基于教学论视角下学习工厂的能力获取

Daniel Pittich, Ralf Tenberg

(1.慕尼黑工业大学，德国 慕尼黑 80333 ； 2.达姆施塔特工业大学，德国 达姆施塔特 64289 )

0 背 景

在数字化发展的进程中，各行各业对工程师具备的能力关注度越来越高。这特别是从近几年大量的科研项目和元研究中可以观察到，因为这些研究都探讨的一个问题是：在工业数字化发展的背景下，将来的工程师应具备哪些重要能力。(1)Acatech. 2016. Kompetenzentwicklungsstudie Industrie 4.0 - erste Ergebnisse und Schlussfolgerungen. (2)München. Spöttl, G., Gorldt, C., Windelbrand, L., Grantz, T., Richter, T. 2016. Industrie 4.0 - Auswirkungen auf Aus- und Weiterbildung in der M+E Industrie. München: Bayme Vbm.(3)Pfeiffer, S., Lee, H., Zirnig, C., A. Suphan, A. 2016. Industrie 4.0 - Qualifizierung 2025. Frankfurt am Main: VDMA.(4)Meier, H, Kuhlenkötter, B., Kreimeier, D., Freith, S., Krückhans, B., Morlock, F., Prinz, C. 2015. Lernfabrik zur praxisorientierten Wissensvermittlung für eine moderne Arbeitswelt. In: Lehren und Lernen für eine moderne Arbeitswelt. Schriftenreihe der Hochschulgruppe für Arbeits- und Betriebsorganisation e. V. (HAB), Hrsg. H. Meier, 211-231.(5)Pfeifer, S., Suphan, A. 2015. Der AV-Index - Lebendiges Arbeitsvermögen und Erfahrung als Ressourcen auf dem Weg zu Industrie 4.0, Working Paper 2015 #1 (draft v1.0 vom 13.04.2015), Fachgebiet Soziologie, Universität Hohenheim.作为研究成果，产生了许多未来工程师的能力模型以及能力预测。但高校在多大程度上能够在知识传授以外培养工程师应有的能力，这几乎不可能仅在分析课程设置的基础上得到解答。相反，单凭博洛尼亚进程触发的课程改革，即从知识与理解导向型到能力导向型教学的转变，其效果并不明显，因为最终没有人去真正检验。认证机构在认证过程中仅满足于对文件进行分析；学生做的教学评估也不是从检验课程设置的角度，而是(最好情况下)从教学方法的视角展开的。(6)Hirsch-Kreinsen, H. 2014. Wandel von Produktionsarbeit - ’Industrie 4.0’. Soziologisches Arbeitspapier. 36/2014.Dortmund.(7)Jäger, A., Ranz, F. (2014): Industry 4.0 - challenges for the human factor in future production scenarios, Foliensatz, in: 4th Conference on Learning Factories, Stockholm, online unter: https://publikationen.reutlingen-university.de/frontdoor/deliver/index/docId/149/file/149.pdf, zuletzt geprüft: 18.11.2019 .

不管怎样，在德国的工程师教育中，早已开始创建并实施以能力培养为主的教学/学习环境。然而这一开始并不是因为要对博洛尼亚进程做出回应，而更多地是因为德国的企业对工科大学毕业生提出很高的工作能力要求：年轻的工程师必须能够直接在大学毕业后可靠并且独立地胜任高水平的工作岗位。企业对他们的入职培训往往局限于人事与背景细节。也就是说，例如机械工程专业的大学生，制图和结构设计一直都是必修课。在很多领域，对工程师的数学能力要求都很高，例如在涉及到对机械的控制和自动化系统进行设计时。另一个重要的能力领域是生产技术。随着20世纪80年代后期精益生产的兴起，一个名副其实的科技领域应运而生，工程师教育在该领域的人才培养中，遇到的真正挑战并不是如何让学生理解相关规律、功能和规则，而是如何使他们产生具有战略意义和规划性的行动。接下来，基于数控机床和机器人技术的发展，工业生产变得日益复杂化。最晚在20世纪90年代，高校对工程师的能力培养在此就显得捉襟见肘了。 在此背景下，为了能够实现能力导向型的人才培养，一些高校开始引入所谓的学习工厂，以此来培养学生在不同学科基础知识和数学能力的基础上，有实施符合情境要求、正确行动的能力。

学习工厂在德国高校迅速普及，现已成为德国大多数工业大学通用的教学标准。 尽管它们的结构和设备设施各有不同，但一个共同点是：学习工厂的教学理论和教学方法都是在高校工科教学中基于教育实践产生和发展出来的。 然而，在人文科学的视域下，无论是从理论还是从实证的角度看，就其科学性而言还几乎没有做过探讨。本文在下面首先从工科教学法的角度论述现今的学习工厂是否，以及在多大程度上能够被视为一个可以令人信服地促进学生达到能力要求的学习环境来看待，之后将介绍一种对学习工厂从人文科学角度做进一步完善发展的方法。

