基于PBL教育模式的创新设计实验室建设研究

王艳敏 俞丽敏

摘要：论述了创新设计实验室对提高学生和企业创新能力的重要性，分析了现在创新实验室建设模式中与设计创新不匹配的原因，介绍了国内外创新实验室建设趋势，探讨了通过设计为纽带，搭建STEAM教育体系与PBL教育体系相容的创新实验室建设路径的可行性，为创新实验室建设提供了有益的借鉴。

关键词：PBL教育模式 创新 实验室

引言

大学生创新能力培养，越来越受到大学本科教育，尤其是地方应用型本科院校的重视，已经成为评价一所大学竞争力的重要指标一。以培养创造性解决问题能力为导向的PBL（Problem-BasedLearning）教育模式，已经成为国内外众多高校认可的实践教学培养模式，对开发和提高学生的创新能力具有显著效果。PBL有别于传统的“讲授式”教学方式，需要依托与之适合的实验环境，为学生解决问题提供必要的实验实践条件。当下，大学生创新实验室建设管理模式趋同化程度严重，PBL教育模式下的实验室空间布局、功能划分、硬件设备、管理模式等都与传统意义上的专业实验室不同，因此，有必要针对PBL教育模式下的创新实验室建设管理中的相关因素进行研究。

一、PBL教育模式以“问题”为导向进行创新能力提升

PBL教育模式作为一种以问题为导向的教育模式，对培养学生批判性创新能力具有独特作用。PBL实验教学主要体现在三个方面：以问题（P）为导向，项目为组织的学习方法；鼓励跨学科和学科交叉的知识融合；人与人，人与环境等的互动交流。创新素养的实质是创造性，而创造性是指根据一定的目的，运用一切已知信息，产生出某种新颖、独特、有社会意义或个人价值的产品的智力品质。

近几年，国内外众多大学成立了大学生创新实验室，已经成为提升大学生创新能力及开展PBL教学实践的重要载体，为学生进行创新创造提供了良好平台。同时，不同高校PBL实验教学实践，以及大学生创新实验室建设也存在较大差异。在PBL教育实施范围不断扩大的大背景下，大学生创新实验室能否成为培养学生创新能力的有效载体，PBL教学过程与大学生创新实验室建设管理之间到底存在怎样的关系等问题越来越受到关注，针对这些问题进行研究具有较大的现实需求和意义，也能为同类院校大学生创新实验室建设管理提供有益借鉴价值。

二、国内外现有创新实验室建设管理模式研究

大学生创新实验室作为高校专业实验室的有机补充，近几年在培养学生创新能力方面发挥了重要作用，很多大学纷纷成立了各类大学生创新实验室，根据情况不同，大学生创新实验室的组织架构和管理模式存在较大差异。

（一）高校创新实验室建设模式更加开放多元化。2014年同济大学设计创意学院成立的“开放创造实验室一Fablab shangha”是建立在开源背景下的中国第一个开放创造实验室空间，符合当下大环境的新型创客空间。2013年清华大学成立的清华x一空间（Tsinghuax-lab），以学科交叉、探索未知、体验式学习与团队协作为教育理念，致力于围绕三创（创意、创新、创业），探索新型的人才教育模式，培养学生的创造力。哈佛大学开设的创业孵化机构Harvard InnovationLab，简称i-lab，是计划创业的学生的创业孵化机构，提供一对一的辅导，并且会以导师的形式开展培训和讨论会。

（二）创新实验室对提高企业创新能力至关重要。除了高校之外，一些注重创新的企业也纷纷建立了开放创新实验室，为企业产品创新设计提供了原创动力。海尔集团成立了M-LAB创新创客实验室，具有开放、共享的创客交互平台，并聚合产业力量，帮助新生代创客将创意成为现实。三星公司也推出了创新实验室（Creative Lab，简称C-Lab），旨在提高员工的创造力和想象力，最终目标是将这些想法转化成产品，并投放市场。索尼成立了一个名为Future Lab（未来实验室）的创意研发项目，主要目的是向公众公开某些产品的原型。索尼这个Future Lab跟三星的C-Lab在性质上最大的不同是Future Lab不为“孵化”创意，只求改进创意。

