理論與模型運用于工程教育領(lǐng)域，取得了豐富的研究成果。近年來，我們開展基于學(xué)習(xí)風(fēng)格理論的教學(xué)研究，通過數(shù)據(jù)調(diào)研和理論應(yīng)用改進網(wǎng)絡(luò)空間安全的專業(yè)實踐教學(xué)，構(gòu)建“因材施教”的工程教育思路，開展工程教學(xué)實踐，取得了較好的成效。

1 學(xué)習(xí)風(fēng)格研究和工程教育

學(xué)習(xí)風(fēng)格（learning style）由美國學(xué)者Herbert Thelen于1954年首次提出，現(xiàn)在已成為西方教育心理學(xué)、學(xué)習(xí)理論、教學(xué)論等學(xué)科共同關(guān)注的課題。1979年，Keefe[1]從信息加工角度界定學(xué)習(xí)風(fēng)格：“學(xué)習(xí)風(fēng)格由學(xué)習(xí)者特有的認知、情感和生理行為構(gòu)成，是學(xué)習(xí)者如何感知信息、如何與學(xué)習(xí)環(huán)境相互作用并對之做出反應(yīng)的相對穩(wěn)定的學(xué)習(xí)方式”。一般認為，學(xué)習(xí)風(fēng)格是個人感知、記憶、思維和問題解決過程中所偏愛或習(xí)慣化的態(tài)度和方式[2]。

學(xué)習(xí)風(fēng)格理論豐富了教育者對個體差異的認識，是現(xiàn)代教學(xué)方法改革的基礎(chǔ)。工程教育是學(xué)習(xí)風(fēng)格理論的重要研究和應(yīng)用領(lǐng)域。西方學(xué)者把學(xué)習(xí)風(fēng)格理論與模型運用于工程教育領(lǐng)域，在工程教育方法方面取得了豐富的研究成果[3-8]。

工程教育中常用的學(xué)習(xí)風(fēng)格測量工具包括 Felder & Solomon的 ILS（index of learning styles）[9]、Kolb 的LSI（learning style inventory）[10]、Reid的感知學(xué)習(xí)風(fēng)格傾向調(diào)查問卷（perceptual learning style preference questionnaire）[11]、O’Brien的學(xué)習(xí)途徑傾向調(diào)查表（the learning channel preference checklist）[12]等。

我國的工程教育歷經(jīng)通才工程師－專業(yè)工程師－工程科學(xué)家?guī)讉€階段，在2010年實施“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”后，才重新回歸工程范式下的工程教育模式[13]。我國已經(jīng)成為世界上工程教育規(guī)模最大的國家，但工程教育的質(zhì)量卻不盡如人意，達到國際標準的工程師不足總量的10%[14]。

由于環(huán)境、背景、學(xué)生本身的實踐以及素質(zhì)不同，學(xué)生不僅存在地域和性別差異，而且存在著較大的個體差異。要更好地在學(xué)生中開展工程教育，應(yīng)該關(guān)注學(xué)生個體差異，根據(jù)實際情況，進行因材施教的工程教育。

2 Felder & Solomon的 ILS

Richard M. Felder自1988年起開展學(xué)習(xí)方式方面的研究，從信息感知、輸入、加工和理解的方式4個方面將學(xué)習(xí)者分為感覺型/直覺型學(xué)習(xí)者（sensing/intuitive learners），視覺型/聽覺型學(xué)習(xí)者（visual/verbal learners），活躍型/思考型學(xué)習(xí)者（active/ref l ective learners），順序型/整體型學(xué)習(xí)者（sequential/global learners）8種類型[9]。

根據(jù)信息感知將學(xué)習(xí)者分為感覺型和直覺型：感覺型學(xué)習(xí)者不喜歡所學(xué)內(nèi)容和真實世界無關(guān)聯(lián)性，喜歡學(xué)習(xí)具體的事實；直覺型學(xué)習(xí)者偏好發(fā)現(xiàn)事物間的關(guān)聯(lián)或可能性，樂于創(chuàng)新，擅長于掌握新概念，不喜歡重復(fù)而規(guī)律的事物。

