協同創新視角下聯合實驗室的PBL培養模式探析

劉貽新， 李 明， 張光宇

(1. 廣東工業大學 實驗室與設備管理處，廣東 廣州 510006； 2. 廣東工業大學 自動化學院， 廣東 廣州 510006； 3. 廣東工業大學 管理學院， 廣東 廣州 510006)

當前，高等學校創新能力的建設被提升到國家戰略層面的高度。以高校為主導，激發各類創新主體的創新潛能，整合資源，開展交互式、多元化、跨地域和跨學科的協同創新勢在必行。落實到高校人才培養的目標和任務上，就是以科研實力的提升來推動教學水平的提高，培養更多的創新人才。這是高等教育發展戰略的必然選擇[1-3]。

在高校創新人才培養模式的探索與改革實踐中，由高校和企業聯合共建、實現企業技術儲備和高校人才儲備有機融合的聯合實驗室模式，無疑是一種有效的模式。本文以協同創新為著眼點，以聯合實驗室建設為落腳點，以PBL(problem-based learning)培養模式在聯合實驗室中的應用為切入點，分析PBL培養模式與協同創新戰略的一致性，以PBL培養模式推行協同創新戰略、培養創新性人才的可行性，提出將PBL培養模式用于聯合實驗室人才培養的具體對策和建議。

1 PBL培養模式

PBL培養模式是美國神經病學教授Barrows于1969年首次提出[4]，是一種以綜合性問題為核心、以解決實際問題為驅動力、以團隊合作為主要工作方式的全新教學模式。PBL培養模式倡導將學習與更高層次的多學科相關的復雜問題相聯系，在世界各國高等教育領域得到了廣泛應用。在聯合實驗室中運用PBL培養模式，旨在從多學科視角出發，以聯合實驗室所能提供的條件為基礎，強調以有實際背景的任務或者項目為載體，使學生從問題的思考和分析入手，掌握復雜性系統的設計和實施的全過程。學生在不斷遇到新問題、解決新問題的螺旋式上升過程中提高自身的理論水平、專業技能、實際操作能力和研究創新能力。通過對項目成果和學生表現的多元化評價體系，使學生“學習隱含在問題背后的科學知識，形成解決問題的技能和自主學習的能力”，從而幫助學生實現三個重大轉變：從“學會”到“會學”，從“會學”到“會用”，從“會用”到“會創”，提高學習者的綜合素養，使實驗教學產生更好的效果[5]。

PBL培養模式集中體現了建構主義的學習理念[6]，代表了高校教育科研領域重大的、綜合的和廣泛流行的改革趨勢。近年來，隨著PBL培養理念的不斷深化，PBL培養模式已逐漸體系化，并從最初應用的醫學領域擴大到工學、數學、法學、經濟學和社會學等諸多領域，并且逐步向產學研合作方向轉變。

斯坦福大學PBL實驗室是一個典型的成功案例。它是從學科綜合角度出發，由Intel、IBM、Autodesk、Nokia等跨國公司發起建立的一個面向項目設計、產品研發等關鍵任務的人才培養中心，采用與相關企業密切合作、充分利用政府及其他組織資金的方式，推動和引導學生進入國際團隊的研發工作中。該實驗室的核心策略就是政府、企業和高校聯合實施的PBL培養模式，是協同創新環境下進行創新人才培養的有效方式，為創新人才培養機制的改革提供了寶貴的經驗[7]。

2 聯合實驗室PBL培養模式的協同機制分析

協同創新作為一種全新的教育理念，對高等教育的發展必然產生深遠的影響，也對聯合實驗室的培養模式起到決定性作用。協同創新的推進，需要強調“創新”在教學過程中的核心地位，將聯合實驗室所擁有的豐富資源轉化為高校人才培養的優勢，轉化為提高教育質量的催化劑[8]。為了從根本上改變現有的學科制教學和專業式人才培養模式，需要引入多元化的協同機制，通過校校協同、校企協同、師生協同和學生協同等方式，變學科制教學為問題式教學，變專業式人才培養為協同式人才培養，最終形成以強化學生的創新能力和應用能力培養為核心的人才培養新模式。

從聯合實驗室建設角度而言，就是要從聯合實驗室的人才培養目標定位、人才培養方式制定、學生實驗過程的實施、學生實驗質量評價及跟蹤等開展全程協同，通過實驗室與企業、政府的密切聯系，課程內容和實踐環節的有機結合，實驗研究和可能產生的應用逐步轉化等途徑，培養出善于從實驗過程和實驗結果中發現現有技術、方法和工程實踐中的瑕疵，能夠創新性地解決生產實際中存在的問題，最終形成創新性成果的卓越人才[9]。而基于聯合實驗室的PBL培養模式無疑是協同創新戰略下服務于創新人才培養的有效方式。筆者認為，PBL培養模式的協同機制主要包括產學研多方、多學科知識和多元主體3方面的機制，如圖1所示。

