生态材料库作为教学基础设施：重新校准生物设计教育中的学习

《Biotechnology Design》：Eco material libraries as pedagogical infrastructures: recalibrating learning in biodesign education

　　

生物设计教育（biodesign education）日益将生命系统和生物材料整合进设计课程，引入了一系列物质条件，这些条件从根本上重新组织了学习展开的方式。本文提出，生态材料库（eco material libraries）作为教学基础设施（pedagogical infrastructures）发挥作用，能够稳定材料探究、调解跨学科参与，并使生态相互依存变得可感知。基于研究人员在两所大学情境中为期八年的情境化教学实践，本文发展出一种探索性概念分析，考察生物材料样本（biomaterial samples）如何在保留迭代、失败与过程记录的基础设施安排中充当边界对象（boundary objects）。这一基础设施视角揭示了具身性材料参与如何重新校准设计认识论（design epistemologies）——将学习者重新定位为物质-生态系统中的情境参与者。这种重新校准对基于挑战的学习（challenge-based learning, CBL）环境具有意义，因为此类环境经常预设横向能力（transversal competences），却很少解释其生成条件。通过证明这些能力是在有组织的物质条件中实现出来的，而非仅仅通过教学传递，本文为理解物质环境如何塑造新兴生物设计教学法中的学习轨迹贡献了一套概念词汇。

影响陈述（Impact statement）：本文为生物设计教育者提供了一个概念框架，用以阐明生态材料库的教学意义——不是作为补充资源，而是作为基础性学习基础设施。通过证明与可持续转型相关的横向能力依赖于有组织的物质条件而非仅靠教学方法，本文为生物设计教育在基于挑战和以可持续为导向的高等教育项目中的战略定位提供了理论依据。

生物设计教育（biodesign education）正日益被定位为对生态危机、材料稀缺和主流提取—生产范式反思的回应。当设计课程纳入生物材料、微生物过程和实验室实验时，设计师不再只是工业稳定材料的选择者，而是参与材料形成、培育与转化的行动者。生物材料具有生命性、时间展开性和环境敏感性，无法被当作性质固定的基底，这要求设计教育从材料选择转向材料生成，并使材料生产与材料学习不可分割。生态材料库（eco material libraries）作为保存样本、配方、协议和文档的结构化环境，已在多所机构出现，但其教学作用尚未得到充分理论化。传统材料库面向性质与应用比较，而生态材料库保留迭代、失败和时间转化痕迹，这些特征使其有望成为教学基础设施（pedagogical infrastructures），但缺乏概念性解释。同时，基于挑战的学习（challenge-based learning, CBL）在高等教育可持续转型中被广泛采用，并预设培养协作、系统思维与批判反思等横向能力（transversal competences），然而仅接触复杂挑战并不能保证这些能力发展。因此，需要研究何种物质与组织条件使横向能力不仅被期望，而且被实践性地需要。本研究基于研究人员在两所大学八年的情境化教学实践，提出生态材料库作为教学基础设施，稳定材料探究、调解跨学科参与并呈现生态相互依存，从而重新校准设计认识论。

研究人员以情境化反思性探究为方法论立场，依托2018年以来在加州大学戴维斯分校（UC Davis）和阿姆斯特丹应用科学大学（Amsterdam University of Applied Sciences, AUAS）的生物设计教学，以及分别于2019年和2020年建立的生态材料库，构建了探索性概念分析。研究识别出四种反复出现的基础设施机制：集中、本体论摩擦、迭代与记录、反思性重新定位。这些机制共同产生认识论重新校准（epistemic recalibration），即设计师从稳定材料选择者转向物质-生态系统中的情境参与者。研究人员据此论证，横向能力不是通过教学传递的抽象属性，而是在有组织的物质条件中实现出来的实践结果；生态材料库为CBL框架预设却未解释的横向能力提供了可能性条件。

关键研究方法：研究人员采用情境化反思性探究（situated reflective inquiry），样本情境来自两所大学：UC Davis和AUAS，对应生态材料库分别建于2019年和2020年。数据来源包括迭代课程设计、课堂与实验室观察、学生样本与作品集、跨课程周期的反思性文档。为补充共同反思，2025年9月至10月对两所大学负责生态材料库的教师策展人进行了两次约60分钟的半结构化访谈（semi-structured interviews）；第三作者采用归纳主题分析（inductive thematic analysis）编码访谈转录。前两位作者作为设计教育者兼材料库负责人提供内部视角，第三、第四作者提供分析距离。

