基于Fab-Lab2.0平臺的實踐創新人才培養模式探索
——以集思空間為例

李勁松， 李翠超， 湯國亮

(上海交通大學 學生創新中心，上海 200240)

0 引 言

哈佛大學創新實驗室的托尼·瓦格納教授因在創新人才培養領域所取得的卓越建樹，受邀在2014年世界教育創新峰會上以“如何培養下一個喬布斯”為題做主旨演講。演講中，他提出“當今世界所關心的并不是你知道什么，而是你能用你知道的為世界做什么”的觀點。筆者非常贊同瓦格納教授的觀點。原因非常簡單：就像空氣和水一樣，如今知識已成為一種幾乎完全免費的東西，借助任何互聯網設備都可以快速獲取。因此，我們通過學校和大學教育所獲得的比其他人更多知識的競爭優勢正迅速消亡。這就意味著高等教育更應注重培養一些世界需要的具有創新意識、具備創新技能的人，而非僅僅掌握更多知識的人。這是一個全新的非同尋常的教育問題，因為現在僅僅掌握學科知識是遠遠不夠的，當然這很重要，但還很不夠。

1 學生創新中心的創建

以承擔國家首批高校“雙創示范基地”建設為契機，借助由傳統的工程訓練中心向學生創新中心(Student Innovation Institute-SI2)的轉型建設，我校嘗試構建了包括創新能力訓練和創新服務支撐兩大平臺，探索面向世界所需的創新人才培養模式。創新服務支撐平臺以各類工程服務中心為主要建設內容；創新能力訓練平臺則以各類開放式創新工作坊建設為主要內容。學生創新中心建設的主要內容如圖1所示。下面重點以創新能力訓練平臺為例進行論述。

圖1 學生創新中心建設主要內容

針對工程訓練中心在創新人才培養過程中遇到的瓶頸問題[1-3]，學生創新中心的創新能力訓練平臺旨在為學生提供各類創新活動支持，平臺基于 Fab-Lab模式進行建設。Fab-Lab即微觀裝配實驗室(Fabrication Laboratory)，發源于美國MIT比特與原子研究中心，涵蓋設計、制造、測試、分析等產品全生命周期，同時強調開放、共享的理念，學生可以在Fab-Lab里面設計、制造、加工多種產品和原型。目前全球40多個國家已建成200余間Fab-Lab，Fab-Lab強調以用戶為中心，徹底改變了傳統創新模式[4-6]。

如果說MIT比特與原子研究中心提出的是Fab-Lab1.0概念，我校學生創新中心建設的則是Fab-Lab2.0版，并以集思空間作為第一間Fab-Lab2.0嘗試運行與探索實踐。

2 全方位支撐院系實踐課程

創新不是空中樓閣，創新需要扎實的基礎，創新強調實踐[7]，集思空間的建設更加突顯實踐對于支撐創新的重要性。如何將實踐環節引入集思空間其中，是空間建設面臨的首要問題。

近年來，學校各學院開設的面向工科平臺學生的諸如工程學導論、設計與制造Ⅱ、工程實踐、創新思維與現代設計等核心課程，不僅學生人數較多，且都有明確的動手與實踐需求，項目式推進的教學方式對于實踐以及加工環節提出了更高要求。集思空間的建設，契合了上述課程對于實踐環節支撐的目標，滿足了學生課內設計交流、課外動手實踐的需求，彌補了創新人才培養在實踐方面的短板[8]。

