張永林,肖鳳翔
(天津大學 教育學院,天津300072)
CDIO 工程教育模式是美國麻省理工學院和瑞典皇家工學院、查爾摩斯工業(yè)大學、瑞典林雪平大學于2004 年共同創(chuàng)立的工程教育嶄新模式,代表著國際工程教育改革的最新成果。CDIO 即構(gòu)思(Conceive)、設(shè)計(Design)、實現(xiàn)(Implement)、運作(Operate),它以產(chǎn)品的生命周期為載體,將學科知識與產(chǎn)品研發(fā)實踐相結(jié)合,培養(yǎng)學習者的工程意識和工程能力。
我國學者對CDIO 工程教育模式已經(jīng)做了大量研究,主要集中在以下三方面:一是對CDIO 工程教育模式的教學大綱和CDIO 標準的理論解讀;二是關(guān)注CDIO 工程教育模式在我國的本土化發(fā)展,如汕頭大學工學院引進、消化、開發(fā)、實施了注重職業(yè)道德、誠信和職業(yè)化的工程教育模式(EIP-CDIO);三是探討專業(yè)課程采用CDIO 教學取得的效果。如清華大學工業(yè)教授顧學雍在“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”和“數(shù)據(jù)庫技術(shù)”兩門課中采用CDIO 方法教學,取得了良好效果。以上研究多屬理論解讀或?qū)嵺`經(jīng)驗介紹,缺乏方法論層面的反思。法國著名社會學家布迪厄提醒研究者,要“始終保持對研究活動所采用方式方法的適用范圍及其背后理論假設(shè)的反思性關(guān)注”〔1〕。因此本文嘗試性地在方法論層面從分界、循環(huán)和融合三個角度深入剖析CDIO 工程教育模式的運行機理,并廓清對CDIO 教學大綱和CDIO 標準的認識誤區(qū),以期對一體化課程的設(shè)計和教學具有一定的理論指導意義。
分界是打開CDIO 工程教育模式秘密的鑰匙。分界過程是一個從具象到抽象再到具象的過程,即從客觀實存到概念實存再到客觀實存的過程。借鑒康德認識論的分界方法,在實際工程項目和個體認知規(guī)律之間劃定內(nèi)容、環(huán)境、經(jīng)驗、認知結(jié)構(gòu)和能力五部分。
CDIO 工程教育的學習內(nèi)容包括產(chǎn)品、流程和系統(tǒng),這只是一個簡化的表達,代表工程實踐的感性直觀。
有的學者對CDIO 工程教育的學習內(nèi)容有不同的理解。他們認為CDIO 工程教育的學習內(nèi)容主要是工作世界的具體工程項目,是一種客觀實存。將具體工程項目視為主要學習內(nèi)容,屬于實體主義思維方式。這種思維方式將工程教育看作銀行儲蓄,即通過儲存工程項目來填滿學生的大腦容器,儲存的工程項目數(shù)量越多,越有利于工程能力的生成。
筆者認為CDIO 工程教育的學習內(nèi)容來自工程項目,但不是工程項目本身。CDIO 工程教育模式強調(diào)“基于項目學習”(Project-based learning),基于(based)一詞的語義表明工程項目是作為支撐或背景存在的,而不是以工程項目作為全部學習內(nèi)容。查建中教授也持此種觀點,他認為,“需要防止把具象工程項目作為教育的內(nèi)容引入,使教育陷入狹隘的傳授具體知識的誤區(qū)”〔2〕。
“將產(chǎn)品、流程、系統(tǒng)生命周期的開發(fā)與運用——構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)、運行——作為工程教育的背景環(huán)境”〔3〕是CDIO 工程教育模式標準1 的內(nèi)容。背景環(huán)境可簡稱為環(huán)境,也可稱為載體,指構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)、運行四個階段,代表對工程師創(chuàng)造的各類不同問題解決方案的描述〔4〕?,F(xiàn)實中的工程項目很多,每個工程項目都是唯一而獨特的,如果將工程項目作為學習內(nèi)容,在數(shù)量上無法窮盡,而工程項目的解決方案有共通性,都要歷經(jīng)構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)、運行四個階段。
