大工程觀下融合型FabLab模式在雙創教育中的應用

冷春濤， 郝 麗， 武書昆， 楚朋志， 黃宏成， 李勁松， 徐季旻

（上海交通大學學生創新中心，上海200240）

0 引 言

高校培養創新型、創業型人才是時代提出的要求，不僅是提高國家競爭力的需要，也是建設創新型國家提出的客觀要求。自國務院辦公廳關于深化高等學校創新創業教育改革下發實施意見（國辦發〔2015〕36號）以來，各高校不斷深化育人模式改革，對創新創業教育已進行了很多思考［1］，開展了相關研究［2-3］，包括師資隊伍建設改革探索［4］，針對雙創能力培養進行的改革［5］等。同時，高校在新時代下面臨著全新的內外環境，需要立足新時代發展需要，進行創新創業教育的理念和實踐創新［6］，進行全過程、全覆蓋、全鏈條、面向未來的全面教改，為創新人才打造知識空間、創客空間和孵化空間［7］。

雙創教育應重視個性化發展，突出個人制造、個性化創新的新時代特征，麻省理工學院（MIT）比特和原子研究中心（CBA）發起的微觀裝配實驗室（FabLab）［8］，可以為更廣泛的群體自由地施展其創新理念提供重要的基礎平臺，讓每個學生都可以獲得創新實踐的機會［9］，成為新的創新生態系統中重要部分［10］。特別是新工科背景下，隨著創客教育的發展，創新實踐教學的推動，很多院校建立了FabLab創客空間［11］，能夠為學生的創新思想提供一個實現空間。

未來的優秀工程師應該具備大工程觀，這既是科技發展的趨勢、學科交融的必然，又是社會的需求［12］。樹立大工程觀是工程本身的需要，是工程孕育與成長的需要，是創新的需要，是卓越工程師培養的需要，歸根結底，是涉及我國能否成為創新型國家的大事。大工程觀下，結合雙創要求，進行全新的工程實踐教學改革的探索與實踐勢在必行［13］。以某一特定專業技術為主體，融合關聯技術，實現跨界交叉融合，才能更好地培養符合新時代要求的創新人才。本文在傳統FabLab的基礎上，融入跨學科多平臺內容，特別是新知識新技術，不僅可以促進多學科領域學生的合作，開闊學生思路，更可以適應當代新產品的開發需求，提高創業的可能性，實現大工程觀下的創新創業，培養適應新時代發展要求的大學畢業生人才。

1 融合型FabLab模式

1.1 雙創建設背景

我校學生創新中心從實踐學習創新工作坊概念的提出［14］，到工程實踐創新中心的建設［15］，以及對工程訓練新的教學模式進行探索與思考［16］，并建立集思空間［17］，提供創新能力訓練和創新服務支撐的平臺，經過了一系列的創新提升。而隨著國家“雙創”戰略推進和新工科建設深入，對人才培養提出了新的要求，為了更好地培養大規模有創新精神、勇于實踐的創新人才，在入選首批國家雙創示范基地的建設任務下，學生創新中心在繼續保留并加強中心原有工程實踐教學功能的基礎上，著重建設創新能力訓練和創新孵化兩大平臺，圍繞工程訓練課程、科創競賽、校企合作和未來科技等內容，努力將學生創新中心打造成為世界一流、國內領先的科技領軍人才練武堂、工業界和大學的握手區，從而為學生創造良好的實踐、探究空間和條件。

人工智能、大數據等新科技加速了經濟和社會的迭代，對于大學生的知識結構、能力培養提出了更高的要求；老師和學生的思維方式都需要相應作出調整。我校響應國家雙創建設的號召，全力打造學生實踐、創新教育體系，以學生創新中心來補充標準化教學的個性化不足，打造企業合作課程、以賽促學、以賽促創的平臺，幫助學生在實踐中讀懂自己、讀懂世界。

