互聯網+3D打印技術支撐下的實驗室開放平臺建設與探索

張海　付偉

摘要：中國“大眾創業、萬眾創新”的戰略對高等院校是一次重大的發展機遇，同時也是潛在的挑戰。面對這些挑戰，實驗教學中心建設互聯網+3D打印技術支撐下的高等學校實驗室開放平臺，全方位整合師生線上、線下的實踐活動，讓創新創業的理念全面覆蓋教學前期、中期和后期等各個階段，將創客運動和實驗室開放有機結合，通過搭建開放的實驗平臺為人才培養創客化提供有力的支撐，提高了大學生和研究生的創新、創造和創業能力。

關鍵詞：互聯網；3D打印；實驗室開放平臺；創客文化

中圖分類號：G482 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）49-0139-03

自從李克強總理在2015年年初探訪了深圳的柴火創客空間之后，從城市到社區，從高校到中小學，都涌現出更多設立創客空間的訊息。著眼于推進“大眾創業、萬眾創新”，國務院辦公廳于3月11日發布了《關于發展眾創空間推進大眾創新創業的指導意見》，提出八項重點任務，包括加快構建眾創空間、降低創新創業門檻、鼓勵科技人員和大學生創業、支持創新創業公共服務、加強財政資金引導、完善創業投融資機制、豐富創新創業活動和營造創新創業文化氛圍[1]。

這對中國創客運動和創客群體是一次重大的發展機遇，同時也對高等院校發出潛在的挑戰。面對這些挑戰，建設互聯網+3D打印技術支撐下的高等學校實驗室開放平臺，全方位整合師生線上、線下的實踐活動，讓創新創業的理念全面覆蓋教學前期、中期和后期等各個階段，將創客運動和實驗室開放有機結合，促進人才培養創客化，對于全方位提高大學生和研究生的創新、創造和創業能力具有重要意義[2-6]。

一、互聯網+3D打印開放實驗平臺建設

創客文化的基本內涵是創新，同時特別強調“做中學”（learning through doing）”，注重實現樣機制造和產品化推廣。可以看出，創客文化內涵與高等學校大力倡導的“創新、創造和創業”三創教育在本質上是一致的，只不過前者可能更加注重基于互聯網開放資源的自主學習、自主創新、自主制造和自主創業，而后者可能更加注重基于系統理論學習的教師指導下創新、創造和創業[7]。

創客活動離不開相關軟件平臺和硬件平臺，離不開3D打印機、數控加工機床等設備以及大量的儀器、工具和材料，離不開和互聯網環境下的實時交流，這種創客環境既無法在圖書館中建立，也無法在滿是桌椅板凳的教室中建立，只能依靠實驗室開放才能建立起來。

實驗室以6臺3D打印機為基礎，將3臺大型的數控加工中心、1臺小型的數控車床、2臺小型數控銑床等設備作為支撐，并配以型材切割機、臺鉆、焊機等輔助工具，建立一個相對完整的開放實驗硬件平臺，為學生開展創客活動創造基礎的開放平臺。

二、開放實驗平臺實踐環節設置

在開放實驗硬件平臺上，學生通過三個階段的參與實現實踐創新的創客活動，流程如圖1所示。

1.設計階段。學生在課堂上學習相關的專業知識后進入實驗室。在開放的實驗平臺里，學生依據自己的興趣和特長，將自己學習中發現的問題轉化為實驗項目，向實驗室提出申請，由實驗室組織專家進行評審，對可行的、創新性的項目進行資助。在項目的執行過程中，學生自己設計實驗內容，自己準備實驗，完成實驗操作，自己完成實驗總結與論文，自己制作匯報材料并進行交流。在整個實驗過程中，教師的角色是項目指導者、評判員，而學生是全程參與者、實踐員。這樣，學生掌握了學習的主動權，也給予學生發揮能力的空間。

在設計的過程中，學生可訪問通過互聯網了解全球最前沿工業設計。在實際應用中，實驗室與shapetizer平臺合作，通過國際化的Shapetizer平臺與全球的3D打印愛好者切磋交流，互通有無。通過互聯網，學生可以將設計3D打印模型作品后上傳至網站，向全球售賣自己的作品；而可以作為一個3D打印節點，為全球用戶提供產品加工服務。此過程不僅能培養學生的創新意識，也能給學生帶來直觀的收益，實現第一次“微創業”。

