轉型應用高校Fab Lab實驗室建設與創新實踐教學體系構建

劉少江　萬智萍　倪偉傳　瞿詩齊　黃鶴

[摘 要]地方本科高校以區域經濟發展、地方人才需求和大學生就業為導向進行應用轉型發展，是高等教育改革的重要組成部分，具有深化教學體系改革的影響和現實的重要意義。中山大學新華學院以轉型過程中的創新實踐教學體系改革為出發點，重點對Fab Lab實驗室進行建設和管理，通過學校的Fab Lab實驗室的運作實際案例來分析其教育理念和構建原則，探討以Fab Lab創新模式來設置實踐課程，引導轉型發展過程中人才培養、專業認證、特色辦學等各個環節的戰略目標發展，有利于高等教育結構優化，為區域培養更多的應用技術復合型創新實踐人才，也為地方經濟發展做出更大的貢獻。同時，大力推動“雙師雙能”型和創客教師的培養及學科的合理安排，在人才培養轉變的需求下，可有效完成高校創新強校體制機制的頂層設計和創新實踐教學改革。

[關鍵詞]地方本科高校;Fab Lab實驗室;創新實踐教學

[中圖分類號] G642.0 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2019）07-0171-04

2015年6月，國務院下發的《關于大力推進大眾創業萬眾創新若干政策措施的意見》中明確指出，推進大眾創業、萬眾創新，是發展的動力之源[1]。2015年10月，教育部、國家發展改革委、財政部發布了《關于引導部分地方普通本科高校向應用型轉變的指導意見》，意見指出，要確立高校應用型的類型定位和培養應用型技術技能型人才的職責使命，加快融入區域經濟社會發展，深化人才培養方案和課程體系改革，將創新創業教育融入人才培養全過程，加強實驗實訓實習基地建設，提升以應用為驅動的創新能力[2]。從中不難看出，地方本科院校在轉型過程中要堅持以地方為依托，辦出特色，重視實踐教學，在創新創業教育上面做文章。在“新工業革命”時代下以“創客教育”理念來推動創新實踐教育改革具有積極的現實意義。創客運動的概念是從2005年開始慢慢流行起來的，來自各行各業，各種背景的人，只要是在自主創造東西，都可以被稱作是創客[3]，其定義隨著技術的進步發生變化。創客的核心是：富有開源創新精神并具有雄心壯志的愛好者，能利用快速成型數字設備進行桌面制造革命并轉化成產品[4]。Fab Lab是由麻省理工學院比特和原子實驗室主任Neil Gershenfeld教授創建，如今已發展成為鼓勵協作、分享知識的國際性創客空間[5]。高校創新實踐教學改革必然涉及實驗室，作為承載實驗實訓實習的重要場所，以及培養創新實踐人才的基地，如何有效發揮其重要作用，用新理念、新方法、新手段深化實踐教學體系改革，抓住創客運動的風潮，以Fab Lab實驗室作為引領通過頂層設計強化實驗室建設和構建實踐教學體系。

一、創客、創客運動、創客空間與Fab Lab的內涵

創客一詞來源于英文單詞“Maker”，惠普公司前全球副總裁兼首席技術官菲爾·麥肯尼（Phil Mc Kinney）在《創客學》一書中認為，在新型經濟中，最有價值的資產不再只是擁有技術能力，或是比同行懂得更多更深的知識，而是能夠創造性地運用技術或知識，想出新創意。創客就是努力將點子變為金子的行動達人[6]。

《連線》雜志前主編、《長尾理論》《免費》的作者克里斯·安德森（Chris Anderson）在《創客：新工業革命》一書中認為，創客越來越多地用桌面制造及其制作產品，本能地通過網絡分享成果，將互聯網文化與合作引入制造過程，聯手創造著DIY的未來，形成了創客運動[7]。

全球最大創客平臺Tech Shop CEO馬克·哈奇（Mark Hatch）在《創客運動》一書中認為，便宜、功能強大且便于使用的工具，知識、資本和市場的更易獲得，對社區和本地資源的再度聚焦，對更可靠、更有質感事物的渴望，以及對如何創造實物的重新關注，推動了創客運動的發展[8]。