CDIO 工程教育模式用背景環(huán)境概念從具體工程項目中抽象出來,背景環(huán)境所起作用類似于布魯納、施瓦布等主張的“科學的結(jié)構(gòu)”的作用。通過“科學的結(jié)構(gòu)”盡可能統(tǒng)攝所有的知識,即借助結(jié)構(gòu)的“質(zhì)”來解決知識的“量”的問題,強調(diào)結(jié)構(gòu)能夠使七零八落的現(xiàn)象得以系統(tǒng)化。
CDIO 工程教育模式方法論的哲理隱含于標準1 中,即在方法論上區(qū)分環(huán)境(context)和內(nèi)容(content)。區(qū)分出來的背景環(huán)境也暗合建構(gòu)主義的基本假定——學習者所學到內(nèi)容是他的背景環(huán)境、活動和目標的函數(shù)。
CDIO 創(chuàng)造的學習經(jīng)驗,稱為“雙元經(jīng)驗”,包括“初級的”和“高級的”經(jīng)驗〔3〕。它產(chǎn)生于CDIO 兩個運行環(huán)節(jié):運作—構(gòu)思環(huán)節(jié)和設(shè)計—實現(xiàn)環(huán)節(jié)。將前者稱為運作—構(gòu)思(C—O)經(jīng)驗,將后者稱為設(shè)計—實現(xiàn)(D—I)經(jīng)驗。這兩個環(huán)節(jié)分別包含一個“雙元經(jīng)驗”。“雙元經(jīng)驗”存在于主客體之間,是主客分離的媒介〔5〕。
初級經(jīng)驗屬于一般經(jīng)驗,指通過感官被動獲得的一些散亂的感覺、知覺等感性經(jīng)驗。初級經(jīng)驗與環(huán)境、技術(shù)基礎(chǔ)相聯(lián)系,指向具體工程實踐活動,與實際的工程項目操作相聯(lián)系,也被稱為具體經(jīng)驗或直觀經(jīng)驗。而高級經(jīng)驗屬于對初級經(jīng)驗的抽象概括,本質(zhì)上是一種前概念或?qū)嶋H概念,它由認知結(jié)構(gòu)派生而來。與傳統(tǒng)的經(jīng)驗概念完全不同,“雙元經(jīng)驗”不再是通過機體感官被動獲得的一些散亂的感覺或知覺印象,而是機體與環(huán)境相互作用的過程〔6〕。
認知結(jié)構(gòu)是存在于大腦中的系統(tǒng)化的、符號化的工程知識體系,屬于抽象的概念實存。它也是一種心理結(jié)構(gòu),決定著人們對數(shù)據(jù)和新信息的察覺〔7〕。
從產(chǎn)生過程看,認知結(jié)構(gòu)不是主觀意志產(chǎn)物,也不是“從行動者的解釋中建構(gòu)出來”〔8〕的,它產(chǎn)生于主體與工程實踐活動的互動中。皮亞杰的發(fā)生認識論觀點認為,有些認知結(jié)構(gòu)來自先天遺傳,具有生物學的先驗性,更多的來自與后天實踐的互動,具體包括兩條發(fā)展途徑,即同化和順應(yīng)。
從認知結(jié)構(gòu)的派生結(jié)果看,CDIO 工程教育模式秉承建構(gòu)主義知識觀,強調(diào)認知結(jié)構(gòu)是主體主動建構(gòu)的結(jié)果。認知結(jié)構(gòu)一經(jīng)生成,就有自我建構(gòu)能力,自身會生成、成型、成熟,會不斷派生出專業(yè)知識和工程能力。
工程活動遇到的問題是沒有被預(yù)先定義過的,需要創(chuàng)造一個原本不存在的客觀存在物。工程的責任就是在一個組織里,為了設(shè)計和實現(xiàn)一個產(chǎn)品、過程或系統(tǒng)所需要完成的一系列任務(wù)〔3〕。工程能力主要表現(xiàn)為工程師具有提出工程問題解決方案的能力。對工程能力的描述焦點集中在解決問題的能力上,而不是在認知和定義問題的能力上〔9〕。工程能力具體表現(xiàn)為“產(chǎn)品、過程和系統(tǒng)的建造能力”〔3〕。這在CDIO 標準2①中描述的很清楚,也是CDIO 工程教育模式所希望的學習效果。
CDIO 工程教育模式堅持整體論的能力生成觀,反對能力還原主義。不妨將其與能力本位課程模式(CBE/DACUM②)的能力本位觀對照分析。CBE/DACUM 將崗位能力作為分解對象,逐層分解為眾多小任務(wù)。這屬于“原子論式的”研究方式或方法論的還原主義。CDIO 工程教育模式堅決反對以上做法,它將工程能力視為一個生成性的整體,是生成的而非預(yù)設(shè)的,是總體存在的而非各部分的簡單加和。所以,CDIO 工程教育模式并沒有將標準2 的規(guī)定作為預(yù)設(shè),沒有對應(yīng)具體工程項目逐層分解。
