基于學習風格理論的工程教育教學實踐

孟 魁，邱衛東，劉功申，李建華

（上海交通大學 網絡空間安全學院，上海 200240）

0 引 言

網絡空間安全被看做一個典型的工程學科，注重實踐和創新，其專業建設和人才培養應該遵循工程教育的規律。西方學者把學習類型理論與模型運用于工程教育領域，取得了豐富的研究成果。近年來，我們開展基于學習風格理論的教學研究，通過數據調研和理論應用改進網絡空間安全的專業實踐教學，構建“因材施教”的工程教育思路，開展工程教學實踐，取得了較好的成效。

1 學習風格研究和工程教育

學習風格（learning style）由美國學者Herbert Thelen于1954年首次提出，現在已成為西方教育心理學、學習理論、教學論等學科共同關注的課題。1979年，Keefe[1]從信息加工角度界定學習風格：“學習風格由學習者特有的認知、情感和生理行為構成，是學習者如何感知信息、如何與學習環境相互作用并對之做出反應的相對穩定的學習方式”。一般認為，學習風格是個人感知、記憶、思維和問題解決過程中所偏愛或習慣化的態度和方式[2]。

學習風格理論豐富了教育者對個體差異的認識，是現代教學方法改革的基礎。工程教育是學習風格理論的重要研究和應用領域。西方學者把學習風格理論與模型運用于工程教育領域，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習風格測量工具包括 Felder & Solomon的 ILS（index of learning styles）[9]、Kolb 的LSI（learning style inventory）[10]、Reid的感知學習風格傾向調查問卷（perceptual learning style preference questionnaire）[11]、O’Brien的學習途徑傾向調查表（the learning channel preference checklist）[12]等。

我國的工程教育歷經通才工程師－專業工程師－工程科學家幾個階段，在2010年實施“卓越工程師教育培養計劃”后，才重新回歸工程范式下的工程教育模式[13]。我國已經成為世界上工程教育規模最大的國家，但工程教育的質量卻不盡如人意，達到國際標準的工程師不足總量的10%[14]。

由于環境、背景、學生本身的實踐以及素質不同，學生不僅存在地域和性別差異，而且存在著較大的個體差異。要更好地在學生中開展工程教育，應該關注學生個體差異，根據實際情況，進行因材施教的工程教育。

2 Felder & Solomon的 ILS

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

根據信息感知將學習者分為感覺型和直覺型：感覺型學習者不喜歡所學內容和真實世界無關聯性，喜歡學習具體的事實；直覺型學習者偏好發現事物間的關聯或可能性，樂于創新，擅長于掌握新概念，不喜歡重復而規律的事物。

根據信息輸入將學習者分為視覺型和聽覺型：視覺型學習者在看到圖片、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；聽覺型學習者偏好以文字說明或口述講解的方式進行學習。

根據信息加工將學習者分為活躍型和思考型：活躍型學習者喜歡多人一起合作的團隊學習；思考型學習者喜歡獨自一人完成工作，較偏好單獨思考學習的內容。

根據信息理解的方式不同將學習者分為順序型和整體型：順序型學習者傾向于從頭開始按部就班進行學習，傾向于跟隨邏輯性的步驟找出答案；整體型學習者偏好跳躍式的學習，他們通常看不出內容前后的關聯性，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年起發布在互聯網上，測試者提交答案后便可獲知自己的學習風格。目前ILS對外公開，免費使用。

許多學者利用ILS對學生的學習風格進行了調研。Zwanenberg的研究認同了Felder的判斷：不同領域的人，如工科和商科，往往體現出不同的學習風格特征[15]。

3 學習風格數據對比

2011年以來，我們使用ILS持續對網絡空間安全專業累計513名學生的學習風格進行調研，并且將調研結果與西方工科學院的調研結果[3-8]（占比率）進行對比分析，見表1。

表1 中西方工科學生學習風格調研結果

因為ILS中的4組8個數據中兩兩互補，所以我們只將調研結果中4組數據（sensing、visual、active、sequential）進行對比，結果如圖1所示。

圖1 中西方工科學生學習風格對比

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

在信息的加工方面，西方學生是明顯的活躍型（活躍型占比高于50%），而我方學生偏重于思考型（活躍型僅為42%）。這點再次體現了中西方教育或文化的差異：西方人更外向、自由，國人更內斂。由清華大學發起的“中國大學生學習與發展追蹤研究”項目就指出，我國985院校學生課下表現優于課上表現，在課堂上主動學習的水平遠低于美國學生，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大[16]。