根據(jù)信息輸入將學(xué)習(xí)者分為視覺型和聽覺型：視覺型學(xué)習(xí)者在看到圖片、圖表、流程圖、時間表時或是實際演練時，會有較佳的記憶效果；聽覺型學(xué)習(xí)者偏好以文字說明或口述講解的方式進行學(xué)習(xí)。

根據(jù)信息加工將學(xué)習(xí)者分為活躍型和思考型：活躍型學(xué)習(xí)者喜歡多人一起合作的團隊學(xué)習(xí)；思考型學(xué)習(xí)者喜歡獨自一人完成工作，較偏好單獨思考學(xué)習(xí)的內(nèi)容。

根據(jù)信息理解的方式不同將學(xué)習(xí)者分為順序型和整體型：順序型學(xué)習(xí)者傾向于從頭開始按部就班進行學(xué)習(xí)，傾向于跟隨邏輯性的步驟找出答案；整體型學(xué)習(xí)者偏好跳躍式的學(xué)習(xí)，他們通?？床怀鰞?nèi)容前后的關(guān)聯(lián)性，而是采取跳躍的方式吸收知識，之后才會突然頓悟。

Richard M. Felder和Barbara Solomon基于Felder-Silverman模型提出了ILS（index of learning styles）。ILS是一個包括44個選擇題的問卷，于1997年起發(fā)布在互聯(lián)網(wǎng)上，測試者提交答案后便可獲知自己的學(xué)習(xí)風(fēng)格。目前ILS對外公開，免費使用。

許多學(xué)者利用ILS對學(xué)生的學(xué)習(xí)風(fēng)格進行了調(diào)研。Zwanenberg的研究認同了Felder的判斷：不同領(lǐng)域的人，如工科和商科，往往體現(xiàn)出不同的學(xué)習(xí)風(fēng)格特征[15]。

3 學(xué)習(xí)風(fēng)格數(shù)據(jù)對比

2011年以來，我們使用ILS持續(xù)對網(wǎng)絡(luò)空間安全專業(yè)累計513名學(xué)生的學(xué)習(xí)風(fēng)格進行調(diào)研，并且將調(diào)研結(jié)果與西方工科學(xué)院的調(diào)研結(jié)果[3-8]（占比率）進行對比分析，見表1。

表1 中西方工科學(xué)生學(xué)習(xí)風(fēng)格調(diào)研結(jié)果

因為ILS中的4組8個數(shù)據(jù)中兩兩互補，所以我們只將調(diào)研結(jié)果中4組數(shù)據(jù)（sensing、visual、active、sequential）進行對比，結(jié)果如圖1所示。

圖1 中西方工科學(xué)生學(xué)習(xí)風(fēng)格對比

可以看出，總體而言，在信息的選擇、獲取和理解方式方面，我校學(xué)生和西方學(xué)生的學(xué)習(xí)類型總體分布較為一致，都符合Felder & Solomon提出的假設(shè)：工科生多是感覺型、視覺型，尤其是視覺型學(xué)生占比更高達80% 以上。

在信息的加工方面，西方學(xué)生是明顯的活躍型（活躍型占比高于50%），而我方學(xué)生偏重于思考型（活躍型僅為42%）。這點再次體現(xiàn)了中西方教育或文化的差異：西方人更外向、自由，國人更內(nèi)斂。由清華大學(xué)發(fā)起的“中國大學(xué)生學(xué)習(xí)與發(fā)展追蹤研究”項目就指出，我國985院校學(xué)生課下表現(xiàn)優(yōu)于課上表現(xiàn)，在課堂上主動學(xué)習(xí)的水平遠低于美國學(xué)生，尤其在課堂提問或參與討論、課堂上作口頭報告兩項上的得分差異相當(dāng)大[16]。

對我校連續(xù)6年的調(diào)研數(shù)據(jù)進行具體分析（如圖2所示），可以發(fā)現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)空間安全專業(yè)學(xué)生的學(xué)習(xí)類型分布具有如下規(guī)律：感覺型學(xué)習(xí)者占比明顯高于直覺型學(xué)習(xí)者，視覺型學(xué)習(xí)者占絕大多數(shù)，思考型學(xué)習(xí)者占比高于活躍型學(xué)習(xí)者，總體而言，整體型學(xué)習(xí)者要多于順序型學(xué)習(xí)者。從縱向上說，感覺型學(xué)習(xí)者占比較平穩(wěn)，活躍型學(xué)習(xí)者、聽覺型學(xué)習(xí)者、順序型學(xué)習(xí)者有一些增加，尤其是順序型學(xué)習(xí)者逐年增加較明顯。