循環(huán)指物體按環(huán)形、閉合回路的軌道運行。CDIO 工程教育模式的循環(huán)是指工程教育按照CDIO 所設(shè)置的軌道往復回旋、螺旋上升的過程,具體包括載體循環(huán)、認知結(jié)構(gòu)循環(huán)、抽象域與具象域的循環(huán)。如圖1 所示,順時針循環(huán)即載體循環(huán),逆時針循環(huán)即認知結(jié)構(gòu)循環(huán),抽象域和具象域之間也存在循環(huán)。
載體指產(chǎn)品、流程、系統(tǒng)生命周期的開發(fā)與運用,即構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)、運行四個階段。用英文首寫字母代表四個階段,可將載體的循環(huán)簡寫為C→D→I→O 循環(huán)。此循環(huán)為具體工程項目的完成提供基本循環(huán)規(guī)則和循環(huán)結(jié)構(gòu)。
圖1 CDIO 工程教育模式的三大循環(huán)
載體的循環(huán)有兩個目的,第一是區(qū)分工程教育的環(huán)境和內(nèi)容;第二是超越產(chǎn)品、流程、系統(tǒng)等具體客觀實存進入概念實存。亞里士多德說:“各種本體以及任何其他一般的存在的東西都是從某一載體生成的。”〔10〕概念實存就是“一般存在的東西”——一個包含主體人的決定性結(jié)構(gòu)。該決定性結(jié)構(gòu)有兩個特點:其一,它來自工程項目,但不是工程項目本身;其二,它加入了主體的感知、思想和行動的模式。載體的循環(huán)偏重建構(gòu)主義取向,在完成實際工程項目中充分考慮個體因素。經(jīng)此循環(huán),通過分離環(huán)境和內(nèi)容,實現(xiàn)了與客觀主義的決裂。
認知結(jié)構(gòu)的循環(huán)發(fā)生在個體大腦內(nèi)部,主要指認知結(jié)構(gòu)沿著時間軌道的形成、發(fā)展和演變,反映了人類個體的認知周期。該循環(huán)借助O→I→D→C實現(xiàn),即CDIO 雙向循環(huán)的逆時針循環(huán)。在此循環(huán)中,學習者親力親為地完成工程項目,逐漸領(lǐng)會、掌握專業(yè)技能,同時,動作、經(jīng)驗逐漸內(nèi)化,最終在大腦中生成認知結(jié)構(gòu)。貫穿O→I→D→C 循環(huán)的主線是動作—經(jīng)驗—認知結(jié)構(gòu)—能力。O→I→D→C的每次循環(huán)都會使得認知結(jié)構(gòu)不斷生成、成型、成熟。認知結(jié)構(gòu)一經(jīng)生成,就具備客觀性,成為一種結(jié)構(gòu)化的客觀實存。認知結(jié)構(gòu)循環(huán)偏重結(jié)構(gòu)主義取向,獨立于行動者的意識和愿望而客觀存在,并能夠引導或約束人的行動。經(jīng)此循環(huán),認知結(jié)構(gòu)逐漸客觀化,實現(xiàn)與主觀主義的決裂。
C→D→I→O 和O→I→D→C 是CDIO 雙向互動循環(huán)的兩個方面,從方法論層面看,大體對應(yīng)著康德的建構(gòu)與范導。C→D→I→O 等同于建構(gòu)的方法,從抽象到具體,其結(jié)果是產(chǎn)生具體的工程實踐經(jīng)驗判斷;O→I→D→C 等同于范導的方法,從具體到抽象,其結(jié)果是產(chǎn)生一種具有主觀假設(shè)性的工程項目解決方案。
C→D→I→O 和O→I→D→C 兩大循環(huán)將環(huán)境、內(nèi)容、經(jīng)驗、認知結(jié)構(gòu)和能力五部分串接起來,并在五部分之間有序互動,使它們成為一個逐漸融合的連續(xù)體。
