协同创新视角下联合实验室的PBL培养模式探析

刘贻新， 李 明， 张光宇

(1. 广东工业大学 实验室与设备管理处，广东 广州 510006； 2. 广东工业大学 自动化学院， 广东 广州 510006； 3. 广东工业大学 管理学院， 广东 广州 510006)

当前，高等学校创新能力的建设被提升到国家战略层面的高度。以高校为主导，激发各类创新主体的创新潜能，整合资源，开展交互式、多元化、跨地域和跨学科的协同创新势在必行。落实到高校人才培养的目标和任务上，就是以科研实力的提升来推动教学水平的提高，培养更多的创新人才。这是高等教育发展战略的必然选择[1-3]。

在高校创新人才培养模式的探索与改革实践中，由高校和企业联合共建、实现企业技术储备和高校人才储备有机融合的联合实验室模式，无疑是一种有效的模式。本文以协同创新为着眼点，以联合实验室建设为落脚点，以PBL(problem-based learning)培养模式在联合实验室中的应用为切入点，分析PBL培养模式与协同创新战略的一致性，以PBL培养模式推行协同创新战略、培养创新性人才的可行性，提出将PBL培养模式用于联合实验室人才培养的具体对策和建议。

1 PBL培养模式

PBL培养模式是美国神经病学教授Barrows于1969年首次提出[4]，是一种以综合性问题为核心、以解决实际问题为驱动力、以团队合作为主要工作方式的全新教学模式。PBL培养模式倡导将学习与更高层次的多学科相关的复杂问题相联系，在世界各国高等教育领域得到了广泛应用。在联合实验室中运用PBL培养模式，旨在从多学科视角出发，以联合实验室所能提供的条件为基础，强调以有实际背景的任务或者项目为载体，使学生从问题的思考和分析入手，掌握复杂性系统的设计和实施的全过程。学生在不断遇到新问题、解决新问题的螺旋式上升过程中提高自身的理论水平、专业技能、实际操作能力和研究创新能力。通过对项目成果和学生表现的多元化评价体系，使学生“学习隐含在问题背后的科学知识，形成解决问题的技能和自主学习的能力”，从而帮助学生实现三个重大转变：从“学会”到“会学”，从“会学”到“会用”，从“会用”到“会创”，提高学习者的综合素养，使实验教学产生更好的效果[5]。

PBL培养模式集中体现了建构主义的学习理念[6]，代表了高校教育科研领域重大的、综合的和广泛流行的改革趋势。近年来，随着PBL培养理念的不断深化，PBL培养模式已逐渐体系化，并从最初应用的医学领域扩大到工学、数学、法学、经济学和社会学等诸多领域，并且逐步向产学研合作方向转变。

斯坦福大学PBL实验室是一个典型的成功案例。它是从学科综合角度出发，由Intel、IBM、Autodesk、Nokia等跨国公司发起建立的一个面向项目设计、产品研发等关键任务的人才培养中心，采用与相关企业密切合作、充分利用政府及其他组织资金的方式，推动和引导学生进入国际团队的研发工作中。该实验室的核心策略就是政府、企业和高校联合实施的PBL培养模式，是协同创新环境下进行创新人才培养的有效方式，为创新人才培养机制的改革提供了宝贵的经验[7]。

2 联合实验室PBL培养模式的协同机制分析

协同创新作为一种全新的教育理念，对高等教育的发展必然产生深远的影响，也对联合实验室的培养模式起到决定性作用。协同创新的推进，需要强调“创新”在教学过程中的核心地位，将联合实验室所拥有的丰富资源转化为高校人才培养的优势，转化为提高教育质量的催化剂[8]。为了从根本上改变现有的学科制教学和专业式人才培养模式，需要引入多元化的协同机制，通过校校协同、校企协同、师生协同和学生协同等方式，变学科制教学为问题式教学，变专业式人才培养为协同式人才培养，最终形成以强化学生的创新能力和应用能力培养为核心的人才培养新模式。