澳大利亞政治文化月刊Arena Mangazne的前主編，獨立媒體Crikey的自由撰稿人蓋·蘭道爾（Guy Rundle）在《創客時代》一書中認為，創客運動和創客空間運動都產生于一個最為抽象的空間——黑客空間，從黑客過渡到創客，發端于創業，創客空間的參與主體多半來自某個特定的新社會階層——那些與文化生產和知識生產有密切關系的人。

Fab Lab是一個技術原型創新和發明平臺，也是一個學習和創新平臺，所有的實驗室都使用相同的工具和采取相同的流程，這一項目是為了建立全球性的網絡和分布式的實驗室[9]。從創客到創客運動的風潮席卷全球，各類型的創客空間如雨后春筍般紛紛成立，既有大型企業和工廠也有社區和學校，它們均以開放式為主要發展模式。隨著制造工具的技術越來越先進，制造成本越來越低廉，人們可以以較小代價建成創客空間的微型實驗室;同樣其非常適合高校投入最小成本來建造，也可以在現有實驗室的基礎上進行改造，滿足有想法的學生通過基礎的培訓課程快速完成自己的創意，極大縮短了學習和制作的時間。用較小的成本建設Fab Lab實驗室并采用規范化管理更有利于開展創新教學實踐活動。

二、Fab Lab實驗室的建設和管理

通過Fab Lab的官方項目網站可以了解所需要的清單列表，有各類設備的型號和價格，還有耗材方面的信息，能夠滿足基本的設備條件就可以申請加入Fab Lab實驗室。按照項目網站指導的建設列表統計，基礎設備費用約為2.5萬到6.5萬美元，耗材費為1.5萬到4萬美元[10]。在高校建設Fab Lab實驗室不包括基建成本約為60萬元，一般所使用的軟件都采用開源或者免費的版本。

（一）Fab Lab實驗室設備

按照實驗室項目建設要求，了解所需要的清單，參考美國麻省理工學院CBA中心的Fab Lab實驗室設備網站[11]，采購需要的基本儀器設備。表1列出了基本設備型號和功能以供參考，購買基礎設備可以根據實際需求選擇不同公司的產品和型號，除此之外還需要手動的簡單設備，包括鉆床、電鋸、手持式電動工具、加熱工具、打磨工具、固定黏合與測量工具、簡單焊接工具等。

（二）Fab Lab實驗室空間布局

Fab Lab作為微觀裝配實驗室，放置設備的主工作區不需要太大面積，但是也需要考慮容納的人數和安全問題。如規劃300平方米，實驗室分為工作區和培訓區兩個部分，工作區放置的是各類制作作品所使用的基礎設備和工具，是成員進行實踐創作的主要場所，所有作品在主工作區完成，培訓區主要是對新加入的成員進行短期的培訓，使其快速了解設備的使用和注意事項，也可以作為創新課程的教學場所，還可以作為討論方案、實現創意的場所。如圖1所示。

在主工作區配置方面合理放置基礎設備，可根據規劃預留工作空間以及實際操作的人數，采取小組的形式輪流進行操作，避免空間人數過多造成混亂并出現安全事故。如圖2（A）中所示建議多采購3D打印機，因3D打印機是屬于熔融沉積堆疊方式，需要耗費的時間比較久，一般情況下配比為2臺國外產和6臺國內產，并排放置在長條桌面上，可以同時開工，大大提高了工作效率。如圖2（B）所示基礎設備全部繞墻擺放，中間作為小組手動工作實踐區，需要特別注意的是激光切割機要放置在靠近窗戶的地方并安裝通風系統，可以排出有害的煙霧，整體實驗室結構如圖3所示，分為工作區和培訓區。