域即范圍。工程師解決工程實際問題時面對的具體工作范圍,稱為具象域。具象域主要包括工程項目的內(nèi)容和環(huán)境,代表真實的工程項目的實現(xiàn)和運作。工程實際問題反映在人腦中,人腦側(cè)重運用抽象概念進行分析、總結(jié)對象的本質(zhì),稱為抽象域。抽象域主要包括學科知識和個體的認知結(jié)構(gòu),主要作用于工程項目解決方案的構(gòu)思和設(shè)計。抽象域與具象域的循環(huán),是借助CDIO 的雙向循環(huán)來實現(xiàn)的。循環(huán)往返的主線是工程問題的解決方案。工程師在抽象域中構(gòu)思、設(shè)計工程藍圖,然后在具象域中運作、實現(xiàn)或驗證該藍圖。
CDIO 工程教育模式的三大循環(huán)不是學者憑空設(shè)計出來的,它們反映了工程發(fā)展規(guī)律和個體認知規(guī)律。
首先,工程教育必然要遵循工程發(fā)展的規(guī)律〔11〕。工程實踐是有意識、有目的的能動性的活動,核心是設(shè)計和實施項目的解決方案,這是一個疊代化的修正和創(chuàng)造過程。所以,工程師的工作理念建基于運用抽象規(guī)則創(chuàng)造并反復不斷地回顧和修正具象的產(chǎn)品〔12〕。其次,CDIO 工程教育模式強調(diào)認知過程需要雙重刺激(Dual Impact)〔13〕。一方面工程師必須運用邏輯思維理解抽象知識,另一方面,工程師需要感性直觀地體驗該知識在具象環(huán)境中的應(yīng)用。再次,按照科爾伯關(guān)于經(jīng)驗學習的理解,學習過程需要適應(yīng)兩種對立模式的緊張關(guān)系,即學習者從具體經(jīng)驗到抽象概念、從反思觀察到主動經(jīng)驗〔14〕,即學習者需要在抽象域與具象域之間循環(huán)往返。
融合是循環(huán)的目的,環(huán)境、內(nèi)容、經(jīng)驗、認知結(jié)構(gòu)和能力五部分借助循環(huán)融為一體。雙元經(jīng)驗在融合中起著重要的作用。CDIO 工程教育模式的融合分為以下三類。
第一,工程實踐問題和學科問題的結(jié)合。其他工程教育模式也考慮到了兩者的結(jié)合,基本做法是分設(shè)理論課程和實踐課程,試圖借助疊加效應(yīng)實現(xiàn)兩者的融合。CDIO 工程教育模式認為,工程師需要不同于科學知識普遍性的離散知識形式,這是工程實踐問題和學科問題結(jié)合后的知識表征。離散知識如何獲得?三大循環(huán)使內(nèi)容、環(huán)境、經(jīng)驗、認知結(jié)構(gòu)和能力五部分互動融通,并逐漸冷凝為理實一體化的離散知識形式。這種離散知識形式既有來自學科體理論的知識,又有來自工程實踐的具體經(jīng)驗。
第二,載體與認知結(jié)構(gòu)的銜接。布迪厄認為,“科學知識開始于一種客觀主義的步驟:因為客觀知識確立了互動得以發(fā)生、主觀知識得以生產(chǎn)的條件”〔8〕。CDIO 工程教育模式方法論的客觀主義開始于載體和認知結(jié)構(gòu)的形成中。這兩個結(jié)構(gòu)其實是同一結(jié)構(gòu)存在的雙重方式,具有結(jié)構(gòu)上的同構(gòu)性,這是兩者融合基礎(chǔ)。布迪厄用“初級的客觀性”和“次級的客觀性”闡釋建構(gòu)主義和結(jié)構(gòu)主義融合的哲理〔15〕。初級的客觀性指物質(zhì)資源的分配手段、物質(zhì)構(gòu)成或物質(zhì)關(guān)系;次級的客觀性指社會世界中的意識因素或意識關(guān)系。在CDIO 循環(huán)中依靠建構(gòu)主義形成的載體,相當于布迪厄理論中初級的客觀性,依靠結(jié)構(gòu)主義形成的認知結(jié)構(gòu),相當于次級的客觀性。布迪厄的哲理闡釋是載體與認知結(jié)構(gòu)得以銜接的理論基礎(chǔ)。載體是客體主體化,即內(nèi)在性的外在化,認知結(jié)構(gòu)是主體客體化,即外在性的內(nèi)在化,兩者彼此的規(guī)定性相互適應(yīng)成為各自的一部分。
第三,主客體的統(tǒng)一。在工程教育中,主體指工程師,客體指工程。CDIO 工程教育模式?jīng)]有把主體與客體綁在一起,而是先決裂,再融合。工程是事實,是一種實然。工程師提出的工程問題解決方案是希望實現(xiàn)的有價值的東西,屬于應(yīng)然,如果直接從實然推論應(yīng)然,容易犯自然主義錯誤。哈貝馬斯將規(guī)范用一種類似于事實的方式加以解讀,使其充當事實與價值溝通的橋梁,規(guī)范使得事實與價值得以彌合。CDIO 工程教育模式最有價值的地方,在于提供一種規(guī)范來彌合工程項目與問題解決方案間的距離,從而消除主客體二元對立,使主客體走向融合。
