在中小學導入麻省理工Fab Lab創客實驗室的實踐經驗

李大維

（深圳開放創新實驗室，廣東 深圳 518000）

在中小學導入麻省理工Fab Lab創客實驗室的實踐經驗

李大維

（深圳開放創新實驗室，廣東 深圳 518000）

深圳開放創新實驗室（簡稱SZOIL）在國內創客教育的發展歷程中，一直肩負著探索符合我國國情的創客教育模式的重任，充分發揮先鋒模范帶頭作用，為辦好讓人民滿意的創客教育，貢獻實踐解決方案。讓我們攜手努力為每個孩子都能享有公平而有質量的教育而奮斗，早日實現教育信息化和現代化。

創客實驗室；SZOIL；Fab Lab；OIAcademy

教育部印發《教育信息化“十三五”規劃》明確指出有條件的地區要積極探索信息技術在“眾創空間”、跨學科學習（STEAM教育）、創客教育等新的教育模式中的應用，著力提升學生的信息素養、創新意識和創新能力，養成數字化學習習慣，促進學生的全面發展，發揮信息化面向未來培養高素質人才的支撐引領作用。SZOIL在國內創客教育的發展歷程中，一直肩負著探索符合我國國情的創客教育模式的重任，充分發揮先鋒模范帶頭作用，為辦好讓人民滿意的創客教育，貢獻SZOIL的實踐解決方案。讓我們攜手努力為每個孩子都能享有公平而有質量的教育而奮斗，早日實現教育信息化和現代化。

一、SZOIL介紹

深圳開放創新實驗室（簡稱SZOIL）是由創客大爆炸和深圳市工業設計行業協會聯合籌建的一個國際創客交流合作的眾創空間和平臺項目，也是深圳首家與美國麻省理工學院（MIT）的比特與原子中心（CBA）正式合作授權認證的Fab Lab國際微觀裝配實驗室，MIT Fab Lab2.0合作研發伙伴，同時也是深圳首個且唯一一家提供Fab Academy項目課程的教學點。2015年深圳國際創客周期間Fab Lab創始人MIT比特原子中心（CBA）主任Neil Gershenfeld教授與深圳開放創新實驗室創始人李大維簽訂授權協議（如圖1和圖2所示）。

圖1 Neil和李大維現場簽約

圖2 FAB LAB授權協議文本

（一）國際微觀裝配實驗室（Fab Lab）

Fab Lab即微觀裝配實驗室（Fabrication Laboratory），是美國麻省理工學院（MIT）比特與原子研究中心（CENTER FOR BITSAND ATOMS——CBA）發起的一項新穎的實驗：一個擁有幾乎可以制造任何產品和工具的小型工廠。Fab Lab是一個快速建立原型的平臺，用戶通過Fab Lab提供的硬件設施以及材料，開放源代碼軟件和由MIT的研究人員開發的程序等電子工具來實現他們想象中產品的創意、設計和制造。麻省理工學院比特原子研究中心發起的Fab Lab希望通過用戶的參與來縮短從技術研發到應用需求的鏈條。截止目前，全球Fab Lab網絡已擁有約1500家。發明創造將不只發生在擁有昂貴實驗設備的大學或研究機構，也將不僅僅屬于少數專業科研人員，而是有機會在任何地方由任何人完成，這就是Fab Lab的核心理念。

（二）Fab Academy課程

Fab Academy是一個由麻省理工學院比特與原子中心的NeilGershenfeld主導的數字化制造項目，基于麻省理工的快速原型課程——MAS 863：如何制造（幾乎）任何東西。它提供長達5個月的數字制造項目，可以在任意一個參與的實驗室里開展。Fab Academy是MIT Fab Lab開辦的一個“虛擬學院”，目標是傳播推廣數字化、個性化制造理念和技能。與MIT另一個王牌Media lab不同，Fab Lab的野心在于：1.給數字化制造浪潮推波助瀾；2.教人怎么制造出幾乎任何東西；3.創立一種獨特的分布式教育模式。

深圳作為首個教學點，于2016年1月底開始為期5個月的全球同步密集課程。深圳開放創新實驗室首批共有7名學生參加，成為全國學生數量最多的教學點。Fab Academy提供了為期5個月的系列課程，由于課程皆以Fab Lab的標準設備與機器設計，學員必須要到Fab Lab參加課程，在確保安全和規格的環境下進行一切作業，且需要Fab Lab中曾經修業完成的成員擔任指導教師，負責每次上課的前置工作和材料準備。

每一周都會有一堂3小時的技術課程，由Fab Academy教師群透過視訊授課、指導課業和研究。課程內容包括3D打印和掃描、接口和應用程序編程，以及機器設計等19種專業技術，學員必須要在期末前完成所有的每周作業，并上傳至自己架構的個人網站。其中，機器設計這項課程尤其重要，因為Fab Lab 2.0的時代即將來臨，Fab Lab中的所有機器將以自行制作取代購買，將以往獨立作業的各個機器轉換成模塊化工具，變成多合一的多功能型機具，提升其永續性和重復利用性，減少資源的耗損。