1.2 主要面臨的問題

學生創新中心作為學校的實踐教學單位，主要負責全校本科生的基礎實踐教學和科創活動，有機銜接好學生第一課堂與第二堂課堂，在雙創教育改革中主要面臨如下問題：

（1）大學生創新意識不足，自身素質和綜合能力不強，高校雙創課程體系不完整，雙創平臺缺乏等因素。

（2）學生創新中心為全校不同專業、不同年級學生提供課程教學、實踐活動平臺，存在著教學對象基礎不一等問題。

（3）針對本科生缺少跨學科的團隊實踐項目，導致合作能力和集體意識缺乏，不懂得取長補短，借力而行。

（4）存在學生興趣與社會需求、實踐活動與科技發展脫節的問題，各類創新活動、創新項目無法銜接社會需求，無法產生具有實際價值的成果，導致學生對職業規劃普遍迷茫。

（5）缺少面向本科生的實驗室環境，導致本科生在科研實踐活動中的參與度不高，無歸屬感，創新落地的可能性低。

（6）雙創教育中缺乏創業指導內容，學生缺乏將創新成果轉化成實際產品的能力，更缺乏商業運作能力。

1.3 解決思路

針對新時期雙創人才培養要求及面臨的實際問題，學生創新中心在雙創示范基地建設中，搭建了校企、校地、產教、科教、產學研等實踐育人融合平臺（見圖1），科學構建高校實踐教學和創新創業教育體系機制，探索并實踐了多平臺融合的FabLab 模式，通過給學生提供知識、技能、設備、工具、環境，讓學生自己動手實現想法，主動地接受科學技術知識，以課程—競賽—創新創業的遞進互補式三角教學體系進行建設，建立機器人、無人機、智能制造、IT 等FabLab 創新平臺，給學生提供創新創業想法的“孵化器”空間。通過立體式的能力培養方法、層次化的創新教學體系，綜合交叉的硬件平臺資源，讓學生在知識獲取的同時，參與項目實踐活動和科技競賽，通過組建優秀團隊、培育潛力項目、孵化有價值產品，幫助學生將自己個性化的創新想法，形成具有實際意義的產品或產業，培養學生的大工程觀，在夯實創新技能基礎，形成創新意識，提高創新能力，增加創業可能性方面下功夫。從而讓每一位希望提升技術經驗和科研背景的學生都可以創造出自己想要的和令人矚目的成果，快速掌握專業知識并付諸實踐。

圖1 融合型FabLab建設內容

2 具體措施

（1）理論與實踐“交叉共進”，建立階梯式創新課程教學體系。形成基礎認知—課程拓展—實踐提升—競賽創新—創業孵化的階梯式教學方法，重新構建理論課程和實踐課程并重的雙創課程體系，重視基礎知識和因材施教，實現課程體系從“理論理解能力”向“反思實踐能力”轉變。在教學方面，瞄準當前機器人、無人機、智能制造、無人駕駛、AR／VR、IT物聯網等社會前沿科技，突出科技創新課程的核心地位，兼顧專業能力與創新創業能力的培養。

以機器人課程體系為例，①以基礎實踐課作為認知階段課程，從機械、電控、傳感、編程4 方面，以Arduino、VEX、LabVIEW 等平臺進行教學；②拓展選修階段，以典型機器人平臺，如移動機器人、機械臂、仿人機器人等內容，學生可以在自己感興趣的方向進一步學習；③提升階段，主要以企業課程為主，從人工智能、機器學習等方面，讓學生與企業導師面對面，與社會前沿緊密接觸，獲取實踐能力；④有了以上基礎的沉淀，接下來是競賽階段，讓學生和其他學校的同學一起在同一平臺上進行交流、切磋，不僅了解了別人的水平，同時也清楚了自己在哪些方面存在不足；⑤創新創業階段，則回到校企合作平臺，通過企業提出的新方向、新課題，輔以產品開發訓練及創業輔導課程，讓學生實現從基礎實踐能力向創新創業能力的提升。

（2）引進層次化的高水平競賽平臺，“點面互補”鞏固課程知識、拓展創新能力。堅持以競賽為驅動的創新型人才培養方式，引進基礎、拓展、提升3 種類型的競賽平臺，滿足基礎技能訓練、高級創新競賽、尖端創業能力培養等多個層次有點有面的訓練要求，讓不同階段、不同專業的學生都能得到訓練機會；以項目式管理方式，突出成本管理、工程管理等；形成完善的創業型競賽團隊組織架構，實現學生自主化團隊管理，在潛移默化中培養學生領導力、創造力，提升學生團隊合作能力。另外，為了擴大競賽受益面，面向全校各年級學生每年組織21 項校內賽，包括課程相配套的競賽、各類全國賽對應的選拔賽，以及企業合作的賽事等。