以上三大融合,離不開雙元經(jīng)驗的接口和轉(zhuǎn)化作用。雙元經(jīng)驗內(nèi)嵌于CDIO 中,是循環(huán)和融合得以發(fā)生的關(guān)鍵接口,它是借助自身的轉(zhuǎn)化起到接口作用的,如圖2 所示。
圖2 CDIO 工程教育模式的雙元經(jīng)驗及其相互轉(zhuǎn)化
雙元經(jīng)驗的轉(zhuǎn)化具體經(jīng)歷四個適應(yīng)性階段,即具體經(jīng)驗、反思性觀察、抽象概括、主動實踐〔16〕。四個階段被稱為庫伯經(jīng)驗學習圈,內(nèi)含兩個二分法,作為兩個維度彼此正交。主動實踐與反思性觀察作為X 軸,更傾向?qū)⒔?jīng)驗轉(zhuǎn)化為知識。抽象概括與具體經(jīng)驗維度作為Y 軸,在個體如何掌握或者吸收信息方面作了區(qū)分。兩個維度正交構(gòu)成四個象限,每個象限設(shè)置性質(zhì)不同的問題,即四種不同學習類型。從象限1 到象限4,問題依次是“怎么樣”、“是什么”、“為什么”、“如果”;學習類型依次是聚合、順應(yīng)、發(fā)散、同化〔16〕。經(jīng)驗學習圈順時針旋轉(zhuǎn),螺旋上升,將初級經(jīng)驗和高級經(jīng)驗攪合在一起,又甩向?qū)Ψ?。如果學習過程經(jīng)歷四個階段,知識的轉(zhuǎn)化率和保持率將明顯提高,知識保持率能達到70%。對于復雜的工程問題,學習圈要反復多次,形成螺旋周期。隨著學習圈的螺旋上旋,雙元經(jīng)驗的水平不斷提升,性質(zhì)也越來越復雜,從而產(chǎn)生CDIO 標準5③所說的“兩個或更多的”經(jīng)驗,這就讓CDIO 工程教育模式的循環(huán)和融合更為順暢。
工程教育的目的是培養(yǎng)合格工程師,CDIO 工程教育模式是實現(xiàn)該目的的手段,“手段對于給定的目的的適當性問題,是絕對可以進行科學考察的”〔17〕。CDIO 工程教育模式的貢獻在于以普遍化的唯物主義為基礎(chǔ),為工程教育提供一個總體性的可操作圖景,既能夠反映工程本性和工程師本性,又能夠反映兩者的互動。這就使得該模式超越二元對立,走向視域融合,大體達到手段的合目的性。
CDIO 工程教育模式也存在一些不足和需要改進的地方。一是從具象工程項目抽象出的載體雖然反映了產(chǎn)品生命周期,但缺乏工程技術(shù)的參與和支持,在客觀性方面稍有欠缺;二是人們對CDIO 工程教育模式的關(guān)注更多停留在課程實施階段,著重構(gòu)建實踐場所和學習環(huán)境,而對課程設(shè)計階段關(guān)注較少;三是CDIO 工程教育模式未深入探討學科知識結(jié)構(gòu)、載體結(jié)構(gòu)、認知結(jié)構(gòu)三者的關(guān)系。三者是否同源,是否存在轉(zhuǎn)換體系?是否存在結(jié)構(gòu)再生產(chǎn)的可能性?可見,CDIO 工程教育模式的未來發(fā)展,需要在原有理論基礎(chǔ)上繼續(xù)探索,進一步深入研究工程本性和工程師本性,在兩者的互動中尋找一條工程教育中間路線,這也是筆者在今后研究中的重點探索方向。
注釋:
①CDIO 標準2 的內(nèi)容為:“具體、詳細的學習效果——與專業(yè)目標一致,并得到利益相關(guān)者驗證的個人、人際交往能力,產(chǎn)品、過程和系統(tǒng)的建造能力以及學科知識”。
②CBE(Competency-based Education)即能力本位課程模式,采用了DACUM(Developing a Curriculum)課程開發(fā)方法,是加拿大、美國的典型課程開發(fā)模式。
③CDIO 標準5 的內(nèi)容為:“在課程計劃中包括兩個或更多的設(shè)計—實現(xiàn)的經(jīng)驗,其中一個為初級的,一個為高級的”。
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