以2016～2017(1)學期的工程實踐課程為例，集思空間累計為214名工科平臺學生提供了包括3D打印、激光切割、金屬零件加工、電路焊接、程序調試、裝配運行等在內的各類加工指導與服務，協助學生完成了16組“基于PLC控制的簡易靈巧機械手”以及24臺“基于單片機控制的S型越障小車”的搭建工作，并組織承辦了課程的結題驗收與展示活動。工程學導論、設計與制造Ⅱ、創新思維與現代設計是我校機械與動力工程學院開設的幾門核心課程，2016～2017(1)學期，集思空間累計接待了超過120名學生，為近30組項目提供了各類加工與指導服務，有效地支撐與保障了2016年秋季學期本科生課程項目成果展的順利進行(見圖2)。2016～2017(2)學期，支撐建筑系15組近60名學生進行實踐加工，保證了“2016級建造節及設計基礎教學成果展”順利進行。

為此，集思空間建立了實踐指導教師輪流值班制度。通過近全天候的支撐開放服務，每學期可以支撐7～8門次院系課程的實踐環節，受益學生超過600人，人時數可達25 000以上。集思空間為實踐課程提供了場地、設備、耗材、人員以及管理上的全方位支撐；實踐課程則為集思空間的運行提供了參考、借鑒、定位與活力，兩者相輔相成、相得益彰。

3 打造層次化實踐課程體系和梯度式培養模式

學科交叉是Fab-Lab2.0創新平臺建設的主題，也是充分體現Fab-Lab2.0內涵的關鍵所在。在擬定Fab-Lab2.0建設思路的過程中，將涉及學科廣泛、體現交叉前沿的技術主題擺在首位。經充分調研論證，目前中心建設的Fab-Lab2.0主要面向無人機技術、機器人技術、信息技術、智能制造技術等主題。

其中，集思空間定位為無人機主題Fab-Lab，采用中心與學校航空航天學院共建模式。通過打造機械、電子、自動控制、軟件以及工業設計等多學科交叉平臺，借助綜合性的無人機平臺資源、層次化的創新教學體系、立體式的能力培養方法，建設規劃無人機交叉創新中心。瞄準當前農用無人機、電力檢測無人機、地質測繪無人機等社會熱點及產業需求，空間引入多旋翼、固定翼、多棲、仿生等專用機型，還選配包括圖像處理、導航定位、模式識別、姿態控制器單元及其他傳感模塊，為學生提供豐富的無人機硬件及軟件開發平臺，實現全方位的無人機技能訓練。

同時，結合我中心開設的實習課、通識核心課、選修等課程，針對不同專業、不同年級的學生，空間實施層次化的實踐課程體系[9-10]。面向低年級學生進行以基礎知識、基本方法、基本技能為主體的實習以及認知技能訓練；面向高年級學生則開展以注重知識運用、系統設計與集成、工程技能培養為目標的探究以及選修課程，在項目實踐中培養學生交際溝通、分析調研、團隊合作、解決問題的能力[11]。

項目實踐內容大多來源于國際知名企業的實際項目與課題，貼近社會及市場需求，符合工程技術發展趨勢與導向。同時，課程教師隊伍由學校各院系具有豐富教學及科研經驗的老師與知名企業的資深技術工程師共同組成。經過課程學習，學生不僅有機會獲得國際知名企業提供的崗位培訓、見習實習、夏冬令營等資格，還有機會代表學校參加各類相關主題的競賽活動。

在面向經過了前述實踐課程的錘煉，具有一定的動手能力和創新基礎的本科高年級學生申報學校各類項目課題過程中(目前學校的大創項目管理運行也納入了學生創新中心統一實施)，通過鼓勵來自不同院系專業的學生聯合申報，使得組員間可以取長補短，項目層次化和實施性得以充分體現。

通過層次化實踐教學(課程體系見圖3)、項目開展、競賽參與、課程/畢業設計相結合的梯度式培養模式，打通了學生從低年級一直到高年級創新能力培養的可持續通道。同時，Fab-Lab2.0所注重的學科交叉特點，使得來自不同院系學生的創新實踐活動優勢互補、事半功倍。