从联合实验室建设角度而言，就是要从联合实验室的人才培养目标定位、人才培养方式制定、学生实验过程的实施、学生实验质量评价及跟踪等开展全程协同，通过实验室与企业、政府的密切联系，课程内容和实践环节的有机结合，实验研究和可能产生的应用逐步转化等途径，培养出善于从实验过程和实验结果中发现现有技术、方法和工程实践中的瑕疵，能够创新性地解决生产实际中存在的问题，最终形成创新性成果的卓越人才[9]。而基于联合实验室的PBL培养模式无疑是协同创新战略下服务于创新人才培养的有效方式。笔者认为，PBL培养模式的协同机制主要包括产学研多方、多学科知识和多元主体3方面的机制，如图1所示。

图1 联合实验室PBL培养模式的协同机制框架

2.1 产学研多方协同机制

PBL培养模式的本质是以问题为导向，以问题的解决为目标，所有学习活动都是围绕问题的解决而展开的。因此，问题的设计就成为影响PBL教学质量的关键因素[10]。PBL培养模式中设计的问题要具有一定的实际应用背景，问题的解决过程要能够反映知识的概念和原理。但是，这类问题并无固定的答案和评价标准，学生要自行设计解决问题的方案，通过解决问题学习相关的知识，体会到问题解决的成就感。

协同创新战略要求高校以需求为导向，全面开放、深度融合，把社会经济发展的迫切需求纳入科研课题，着眼于行业与产业发展过程中面临的关键技术问题，通过协同创新，努力在关键领域取得实质性进展，谋求科研的协同跨越发展[11]。

由此可见，PBL培养模式与协同创新的内在要求相契合。由政府、企业和高校共建的联合实验室，一般都与企业产品研发有密切的联系，由此可依据学校的教学内容和企业的关键需求来设置联合实验室的教学目标和实验内容，并且选择大型企业中与国民经济息息相关的关键性问题或者行业中的共性技术问题，作为联合实验室PBL培养模式面向学生开设的开放性实验课题，促进PBL培养模式的顺利开展。

2.2 多学科知识协同机制

PBL培养模式以多学科视角促进学生对知识的融会贯通能力和综合应用能力的提高。20世纪以来，科研的一个重要特点就是学科间的相互渗透，跨学科的合作和跨学科方法的应用已成为当代科研的一种新范式。PBL培养模式通过设置综合问题，可以消除学科知识之间的壁垒，将以往教学模式中单一的、割裂的知识模块进行整合，将解决实际问题所需要的学科知识变成有机联系的整体，为学生的学习过程搭建良好的知识架构。

突破学科专业划分的制约，充分发挥各协同主体在不同专业领域的优势，整合资源开展相关研究，是实现协同创新的重要途径。同样，高校以PBL培养模式推进协同创新，必须倡导多学科融合的研究方法，鼓励学生突破孤立的、局限性的思维方式，引导学生投入到交叉学科中去，寻找到更多的创新基点[11]。

可见，PBL培养模式在多学科知识协同机制上也与协同创新战略保持了一致。例如斯坦福大学PBL实验室培养模式中的课题，均是面向大型跨国企业、具有跨学科属性的综合性问题，为学生进行多学科知识的融合提供了一个协同创新的平台。通过联合实验室组建跨学科的教育平台，为学生构建不同的学科视野和综合化的知识结构，从而有效地促进了创新型人才培养。

2.3 多元主体协同机制

在协同创新战略下，创新型人才的培养目标要通过多元化、全过程的协同才能够得以实现，其中包括学生协同、师生协同、校企协同和校校协同等多元主体的协同，需要协同主体各方有强烈的共同愿景，各尽所能、各司其职，才能彰显出协同创新在提高创新型人才培养质量方面的优越性[9]。

