基于PBL教育模式的創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)研究

王艷敏 俞麗敏

摘要：論述了創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室對(duì)提高學(xué)生和企業(yè)創(chuàng)新能力的重要性，分析了現(xiàn)在創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室建設(shè)模式中與設(shè)計(jì)創(chuàng)新不匹配的原因，介紹了國內(nèi)外創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室建設(shè)趨勢(shì)，探討了通過設(shè)計(jì)為紐帶，搭建STEAM教育體系與PBL教育體系相容的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室建設(shè)路徑的可行性，為創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室建設(shè)提供了有益的借鑒。

關(guān)鍵詞：PBL教育模式 創(chuàng)新 實(shí)驗(yàn)室

引言

大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)，越來越受到大學(xué)本科教育，尤其是地方應(yīng)用型本科院校的重視，已經(jīng)成為評(píng)價(jià)一所大學(xué)競(jìng)爭(zhēng)力的重要指標(biāo)一。以培養(yǎng)創(chuàng)造性解決問題能力為導(dǎo)向的PBL（Problem-BasedLearning）教育模式，已經(jīng)成為國內(nèi)外眾多高校認(rèn)可的實(shí)踐教學(xué)培養(yǎng)模式，對(duì)開發(fā)和提高學(xué)生的創(chuàng)新能力具有顯著效果。PBL有別于傳統(tǒng)的“講授式”教學(xué)方式，需要依托與之適合的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，為學(xué)生解決問題提供必要的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐條件。當(dāng)下，大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室建設(shè)管理模式趨同化程度嚴(yán)重，PBL教育模式下的實(shí)驗(yàn)室空間布局、功能劃分、硬件設(shè)備、管理模式等都與傳統(tǒng)意義上的專業(yè)實(shí)驗(yàn)室不同，因此，有必要針對(duì)PBL教育模式下的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室建設(shè)管理中的相關(guān)因素進(jìn)行研究。

一、PBL教育模式以“問題”為導(dǎo)向進(jìn)行創(chuàng)新能力提升

PBL教育模式作為一種以問題為導(dǎo)向的教育模式，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生批判性創(chuàng)新能力具有獨(dú)特作用。PBL實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：以問題（P）為導(dǎo)向，項(xiàng)目為組織的學(xué)習(xí)方法；鼓勵(lì)跨學(xué)科和學(xué)科交叉的知識(shí)融合；人與人，人與環(huán)境等的互動(dòng)交流。創(chuàng)新素養(yǎng)的實(shí)質(zhì)是創(chuàng)造性，而創(chuàng)造性是指根據(jù)一定的目的，運(yùn)用一切已知信息，產(chǎn)生出某種新穎、獨(dú)特、有社會(huì)意義或個(gè)人價(jià)值的產(chǎn)品的智力品質(zhì)。

近幾年，國內(nèi)外眾多大學(xué)成立了大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室，已經(jīng)成為提升大學(xué)生創(chuàng)新能力及開展PBL教學(xué)實(shí)踐的重要載體，為學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新創(chuàng)造提供了良好平臺(tái)。同時(shí)，不同高校PBL實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐，以及大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室建設(shè)也存在較大差異。在PBL教育實(shí)施范圍不斷擴(kuò)大的大背景下，大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室能否成為培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的有效載體，PBL教學(xué)過程與大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室建設(shè)管理之間到底存在怎樣的關(guān)系等問題越來越受到關(guān)注，針對(duì)這些問題進(jìn)行研究具有較大的現(xiàn)實(shí)需求和意義，也能為同類院校大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室建設(shè)管理提供有益借鑒價(jià)值。

二、國內(nèi)外現(xiàn)有創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室建設(shè)管理模式研究

大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室作為高校專業(yè)實(shí)驗(yàn)室的有機(jī)補(bǔ)充，近幾年在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力方面發(fā)揮了重要作用，很多大學(xué)紛紛成立了各類大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室，根據(jù)情況不同，大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室的組織架構(gòu)和管理模式存在較大差異。

（一）高校創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室建設(shè)模式更加開放多元化。2014年同濟(jì)大學(xué)設(shè)計(jì)創(chuàng)意學(xué)院成立的“開放創(chuàng)造實(shí)驗(yàn)室一Fablab shangha”是建立在開源背景下的中國第一個(gè)開放創(chuàng)造實(shí)驗(yàn)室空間，符合當(dāng)下大環(huán)境的新型創(chuàng)客空間。2013年清華大學(xué)成立的清華x一空間（Tsinghuax-lab），以學(xué)科交叉、探索未知、體驗(yàn)式學(xué)習(xí)與團(tuán)隊(duì)協(xié)作為教育理念，致力于圍繞三創(chuàng)（創(chuàng)意、創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)），探索新型的人才教育模式，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造力。哈佛大學(xué)開設(shè)的創(chuàng)業(yè)孵化機(jī)構(gòu)Harvard InnovationLab，簡(jiǎn)稱i-lab，是計(jì)劃創(chuàng)業(yè)的學(xué)生的創(chuàng)業(yè)孵化機(jī)構(gòu)，提供一對(duì)一的輔導(dǎo)，并且會(huì)以導(dǎo)師的形式開展培訓(xùn)和討論會(huì)。