2.硬件實踐階段。在創意設計實現后，實驗室開放平臺為學生提供硬件環境，學生在實驗室通過3D打印機、數控加工中心等設備，自身創意的實現，獲得最直觀的體驗，并在此基礎上修改完善。在硬件實踐階段中，學生的實踐動手能力和創新意識明顯提高。近三年來，通過大量的實踐項目，學生申報實驗裝置、實驗方法方面的國家發明專利、實用新型專利共20多項。圖3為學生設計的一種手持式拾球器，圖4為使用3D打印機生成主要部件并裝配的實物樣品，此設計已獲專利。

3.社會實踐階段。在完成常規的教學內容后，學生在教師以及企業相關人員的指導下全面體驗創業過程，如市場調研、用戶需求分析、用戶時空分布；產品研發、設計和包裝；銷售策略；廣告、宣傳手段；物流和倉儲，以及基本的財務、行政和人事職能等各個方面。實現對實際創業環境的全方位模擬。在整個實踐周期內，學生將被分為若干小組，在企業導師和學校教師指導下應對創業過程中的若干實際問題。實踐完成后，各組將提交各自的“創業實踐報告”，并以實際經營環節的平均利潤率作為量化考核指標。

三、開放實驗平臺實踐成效

1.學生實踐創新能力明顯提高。學生參與實踐環節及科研項目的主動性大大增強，學生的綜合素質有了很大的改善，特別是在學生的主動學習能力、獲取信息能力、動手操作能力、團隊合作能力、語言交流能力和寫作表達能力等方面得到了很大的提升（如圖5（a）），開拓了學生的創新思維，樹立了嚴謹求實的科學作風，增強了學生面向社會的信心。近年來，學生在創新創業競賽方面獲各類獎勵和表彰多項，其中獲國家級獎16項，獲省級獎96項（如圖5（b））。創新成果豐富，多人獲國家專利（如圖5（c））。

2.學生就業創業能力大大提升。在互聯網+3D支撐下的實驗室開放平臺中，學生往往能夠接觸到前沿技術知識，有助于學生積累新的就業技能。學生在教師以及企業相關人員的指導下全面體驗創業過程，實現對實際創業環境的全方位模擬。在整個實踐周期內，學生應對創業過程中的若干實際問題，直接體驗、參與真實的產品制作以至銷售過程，并以實際經營環節的平均利潤率作為量化考核指標。項目的進行全面提升了學生就業創業能力。

四、結論

國家的“大眾創業、萬眾創新”戰略既是挑戰，也是機遇。高校的實驗室要將創客運動和實驗室開放有機結合在一起，通過搭建開放的實驗平臺為人才培養創客化提供有力的支撐；打造“創新、創造、創業、行動、團隊”的創客文化，將實踐創新融入到實驗教學；建設實驗室創客平臺的團隊，形成一支從一至四年級本科生和碩士研究生共同參與的梯階式創客隊伍，確保薪火相傳、持續發展。這樣才能全方位提高大學生和研究生的創新、創造和創業能力。

參考文獻：

[1]顧學雍，汪丹華.創客運動與全球化的科技教育[J].現代教育技術，2015，25（5）：12-17.

[2]張艷芬，劉中成，耿強.新形勢下高校實驗室開放管理與運行機制的研究[J].實驗技術與管理，2013，30（3）：180-183.

[3]姜奇平.創客：再工業時代的新人[J].IT經理世界，2012，（22）：104-105.

[4]姜奇平.史詩般的創客與新工業革命[J].互聯網周刊，2012，（23）：6.

[5]陳以一，李曄，陳明.新工業革命背景下國際工程教育改革發展動向[J].高等工程教育研究，2014，（5）：1-5.

[6]邱學青，李正，吳應良.面向“新工業革命”的工程教育改革[J].高等工程教育研究，2014，（5）：6-8.

[7]胡福文，徐宏海，張超英等.基于創客文化的實驗室開放平臺建設研究與探索[J].實驗技術與管理，2015，32（7）：244-248.