三、创新实验室建发展呈现新的发展趋势

未来的创新行为呈现出全球化、民主化、多学科交叉等特点。甚至一些国家战略政策上也提出类似宏观的创新实验室发展模式，把创新行为扩展到整个社会范畴。通过文献和资料研究发现，大学生创新实验室及校外相近创新实验室发展趋势主要体现在以下几方面：

（一）“开放共享”成为创新实验室的共同属性。不管是高校的大学生创新实验室，还是校外的企业组织创新实验室，共同的愿景都是为更多的人提供创新创业的软硬件环境。与传统专业实验室相比，创新实验室突出特色就是“空间开放，资源共享”。通过开敞式的空间布局，以及共享利用的硬件设备，为使用者提供更多的交流分享的机会，促进不同主体间的知识交汇，激发更大的创新。

（二）创新结构“扁平化”，创新主体“个人化”。信息通讯技术的融合和发展催生了知识社会，并推动了创新模式的嬗变。科技創新不再是少数被称为科学家的人群的专利，每个人都是科技创新的主体，生活、工作在社会中的用户真正拥有最终的发言权。传统的以技术发展为导向、科研人员为主体、实验室为载体的科技创新活动正面临挑战，以用户为中心、以社会实践为舞台、以共同创新、开放创新为特点的用户参与的创新2.0模式正在逐步显现。

（三）“跨界融合，协同创新”成为创新实验室发展新趋势。高校的大学生创新实验室建设数量逐年增加，但大多数还是针对特定的某个专业，没能体现创新的交叉优势。由于创新涉及到的知识越来越多样化，需要更多不同背景的学生通过协同实现创新，不同专业背景的同学彼此合作才能激发更大的创新机会，专业知识的优势互补会更加明显。同时，团队合作过程也能培养学生的团队意识，对提高学生的综合能力作用较大。

四、PBL教学模式下创新实验室发展模式构建

PBL教学最大的特点在于基于问题需求的学习，这种“主动探究式”学习方式要求创新实验室的空间需要具备不同的功能区。现在大多数大学生创新实验室主要集中在硬件设备性能的提升上，在空间等软环境方面与PBL教学存在“剥离”的现象。PBL教学过程通过与实验室软硬件情况进行优化迭代，实现二者之间合理的融合。实现良性运行，让创新实验室的建设管理与PBL教学实践不再是“两张皮”。

（一）创新实验室的空间设计及功能设定要与PBL教育模式相匹配。已有PBL相关研究，主要集中在教育实施过程本身的研究，虽然涉及到PBL教育过程的环境空间等相关研究，但是很少有针对创新实验室空间布局进行设计与PBL实验教学之间关联关系的研究。对PBL实验教学与创新实验室空间布局设计及功能设定之间关系的研究，能够明晰创新实验室硬件环境建设的特点和规律，能更好地有针对性地进行创新实验室硬件建设。

PBL作为一种启发性教育方式，有别于传统的“灌输式”教育，实施过程对实验教学空间的要求具有特殊性。老师和学生需要针对某一个问题需求进行探讨交流，项目团队以小组形式构建，主题的筛选、思路的演示等需要展示区，开放或者半开放的形式有助于参与者之间的交流。解决思路的讨论和优化除了交流区之外，还需要针对性较强的快速原型验证区。在问题需求深化过程中，只停留在文字表面的构想还远远不够，不能很真实地表达问题的解决效果。尤其针对工程技术类主题，需要借助各类制造开发实验室进行原型制作，项目小组可以对验证模型进行评估，进而进行迭代优化，最终还需要具有对结果方案进行展示、商业推广等空间。