1 工程类专业的能力要求

随着博洛尼亚改革的推进和在欧洲高等教育区相关标准的制定，例如欧洲资格框架EQF、德国资格框架DOQ和德国高校资格框架QDH，欧洲的高等教育有了新的定位。除了引入学士和硕士学位，能力要求(Kompetenzanspruch)也是重要的变革之一。它对高校教学产生了重大影响，同时也提出了诸多要求。这些不仅仅涉及对课程设置的构建(例如制定考试条例和模块说明)，而且还意味着既要对课程进行教学理论和教学方法上的构建，即有明确的教学与学习方法，又要通过以能力为导向的考核形式测量学生的学习成果。(8)Pittich, D. 2018. Technisches Lernen an Fachhochschulen und Universitäten. In: Technikdidaktik: Eine Bestandsaufnahme, Hrsg. D. Pittich, B. Zinn, R. Tenberg, S. 279-302.(9)Tenberg, R. 2015. Vermittlung interdisziplinärer Kompetenzen an deutschen Hochschulen: Herausforderung oder Anmaßung? In Interdisziplinäre Vernetzung in der Lehre. Vielfalt, Kompetenzen, Organisationsentwicklung, Hrsg. H. Frehe, L. Klare, G. Terizakis, S. 55-70.

1.1 高等教育领域的能力概念

在高校的教学实践中，就能力导向的重要性以及进而实施以能力为导向的高校教学在很大程度上已达成了共识。但相关文献显明(10)Pittich, D. 2018. Technisches Lernen an Fachhochschulen und Universitäten. In: Technikdidaktik: Eine Bestandsaufnahme, Hrsg. D. Pittich, B. Zinn, R. Tenberg, S. 279-302.，明确针对这一主题展开综合研究还属于边缘性、个别性的，该主题尚未成为从高校教学理论视角对能力展开综合研究的核心领域。(11)Tenberg, R. 2015. Vermittlung Interdisziplinärer Kompetenzen an deutschen Hochschulen: Herausforderung oder Anmaßung? In Interdisziplinäre Vernetzung in der Lehre. Vielfalt, Kompetenzen, Organisationsentwicklung, Hrsg. H. Frehe, L. Klare, G. Terizakis, S. 55-70.(12)Rhein, R. 2011. Kompetenzorientierung im Studium?! In Fachbezogene und fachübergreifende Hochschuldidaktik und Studiengangsentwicklung Blickpunkt Hochschuldidaktik Vol. 121. Hrsg. I. Jahnke and J. Wildt, 215-226. Bielefeld: Bertelsmann.在德语国家，还没有提出一个能够与当前心理学、教育学和高校教学理论研究成果联系在一起的、内在一致的高等教育领域的能力概念(13)Pittich, D. 2018. Technisches Lernen an Fachhochschulen und Universitäten. In: Technikdidaktik: Eine Bestandsaufnahme, Hrsg. D. Pittich, B. Zinn, R. Tenberg, S. 279-302.，尽管在这方面已有相关理论探索。例如， Rhein认为，从理论上看，建立一个高等教育领域的能力模型，重要的切入点是确定“具有在不同复杂情况下成功应对各种复杂要求的能力”(14)Rhein, R. 2011. Kompetenzorientierung im Studium?! In Fachbezogene und fachübergreifende Hochschuldidaktik und Studiengangsentwicklung Blickpunkt Hochschuldidaktik Vol. 121. Hrsg. I. Jahnke and J. Wildt, 215-226. Bielefeld: Bertelsmann.。这与Weinert(15)Weinert, F. 2001. Concept of competence: a conceptual clarification. In: Defining and selecting key competencies, Hrsg. D. S. Rychen, L. H. Salganik, S.45-66.以及Klieme和Hartig(16)Klieme, E., J. Hartig. 2007. Kompetenzkonzepte in den Sozialwissenschaften und im erziehungswissenschaftlichen Diskurs. In Kompetenzdiagnostik, Hrsg. M. Prenzel, I. Gogolin, H.-H. Krüger, Sonderheft der Zeitschrift für Erziehungswissenschaft (8), 11-32.提出的、公认的理论参考概念,还有Chomsky(17)Chomsky, N. 1962. Explanatory Models in Linguistics. In Logic, Methodology, and Philosophy of Science, Hrsg. E. Nagel, P. Suppes, and A. Tarski, 528-550. Stanford: Stanford University Press.和White(18)White, R. 1959. Motivation Reconsidered: The Concept of Competence. Psychological Review 66, S. 297-333.提出的原始结构相一致。 在此基础上，能力被理解为人类为了成功应对某一领域提出的各种要求而做出的各种处置(Dispositionen)(19)Tenberg, R. 2015. Vermittlung Interdisziplinärer Kompetenzen an deutschen Hochschulen: Herausforderung oder Anmaßung?. In Interdisziplinäre Vernetzung in der Lehre. Vielfalt, Kompetenzen, Organisationsentwicklung, Hrsg. H. Frehe, L. Klare, G. Terizakis, S. 55-70.。与经合组织(OECD)采用的方法和基本理念相比，德国高校资格框架QDH在此则呈现出理论上和概念上明显的模糊性(20)Tenberg, R. 2015. Vermittlung Interdisziplinärer Kompetenzen an deutschen Hochschulen: Herausforderung oder Anmaßung?. In Interdisziplinäre Vernetzung in der Lehre. Vielfalt, Kompetenzen, Organisationsentwicklung, Hrsg. H. Frehe, L. Klare, G. Terizakis, S. 55-70.。 在此，明显的不一致性体现于：对“知识(Wissen)”和“能力(Können)”两者既在一定程度上做无区分的对待，又在一定程度上做并列存在的处理，而不是在两者之间建立功能性关系。这一问题也正是至今特别是在高等教育领域里能力概念存在的一个核心问题。