對我校連續6年的調研數據進行具體分析（如圖2所示），可以發現，網絡空間安全專業學生的學習類型分布具有如下規律：感覺型學習者占比明顯高于直覺型學習者，視覺型學習者占絕大多數，思考型學習者占比高于活躍型學習者，總體而言，整體型學習者要多于順序型學習者。從縱向上說，感覺型學習者占比較平穩，活躍型學習者、聽覺型學習者、順序型學習者有一些增加，尤其是順序型學習者逐年增加較明顯。

Richard M. Felder的研究表明，多數工科學生是感覺型學習者，理科學生更偏向于直覺型學習者。網絡空間安全專業是一門新興的交叉學科，綜合了計算機科學與技術、數學、信息與通信工程、軟件工程、控制科學與工程等多個學科，是工科門類下的新一級學科。學生的學習類型以感覺型為主，進一步體現工科特性。

4 工程教育教學實踐

圖2 網絡空間安全專業學生學習類型分布

Felder提出各類型學習者有不同的學習偏好，若有針對性地安排合適的教學內容和采用一定的教學形式，會達到事半功倍的作用，但研究和數據表明，教師的教學方式與學生的學習風格之間往往存在較大偏差[17]，而且學生的學習風格也存在多樣性，如果不是小班化教學，很難達到教學方式與學習風格高度一致的要求。

事實上，每一種學習風格有各自的優勢與不足，如感覺型學習者擅長記憶事實，可能會拘泥于細節；直覺型學習者擅長于掌握新概念，但不注重細節；整體型學習者具備的廣博視野，可能使他們成為好的研究者或CEO。有些典型學習能力是學生應當具備或培養的，如感覺型學習者的觀察力和對細節的關注，直覺型學習者的想象力和抽象思維能力，順序型學習者的系統分析能力，整體型學習者的跨學科整合能力等。

學習風格雖然是個體在長期的學習過程中逐漸形成的，具有持久穩定性，但是它仍然具有可塑性，可以在后期通過學習內容、學習環境等進行調整。教師可以根據學習風格理論和調研結果，在課程教學和課外實踐方面進行相應的調整，開展工程教育實踐。

根據Felder&Solomon的研究，大學生及成年人更習慣于通過視覺而非聽覺進行學習；感覺型學習者更多地依賴自己的感知經驗，希望通過事實、資料、實驗進行學習，學習中認真細心，注重細節。因此，教師在組織課程教學時，針對學生學習類型上感覺型和視覺型為主的情況，可列舉具體事實和數據，明確概念，不僅要求學生課后查閱相關數據報告，還布置相應的實驗實踐加深他們的學習和理解。此外，教師可通過課堂理論教學、外出參觀、視頻觀摩等多種形式組織教學內容，不斷豐富表現形式，以提升學生的學習效果。

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

從統計數據可以發現，近兩年（2015—2016年）活躍型學習者占比有所提高，課程教學也反映出學生對教學工作的主動參與程度有所提高，更多學生希望通過主動實踐開展學習，說明近年來開展的工程教育已取得了一定實效，學生的活躍性和主動性有所提升。

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

近年來，我院學生在全國性大賽中取得一系列好成績，體現出工程教育實踐的豐碩成果。2014年，我院學生在全國大學生電子設計競賽信息安全技術專題邀請賽上取得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，我院學生組成的CTF戰隊還取得第九屆全國大學生信息安全競賽創新實踐能力大賽的三等獎。

5 結 語

上海交通大學作為國內首批試點“卓越工程師教育培養計劃”和首批網絡空間安全一級學科博士點高校之一，是典型的工科院校，有著高等工程教育傳統。

近年來，我們通過學習風格的研究，收集學生的學習風格數據，并和其他西方高校工科學生的學習風格數據進行對比分析，較好地把握了工科學生的學習風格特點，深化了對學生個體差異的理解，并以此指導教學實踐工作。在網絡空間安全學科建設中，我們并不是盲目地在課程教學中融入實踐教學、案例教學和工程教學，而是在研究學生學習類型的基礎上，根據相應理論研究成果有針對性地開展啟發性專業教學。

事實證明，因材施教，因勢利導，不僅有利于提升工程教育的質量，還有利于鼓勵創新思維，培養創新人才，取得較好的工程教育成果。

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