以機器人實驗室為例，引入了不同層次的競賽，涵蓋了基礎、拓展、提升3 個層次，其中基礎階段主要是參與VEX機器人競賽，利用VEX模塊化器材搭建、編程進行訓練，拓展階段是以RoboMaster 機器人競賽為平臺，從軟硬件的自主設計能力進行訓練，提升階段是以RoboCup機器人競賽為平臺，訓練學生人工智能、機器人學習等算法的開發。不同基礎的學生可以找到適合自己的競賽平臺，同時也為學生搭好不斷進步的階梯。

（3）“零距離”校企合作，實現創新能力與社會需求產業化的無縫銜接。深度開展校企合作雙創人才培養基地的建設，依據調查—研究—實踐—再研究的思路，將企業文化、工程思維與創新創業思想引入教學，結合校企聯合實驗室管理制度和企業導師制度，形成校企既分工又合作的全方位、全過程、多層次合作的運行模式；應用校企聯合開課、實習基地模式，使學生真正實現學校和企業的“零距離”，提高學生實踐能力和創新創業能力。與我校學生創新中心建立合作關系的70多家企業，均是從學生雙創能力訓練需求為出發點，根據各企業自身特點，制定具體合作內容，主要形式以課程、研習班（Workshop）、講座、實習、畢業設計、課題項目開發、校內賽等，充分發揮企業優勢，培養適應社會需求的創新人才。

（4）打造開放式FabLab 環境，突出“科技創新磁場”氛圍。實現FabLab 實驗室7 ×24 h 開放，提供全天候服務支撐、技術支撐、平臺支撐，建立機器人、無人機、智能制造、IT等4 個FabLab空間，以學生需求為主體，豐富資源、設備、工具，完善師資，提供全方位指導，使學生以FabLab為家，以項目攻關為樂，打造科創磁場。在學生創新中心，提供了眾多可以由學生自由支配、管理的創新空間，為全校本科生開放的專業實驗室。學生在這里不僅可以完成PRP項目、大學生創新實踐項目、課程設計、畢業設計等，而且可以以社團、團隊的形式入駐，自由使用3D 打印服務中心、激光切割中心、設備圖書館、軟件中心等，真正將FabLab打造成為學生的第二課堂，學生只要懷揣合理的創新設想走進FabLab，就可以利用這里所有的資源進行創作，最后捧著自己的作品走出FabLab。

3 FabLab模式的創新性

（1）基于學生知識層次特點，構建了“層次＋梯度”式培養體系。打造了認知、課程、實踐、競賽、創新、創業等階梯式培養道路，層層遞進，實現金字塔式雙創人才培養方案。引入交叉創新平臺，形成課程—競賽—創新創業的遞進互補式三角教學體系，提出“層次＋梯度”式雙創人才培養體系。

（2）提出基于競賽驅動的創業團隊商業化運營管理新模式。提出創業團隊式、商業化運營的學生賽隊管理架構，下設研發部、宣傳部、商務部、運營部等多個部門，并設立項目管理部等跨部門協作崗位，均由學生管理運營。“創業型、公司化”的大型學生組織極大地提高了學生的大工程觀、合作能力和管理能力，也形成了日后創新創業團隊的萌芽。

（3）實踐出跨學科多平臺融合型FabLab 模式。針對當前雙創人才培養要求，從FabLab的運營理念轉變入手，通過學科融合、院系融合、校企融合等一系列合作共建、資源共享等跨越性舉措，提出了跨學科多平臺融合型FabLab 模式，綜合機器人、無人機、智能制造、IT等4 個平臺，讓學生快速掌握專業知識并付諸實踐，并創造出自己想要的且符合社會需求的成果。