1.2 工程类专业中的能力和能力获取

能力——非常笼统地说——是对独立行动的处置。(21)Chomsky, N. 1962. Explanatory Models in Linguistics. In Logic, Methodology, and Philosophy of Science, Hrsg. E. Nagel, P. Suppes, and A. Tarski, 528-550. Stanford: Stanford University Press.(22)Weinert, F. 2001. Concept of competence: a conceptual clarification. In: Defining and selecting key competencies, Hrsg. D. S. Rychen, L. H. Salganik, S.45-66.(23)Erpenbeck, J., von Rosenstiel, L. 2007. Handbuch Kompetenzmessung. Stuttgart: Schäffer-Poeschel.因此，有能力的是那些明智行事的人，而不是理论上头头是道却无法付诸行动的人，更不是那些一味重复或效仿他人的人。根据这一定义，一个人能掌控的行动空间越广泛，在其中对问题或变化的应对越独立，就越有能力。从完成任务的角度来看，能力通常被分为两种类型：一方面是专业能力(fachliche Kompetenzen)，即直接执行任务的能力；另一方面是跨专业能力(überfachliche Kompetenzen)，这些能力涉及的是个人人格以及获取信息和沟通的能力。(24)Pittich, D. 2014. Rekonstruktive Diagnostik fachlich-methodischer Kompetenzen in gewerblich- technischen Ausbildungsberufen. Zeitschrift für Berufs- und Wirtschaftspädagogik 110 (3): S. 335-357.

能力发展通常离不开反思实践，这里有两个方面很重要：一方面，行动能力的形成需要有行动式学习(handelndes Lernen)，另外一方面，独立性的形成需要有理解性学习(verstehendes Lernen)。若要使行动式学习奏效，就需要有一个真实的物质和人文环境，以使学习者在这个环境中能够在一个规划、具体实施和差异化反思的循环过程中解决适当的问题。若要使理解性学习能够有效促进能力发展，不仅有必要深入研究工程学的对象、过程和系统，还需要有自然科学和数学方面的相关知识。能力发展只能在行动式学习和理解性学习不相互孤立，而是相互结合的情况下取得成功。行动式学习使知识得以情境化并使其变得具有应用性，理解性学习则使知识得以去情境化，并使其具有可转移性。(25)Pittich, D., Tenberg, R. 2013. Development of Competences as an Integration Process That Is Alternating in the Learning Venue - Current Considerations. Journal of Technical Education 1 (1): S. 98-110.为了有效促进能力发展，情境化和去情境化必须相互交融在一起。我们做一些事情，试着去理解它，接下来会在这个理解的基础上更有意识地去做事情，并在情况发生变化时能够变换做事情的方法。因此，能力的获取必须在两种元素，即行动式的知识获取(handlungsnaher Wissenserwerb)和认知反思式的知识应用(kognitiv reflektierte Wissensanwendung)相互结合的情景下进行，并必须对复杂的整体学习过程进行建模和调节。在这样行动式学习的情况下，应当对“思”与“行”中不同元素的周期性循环建模。若这个周期太短，则整个行动会变得支离破碎且相互之间没有相关性，而若周期太长，学习者则会迷失其中，行动与思考都将变得不够全面。由于获取的能力最终需要实现在不同条件下的转化，因此也必须适度变换给学生布置的任务。 如果变化太小，学生会无法越过熟悉的范围进行思考；如果变化太大，则容易找不到与已获取知识和能力之间的联系。 由此可见，能力发展可达到的程度不仅取决于两个不同学习过程的质量，还取决于为学习者在行动式学习与理解性学习之间度量适当的交替方案。(26)Pittich, D., Tenberg, R. 2013. Development of Competences as an Integration Process That Is Alternating in the Learning Venue - Current Considerations. Journal of Technical Education 1 (1): S. 98-110.(27)Tenberg, R., Bach, A., Pittich, D. (2020): Didaktik technischer Berufe - Band 2: Praxis und Reflexion. Stuttgart: Steiner Verlag

根据以上介绍的理论和模式，可以总结：一个人把一个广泛的行动领域控制得越好，能够应对其中发生的问题并适应相关变化，那么他就越有能力。 在此，能力是在一个行动与理解之间连续进行的循环过程中发展而来的。 通过情境化可以使知识得到应用，而通过去情境化，知识可以得到转移。因此，行动式学习和理解性学习应交织在一起。知识获取和知识应用相结合的模式是指对思考和行动的不同元素所进行的周期循环建模，并在其中布置真实的任务，同时进行适度调整。

如果把以上思考转移到工程类专业的教学与学习实践中去，那么可以看到，在能力概念的基本思想和实施以及能力要求的实现之间存在明显差异。 这一点不足为奇，因为大学传统上的优势在于传授科学知识，而不是通过有效行动把知识转化到实际的职业活动中去。但高校现在已经开始应对这一挑战了。我们看到，高校现在的教学理念试图在思考与行动之间架起桥梁。 在机械工程领域也越来越多地建立起了学习工厂。(28)Gronau, N., Ullrich, A., Vladova G. 2015. Prozessbezogene und visionäre Weiterbildungskonzepte im Kontext Industrie 4.0. In Lehren und Lernen für eine moderne Arbeitswelt. Schriftenreihe der Hochschulgruppe für Arbeits- und Betriebsorganisation e. V. (HAB), Hrsg. H. Meier, 125-143. Berlin: GITO.