（三）Fab Lab實驗室管理和課程設置

學院成立了Fab Lab創新中心，并作為獨立的部門，專門設置行政人員、夢想導師、實驗室管理實驗員等崗位，負責Fab Lab實驗室的日常管理和工作;同時其也作為以區域創新為主導的技術工作坊，提供相關的活動，教師、學生、各種技能水平的創客都可以在中心學習新的技能。每周一次開放實驗室，工作人員可以幫助創客完成自己的項目;每周一次開放數字化制造車間，學生可以體驗3D打印過程，開展DIY主題開放周活動。

開設全院的公選課，課程名稱為跨學科創意設計挑戰課程，課程主要分為三個部分：計算機輔助軟件使用、數字化設備的認識與使用、創意項目設計與實現。創意設計課程是以跨學科的形式，組織學生成立6人創客團隊，遵循“構思→設計→實現”的理念，使其完成自主設計的創意項目。

（四）申請成為Fab Lab成員

按照基本配置要求建設好Fab Lab實驗室并開始運作后，可以進入Fab Lab的官方網站，進入Labs欄目，注冊資料增加實驗室，然后等待審核通過后就可以成為Fab Lab的國際成員[12]。在列表中選擇國家地區，通過地圖可以找到實驗室相關登記信息，如圖4所示。

三、創新實踐教學體系構建

隨著技術的快速發展，在“互聯網+創業”時代下，現代大學生早已融入網絡世界，在MOOCs、微課、在線課程學習平臺、翻轉課堂等多種教育技術和形式的沖擊下，傳統課堂一直被詬病。這種現象說明教育也從原子世界走向比特世界，更多人覺得利用新技術可以替代現有的教育模式，忽略了傳統課堂的作用。創客文化的興起，把人們從比特世界又拉回了原子世界，我們所體驗的更多的是真實世界，雖然會被認為是活在虛擬世界里，但借助創客教育來助推創新實踐教學體系的構建也符合地方高校的轉型戰略發展目標。Fab Lab的建立起到了一種引領和推動的作用，能探索更適合學生特點、能充分發掘其潛力的創新教育。在專業教學計劃建設方面按照轉型目標要求，加大實驗實訓實踐比重，采取更有效的辦法提高學生興趣，分年級采取不同的實踐方式激發學生的學習熱情。

（一）入學創新工程實踐

剛從高中畢業的大學生經過軍訓之后正式進入大學教育課程體系，一開始接觸的基礎課程和通識教育，讓很多學生感受到跟高中區別不大，與自己所期望的學習生活有一定的落差，對專業的認識只是在入學教育中有模糊的了解，在培養學生的“人文精神”同時也應該培養學生的創新實踐能力，學生通過加入社團來提高自己各方面的能力，培養自身的興趣，轉型為應用型的本科高校更應該增加入門的工程實踐教育，讓學生在不具備專業知識的背景下早動手、早入實驗室，目的是激發學生的學習興趣，采取系統方法讓學生進行動手的認知訓練。如以較集中的方式開設CAD工程制圖、電子電氣創新基礎工程訓練等課程，課程的內容采用面包板和開源硬件，在不需要理解器件內部工作原理的情況下，達到一定的快速開發項目的目的。不同專業的學生可以依據專業工程技術的特點，選擇入門實踐課程，早動手、早進實驗室，激發專業學習的熱情，可以利用較多的課時進行項目的快速動手能力開發。

（二）構建創新實踐“第二課堂”

按照規定的教學計劃和時間進行的教學活動一般都稱為第一課堂，第二課堂被認為是第一課堂外的時間延續。傳統的方式更多的是增加了教學的時間，特別對低年級的學生來說，其跟課堂教學沒有本質的區別，還占用了課外時間，影響了社團活動。以學生為本的實踐教學的目的更多的是激勵和引導，構建以學生為中心的創新實踐第二平臺，從組織、計劃、安排、教學以及項目實踐全都由學生自主安排，教師以導師制形式給學生提供專業指導和幫助。教學的主體是高年級各專業的學生，低年級的學生則參與學習和參加項目實踐;在每學期教學周中，計劃安排每周2～3次教學實踐活動，高年級學生根據需求以個人或團隊形式準備專業或系統的課程，并作為主講教師全程進行授課且指導參加活動的低年級學生;在期末結束的最后一周作為實踐周，學生根據所學知識以個人或團隊形式完成獨立的實踐項目。