由于PBL培养过程中所需要解决问题的相对复杂性，所以学生协同和师生协同一般采用团队合作的方式，即学生围绕设定的问题以辅导小组的形式展开协同研究和设计，共同完成并分享项目成果。在PBL学习过程中，学生和教师角色相对于传统教学模式有很大的区别：学生成为自主学习者、合作者和研究者，教师则是以一种平等协同的姿态成为项目的指导者、教学过程的促进者和信息的咨询者[12]。这也是PBL培养模式的重要特征之一。

联合实验室的建设，为学生参与PBL提供了一个协同创新的平台。学生可以通过联合实验室中企业提出的问题，组建PBL学习团队，面向企业的产品研发或新技术应用中的关键问题，在导师或者企业专家的指导下，将其分解成为系列子问题，小组成员分别针对各自的子问题进行研究和设计。在解决问题的过程中，学生能够不断发现自己知识和方法的空白之处，以查找资料、参加讲座、咨询教师等各种可能的方式主动地学习相关知识和技能来进行填补，同时对所学知识产生更深层次的理解。在此基础上，整个小组通过子问题解决方案的整合，与企业协商解决方案的可行性和实用性，最终协助企业解决或者部分解决相关问题，完成学生协同、师生协同和校企协同的全过程。

3 联合实验室的PBL培养模式的实践

广东工业大学始终坚持“与广东崛起共成长，为广东发展作贡献”的办学理念，于2011年明确提出大力推进“2011计划”，实施协同创新战略，探索一条与工业界深度融合的跨越式发展的转型升级之路，推进PBL培养模式的改革。学校在依托联合实验室进行创新人才培养方面的核心内容就是结合自身定位，发挥自身优势，面向行业产业经济发展的核心共性问题、面向区域发展的重大需求，积极寻求地方政府的支持，与国内外知名的大中型企业合作，以共建联合实验室作为协同创新的模式，逐步推行以“综合型、设计型、研究型、创新型”实验课题建设为重点的实验教学改革。

在实验教学中引入PBL方法，构建“课堂教学+学科专业竞赛(研究)+企业实践”的创新、创业教育体系，通过企业、单位的立项资助，建立创新型实验研究支撑项目，以联合实验室建设和实验教学改革项目为引领，积极推动实验室人才培养模式和实验教学方法改革。

学校在部分专业独立设置专业综合性实验课程、培养学生综合应用能力的设计型和创新型的实验项目，以及面向社会经济和企业需求的前沿科研项目。学校充分利用联合实验室人才培养平台，让学生在高水平教师和企业专职技术人员的带领下参与实践，同时还为学生提供开放性实验项目，允许学生在得到教师和企业专家认可的情况下进行自拟项目的实验，给学生提供更多的学习选择，以利于学生更多地参与实践，从而激发创新意识，锻炼创新能力[13]。

3.1 加强基础培养体系的建设

根据创新能力基础培养体系要实现对学生全覆盖、全过程培养的目标，广东工业大学在稳步推进教学改革实践的基础上，以2010年教学大纲修订为契机，较大幅度地压缩了理论课的学时，加大了实验实践环节的比重；以培养具有独立科研能力和创新能力的人才为目标，学校学术委员会、各基层教学单位在参考企业需求和企业专家意见的基础上，协同制定了课程体系和创新型人才培养方案，突出理论联系实际，突出前沿学科和交叉学科知识的重要性，并通过模块化的课程设置，突出不同专业方向的理论框架和逻辑框架，使学生能够建立完整的知识结构。同时，不断丰富教学资源，依托联合实验室开展PBL课程教学。

以自动化学院为例，该学院将“基于FCS的网络控制”、“PLC原理与应用”等实践性强的课程提升为基于广东工业大学-罗克韦尔(Rockwell)自动化实验室的PBL教学。课堂以学生为主体，教师只讲授核心知识点，与课题相关的其余内容则要求学生在实际操作中自主学习。当遇到问题时，学生可以在教师的引导下查阅资料、相互交流，使学生在主动参与、积极实践、双向互动的良好氛围下学习[14]。