2 学习工厂作为综合“思”与“行”的教学方法

2.1 高校的学习工厂

近些年来，不少德国大学已经建立了学习工厂，旨在有机结合思考与行动，或者说把理论与实践相互结合在一起。 就此而言，在工程师教育中，学习工厂是最有效，并最为广泛使用的方法。

迄今为止，对学习工厂仍有许多不同的定义，它们之间只有一定的相似之处。(29)Barton, H., Delbridge, R. 2001. Development in the Learning Factory: Training Human Capital. Journal of European Industrial Training 25 (9): S. 465-472.(30)Pullin, J. 2009. The Learning Factory. Professional Engineering 22 (11): S. 31-32.(31)Roth, A. V., Marucheck, A. S.,. Kemp, A., Trimble, D. 1994. The Knowledge Factory for Accelerated Learning Practices. Strategy & Leadership 22 (3): S. 26-46.(32)Siqueira, F.L., Barbarán, G. M. C., Becerra, J. L. R. 2008. A Software Factory for Education in Software Engineering. In Conference on Software Engineering Education and Training, Hrsg. L. Williams, S. 215-222.(33)Tian, J. 2011. An Emerging Experience Factory to Support High-Quality Applications Based on Software Components and Services (Invited Paper). Journal of Software 6 (2): S. 289-297.(34)Plorin, D. 2016. Gestaltung und Evaluation eines Referenzmodelles zur Realisierung von Lernfabriken im Objektbereich der Fabrikplanung und des Fabrikbetriebes, Dissertation. In: Wissenschaftliche Schriftreihen des Institutes für Betriebswissenschaften und Fabriksysteme 120 (1).因此，Plorin(35)Plorin, D. 2016. Gestaltung und Evaluation eines Referenzmodelles zur Realisierung von Lernfabriken im Objektbereich der Fabrikplanung und des Fabrikbetriebes, Dissertation. In: Wissenschaftliche Schriftreihen des Institutes für Betriebswissenschaften und Fabriksysteme 120 (1).发展出了学习工厂的综合定义，本文以下也在绝大程度上以这一定义为出发点。该综合定义的框架是在对42种常见定义进行广泛的词频分析的基础上创建的：“学习工厂逼真地展示工厂系统(或其中一部分)，包括必要的产品、工艺过程和资源，从而创造一个体验式和参与式的数字化-真实的学习环境。 这使个人能够在一个具有建设性的问题解决过程中就自己现有的知识、经验和学习动力进行反思并展开自我反省式的互动，旨在通过应用所学的知识来提高在自己的工作环境中的行动能力。它在以应用案例为导向的基础上复制引领趋势的行动领域，为工业、研究和教学创建跨学科性、多维度传递性的学习情境。”(36)Plorin, D. 2016. Gestaltung und Evaluation eines Referenzmodelles zur Realisierung von Lernfabriken im Objektbereich der Fabrikplanung und des Fabrikbetriebes, Dissertation. In: Wissenschaftliche Schriftreihen des Institutes für Betriebswissenschaften und Fabriksysteme 120 (1).这些应用案例涵盖机械工程中与生产相关的广泛内容。在20世纪90年代中期，在英美工程师教育中被称为“实践工程”(hands-on Engineering)的背景下，为工程师提供以能力为导向的学习环境的初步方法就已经萌芽了。(37)Lamancusa, J. S., Jorgensen, J. E., Zayas-Castro, J. L. 1997. The Learning Factory-A New Approach to Integrating Design and Manufacturing into the Engineering Curriculum. Journal of Engineering Education 86 (2): S. 103-112.在宾夕法尼亚州立大学(Penn State University)，研究者在寻找一种可以通过在实践中转化和应用知识的方法来支持大量的理论教学。学习者要在近乎现实的环境和具体的行动情境中找到之前在理论课上涉及过的主题。(38)Lamancusa, J. S., Zayas, J. L., Soyster, A. L., Morell, L., Jorgensen, J. 2008. 2006 Bernard M. Gordon Prize Lecture*: The Learning Factory: Industry-Partnered Active Learning. Journal of Engineering Education 97 (1): S. 5-11.自2000年代后期以来，欧洲许多大学采用学习工厂的形式把这样的学习模式用于教学。 实施相关教学方法的先驱者通过例如“欧洲学习工厂倡议(Initiative on European Learning Factories)”(39)Abele, E., Metternich, J., Tisch, M., Chryssolouris, G., Sihn, W., ElMaraghy, H., V. Hummel, V., Ranz, F. 2015. Learning Factories for Research, Education, and Training. Procedia CIRP: 5th Conference on Learning Factories (CLF 2015) 32 (1): S. 1-6.或“创新学习工厂网络(Netzwerk innovativer Lernfabriken,NIL)”自我组织在一起。目前，在德国高校中可以找到大约二十个学习工厂(有上升趋势)，它们通常也有特定的学习内容定位。值得注意的是，这些学习工厂中只有大约一半是外界可以识别出的，而另一半则是没有明确被称为学习工厂，在统计中也无法被识别出的。