Richard M. Felder的研究表明，多數(shù)工科學(xué)生是感覺型學(xué)習(xí)者，理科學(xué)生更偏向于直覺型學(xué)習(xí)者。網(wǎng)絡(luò)空間安全專業(yè)是一門新興的交叉學(xué)科，綜合了計算機科學(xué)與技術(shù)、數(shù)學(xué)、信息與通信工程、軟件工程、控制科學(xué)與工程等多個學(xué)科，是工科門類下的新一級學(xué)科。學(xué)生的學(xué)習(xí)類型以感覺型為主，進一步體現(xiàn)工科特性。

4 工程教育教學(xué)實踐

圖2 網(wǎng)絡(luò)空間安全專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)類型分布

Felder提出各類型學(xué)習(xí)者有不同的學(xué)習(xí)偏好，若有針對性地安排合適的教學(xué)內(nèi)容和采用一定的教學(xué)形式，會達到事半功倍的作用，但研究和數(shù)據(jù)表明，教師的教學(xué)方式與學(xué)生的學(xué)習(xí)風(fēng)格之間往往存在較大偏差[17]，而且學(xué)生的學(xué)習(xí)風(fēng)格也存在多樣性，如果不是小班化教學(xué)，很難達到教學(xué)方式與學(xué)習(xí)風(fēng)格高度一致的要求。

事實上，每一種學(xué)習(xí)風(fēng)格有各自的優(yōu)勢與不足，如感覺型學(xué)習(xí)者擅長記憶事實，可能會拘泥于細節(jié)；直覺型學(xué)習(xí)者擅長于掌握新概念，但不注重細節(jié)；整體型學(xué)習(xí)者具備的廣博視野，可能使他們成為好的研究者或CEO。有些典型學(xué)習(xí)能力是學(xué)生應(yīng)當(dāng)具備或培養(yǎng)的，如感覺型學(xué)習(xí)者的觀察力和對細節(jié)的關(guān)注，直覺型學(xué)習(xí)者的想象力和抽象思維能力，順序型學(xué)習(xí)者的系統(tǒng)分析能力，整體型學(xué)習(xí)者的跨學(xué)科整合能力等。

學(xué)習(xí)風(fēng)格雖然是個體在長期的學(xué)習(xí)過程中逐漸形成的，具有持久穩(wěn)定性，但是它仍然具有可塑性，可以在后期通過學(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)習(xí)環(huán)境等進行調(diào)整。教師可以根據(jù)學(xué)習(xí)風(fēng)格理論和調(diào)研結(jié)果，在課程教學(xué)和課外實踐方面進行相應(yīng)的調(diào)整，開展工程教育實踐。

根據(jù)Felder&Solomon的研究，大學(xué)生及成年人更習(xí)慣于通過視覺而非聽覺進行學(xué)習(xí)；感覺型學(xué)習(xí)者更多地依賴自己的感知經(jīng)驗，希望通過事實、資料、實驗進行學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)中認真細心，注重細節(jié)。因此，教師在組織課程教學(xué)時，針對學(xué)生學(xué)習(xí)類型上感覺型和視覺型為主的情況，可列舉具體事實和數(shù)據(jù)，明確概念，不僅要求學(xué)生課后查閱相關(guān)數(shù)據(jù)報告，還布置相應(yīng)的實驗實踐加深他們的學(xué)習(xí)和理解。此外，教師可通過課堂理論教學(xué)、外出參觀、視頻觀摩等多種形式組織教學(xué)內(nèi)容，不斷豐富表現(xiàn)形式，以提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