二、開放創客實驗室（OILab）體系

OILab致力于基礎教育與創客教育融合發展，集合中國第一屆Fab Academy畢業學員，群策群力開發迎合國內中小學培養創新實踐能力的青少年創客教育課程體系，即OILab課程體系，讓學生們把想法變成現實，體驗從創作到創新再到實踐的過程，并發揮創客的思維制作出原型作品。OILab體系包含5個部分：1.創客實驗室；2.OILab課程；3.全球開源創客項目；4.特色實踐探索領域；5.設計思維。

（一）創客實驗室:提供了靈小可復制的Fab Lab建設范本

Fab Lab是一個幾乎可以制造任何產品和工具的小型工廠，用戶通過Fab Lab提供的硬件設施以及材料，開放源代碼軟件和由MIT的研究人員開發的程序等電子工具來實現他們想象中產品的創意、設計和制造。麻省理工學院比特原子研究中心（CENTER FOR BITS AND ATOMS——CBA）發起的Fab Lab希望通過用戶的參與來縮短從技術研發到應用需求的鏈條。第一個Fab Lab于2001年在波士頓建立，第一間Fab Lab由美國國家科技基金會撥款建造，旨在提供完成低成本制造實驗的所需環境（如圖3所示）。

（二）OIAcademy課程

OIAcademy基于來自麻省理工HTMAA課程的Fab Academy，注重培養學生的綜合運用知識以及動手能力，參照STEAM教育體系進行開發。從OILab課程體系框架圖（如圖4所示）和部分創客課程表（如表1所示）中可以看出，OI Lab研發的一系列課程已經形成完整的創客課程群，能很好地培養學生綜合運用學科知識，理解并改造物理世界的能力，具備對技術工程設計與開發過程的理解能力，透過實際動手創作打造學生創新的基礎能力。

圖3 一個200平左右的Fab Lab的布局圖

OILab課程體系分為三個等級，即初級、中級和高級。只要完成課程，就可以獲得實驗室頒發相應的徽章。1.初級課程：面向零基礎者，適合中小學生，每門課2-4個課時，每門課完成后可以獲得SZOIL頒發的相應徽章，完成所有課程后可以獲得實驗室頒發的證書。2.中級課程：面向有一定基礎的學生，適合中學生和大學生，每門課4-8個課時，每門課完成后可以獲得SZOIL頒發的相應徽章，完成所有課程后可以獲得實驗室頒發的證書。3.高級課程：面向相關專業的大學生和創客教育者，Fab Academy全球同步上課，每周至少需要30個小時的參與，通過全球導師的考核后可以獲得Fab Lab基金會頒發的證書。

（三）全球開源創客項目

創客運動的核心精神在開源和分享，OI Lab對接Fab Lab網絡和全球網絡開源平臺如POC21、OSCEDays、Instructables等，對接這些開源平臺上的開源項目，如30美金的風力渦輪機、AKER智能蜂巢、KITCHEN B等。OILab的用戶，如學校、學生等組織或個人，通過連接OILAB深入研究這些開源項目，透過課程學習需要實踐項目的技術，在實驗室實際實踐項目，和導師討論，解決難題，提出改善意見，實驗新的方法，分享自己的新項目。

（四）特色實踐探索領域

OILab提供特色實踐探索領域，讓學生能把在課程上學到的知識，依托實驗室的工具和開源項目實際應用起來，解決實際的問題。

1.人工智能

OI Lab的合作伙伴創客大爆炸開發的CNK課程：CurieNeuron系列工具，讓每個人都能通過訓練，讓日常物品完成各種各樣有趣的任務，比如教幼兒如何有效地清潔牙齒、監控寵物狗或其他寵物的健康狀況等。

2.生化科技

個人生物技術的時代已經到來，生物產業帶來的革命剛剛開始，追尋的過程充滿了機會和挑戰，工程師們已逐漸將生物學向設計學科轉移。學員利用Fab Lab實驗室、創客空間或其他共享的機器加工車間建立自己的生物工廠，了解如何利用自己制造的開源硬件設計、培養和提取生物材料。通過在空間里的設備材料，無論是新型生物墨水、生物聚合物或生物燃料，學員自己也能實踐動手做出來，并同他人分享成果。通過學習相關的生物課程，沒有生物相關背景的學員也能夠變身成為生物創客，培養種植各種生物材料，通過各種平臺和渠道向公眾開放共享，最大程度上共享開源生物技術社群的成果。