圖3 層次化實踐課程體系

4 “雙重驅動”引領創新團隊

創新團隊是體現Fab-Lab2.0活力的重要標志，無論從學生工作室，到創新工作坊，再到集思空間，創新團隊建設一直是倍受關注的。全校每年有近1 000項的各類學生創新項目，學生創新團隊更是數不勝數。學生創新團隊采用申報入駐、定期退出的模式進入集思空間開展各類活動，以最大限度地保證資源有效合理利用。

除了采用組長負責、學長牽引、導師團把關的項目式管理模式外，空間提出了產出驅動和使命驅動相結合的“雙重驅動”機制引領創新團隊建設。現有體制下的立項項目，學生獲得結題通過相對來講還是比較容易的。長此以往，學生的潛能得不到最大程度的挖掘，對于學校的資源，某種意義上來說也是一種浪費。產出驅動可以有效克服以往項目結束研究即告終止的弊端，為督促團隊產出，入駐伊始，需與空間簽訂培養協議。一般來說，空間可以提供場地、設備、部分免費的材料，乃至加工培訓與輔導等服務；相應地要求每個團隊在撤出空間時，至少應有以下之一作為成果產出：1篇論文、1個專利、1個獲獎、1項評優。根據項目性質及產出情況確定或延長入駐時間，根據項目大小，原則上每個學生團隊入駐空間周期為0.5年，最長不超過1年。

實驗室文化是其在發展過程中所形成的工作方式、思維習慣和行為準則，她對團隊的影響是潛移默化有時甚至是決定性的。集思空間在注重對于學生個人知識、技術層面提高與培養的同時，通過學校使命、社會使命、國家使命的文化意識營造，形成相互合作、彼此信任、勇于擔當的團隊氛圍。利用“雙重驅動”模式引領、培育創新人才，達到事半功倍的效果。

據統計，2年間有超過40支各類學生科創團隊申請并入駐集思空間。其中，本科生團隊38支，研究生團隊2支，固定學生社團4個，成員來自電信、機動、船舶、材料、密西根、航空航天、環境、媒體與設計等多個院系，總數超過200人。入駐學生團隊獲得了包括第二屆全球重大挑戰論壇學生日比賽銀獎、第十四屆“挑戰杯”全國大學生課外學術科技作品競賽決賽特等獎、全國首屆智能產品創新設計大賽亞軍、第38屆世界頭腦奧林匹克決賽大學組冠軍、“昆侖潤滑油杯”2015中國大學生方程式汽車大賽(燃油組)第三名在內的各類國家級獎項6項。學生申報發明專利3項、晉升國家級大學生創新創業訓練計劃項目8項、晉升上海大學生創新活動計劃項目3項。涌現出一批小有聲望的校園“科創達人”與技術“大牛”，成為各院系學生科技創新的主力與引領者。同時，在他們的影響與帶領下，一批批校園科創新秀得以最快地脫穎而出，迅速成長，形成梯隊并相互協作，使得項目式的實踐創新人才培養工作高效推進。

5 多方聯動培育創新成果

立足于長遠發展，Fab-Lab2.0建設定位于三方共建的模式，即學生創新中心+學院+企業聯合建設。中心提供場地、設備、核心課程、管理與保障人員；學院提供師資、專業指導；企業提供社會需求、把握行業發展與實驗室建設方向。多方聯動的創新開放平臺具備以下特點：具有較強的先進性、開放性、工程實踐性；具備較強的產業活躍度并充分體現學校的特色優勢；多專業交叉、協同和集成。中心則以培養創新型人才為出發點，充分調動行業和企業的優勢，打造學科交叉環境并建立起有應用導向的科技前沿的實踐實驗環境，激發學生們的興趣，引導學生們圍繞科技前沿的實驗平臺形成創新課題，保證實驗室持續、健康發展。