为了能够更好地描述学习工厂的应用领域和导向，Abele 等人(40)Abele, E., Metternich, J., Tenberg, R., Tisch, M., Abel, M., Hertle, C., Eißler, S., Enke, J., L. Faatz, L. 2015. Innovative Lernmodule und -fabriken - Validierung und Weiterentwicklung einer neuartigen Wissensplattform für die Produktionsexzellenz von morgen Innovationspotenzial von Lernfabriken (Idefix).,以及Steffen, Frye 和 Deuse(41)Steffen, M., Frye, S., Deuse, J. 2013. The only Source of Knowledge is Experience - Didaktische Konzeption und methodische Gestaltung von Lehr-Lern-Prozessen. In: TeachING-LearnING.EU: TeachING-LearnING.EU discussions - Innovationen für die Zukunft der Lehre in den Ingenieurwissenschaften, Hrsg. E. A. Tekkaya, S. Jeschke, M. Petermann, D. May, N. Friese, C. Ernst, S. Lenz, K. Müller, K. Schuster, S.117-129.研究发展出了学习工厂的不同形态。Abele 等人(42)Abele, E., Metternich, J., Tenberg, R., Tisch, M., Abel, M., Hertle, C., Eißler, S., Enke, J., L. Faatz, L. 2015. Innovative Lernmodule und -fabriken - Validierung und Weiterentwicklung einer neuartigen Wissensplattform für die Produktionsexzellenz von morgen Innovationspotenzial von Lernfabriken (Idefix).首先从对学习工厂的狭义(即有实体产品和实际价值流的现场培训)以及广义(远程、纯虚拟；例如服务)(43)Abele, E., Metternich, J., Tisch, M., Chryssolouris, G., Sihn, W., ElMaraghy, H., V. Hummel, V., Ranz, F. 2015. Learning Factories for Research, Education, and Training. Procedia CIRP: 5th Conference on Learning Factories (CLF 2015) 32 (1): S. 1-6.理解出发，并根据运营商、使用目的和目标群体、行业、产品、一体化的生产流程和功能，以及其中集成的教学方法等对学习工厂进行区分(44)Abele, E., Metternich, J., Tenberg, R., Tisch, M., Abel, M., Hertle, C., Eißler, S., Enke, J., L. Faatz, L. 2015. Innovative Lernmodule und -fabriken - Validierung und Weiterentwicklung einer neuartigen Wissensplattform für die Produktionsexzellenz von morgen Innovationspotenzial von Lernfabriken (Idefix).。根据Abele的观点(45)Abele, E., Metternich, J., Tenberg, R., Tisch, M., Abel, M., Hertle, C., Eißler, S., Enke, J., L. Faatz, L. 2015. Innovative Lernmodule und -fabriken - Validierung und Weiterentwicklung einer neuartigen Wissensplattform für die Produktionsexzellenz von morgen Innovationspotenzial von Lernfabriken (Idefix).，在目前可以被识别出的学习工厂中，约有三分之一可以被视为狭义的学习工厂，而三分之二则可以被视为广义的学习工厂。

学习工厂的应用领域包括用于大学教学、研究(第三方资助的)科研项目中的科学问题，以及为工业企业服务性地提供相关的行业示范和培训平台。目前，高校在教学中和为企业提供专业人才和管理人员资质培训时使用学习工厂是主要的应用领域，目的都是为了促进学习者获取各方面的专业及跨专业能力。只有5所高校的学习工厂可以明确看出是用于科研，包括在学术期刊上发表相关论文。

从应用的专业领域来看，高校的学习工厂目前大多以机械工程专业为主。只有达姆施塔特的CiP和亚琛工业大学的学习工厂还涉及与汽车和纺织工业的交叉领域。罗伊特林根(Reutlingen)工业大学和波鸿(Bochum)工业大学在两个点设置的学习工厂则聚焦物流。不伦瑞克和达姆施塔特(ETA)工业大学的学习工厂还涉及能源效率的相关主题。多特蒙德工业大学的学习工厂则以装配能力为学习重点。尽管各个学习工厂有专注的不同细分领域，可以确定的是，其中三分之二的学习工厂都明确地以生产技术为重点(例如精益、资源效率、精益生产和质量管理等主题)。近三分之一的学习工厂更着重数字化的视角。 鉴于“工业4.0”的大趋势，这一比例估计会增加。