3.2 加强个性化培养体系的建设

广东工业大学把学科创新和学生培养与广东经济和社会发展需求紧密结合起来，以“集聚海内外优质资源，多模式构建创新平台，大力推动协同创新”的新思路，建设了一批创新平台和基地，并以此为纽带，对1个国家级实验教学示范中心、3个省部级重点实验室、19个省部院产学研创新联盟、2个省级国际合作平台、多个与地方政府和工业企业联合组建的产业化基地(例如“广州国家集成电路设计高新技术产业化基地”、“广东工业大学-雅乐思国家级工程实践教育中心”和“广东工业大学-美的嵌入式系统联合实验室”等)进行了资源整合，形成培养学生实践创新能力的基本支撑体系。

在人才培养模式改革取得初步成效的基础上，学校于2012年新增7个国家级工程实践教育中心、6个省级大学生实践教学基地、3个省级实验教学示范中心、2个省级人才培养模式改革试验区、2个专业综合改革试点和一批省级教学改革项目。同时，学校建立了基于联合实验室的PBL培养方式，为学生提供创新实验计划和创新实践项目，鼓励学生参加挑战杯、电子设计大赛等竞赛活动。学校出台各种相关政策，建立学生参与科技创新活动、学科竞赛及创业竞赛的测评体系，探索学生科技创新与课程学分互换的激励机制，鼓励学生在扎实学好理论的基础上，致力于增强创新意识、培养创新能力、取得创新成绩，促进学生的创新行动与课堂学习融为一体，极大地激发了学生的创新热情。

此外，学校还积极寻求与企业的合作，打造了多样化的校企联合大学生科技竞赛平台。由企业出资或出实验设备，在学校建设“大学生科技训练开放实验室”，设立“大学生科技竞赛基金”，推进拔尖创新人才的遴选和培养，为学生的自我个性化培养提供了可以选择的丰富资源。

3.3 构建特色鲜明的协同育人培养方案

从2010年起，广东工业大学制定并开始实施了“大学生创新行动计划”，构建了多样化人才培养体系和多模式人才培养平台，以适应广东省经济社会发展、企业转型升级的需要；探索应用型创新人才和拔尖创新人才的培养模式和机制，以提高学生能力为导向，开展启发式教学，鼓励学生自主学习、探究式学习，积极推行PBL教学模式。学校在2011年成功开设了机械、电气信息、化工与环境等专业的创新班，并结合区域经济转型升级对高素质人才的需求，积极拓展校外育人渠道，与广东巨轮模具股份有限公司、怀集登云汽配股份有限公司、广东美的集团有限公司等国内优秀企业实施深度合作，协同育人。

2011年，学校开设了7个校企联合实验班，到2012年增至16个，涉及5个学院和19个专业方向，共制定实施31个培养方案，将校内培养与企业实践相结合，实施PBL培养模式，培养有强烈工程意识、能解决生产现场工程技术问题的应用型创新人才。校企联合实验班按“3+1”分阶段培养，尤其重视学生在合作企业的实践教育。每位学生都有研究课题和固定的企业指导教师，并可优先选择到参与联合培养的企业(科研院所)就业[15]。

此外，学校积极响应教育部号召，启动了卓越工程师教育培养计划，在6个专业中进行了试点。目前，可供试点专业学生实践学习的基地已达102个[15]。例如，自动化学院组建的广东工业大学-美国德州仪器(TI)卓越工程师计划之MSP430创新实验室和Analog创新实验室，既能为学生的科技实践活动提供有效的工程技术能力训练平台，又能使学生以PBL方式进入学术前沿的领域，这种模式的校企联合已经取得了不菲的成绩，多项研究成果已实现产业化，为广东省自动化装备与机械制造业的快速、健康、有序发展提供强有力的支持。

4 总结与展望

基于协同创新的实验室PBL人才培养机制，在广东工业大学实验教学改革中已经取得初步成果。在政策的推动下，学生科技创新活动也取得了阶段性的成效。2011年4月，在第五届广东大学生科技学术节暨第十一届广东省“挑战杯”终审决赛中，广东工业大学共有33项作品获奖，首次以总分第一获得广东省“挑战杯”竞赛桂冠。2011年9月，在第十二届全国“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛中，以总分260分排全国526所参赛高校第28名，创造了历史最好成绩[15]。