圖1 聯合實驗室PBL培養模式的協同機制框架

2.1 產學研多方協同機制

PBL培養模式的本質是以問題為導向，以問題的解決為目標，所有學習活動都是圍繞問題的解決而展開的。因此，問題的設計就成為影響PBL教學質量的關鍵因素[10]。PBL培養模式中設計的問題要具有一定的實際應用背景，問題的解決過程要能夠反映知識的概念和原理。但是，這類問題并無固定的答案和評價標準，學生要自行設計解決問題的方案，通過解決問題學習相關的知識，體會到問題解決的成就感。

協同創新戰略要求高校以需求為導向，全面開放、深度融合，把社會經濟發展的迫切需求納入科研課題，著眼于行業與產業發展過程中面臨的關鍵技術問題，通過協同創新，努力在關鍵領域取得實質性進展，謀求科研的協同跨越發展[11]。

由此可見，PBL培養模式與協同創新的內在要求相契合。由政府、企業和高校共建的聯合實驗室，一般都與企業產品研發有密切的聯系，由此可依據學校的教學內容和企業的關鍵需求來設置聯合實驗室的教學目標和實驗內容，并且選擇大型企業中與國民經濟息息相關的關鍵性問題或者行業中的共性技術問題，作為聯合實驗室PBL培養模式面向學生開設的開放性實驗課題，促進PBL培養模式的順利開展。

2.2 多學科知識協同機制

PBL培養模式以多學科視角促進學生對知識的融會貫通能力和綜合應用能力的提高。20世紀以來，科研的一個重要特點就是學科間的相互滲透，跨學科的合作和跨學科方法的應用已成為當代科研的一種新范式。PBL培養模式通過設置綜合問題，可以消除學科知識之間的壁壘，將以往教學模式中單一的、割裂的知識模塊進行整合，將解決實際問題所需要的學科知識變成有機聯系的整體，為學生的學習過程搭建良好的知識架構。

突破學科專業劃分的制約，充分發揮各協同主體在不同專業領域的優勢，整合資源開展相關研究，是實現協同創新的重要途徑。同樣，高校以PBL培養模式推進協同創新，必須倡導多學科融合的研究方法，鼓勵學生突破孤立的、局限性的思維方式，引導學生投入到交叉學科中去，尋找到更多的創新基點[11]。

可見，PBL培養模式在多學科知識協同機制上也與協同創新戰略保持了一致。例如斯坦福大學PBL實驗室培養模式中的課題，均是面向大型跨國企業、具有跨學科屬性的綜合性問題，為學生進行多學科知識的融合提供了一個協同創新的平臺。通過聯合實驗室組建跨學科的教育平臺，為學生構建不同的學科視野和綜合化的知識結構，從而有效地促進了創新型人才培養。

2.3 多元主體協同機制

在協同創新戰略下，創新型人才的培養目標要通過多元化、全過程的協同才能夠得以實現，其中包括學生協同、師生協同、校企協同和校校協同等多元主體的協同，需要協同主體各方有強烈的共同愿景，各盡所能、各司其職，才能彰顯出協同創新在提高創新型人才培養質量方面的優越性[9]。

由于PBL培養過程中所需要解決問題的相對復雜性，所以學生協同和師生協同一般采用團隊合作的方式，即學生圍繞設定的問題以輔導小組的形式展開協同研究和設計，共同完成并分享項目成果。在PBL學習過程中，學生和教師角色相對于傳統教學模式有很大的區別：學生成為自主學習者、合作者和研究者，教師則是以一種平等協同的姿態成為項目的指導者、教學過程的促進者和信息的咨詢者[12]。這也是PBL培養模式的重要特征之一。

聯合實驗室的建設，為學生參與PBL提供了一個協同創新的平臺。學生可以通過聯合實驗室中企業提出的問題，組建PBL學習團隊，面向企業的產品研發或新技術應用中的關鍵問題，在導師或者企業專家的指導下，將其分解成為系列子問題，小組成員分別針對各自的子問題進行研究和設計。在解決問題的過程中，學生能夠不斷發現自己知識和方法的空白之處，以查找資料、參加講座、咨詢教師等各種可能的方式主動地學習相關知識和技能來進行填補，同時對所學知識產生更深層次的理解。在此基礎上，整個小組通過子問題解決方案的整合，與企業協商解決方案的可行性和實用性，最終協助企業解決或者部分解決相關問題，完成學生協同、師生協同和校企協同的全過程。