研究结果如下。

**两种基础设施配置**：在UC Davis，生态材料库通过课程工作流增量积累；学生完成假设形成、生物制造、记录与反思等步骤，样本标注成分、制备方法和预期应用，策展侧重可比性与可及性。在AUAS，材料库随课程周期循环重建；每届学生评估、保留并重新组织样本，策展本身成为教学活动。尽管节奏和组织不同，两种配置都保存作为实验记录的样本，文档突出成分、过程变量和观察结果，迭代与比较结构性地嵌入，材料时间性（干燥、收缩、污染、衰变）塑造工作流与解释。研究人员通过持续观察和访谈识别出这些共同特征，说明生态材料库在不同机构情境下同样稳定了原本短暂的材料实验。

**基础设施机制与认识论重新校准**：

**集中：样本作为整合性探究节点。** 通过课堂观察，研究人员发现学生在查看标签或配方前往往会先触摸样本，触觉性接触先于概念性解释。单一样本集中了生物、化学、技术和美学过程，成为不同专业知识交汇的整合节点。由于迭代被保存、标记并可比，学生能跨实验追溯成分、过程与结果之间的关系。该机制不单来自教学指令，而是来自材料库本身的组织化物质条件。

**本体论摩擦：通过材料抵抗消解掌控。** 研究人员观察到学生语言发生显著变化：早期学生以预期成果描述材料，持续接触失败和不稳定性后，转向“在这些条件下”“取决于湿度”等条件式表述。材料收缩、翘曲、污染、溶解等行为，加上库中保留的失败样本，打破线性创新叙事，使可持续性从属性声明变为情境化评估。该机制由材料库保存并放大摩擦性证据而得以稳定。

**迭代与记录：稳定时间性。** 结构化工作流要求学生记录成分、配比、环境条件和观察行为；标签与作品集使程序决策对他者可见。学生将自身样本与先前群体文档比较后，常把早期“失败”重新框定为信息性数据点。该转变不是通过讲授发生，而是通过材料库提供的比较结构实现的。文档将时间展开转化为可累积的知识，使变异不再被视为错误，而被解读为数据。

**反思性重新定位：设计师作为情境参与者。** 研究人员观察到，学生在学期中关于材料选择的讨论，从性能和应用的追问，转向来源、能量输入和生命终结等议题，而这些议题并未被明确设定为设计标准。持续参与集中、本体论摩擦和迭代记录，使学习者从疏离的问题解决者转向物质-生态系统中的情境参与者。这一机制不是教学结果，而是经验结果。

**从机制到认识论重新校准**：上述机制分别在对象、遭遇、时间过程和设计者自身维度运作，且相互强化。它们共同产生的认识论重新校准，指设计师对知识与实践的关系发生根本转变：从将材料视为可选择和控制的稳定底材，转向将材料视为动态的生态参与者，要求条件性推理、协作解释和持续关怀。研究人员强调，这种转变不来自教学或课程设计，而依赖于有组织的物质环境。

**对生物设计教学法和CBL的基础设施启示**：研究人员通过分析CBL与横向能力的关系，提出生态材料库不是补充资源，而是基础性学习基础设施。通过保存迭代和失败、记录配方和条件、将个体实验嵌入集体轨迹，材料库使跨学科协商、反思性判断和适应性推理成为参与的必要条件。横向能力表现为对基础设施组织的物质参与的实践回应，而非外部定义的教育目标。这意味着挑战导向教育的成效，部分取决于挑战所处的基础设施环境；生物设计教学法的意义还在于重组学习的物质条件，而不仅仅是引入新材料。

讨论方面，研究人员指出，横向能力不能假定从复杂挑战中自动产生，而取决于参与被组织的物质与社会安排。生态材料库通过保存迭代与失败使不确定性持久，通过记录决策使推理外在化，通过累积集合使个体实验嵌入集体轨迹。基础设施配置差异（累积式与循环式、开放与受限、可见与内部展示）可能影响设计推理的发展方向，需要跨机构比较研究。研究局限在于以教育者视角为主，学生声音相对缺席；两所机构位于西欧和北美，概念框架在异质情境中可能需要调整。

结论：物质条件作为学习的生成性基础。本文论证了生态材料库作为教学基础设施发挥作用——这些有组织的物质环境在生物设计教育中稳定探究、调解跨学科视角并使生态相互依存可感知。生物材料样本同时作为问题、证据和挑衅，是通过基础设施安排而运作的。本文提出，生物设计教育提供了一面重新校准学习理解本身的透镜；与可持续转型相关的横向能力并非仅从教学或复杂挑战中产生，而是依赖于能够维持不确定性、保存后果并使相互依存可见的基础设施。生态材料库正是这种基础设施，生物设计教育在建立和维护它们时，对学习作出的贡献超出了自身学科边界。