3.太空創客

太空探索是下一個全球創客關注的領域。深圳是全球創客之都，加上完善的產業鏈，太空創客有望成為創客新的一級，同時伴隨著技術進步和創客的加入，我國將開啟個人衛星時代。在國外，通過創客運動，越來越多的個體參與發展太空項目；在我國，越來越多的民間團體成立衛星公司，協助個人設計和發射衛星。2015年全國大眾創業萬眾創新活動周宇航創客及太空探索專題研討會上，北京九天微星科技發展有限公司和深圳開放創新實驗室在深圳聯合發起成立“太空創客聯盟”。太空創客聯盟的成立，代表了近二十年來中國宇航產業從國家戰略走向民間的發展路徑。太空創客聯盟將會對小學至大學階段的學生科普太空知識，讓在校學生了解衛星的相關背景知識、設計、發射等原理。同時，聯盟還將專注于打造太空創客空間的相關配套體系，鼓勵更多人參與這個領域。

圖4 OILab課程體系

表1 部分創客課程簡介

4.水下機器人

機器人技術是集運動學與動力學理論、機械設計與制造技術、計算機硬件與軟件技術、控制理論、電動伺服隨動技術、傳感器技術、人工智能理論等科學技術為一體的綜合技術。其研究與開發標志著一個國家科學技術的發展水平,而其在各種機械領域的普及應用，則顯示了經濟和科技發展的實力。世界上許多國家為了推進本國的機器人開發事業，打入競爭日益激烈的國際高科技市場，不惜投入巨大的人力、財力來推動機器人技術的發展，開發出許多類型的機器人。機器人的應用領域也逐漸從人工環境擴展到水下和宇宙。隨著人口數量的增長和科學技術水平的不斷提高，人類已把海洋作為生存和發展的新領域，海洋的開發與利用已經成為決定一個國家興衰的基本因素之一，從而使水下機器人具有更加廣闊的應用前景。

5.開源村

過去幾年創客和Fab Lab引導的開源硬件，如何在自己動手、自己設計、自主部署的環境下，創造出更符合環保、更符合個人的需求的生活環境，智能而自然的居住，未來依然是一個很熱門的話題。通過在農村部署Fab Lab的方式，將全世界的創意直接透過互聯網傳送；透過數字制造的設備直接制作，和當地農民合作的方式直接部署，將全世界的開源生活創作實際帶到生活里面。

（五）設計思維

設計思維，是指在設計和規劃領域，對定義不清的問題進行調查、獲取多種資訊、分析各種因素，并設定解決方案的方法與處理過程。作為一種思維方式，它被普遍認為具有綜合處理能力的性質，能夠理解問題產生的背景、能夠催生洞察力及解決方法，并能夠理性地分析和找出最合適的解決方案。第一步：Empathize（“移情”，意思是要有同情心、同理心，去當一次客戶，體會客戶有些什么問題，社會化的思考在此最有體現）。第二步：Define（下定義）。在了解客戶之后，要做的事情是寫出一個Problem Statement來闡述一個Point of View（POV）。第三步：Ideate（“設想”，其實就是做頭腦風暴，思考盡可能多的解決方案，思考自己項目可能涉及到的人，然后再簡化為一個具體的方法）。第四步：Prototype（“原型”，用最短的時間和花銷來做出解決方案）。第五步：Test（測試產品原型）。

OILab項目課程以設計思維為學習方法論，指導學員在創客實驗室里可以快速制造任何產品和工具，并測試產品原型，加速迭代，最終完成創造性的產品制作實踐。SZOIL孵化的創客實驗室指導創客或用戶從小批量生產開始直到大批量生產出貨，致力于發展、挖掘全球創客項目及產品，研發解決方案來連接大規模生產生態系統和服務于小型硬件創業者，進一步推進我國特別是深圳在數字智能硬件的開發和生產制造的國際地位，結合新的開源方式，以及深圳現有的敏捷制造系統，將深圳打造成為未來智能硬件的硅谷。

三、結語

綜上所述，SZOIL已經探索出創客實驗室在學校內不應該是開設獨立的單一課程，如3D打印、激光切割等，而要堅持整體OI Lab課程體系和各單一課程的有機融合，支持不同學科，如中小學的物理、生物、化學、數學等基礎學科，和OILab課程體系涵蓋的課程，遵循教育教學規律，從理論到實踐，進行有機結合，讓中小學的基礎學科教師通過廣大的全球開源項目平臺以及社區，獲得更豐富的教學資源，把項目任務發布給學生，學生從做中學。通過創客實驗室課程和學校的基礎課程學習需要實踐項目的技術，在創客實驗室實際實踐項目，和創客實驗室導師或學校教師討論，解決難題，提出改善意見，實驗新的方法，分享自己的新項目。只有這樣，才能真正培養復合型創新人才，辦好讓人民滿意的創客教育。

［1］張瑞敏，李飛.創課：創客教育實施的抓手［J］.廣西廣播電視大學學報，2017（1）.

［2］宋剛，等.Fab Lab創新模式及其啟示［J］.科學管理研究，2008（12）.

［3］湯瑾瑜.“互聯網+”時代的藝術設計特征［J］.宿州學院學報，2015（11）.

（李大維，美國南加州大學博士，深圳開放創新實驗室主任）

徐小敏）