（二）构建PBL实验教学过程中开放载体与创新实验室建设之间关联矩阵。调查发现，现在众多大学的创新实验室建设还处于硬件扩张阶段，为了满足学生课外实验、项目实践、创新创业等需求，不断增加创新实验室设备台套数和实验室空间，在硬件环境方面很多学校已经非常超前。但是，大学生创新能力培养本质上是运用知识解决问题的能力，除了必要的硬件支持之外，更重要的是为学生提供合适的实验室软件环境，这涉及到创新实验室运行载体、管理制度等因素的合理性。

现在大多数大学生创新实验室在开放运行过程中，都存在凝聚力较低、运行载体缺乏、空间利用率较低、实验室长期闲置、管理责任主体模糊，甚至出现创新实验室变自习教室的现象，没有形成对教师和学生持续长效的吸引力。合理的开放载体是构建实验室良性运行的保证和关键，现有的开放载体主要包括：学科竞赛、学生项目、教师科研项目、自主创业实践等形式。针对PBL实验教学特点，开展不同的开放载体～@J新实验室之间关系的研究，能增强创新实验室的活力和长效运行。

从实验室管理角度来看，不同的开放载体在实施过程中具有一定的差异性，开放过程需要一定的制度约束和绩效考核。实验室的使用开放过程还涉及到安全、卫生、设备维护、空间利用率、准入条件、项目遴选等问题。不同的开放载体对创新实验室软硬件的需求也具有差异性，最终还会体现在学生创新能力的培养上。彼此之间存在一定的关联矩阵关系，构建开放载体与创新实验室建设之间关系，以及对学生创新能力培养之间的关联性关系，能够优化开放载体的形式，完善创新实验室软硬件建设，实现开放实验室良性运行。

（三）构建PBL+STEAM+D创新教育模式。在PBL教育模式下的大学生创新实验室建设过程中，大学生作为实验室的使用主体，其本身的知识结构与创新实验室软硬件之间关系能够很大程度上影响到项目的实施效果。

（1）PBL教育模式为创新能力的培养提供了操作层面的方式方法。PBL教育模式，需要整合多学科知识，知识的交叉和协作，头脑风暴等方式对学生创新能力培养意义较大。同时，学生知识的积累关键在实践应用，在PBL教育模式下，对大学生知识结构与创新实验室建设管理之间关联矩阵关系的研究有助于培养学生创新能力，具有一定的实验教学改革意义和价值。

（2）PBL实施过程中，学生知识储备程度是解决方案是否具有创新性的重要决定要素。由美国弗吉尼亚科技大学学者Yakman提出的STEAM教育，将相关的课程进行有机交叉融合，相互协调作用，形成一个知识体系，并将其应用于实际的问题解决之中。“STEAM”教育，指的是与科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）、数学（Mathematics）、人文艺术（Arts）学科相关的教育。该教育重视跨学科思路、重视真实情境中的问题解决以及强调全体学生的发展等方面。

（3）PBL+STEAM+D模式更加有助于学生创新能力提升。传统STEAM教育在实施过程中也是以问题（P）为导向，注重知识的交叉融合，但其重点是创新能力培养过程的知识多样性和合理性。因此，STEAM教育模式提供的是知识结构，PBL教育模式核心的是为创新能力培养提供了科学可行的实施方法。二者的结合才能更好地培养学生的创新能力，大学生创新实验室的建设管理怎樣与上述二者匹配，最大化提升学生创新能力。

以问题解决为导向的PBL实验教学过程中，培养学生构建STEAM知识体系，借助大学生创新实验室平台进行创新创业。三者实施过程中需要一个“桥梁”要素来进行整合，设计思维（Design）本身具有很强的创新性，可以把众多知识进行整合和创造性运用，能够起到“催化剂”的作用，实现整个过程的高效实施。基本模式（如图1）。

结语

具有高度“开发共享”特征的大学生创新实验室，俨然成为当下大学生创新能力开发的重要平台，通过多实验室建设和管理模式的深入研究，探索基于PBL教育模式的“问题导向”学习，融入STEAM知识结构，通过设计思维（Design ThingKing）为纽带，搭建多维度创新能力实践平台，也为同类大学生创新实验室建设提供有益的借鉴价值。