3 聯合實驗室的PBL培養模式的實踐

廣東工業大學始終堅持“與廣東崛起共成長，為廣東發展作貢獻”的辦學理念，于2011年明確提出大力推進“2011計劃”，實施協同創新戰略，探索一條與工業界深度融合的跨越式發展的轉型升級之路，推進PBL培養模式的改革。學校在依托聯合實驗室進行創新人才培養方面的核心內容就是結合自身定位，發揮自身優勢，面向行業產業經濟發展的核心共性問題、面向區域發展的重大需求，積極尋求地方政府的支持，與國內外知名的大中型企業合作，以共建聯合實驗室作為協同創新的模式，逐步推行以“綜合型、設計型、研究型、創新型”實驗課題建設為重點的實驗教學改革。

在實驗教學中引入PBL方法，構建“課堂教學+學科專業競賽(研究)+企業實踐”的創新、創業教育體系，通過企業、單位的立項資助，建立創新型實驗研究支撐項目，以聯合實驗室建設和實驗教學改革項目為引領，積極推動實驗室人才培養模式和實驗教學方法改革。

學校在部分專業獨立設置專業綜合性實驗課程、培養學生綜合應用能力的設計型和創新型的實驗項目，以及面向社會經濟和企業需求的前沿科研項目。學校充分利用聯合實驗室人才培養平臺，讓學生在高水平教師和企業專職技術人員的帶領下參與實踐，同時還為學生提供開放性實驗項目，允許學生在得到教師和企業專家認可的情況下進行自擬項目的實驗，給學生提供更多的學習選擇，以利于學生更多地參與實踐，從而激發創新意識，鍛煉創新能力[13]。

3.1 加強基礎培養體系的建設

根據創新能力基礎培養體系要實現對學生全覆蓋、全過程培養的目標，廣東工業大學在穩步推進教學改革實踐的基礎上，以2010年教學大綱修訂為契機，較大幅度地壓縮了理論課的學時，加大了實驗實踐環節的比重；以培養具有獨立科研能力和創新能力的人才為目標，學校學術委員會、各基層教學單位在參考企業需求和企業專家意見的基礎上，協同制定了課程體系和創新型人才培養方案，突出理論聯系實際，突出前沿學科和交叉學科知識的重要性，并通過模塊化的課程設置，突出不同專業方向的理論框架和邏輯框架，使學生能夠建立完整的知識結構。同時，不斷豐富教學資源，依托聯合實驗室開展PBL課程教學。

以自動化學院為例，該學院將“基于FCS的網絡控制”、“PLC原理與應用”等實踐性強的課程提升為基于廣東工業大學-羅克韋爾(Rockwell)自動化實驗室的PBL教學。課堂以學生為主體，教師只講授核心知識點，與課題相關的其余內容則要求學生在實際操作中自主學習。當遇到問題時，學生可以在教師的引導下查閱資料、相互交流，使學生在主動參與、積極實踐、雙向互動的良好氛圍下學習[14]。

3.2 加強個性化培養體系的建設

廣東工業大學把學科創新和學生培養與廣東經濟和社會發展需求緊密結合起來，以“集聚海內外優質資源，多模式構建創新平臺，大力推動協同創新”的新思路，建設了一批創新平臺和基地，并以此為紐帶，對1個國家級實驗教學示范中心、3個省部級重點實驗室、19個省部院產學研創新聯盟、2個省級國際合作平臺、多個與地方政府和工業企業聯合組建的產業化基地(例如“廣州國家集成電路設計高新技術產業化基地”、“廣東工業大學-雅樂思國家級工程實踐教育中心”和“廣東工業大學-美的嵌入式系統聯合實驗室”等)進行了資源整合，形成培養學生實踐創新能力的基本支撐體系。

在人才培養模式改革取得初步成效的基礎上，學校于2012年新增7個國家級工程實踐教育中心、6個省級大學生實踐教學基地、3個省級實驗教學示范中心、2個省級人才培養模式改革試驗區、2個專業綜合改革試點和一批省級教學改革項目。同時，學校建立了基于聯合實驗室的PBL培養方式，為學生提供創新實驗計劃和創新實踐項目，鼓勵學生參加挑戰杯、電子設計大賽等競賽活動。學校出臺各種相關政策，建立學生參與科技創新活動、學科競賽及創業競賽的測評體系，探索學生科技創新與課程學分互換的激勵機制，鼓勵學生在扎實學好理論的基礎上，致力于增強創新意識、培養創新能力、取得創新成績，促進學生的創新行動與課堂學習融為一體，極大地激發了學生的創新熱情。