目前，集思空間已經與大疆公司建立了聯合實驗室；與若聯、幻飛智控等無人機公司達成合作意向，與中航集團下屬研究所正在進行合作洽談。企業為Fab-Lab2.0的發展指明了技術前沿，依托Fab-Lab2.0建設的交叉創新平臺，每年通過定期發布校企合作創新項目、企業培訓課程、畢業設計課題、企業真實實習環境等方式為中學生、本科生、乃至工程碩士提供各類信息及項目支持。

各主題Fab-Lab開設的企業共建課程達到4個模塊，在第十四期“上海交通大學大學生創新實踐計劃”項目立項之初，通過各種途徑向Inter公司征集研究項目10項，向Honeywell公司征集研究項目6項，向NI公司征集研究項目6項，分類向對口院系發布，并由院系與企業雙方導師共同進行指導。這些項目更加貼近企業需求，符合科技發展最新趨勢。同時采用多種方式聘用院系教師、企業導師，進行立體化項目指導，多元化理論與實踐授課。定期組織舉辦各類講座、沙龍、競賽、實習招聘等活動來達到與企業及院系對接，實現多方聯動的目的。

集思空間定期舉行入駐團隊項目展示活動，邀請政府、企業、風投創投等多方專家對學生項目進行指導、評審，遴選有發展潛力的項目、團隊進行重點培養和孵化。2016年11月，集思空間入駐學生團隊受邀在上海虹橋臨空經濟園區舉行了項目中期檢查暨匯報展示活動。作為創建上海虹橋智能科技創新中心研討會的重要議程，活動邀請到長寧區知識產權局領導以及創業投資基金執行合伙人、阿里集團戰略投資基金會總經理等嘉賓擔任評委。圍繞實用價值、技術創新性、應用推廣前景以及項目產品化程度等評審標準對10個學生團隊項目進行了指導與點評，有針對性地提出下一步完善與改進的建議與意見，遴選出1個團隊項目進行后期輔導與重點培育，目前該項目已實現部分產業化。

在管理中，集思空間實行教師管理員與學生自主管理相結合的模式。先后制定出臺了“集思空間學生(會員)自主管理辦法”“集思空間學生會員公約”“集思空間學生(使用者)信用記錄與管理辦法”等規章制度。建立定期師生聯席會議制度以及定期學生使用反饋征詢制度。采用門禁形式進行實驗室預約使用以保證服務質量，利用全天候監控提醒以及設備儀器培訓后授權使用模式，最大限度地保證學生使用安全。

在Fab-Lab2.0建設推進過程中，也注意到以下幾個問題需要進一步梳理協調：① 主題(創新)型Fab-Lab2.0與通用(傳統經典)型Fab-Lab1.0的定位與統籌；② Fab-Lab2.0的可持續發展；③ Fab-Lab2.0的宣傳與共享。以上問題在Fab-Lab2.0的后續建設中將予以重點考慮關注。

6 結 語

經過實踐證明，定位于支撐課程實踐環節，支撐各類學生創新項目、畢業設計、競賽的Fab-Lab2.0建設，可以解決現存的問題，更好地培養大規模富有創新精神、勇于投身實踐的創新創業人才隊伍，為高校創新人才培養模式開辟新途徑。① 通過實驗室預定、設備借出、全天開放等服務模式成為開放式學生創新圖書館，改變以往單純只為實踐類課程服務的模式。② 可整合多個學科專業的特色，形成交叉性、產業前沿性應用驅動的創新實踐平臺，打破學科壁壘，能使學生從多角度去驗證所學的專業知識、擴展思維，通過研討、實踐、競賽及模擬訓練等方式，增加創新實踐的機會，充分調動激發學生的創造力。③ 工科類Fab-Lab2.0的建設模式，可以推廣到理科類、設計學科類、材料環境化工類等學科，建立一系列的Fab-Lab2.0，通過大量實踐教學活動，打破傳統教學中重知識輕能力的教學模式。④ Fab-Lab2.0全面開展與產業的合作，把企業的實際問題需求，引入到學生創新實踐中，為創業人才的培養奠定基礎。