針對活躍型學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)不足的問題，教師應(yīng)在開展課堂討論的同時，鼓勵其進行作業(yè)交流和互助學(xué)習(xí)，讓學(xué)生走上講臺上習(xí)題課，教師從旁輔助和點評，以提升學(xué)生的主動參與意識。在課程實踐中，我們在項目中安排小組合作內(nèi)容，讓學(xué)生必須通過小組討論完成該內(nèi)容，以此方式提高學(xué)生的學(xué)習(xí)活躍度。

從統(tǒng)計數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，近兩年（2015—2016年）活躍型學(xué)習(xí)者占比有所提高，課程教學(xué)也反映出學(xué)生對教學(xué)工作的主動參與程度有所提高，更多學(xué)生希望通過主動實踐開展學(xué)習(xí)，說明近年來開展的工程教育已取得了一定實效，學(xué)生的活躍性和主動性有所提升。

另一方面，網(wǎng)絡(luò)空間安全專業(yè)的學(xué)生中，整體型學(xué)習(xí)者要多于順序型學(xué)習(xí)者。Felder研究認為，順序型學(xué)習(xí)者習(xí)慣按線性步驟理解問題，循序漸進，而整體型學(xué)習(xí)者思維較為發(fā)散，考慮問題往往并不循規(guī)蹈矩，擅長于應(yīng)對復(fù)雜和困難的問題。這說明總體而言，網(wǎng)絡(luò)空間安全專業(yè)的學(xué)生解決復(fù)雜問題的能力較強，有一定的創(chuàng)新性思維基礎(chǔ)。針對這種情況，教師可在課程教學(xué)中布置開放性或課程交叉性的課題任務(wù)讓學(xué)生自行實踐，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新性思維。此外，在課外實踐方面，不僅鼓勵學(xué)生參與教師和實驗室的課題項目，還鼓勵學(xué)生自主立項開展課題研究，并給予學(xué)分支持。2015年，我們啟動了信息安全實踐創(chuàng)新虛擬實驗室建設(shè)項目，打通科研項目與學(xué)生課外實踐項目之間的連接渠道，給學(xué)生的項目培育、團隊訓(xùn)練及技術(shù)輔導(dǎo)提供平臺和導(dǎo)師，為學(xué)生創(chuàng)造一個自由探索、自主研究、自行實踐的信息安全創(chuàng)新實踐環(huán)境。

近年來，我院學(xué)生在全國性大賽中取得一系列好成績，體現(xiàn)出工程教育實踐的豐碩成果。2014年，我院學(xué)生在全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽信息安全技術(shù)專題邀請賽上取得2個一等獎、1個二等獎和2個三等獎的好成績；2016年，更是在第九屆全國大學(xué)生信息安全競賽中一舉取得4個一等獎的好成績。此外，我院學(xué)生組成的CTF戰(zhàn)隊還取得第九屆全國大學(xué)生信息安全競賽創(chuàng)新實踐能力大賽的三等獎。

5 結(jié) 語

上海交通大學(xué)作為國內(nèi)首批試點“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”和首批網(wǎng)絡(luò)空間安全一級學(xué)科博士點高校之一，是典型的工科院校，有著高等工程教育傳統(tǒng)。

近年來，我們通過學(xué)習(xí)風(fēng)格的研究，收集學(xué)生的學(xué)習(xí)風(fēng)格數(shù)據(jù)，并和其他西方高校工科學(xué)生的學(xué)習(xí)風(fēng)格數(shù)據(jù)進行對比分析，較好地把握了工科學(xué)生的學(xué)習(xí)風(fēng)格特點，深化了對學(xué)生個體差異的理解，并以此指導(dǎo)教學(xué)實踐工作。在網(wǎng)絡(luò)空間安全學(xué)科建設(shè)中，我們并不是盲目地在課程教學(xué)中融入實踐教學(xué)、案例教學(xué)和工程教學(xué)，而是在研究學(xué)生學(xué)習(xí)類型的基礎(chǔ)上，根據(jù)相應(yīng)理論研究成果有針對性地開展啟發(fā)性專業(yè)教學(xué)。

事實證明，因材施教，因勢利導(dǎo)，不僅有利于提升工程教育的質(zhì)量，還有利于鼓勵創(chuàng)新思維，培養(yǎng)創(chuàng)新人才，取得較好的工程教育成果。

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