因此，学习工厂为策划情境学习提供了一个功能性框架(46)Ehrenmann, F. 2015. Kosten- und zeiteffizienter Wandel von Produktionssystemen - Ein Ansatz fuür ein ausgewogenes Change-Management von Produktions-netzwerken. Wiesbaden.，其核心是在工程领域促进以行动为导向(47)Gerstenmaier, J., H. Mandl. 2001. Methodologie und Empirie zum Situierten Lernen. Forschungsbericht Ludwig-Maximilians-Universität. (137). München.以及基于问题的学习(48)Boud, D., Feletti, G.-I. 1997. The Challenge of Problem-based Learning. London: Kogan Page.。而情境和行动导向的基本取向(49)Cachay, J., Abele E. 2012. “Developing Competencies for Continuous Improvement Processes on the Shop Floor Through Learning Factories: Conceptual Design and Empirical Validation.” Proceedings of the 45th. CIRP CMS. 45: S. 726-733.则呼应了“以学习者为中心”的思想，即从教学到学习转变的理念(shift from teaching to learning)。 现在，在众多企业和高校的学习工厂中，——无论是含蓄的还是明确的(隐式或显式)——，都采用了这些基本的教学理念，并以此为基础设计学习和考试场景。(50)Tisch, M., Hertle, C., Abele, E., Metternich, J., Tenberg, R. 2015. Learning Factory Design - A Competency-Oriented Approach Integrating Three Design Levels. International Journal on Computer-Integrated Manufacturing 28 (6): S. 1-21.(51)Plorin, D. 2016. Gestaltung und Evaluation eines Referenzmodelles zur Realisierung von Lernfabriken im Objektbereich der Fabrikplanung und des Fabrikbetriebes, Dissertation. In: Wissenschaftliche Schriftreihen des Institutes für Betriebswissenschaften und Fabriksysteme 120 (1).(52)Wagner, P., Prinz, C., Wann?ffel, M., Kreimeier,D. 2015. “Learning Factory for Management, Organization and Workers’ Participation.” Procedia CIRP: 5th Conference on Learning Factories (CLF 2015) 32 (1): S. 115-119.(53)Abele, E., Metternich, J., Tenberg, R., Tisch, M., Abel, M., Hertle, C., Eißler, S., Enke, J., L. Faatz, L. 2015.Innovative Lernmodule und -fabriken - Validierung und Weiterentwicklung einer neuartigen Wissensplattform für die Produktionsexzellenz von morgen Innovationspotenzial von Lernfabriken (Idefix).(54)Micheu H.-J., Kleindienst, M. 2014. Lernfabrik zur praxisorientierten Wissensvermittlung - Moderne Ausbildung im Bereich Maschinenbau und Wirtschaftswissenschaften. Zeitschrift für wirtschaftlichen Fabrikbetrieb 109 (6): S. 403-407.另外，可以明显观察到，工程领域的专业内容是核心，占主导地位，而相关的跨专业视角却往往被忽视。(55)Plorin, D. 2016. Gestaltung und Evaluation eines Referenzmodelles zur Realisierung von Lernfabriken im Objektbereich der Fabrikplanung und des Fabrikbetriebes, Dissertation. In: Wissenschaftliche Schriftreihen des Institutes für Betriebswissenschaften und Fabriksysteme 120 (1).(56)Steffen, M., Frye, S., Deuse, J. 2013. The only Source of Knowledge is Experience - Didaktische Konzeption und methodische Gestaltung von Lehr-Lern-Prozessen. In: TeachING-LearnING.EU: TeachING-LearnING.EU discussions - Innovationen für die Zukunft der Lehre in den Ingenieurwissenschaften, Hrsg. E. A. Tekkaya, S. Jeschke, M. Petermann, D. May, N. Friese, C. Ernst, S. Lenz, K. Müller, K. Schuster, S.117-129.(57)Bauernhansl, T., Dinkelmann, M., Siegert, J. 2012. Digitale Fabrik, Aus-und Weiterbildung, Montage - Lernfabrik Advanced Industrial Engineering, Teil 1: Lernkonzepte und Struktur. Werkstatttechnik Online 102 (3): S. 80-83.

高校建立学习工厂的主要意图是更加强调经验和行动，在受保护的空间里为学习者创造获取初步行动经验的机会，同时克服在复杂生产中存在的行动障碍。因此也就出现了主要是习惯型(habituell ausgerichtet)的学习场景。 相对于真实的生产过程来说，在学习工厂中进行干预和调整是无风险、无成本压力的，可以用于学习。(58)Cachay, J., Abele E. 2012. “Developing Competencies for Continuous Improvement Processes on the Shop Floor Through Learning Factories: Conceptual Design and Empirical Validation.” Proceedings of the 45th. CIRP CMS. 45: S. 726-733.但这种强调习惯(habituelle Akzentuierung)的学习场景可能会形成一个盲点，即在以行动为导向的教学/学习中没有或不重视结合知识。 简单地说，这样的学习工厂正好是课堂理论学习和研讨课深入学习的反面，且具有习惯性，因此，它不是一个通过交替式学习来获取能力的“完整的学习场所”。事实上，人们只能有限的拆分学习过程，并且很难做到在后续的整合过程中再把它们合并在一起。鉴于此，学习工厂的模式与这一事实是有一定矛盾性的。所以，近些年来，学习工厂遇到的挑战是开发和实施这样一种教学/学习方案：学习工厂的行动空间被丰富以相应的知识，并为交替式的能力获取(alternierender Kompetenzerwerb)创造条件。