（二）創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室對(duì)提高企業(yè)創(chuàng)新能力至關(guān)重要。除了高校之外，一些注重創(chuàng)新的企業(yè)也紛紛建立了開放創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室，為企業(yè)產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)提供了原創(chuàng)動(dòng)力。海爾集團(tuán)成立了M-LAB創(chuàng)新創(chuàng)客實(shí)驗(yàn)室，具有開放、共享的創(chuàng)客交互平臺(tái)，并聚合產(chǎn)業(yè)力量，幫助新生代創(chuàng)客將創(chuàng)意成為現(xiàn)實(shí)。三星公司也推出了創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室（Creative Lab，簡(jiǎn)稱C-Lab），旨在提高員工的創(chuàng)造力和想象力，最終目標(biāo)是將這些想法轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品，并投放市場(chǎng)。索尼成立了一個(gè)名為Future Lab（未來實(shí)驗(yàn)室）的創(chuàng)意研發(fā)項(xiàng)目，主要目的是向公眾公開某些產(chǎn)品的原型。索尼這個(gè)Future Lab跟三星的C-Lab在性質(zhì)上最大的不同是Future Lab不為“孵化”創(chuàng)意，只求改進(jìn)創(chuàng)意。

三、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室建發(fā)展呈現(xiàn)新的發(fā)展趨勢(shì)

未來的創(chuàng)新行為呈現(xiàn)出全球化、民主化、多學(xué)科交叉等特點(diǎn)。甚至一些國家戰(zhàn)略政策上也提出類似宏觀的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室發(fā)展模式，把創(chuàng)新行為擴(kuò)展到整個(gè)社會(huì)范疇。通過文獻(xiàn)和資料研究發(fā)現(xiàn)，大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室及校外相近創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室發(fā)展趨勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾方面：

（一）“開放共享”成為創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室的共同屬性。不管是高校的大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室，還是校外的企業(yè)組織創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室，共同的愿景都是為更多的人提供創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的軟硬件環(huán)境。與傳統(tǒng)專業(yè)實(shí)驗(yàn)室相比，創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室突出特色就是“空間開放，資源共享”。通過開敞式的空間布局，以及共享利用的硬件設(shè)備，為使用者提供更多的交流分享的機(jī)會(huì)，促進(jìn)不同主體間的知識(shí)交匯，激發(fā)更大的創(chuàng)新。

（二）創(chuàng)新結(jié)構(gòu)“扁平化”，創(chuàng)新主體“個(gè)人化”。信息通訊技術(shù)的融合和發(fā)展催生了知識(shí)社會(huì)，并推動(dòng)了創(chuàng)新模式的嬗變?？萍紕?chuàng)新不再是少數(shù)被稱為科學(xué)家的人群的專利，每個(gè)人都是科技創(chuàng)新的主體，生活、工作在社會(huì)中的用戶真正擁有最終的發(fā)言權(quán)。傳統(tǒng)的以技術(shù)發(fā)展為導(dǎo)向、科研人員為主體、實(shí)驗(yàn)室為載體的科技創(chuàng)新活動(dòng)正面臨挑戰(zhàn)，以用戶為中心、以社會(huì)實(shí)踐為舞臺(tái)、以共同創(chuàng)新、開放創(chuàng)新為特點(diǎn)的用戶參與的創(chuàng)新2.0模式正在逐步顯現(xiàn)。

（三）“跨界融合，協(xié)同創(chuàng)新”成為創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室發(fā)展新趨勢(shì)。高校的大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室建設(shè)數(shù)量逐年增加，但大多數(shù)還是針對(duì)特定的某個(gè)專業(yè)，沒能體現(xiàn)創(chuàng)新的交叉優(yōu)勢(shì)。由于創(chuàng)新涉及到的知識(shí)越來越多樣化，需要更多不同背景的學(xué)生通過協(xié)同實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新，不同專業(yè)背景的同學(xué)彼此合作才能激發(fā)更大的創(chuàng)新機(jī)會(huì)，專業(yè)知識(shí)的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)會(huì)更加明顯。同時(shí)，團(tuán)隊(duì)合作過程也能培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)意識(shí)，對(duì)提高學(xué)生的綜合能力作用較大。