此外，學校還積極尋求與企業的合作，打造了多樣化的校企聯合大學生科技競賽平臺。由企業出資或出實驗設備，在學校建設“大學生科技訓練開放實驗室”，設立“大學生科技競賽基金”，推進拔尖創新人才的遴選和培養，為學生的自我個性化培養提供了可以選擇的豐富資源。

3.3 構建特色鮮明的協同育人培養方案

從2010年起，廣東工業大學制定并開始實施了“大學生創新行動計劃”，構建了多樣化人才培養體系和多模式人才培養平臺，以適應廣東省經濟社會發展、企業轉型升級的需要；探索應用型創新人才和拔尖創新人才的培養模式和機制，以提高學生能力為導向，開展啟發式教學，鼓勵學生自主學習、探究式學習，積極推行PBL教學模式。學校在2011年成功開設了機械、電氣信息、化工與環境等專業的創新班，并結合區域經濟轉型升級對高素質人才的需求，積極拓展校外育人渠道，與廣東巨輪模具股份有限公司、懷集登云汽配股份有限公司、廣東美的集團有限公司等國內優秀企業實施深度合作，協同育人。

2011年，學校開設了7個校企聯合實驗班，到2012年增至16個，涉及5個學院和19個專業方向，共制定實施31個培養方案，將校內培養與企業實踐相結合，實施PBL培養模式，培養有強烈工程意識、能解決生產現場工程技術問題的應用型創新人才。校企聯合實驗班按“3+1”分階段培養，尤其重視學生在合作企業的實踐教育。每位學生都有研究課題和固定的企業指導教師，并可優先選擇到參與聯合培養的企業(科研院所)就業[15]。

此外，學校積極響應教育部號召，啟動了卓越工程師教育培養計劃，在6個專業中進行了試點。目前，可供試點專業學生實踐學習的基地已達102個[15]。例如，自動化學院組建的廣東工業大學-美國德州儀器(TI)卓越工程師計劃之MSP430創新實驗室和Analog創新實驗室，既能為學生的科技實踐活動提供有效的工程技術能力訓練平臺，又能使學生以PBL方式進入學術前沿的領域，這種模式的校企聯合已經取得了不菲的成績，多項研究成果已實現產業化，為廣東省自動化裝備與機械制造業的快速、健康、有序發展提供強有力的支持。

4 總結與展望

基于協同創新的實驗室PBL人才培養機制，在廣東工業大學實驗教學改革中已經取得初步成果。在政策的推動下，學生科技創新活動也取得了階段性的成效。2011年4月，在第五屆廣東大學生科技學術節暨第十一屆廣東省“挑戰杯”終審決賽中，廣東工業大學共有33項作品獲獎，首次以總分第一獲得廣東省“挑戰杯”競賽桂冠。2011年9月，在第十二屆全國“挑戰杯”全國大學生課外學術科技作品競賽中，以總分260分排全國526所參賽高校第28名，創造了歷史最好成績[15]。

但是，目前的創新人才培養模式還不是一個成熟、健全體制。例如，從構建PBL培養模式的角度出發，學生的創新行為很大程度上取決于學生的主觀能動性，沒有形成合理的激勵和約束機制來促使學生都能自覺自愿地投入到創新活動中去。又如，目前的校企合作大多是孤立的，并沒有形成類似于斯坦福大學PBL實驗室這樣大規模、多企業協同的國際創新聯盟，并且所開展的研發活動主要局限于與課程相關的內容和競賽項目，缺乏對企業核心生產流程的接觸。再者，由于目前學校的PBL培養模式仍處于探索階段，缺乏完善的運行體系和支撐體系，知識成果的轉化率較低，沒有形成投入和產出之間的良性循環機制。

因此，為了健全基于協同創新的PBL實驗室創新人才培養機制，一方面，應通過建立深度合作的PBL協同創新平臺，在逐步形成優勢互補、風險共擔、利益共享、共同發展的合作模式的基礎上實現多方共贏，建立合理的PBL學生創新培養途徑；另一方面，基于聯合實驗室的PBL人才培養機制的構建，離不開學校、企業、政府和其他組織的大力支持，需要建立一系列的激勵措施和健全的科技管理制度、教育制度、人事制度等各方面的配套制度，鼓勵學生的創新活動，實現研發活動和技術轉化的良性循環。

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