4 實踐成效

（1）樹立了一批優秀的學生榜樣，在校內發揮了示范引領作用。學生榜樣具有強大的影響力和感召力，在學生建設中的示范引領作用的發揮，是一種正能量的感召與傳遞，具有及時性、無障礙性、示范性的特點。學生榜樣來自學生中間，與學生聯系緊密，無時無刻都滲透感染著周圍的同學，一個雙創人才榜樣可以帶領周圍的同學形成良好的學風、校風，形成“雙創”的輻射效應，從而有效地推進創新創業人才建設。以2017 ～2018 年度張欽圣同學為例，他帶領的足球機器人SRC隊獲得了交大第一個RoboCup 小型組世界冠軍，在張欽圣的吸引下，SRC 隊成為了學生創新中心的熱門賽隊，隊員們在各類創新競賽中屢獲佳績，在招新季獲得了同學們的青睞和踴躍參與。

（2）建成了以9 大校內賽為主線的多樣化競賽體系。已建設成RoboMaster機器人競賽、VEX機器人競賽、大數據競賽、無人駕駛競賽、智能無人機競賽、中美創客校內賽、3D打印創意賽、頭腦奧林匹克（OM）校內賽、工程訓練綜合能力競賽等9 大校內競賽，選拔出優秀學生組成校隊，參加相應的全國賽及國際賽，使得各大賽事在中心常態化舉辦和發展，為學生提供了豐富多樣的競賽平臺。

（3）建設并完善了20 余門FabLab創新課程。已開設了20 余門選修課，課程學科包含了工學、理學、醫學等三大學科，全校范圍內的15 000 余名學生從這些課程中受益。在課程體系中，校企合作課程也是點睛之處，比如由MathWorks開設的Matlab 編程技巧等課程，在選課之初即大受學生歡迎，由亞馬遜企業導師講授的云計算創新應用等課程更是得到了同學們的一致好評。

（4）與70 家企業合作的不斷深入和豐富。迄今為止，已經和谷歌、微軟、德州儀器、騰訊、百度、華為等熱門高科技企業簽訂了合作協議，在課程、競賽、大學生創新實踐項目和本科生研究計劃（PRP）項目等方面進行全方位深度合作。至2019 年1 月，與中心達成合作的企業已達70 家。

（5）入駐FabLab 的12 個學生團隊不斷成熟發展，科創成果頗豐。在“雙創”建設中，涌現出來了一大批優秀的學生團隊，累計參與學生達2 000 余人，如VEX機器人賽隊、RoboMaster交龍戰隊、RoboCup足球機器人賽隊、賽車隊、VR未來實驗室、OM頭腦奧林匹克社團、航模隊、創新創業協會、工程訓練俱樂部、智慧出行俱樂部、無人機俱樂部、學生科協等。參加了RoboCup2017 獲小型組世界冠軍，2019VEX 機器人世錦賽獲世界冠軍，全國大學生機器人大賽RoboMaster2019 獲亞軍（特等獎），2018 ～2019 賽季亞洲公開賽獲最高獎，并成功組織承辦了第十六屆全國大學生機器人大賽東部分區賽和中國VEX 機器人大賽。在掛靠于智能制造FabLab的賽車隊中，教師團隊為賽車隊提供技術指導，并通過課程體系培訓和車企企業聯合實操訓練，提高同學的綜合實戰水平；組織同學參加大學生方程式賽車比賽油車比賽（FSCC 比賽）、大學生方程式賽車無人車比賽（FSEC 比賽）、世界人工智能大會中國智能汽車大賽等。

5 結 語

社會和企業對于實踐創新型人才的需求越來越大，雙創教育改革日趨迫切。大工程觀下多學科跨平臺的FabLab空間，為學生提供全天候開放實驗室，營造科技創新磁場的氛圍，提高了個性化創造、個人制造等可能性；通過跨專業多學科學生間的交流互動，促進跨界融合、多種技術間的交叉，增強學生團隊合作意識，并逐步形成創新精神；系統全面的技術、工具、軟件等的支持，為提高學生創新能力提供了強有力的保障；校企合作、高水平競賽的引入，為學生提供了更多創新平臺，大大增加了創業可能性。學生創新中心吸引了全校各學院各專業學生，已成為全校旗艦式科創平臺，僅2018 年就完成總教學人數5 249 人，近24 萬人時數。