四、PBL教學(xué)模式下創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室發(fā)展模式構(gòu)建

PBL教學(xué)最大的特點(diǎn)在于基于問題需求的學(xué)習(xí)，這種“主動(dòng)探究式”學(xué)習(xí)方式要求創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室的空間需要具備不同的功能區(qū)?，F(xiàn)在大多數(shù)大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室主要集中在硬件設(shè)備性能的提升上，在空間等軟環(huán)境方面與PBL教學(xué)存在“剝離”的現(xiàn)象。PBL教學(xué)過程通過與實(shí)驗(yàn)室軟硬件情況進(jìn)行優(yōu)化迭代，實(shí)現(xiàn)二者之間合理的融合。實(shí)現(xiàn)良性運(yùn)行，讓創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)管理與PBL教學(xué)實(shí)踐不再是“兩張皮”。

（一）創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室的空間設(shè)計(jì)及功能設(shè)定要與PBL教育模式相匹配。已有PBL相關(guān)研究，主要集中在教育實(shí)施過程本身的研究，雖然涉及到PBL教育過程的環(huán)境空間等相關(guān)研究，但是很少有針對(duì)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室空間布局進(jìn)行設(shè)計(jì)與PBL實(shí)驗(yàn)教學(xué)之間關(guān)聯(lián)關(guān)系的研究。對(duì)PBL實(shí)驗(yàn)教學(xué)與創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室空間布局設(shè)計(jì)及功能設(shè)定之間關(guān)系的研究，能夠明晰創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室硬件環(huán)境建設(shè)的特點(diǎn)和規(guī)律，能更好地有針對(duì)性地進(jìn)行創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室硬件建設(shè)。

PBL作為一種啟發(fā)性教育方式，有別于傳統(tǒng)的“灌輸式”教育，實(shí)施過程對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)空間的要求具有特殊性。老師和學(xué)生需要針對(duì)某一個(gè)問題需求進(jìn)行探討交流，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)以小組形式構(gòu)建，主題的篩選、思路的演示等需要展示區(qū)，開放或者半開放的形式有助于參與者之間的交流。解決思路的討論和優(yōu)化除了交流區(qū)之外，還需要針對(duì)性較強(qiáng)的快速原型驗(yàn)證區(qū)。在問題需求深化過程中，只停留在文字表面的構(gòu)想還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，不能很真實(shí)地表達(dá)問題的解決效果。尤其針對(duì)工程技術(shù)類主題，需要借助各類制造開發(fā)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行原型制作，項(xiàng)目小組可以對(duì)驗(yàn)證模型進(jìn)行評(píng)估，進(jìn)而進(jìn)行迭代優(yōu)化，最終還需要具有對(duì)結(jié)果方案進(jìn)行展示、商業(yè)推廣等空間。

（二）構(gòu)建PBL實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中開放載體與創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室建設(shè)之間關(guān)聯(lián)矩陣。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)在眾多大學(xué)的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室建設(shè)還處于硬件擴(kuò)張階段，為了滿足學(xué)生課外實(shí)驗(yàn)、項(xiàng)目實(shí)踐、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)等需求，不斷增加創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室設(shè)備臺(tái)套數(shù)和實(shí)驗(yàn)室空間，在硬件環(huán)境方面很多學(xué)校已經(jīng)非常超前。但是，大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)本質(zhì)上是運(yùn)用知識(shí)解決問題的能力，除了必要的硬件支持之外，更重要的是為學(xué)生提供合適的實(shí)驗(yàn)室軟件環(huán)境，這涉及到創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行載體、管理制度等因素的合理性。

現(xiàn)在大多數(shù)大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室在開放運(yùn)行過程中，都存在凝聚力較低、運(yùn)行載體缺乏、空間利用率較低、實(shí)驗(yàn)室長期閑置、管理責(zé)任主體模糊，甚至出現(xiàn)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室變自習(xí)教室的現(xiàn)象，沒有形成對(duì)教師和學(xué)生持續(xù)長效的吸引力。合理的開放載體是構(gòu)建實(shí)驗(yàn)室良性運(yùn)行的保證和關(guān)鍵，現(xiàn)有的開放載體主要包括：學(xué)科競(jìng)賽、學(xué)生項(xiàng)目、教師科研項(xiàng)目、自主創(chuàng)業(yè)實(shí)踐等形式。針對(duì)PBL實(shí)驗(yàn)教學(xué)特點(diǎn)，開展不同的開放載體～@J新實(shí)驗(yàn)室之間關(guān)系的研究，能增強(qiáng)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室的活力和長效運(yùn)行。