（三）依托Fab Lab實現創意項目

第一課堂的學習和第二課堂的創新實踐為學生更早動手、更早進入實驗室打下了堅實的基礎，技術的提升是為更好地解決問題而服務的，以創新實踐課程來加強學生的動手能力和培養學生的創新精神，通過訓練來提升技術技能水平，但這并非就是創新教育，也并非就是創客教育。教師需要引導學生解決真實問題，怎么樣用技術來解決真實問題，或者以真實問題來研究技術的解決辦法，這種引導本身就是“學以致用”的展現。要讓學生以個人或團隊的形式在課程培訓完成的情況下利用Fab Lab實驗室的資源完成個人和團隊制造，從制造到創造，實現創意，解決真實問題。

（四）四年工程實踐教育不斷線

轉型高校的目標是培養應用型技術技能型人才，深化創新實踐教育改革，在課程體系中融入創新創業教育，促進大學生創新創業的活動開展。從學生入校開始到走向實習崗位的四年學習過程中，堅持工程實踐教育不斷線具有重要現實意義。要讓學生入校進行創新基礎訓練，在通識教育階段融入基礎實踐課程，在專業課程階段融入創客教育。教師在完成基本的教學計劃和方案的任務后，要結合學生學習的特點，不斷反思和總結教學經驗，全程指導和參與學生的創新實踐學習活動，以創客教師的要求提升自己的業務水平，在創客教育的過程中成長為“雙師雙能”型實踐教師。低年級的學生通過動手實踐來增強學習的積極性;高年級的學生力求跨學科掌握更多技術技能來解決真實問題，同時參與指導低年級學生的教學和項目;畢業班的學生完成綜合實踐項目，能夠在日后的實習中具有良好的業務素質，具備一定的創業能力。工程實踐教育貫穿大學四年，以學術競賽、創新項目等為載體，創客活動為依托，推動創新實踐教學體系不斷發展和完善。

四、結語

從Fab Lab實驗室的規劃和建設到創新實踐教學體系的構建，既相互獨立又互相滲透，形成一個教育有機體。開展創客教育就是以因材施教為導向，激發學生的個人制造和團隊協作能力。課內和課外進行交叉滲透，教師以導師方式全程參與和指導，學生不光以學還可以以教的方式融入其中，他們的角色在動態學習過程中發生轉變，利用桌面快速制造技術實現創意項目，優化傳統課堂和翻轉課堂，轉型高校的深化改革也是人才培養轉變的改革，以創客教育為引領推動實踐教學的深化改革。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 中華人民共和國政府網[EB/OL].http：//www.gov.cn/zhengce/content/2015-06/16/content_9855.htm.

[2] 中華人民共和國教育部網[EB/OL].http：//www.moe.edu.cn/srcsite/A03/moe_1892/moe_630/201511/t20151113_218942.html.

[3] （美）陳一佳.創客法則：頂級創業公司的創新密碼[M].北京：中信出版集團，2015.

[4][7] （美）克里斯·安德森著.創客：新工業革命[M].蕭瀟譯.北京：中信出版集團，2015.

[5] 徐婧，房俊民，唐川，田倩飛，王立娜.FabLab發展模式及其創新生態系統[J].科學學研究，2016（5）：765-770.

[6] （美）菲爾·麥肯尼著.創客學[M].蘇西譯.廣東：世界圖書出版廣東有限公司，2013.

[8] （美）馬克·哈奇著.創客運動[M].楊寧譯.北京：機械工業出版社，2015.

[9] （澳）蓋·蘭道爾著.創客時代[M].高宏譯.北京：機械工業出版社，2016.

[10] Fab Lab項目網站[EB/OL].http：//www.fabfoundation.org/index.php.

[11] 美國麻省理工CBA中心[EB/OL].http：//fab.cba.mit.edu/content/tools/.

[12] Fab Lab官方網站[EB/OL].https：//www.fablabs.io/labs.

[責任編輯：劉鳳華]