2.2 在学习工厂培养综合能力的工科教学方法

在联邦教育与科研部资助的(BMBF)“IDEFIX”和德国科学基金会(DFG)资助的“灵活生产的学习方案”( Lernkonzepte für eine wandlungsfähige Produktion)研究中， 达姆施塔特工业大学的CIP学习工厂从工科教学法的角度参加了一项基于实证的开发与实施设计项目，从而开发并实施了一种实现连贯式能力导向和能力获取的综合方法：

(1)在学习工厂设置相应的能力模型；

(2)在课程构建的框架方案中采用能力模型；

(3)对与能力模型一致的学习工厂教学/学习方法做出方案说明并实施相关方法；

(4)工作坊的实施和诊断。

步骤3)和4)的具体论述参见Tenberg和Pittich(59)Tenberg, R., Pittich, D. 2020. Methodische Ausgestaltung und Umsetzung der Kompetenzorientierung in Lernfabriken (Arbeitstitel) .的另一篇论文。

2.2.1 在学习工厂设置相应的能力模型

这一处置论方法(dispositionaler Ansatz)以一种强调知识的能力理论(60)Die nachfolgenden kompetenztheoretischen Grundüberlegungen wurden in ähnlicher Form in einem anderen thematischen Kontext in Pittich (2014) veröffentlicht.为基本出发点。Erpenbeck, von Rosenstiel的(61)Erpenbeck, J., von Rosenstiel, L. 2007. Handbuch Kompetenzmessung. Stuttgart: Schäffer-Poeschel.基本理论在这里看起来是适当并具有发展性的，因为它具有强调知识和基础理论的特征，且经过实证，具有可实施性。 在此基础上发展的运作模式区分了四种类型的能力：(P)个人能力 (A)以行动和实施为导向的能力，(F)专业与方法能力，(S)社会与沟通能力，以及评估和渐变策略能力(Gradientenstrategien)。在此，专业与方法能力是核心，因为它们直接关系到在职业活动中的表现。(62)Pittich, D. 2014. Dispositional Approaches for Measuring Professional Competence. Journal of Technical Education 2 (2): S. 95-116.

这一理论与在德语区针对企业工程领域能力展开的许多研究得出的实证结果相符(63)Knöll, B. 2007. Differenzielle Effekte von methodischen Entscheidungen und Organisationsformen beruflicher Grundbildung auf die Kompetenz- und Motivationsentwicklung in der gewerblich technischen Erstausbildung: Eine empirische Untersuchung in der Grundausbildung von Elektroinstallateuren. Aachen: Shaker.(64)Nickolaus, R., Gschwendtner T., B. Geissel. 2008. Entwicklung und Modellierung beruflicher Fachkompetenz in der gewerblich-technischen Grundbildung. Zeitschrift für Berufs-und Wirtschaftspädagogik 104 (1): S. 48-73.，在这些研究中，专业与方法能力被证实为是核心。在这一基础上，为了进一步对此具体化，Pittich(65)Pittich, D. 2013. “Diagnostik fachlich-methodischer Kompetenzen”. Fraunhofer IRB.(2013)提出并验证了一种专业与方法能力的建模方法。在对认知理论知识模型(kognitionstheoretischer Wissensmodelle)的分析中，(对技术的)理解被认为是影响高质量(技术)知识形成的核心因素，并根据不同的知识类型，即专业知识、过程性和概念性知识(66)Eine differenzierte theoretische Herleitung und Definition der Wissensarten findet sich in Pittich (2013).，构建了认知理论意义上的运作模式。 概念性知识在此代表的是理解性知识，并在强调理解的知识模型中享有重要地位，因为它为专业知识和过程性知识提供参考和证明理由。只有具备详尽的概念性知识，一个人才能够看到不同理由之间的联系，并在(职业)情境下把它们用于解决(工作上的)问题。图1展示了在职业行动的自由度以及变化度视角下，不同知识类型的相互作用。

图1 在使用Erpenbeck和Rosenstiel(67) Erpenbeck, J., von Rosenstiel, L. 2007. Handbuch Kompetenzmessung. Stuttgart: Schäffer-Poeschel. 以及Renkl(68) Renkl, A. (1994). Träges Wissen: Die “unerklärliche” Kluft zwischen Wissen und Handeln. 的理论基础上开发的专业与方法能力的运作模式

该模式背后的假设是：一个人能够基于专业知识和过程性知识实施一个特定的行动。特定的行动通常发生在常规操作中。所以，行动的范围或灵活度，即行动的可变化性在此是有限的，原因是缺少相关的，或者说没有足够的背景知识。为了使行动具有可变化性，即灵活的、可独立扩展和变化的行动，就需要有概念性知识。

根据上面的假设，专业与方法能力取决于专业知识和过程性知识，以及与它们交织在一起的概念性知识。专业与方法能力的质量体现于行为者在具体情境下行动的灵活性上。 Pittich(69)Pittich, D. 2013. “Diagnostik fachlich-methodischer Kompetenzen”. Fraunhofer IRB.(70)Pittich, D. 2014. Dispositional Approaches for Measuring Professional Competence. Journal of Technical Education 2 (2): S. 95-116.(71)Pittich, D. 2014. Rekonstruktive Diagnostik fachlich-methodischer Kompetenzen in gewerblich- technischen Ausbildungsberufen. Zeitschrift für Berufs- und Wirtschaftspädagogik 110 (3): S. 335-357.的实证研究结果显示：第一，在知识质量和行动质量之间存在相关性；第二，概念性知识，其中既包括与行动直接相关的各个方面，也包含基础性的背景知识，它是实施专业化行动的核心要素。