從實(shí)驗(yàn)室管理角度來看，不同的開放載體在實(shí)施過程中具有一定的差異性，開放過程需要一定的制度約束和績效考核。實(shí)驗(yàn)室的使用開放過程還涉及到安全、衛(wèi)生、設(shè)備維護(hù)、空間利用率、準(zhǔn)入條件、項(xiàng)目遴選等問題。不同的開放載體對(duì)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室軟硬件的需求也具有差異性，最終還會(huì)體現(xiàn)在學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)上。彼此之間存在一定的關(guān)聯(lián)矩陣關(guān)系，構(gòu)建開放載體與創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室建設(shè)之間關(guān)系，以及對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)之間的關(guān)聯(lián)性關(guān)系，能夠優(yōu)化開放載體的形式，完善創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室軟硬件建設(shè)，實(shí)現(xiàn)開放實(shí)驗(yàn)室良性運(yùn)行。

（三）構(gòu)建PBL+STEAM+D創(chuàng)新教育模式。在PBL教育模式下的大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室建設(shè)過程中，大學(xué)生作為實(shí)驗(yàn)室的使用主體，其本身的知識(shí)結(jié)構(gòu)與創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室軟硬件之間關(guān)系能夠很大程度上影響到項(xiàng)目的實(shí)施效果。

（1）PBL教育模式為創(chuàng)新能力的培養(yǎng)提供了操作層面的方式方法。PBL教育模式，需要整合多學(xué)科知識(shí)，知識(shí)的交叉和協(xié)作，頭腦風(fēng)暴等方式對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)意義較大。同時(shí)，學(xué)生知識(shí)的積累關(guān)鍵在實(shí)踐應(yīng)用，在PBL教育模式下，對(duì)大學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)與創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室建設(shè)管理之間關(guān)聯(lián)矩陣關(guān)系的研究有助于培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力，具有一定的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革意義和價(jià)值。

（2）PBL實(shí)施過程中，學(xué)生知識(shí)儲(chǔ)備程度是解決方案是否具有創(chuàng)新性的重要決定要素。由美國弗吉尼亞科技大學(xué)學(xué)者Yakman提出的STEAM教育，將相關(guān)的課程進(jìn)行有機(jī)交叉融合，相互協(xié)調(diào)作用，形成一個(gè)知識(shí)體系，并將其應(yīng)用于實(shí)際的問題解決之中?！癝TEAM”教育，指的是與科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、數(shù)學(xué)（Mathematics）、人文藝術(shù)（Arts）學(xué)科相關(guān)的教育。該教育重視跨學(xué)科思路、重視真實(shí)情境中的問題解決以及強(qiáng)調(diào)全體學(xué)生的發(fā)展等方面。

（3）PBL+STEAM+D模式更加有助于學(xué)生創(chuàng)新能力提升。傳統(tǒng)STEAM教育在實(shí)施過程中也是以問題（P）為導(dǎo)向，注重知識(shí)的交叉融合，但其重點(diǎn)是創(chuàng)新能力培養(yǎng)過程的知識(shí)多樣性和合理性。因此，STEAM教育模式提供的是知識(shí)結(jié)構(gòu)，PBL教育模式核心的是為創(chuàng)新能力培養(yǎng)提供了科學(xué)可行的實(shí)施方法。二者的結(jié)合才能更好地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)管理怎樣與上述二者匹配，最大化提升學(xué)生創(chuàng)新能力。

以問題解決為導(dǎo)向的PBL實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，培養(yǎng)學(xué)生構(gòu)建STEAM知識(shí)體系，借助大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)進(jìn)行創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)。三者實(shí)施過程中需要一個(gè)“橋梁”要素來進(jìn)行整合，設(shè)計(jì)思維（Design）本身具有很強(qiáng)的創(chuàng)新性，可以把眾多知識(shí)進(jìn)行整合和創(chuàng)造性運(yùn)用，能夠起到“催化劑”的作用，實(shí)現(xiàn)整個(gè)過程的高效實(shí)施。基本模式（如圖1）。

結(jié)語

具有高度“開發(fā)共享”特征的大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室，儼然成為當(dāng)下大學(xué)生創(chuàng)新能力開發(fā)的重要平臺(tái)，通過多實(shí)驗(yàn)室建設(shè)和管理模式的深入研究，探索基于PBL教育模式的“問題導(dǎo)向”學(xué)習(xí)，融入STEAM知識(shí)結(jié)構(gòu)，通過設(shè)計(jì)思維（Design ThingKing）為紐帶，搭建多維度創(chuàng)新能力實(shí)踐平臺(tái)，也為同類大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室建設(shè)提供有益的借鑒價(jià)值。