但是，目前的创新人才培养模式还不是一个成熟、健全体制。例如，从构建PBL培养模式的角度出发，学生的创新行为很大程度上取决于学生的主观能动性，没有形成合理的激励和约束机制来促使学生都能自觉自愿地投入到创新活动中去。又如，目前的校企合作大多是孤立的，并没有形成类似于斯坦福大学PBL实验室这样大规模、多企业协同的国际创新联盟，并且所开展的研发活动主要局限于与课程相关的内容和竞赛项目，缺乏对企业核心生产流程的接触。再者，由于目前学校的PBL培养模式仍处于探索阶段，缺乏完善的运行体系和支撑体系，知识成果的转化率较低，没有形成投入和产出之间的良性循环机制。

因此，为了健全基于协同创新的PBL实验室创新人才培养机制，一方面，应通过建立深度合作的PBL协同创新平台，在逐步形成优势互补、风险共担、利益共享、共同发展的合作模式的基础上实现多方共赢，建立合理的PBL学生创新培养途径；另一方面，基于联合实验室的PBL人才培养机制的构建，离不开学校、企业、政府和其他组织的大力支持，需要建立一系列的激励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，鼓励学生的创新活动，实现研发活动和技术转化的良性循环。

[1] 胡锦涛.在庆祝清华大学建校100周年大会上的讲话[N].人民日报,2011-04-25(2).

[2] 袁贵仁.大力推动协同创新 全面提高高教质量[J].中国高校科技，2012(5):80.

[3] 王迎军.构建协同创新机制 培养拔尖创新人才[N].中国教育报，2012-04-23(5).

[4] Barrows H S, Tamblyn R M. Problem-based learning: An approach to medicaleducation[M].New York: Springer, 1980.

[5] 温彭年,贾国英.建构主义理论与教学改革[J].教育理论与实践，2002(5):17-22.

[6] Walker A, Recker M, Robertshaw M B, et al.Integrating Technology and Problem-based Learning: A Mixed Methods Study of Two Teacher Professional Development Designs[J].The Interdisciplinary Journal of Problem-Based Learning， 2011,52(2):70-94.

[7] 谢彩侠,祝侠丽，白雁，等.LBL和PBL相结合的教学模式在教学中应用[J].实验室研究与探索，2012,31(7):144-146.

[8] 张林,汪小燕,罗杰，等.以协同创新形式与理念提升教学水平[J].电气电子教学学报，2012,34(6):5-7.

[9] 杨路.创新型人才培养的协同机制及其实现途径[J].现代教育管理，2013(1):68-71.

[10] Mary E D, Karl T. Teaching the Concepts of Service Quality Through a Problem-Based Learning Approach: An Assessment of On-Line Reviews[C]//2011 ICHRIE Conference. Massachusetts: Scholarworks@UMass Amherst,2011:1-9.

[11] 薛传会.论高等学校的协同创新及其战略重点[J].高校教育管理，2012,6(6):24-29.

[12] Rachel S S, Tony H. Learning to teach with problem-based learning[J]. Active Learning in Higher Education，2009,10(2): 138-153.

[13] 广东工业大学.实施协同创新战略为广东加快产业转型升级助推加力：广东工业大学实施协同创新战略的措施和成效[EB/OL].(2012-07-16)[2013-06-03].http://www.gdhed.edu.cn/main/www/136/2012-07/331347.html.

[14] 刘冰茹,蔡述庭,谢云，等.充分利用实验室建设经费 建立国际联合实验室[J].广东工业大学学报：社会科学版，2008(增刊):247-248.

[15] 广东工业大学.广东工业大学积极实施协同创新战略 为我省加快产业转型升级提供人才和科技支持[EB/OL].[2013-06-03].http://gae.edugd.cn/web/loadWebPage.do?454_7080_3950_4.