如要我们现在采用这些基本原则和想法，那么就意味着接下来要在具体的课程框架内开发一些方法，以使知识和行动能够并存成为一体。也就是说，以能力为导向的课程应以相关的职业行动为取向，并把这些行动明确地与相应类型的知识联系起来。本文介绍的方法可以把特定行动和相关知识中相互有关联的元素通过一个矩阵来表示。在此基础上，一方面可以构建具体的教学/学习方案，并设计相关教学方法；另一方面，可以在能力诊断的意义上实施相应的、既针对思考，也针对行动的学习目标检验措施。

2.2.2 能力模型在课程框架方案中的实施

下面以“生产技术 - 零部件和总成件的可追溯性”模块为例，阐述如何在课程框架方案中实施上述能力模型，以及如何描述专业与方法能力。该模块的核心内容是对实体以及数字化(生产)过程的信息进行采集和记录的措施与方法。通过使用行动-知识能力矩阵的工具，把在事后分析中识别的知识和相关的行动 (右列)汇总在一起，将其表述为各个子能力(左列)(表1)。

表1 示例模块：“生产技术—零部件和总成件的可追溯性”的行动-知识-能力-矩阵内容摘录

在此示例中，首先填写位于表格右列属于“行动”的内容：具体描述是“学习者能够在制造执行系统(MES)中优化产品的生产过程”。接下来从专业知识、过程性知识和概念性知识的维度填写与“行动”相关的知识。在表1的示例中，专业知识的内容除了可追溯性系统本身以外，还包括所使用到的硬件和软件，以及产品和信息流的事实性知识。过程性知识在该模块涉及的是在各个生产环节中对待、处理、应用这些不同的事实内容和技术。 概念性知识在该示例中是指促进理解的背景知识，可以从两个方面描述：一是可追溯性系统的必要性和功能，二是在复杂生产过程中可以预计到的干扰和环境变量。对上面的表格做以完整填充后，各个知识类别就与相应的行动结合起来，从而形成对能力的描述。如表1中的能力描述——“ 学习者通过借助实体生产过程的数字化表现形式来优化产品的生产过程，例如通过把制造执行系统(MES)基于数据的分析和所使用的加工工艺与实体产品流的知识进行相互结合。”——所显示的，知识是对可观察到的行为(表现)的一种处置。由此可见，通过这样的方法，在模块层面就得以形成一个具体的能力框架。以这种方式确定下来的专业与方法能力可以看作是教学理论初次转化的产物，同时又是展开关于教学理论与方法进一步思考的起点。如何把课程中的行动-知识-能力矩阵用于设计相应的学习场景、任务和学习活动，在Tenberg和Pittich(72)Tenberg, R., Pittich, D. 2020. Methodische Ausgestaltung und Umsetzung der Kompetenzorientierung in Lernfabriken (Arbeitstitel).的另外一篇论文中进行了详细论述。

3 总结、讨论与展望

现在，对高等教育提出的要求比以往任何时候都高。因为在博洛尼亚进程中，不仅保留了以前传授高质量知识的要求，还另外提出了能力要求。然而，对工程类专业来说，并不是在1999年29个国家就跨国高等教育改革达成共识后才提出能力要求的。在这项改革开展很久之前，工程类专业就要求学生能够把扎实的知识转化为相应的行动。例如，机械工程师不仅现在，而且以前也必须在大学学习时学习结构设计。因此，不足为奇的是，在这些专业里，博洛尼亚进程提出的要求只是导致了“能力”的德语用词被调换了一下，也就是简单地把在课程里以前表示技能和能力的“Fähigkeit”一词换成了同义词“Kompetenz”。在过去20年里，与这一高等教育干预政策无关的发展是，高校创建了有针对性培养学生能力的学习环境。在机械工程领域，学习工厂便是一个很好的例子，因为在这样的学习环境下，可以直接实现理解和行动的交替融合。然而，从工科教学法的视角来看，这一发展主要顺应的是工程学的学科逻辑，因此也呈现出人文科学视域下的一些弱点。因此，无论是过去还是现在，为学习工厂增添教学方法论的视角，使其能够连贯性地符合能力要求，这一做法是恰当的。同时，这也就意味着在理论建模之外，还要实现理论的形态化向在课程中具体化的发展。文章里概述的方法已朝着这个方向(即从理论到方案，再到经过评估的实践测试)迈出了奠基性的一步。

这种在学习工厂的背景下经过测试的方法在多大程度上可以扩展或转移到高校工科教学和学习的其他形式与渠道上，这一问题目前还无法回答，因为要在高要求的大学学习中实现理解和行动的交替融合，离不开可以运用相关方法的实践环境，例如学习工厂、学习实验室、创客空间(Maker-Spaces)等。尽管在数字化转型的背景下，这些已日益普及，但是，高校的日常教学和学习多受理论知识传授的影响——这也是高校基本的自我认识，所以上述实践环境的引入仍属例外。至于高校未来是否或者在多大程度上会创建综合的学习环境，从而使以能力为导向的教学获得更多的实施机会，还有待观察。