转型应用高校Fab Lab实验室建设与创新实践教学体系构建

刘少江　万智萍　倪伟传　瞿诗齐　黄鹤

[摘 要]地方本科高校以区域经济发展、地方人才需求和大学生就业为导向进行应用转型发展，是高等教育改革的重要组成部分，具有深化教学体系改革的影响和现实的重要意义。中山大学新华学院以转型过程中的创新实践教学体系改革为出发点，重点对Fab Lab实验室进行建设和管理，通过学校的Fab Lab实验室的运作实际案例来分析其教育理念和构建原则，探讨以Fab Lab创新模式来设置实践课程，引导转型发展过程中人才培养、专业认证、特色办学等各个环节的战略目标发展，有利于高等教育结构优化，为区域培养更多的应用技术复合型创新实践人才，也为地方经济发展做出更大的贡献。同时，大力推动“双师双能”型和创客教师的培养及学科的合理安排，在人才培养转变的需求下，可有效完成高校创新强校体制机制的顶层设计和创新实践教学改革。

[关键词]地方本科高校;Fab Lab实验室;创新实践教学

[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2019）07-0171-04

2015年6月，国务院下发的《关于大力推进大众创业万众创新若干政策措施的意见》中明确指出，推进大众创业、万众创新，是发展的动力之源[1]。2015年10月，教育部、国家发展改革委、财政部发布了《关于引导部分地方普通本科高校向应用型转变的指导意见》，意见指出，要确立高校应用型的类型定位和培养应用型技术技能型人才的职责使命，加快融入区域经济社会发展，深化人才培养方案和课程体系改革，将创新创业教育融入人才培养全过程，加强实验实训实习基地建设，提升以应用为驱动的创新能力[2]。从中不难看出，地方本科院校在转型过程中要坚持以地方为依托，办出特色，重视实践教学，在创新创业教育上面做文章。在“新工业革命”时代下以“创客教育”理念来推动创新实践教育改革具有积极的现实意义。创客运动的概念是从2005年开始慢慢流行起来的，来自各行各业，各种背景的人，只要是在自主创造东西，都可以被称作是创客[3]，其定义随着技术的进步发生变化。创客的核心是：富有开源创新精神并具有雄心壮志的爱好者，能利用快速成型數字设备进行桌面制造革命并转化成产品[4]。Fab Lab是由麻省理工学院比特和原子实验室主任Neil Gershenfeld教授创建，如今已发展成为鼓励协作、分享知识的国际性创客空间[5]。高校创新实践教学改革必然涉及实验室，作为承载实验实训实习的重要场所，以及培养创新实践人才的基地，如何有效发挥其重要作用，用新理念、新方法、新手段深化实践教学体系改革，抓住创客运动的风潮，以Fab Lab实验室作为引领通过顶层设计强化实验室建设和构建实践教学体系。

一、创客、创客运动、创客空间与Fab Lab的内涵

创客一词来源于英文单词“Maker”，惠普公司前全球副总裁兼首席技术官菲尔·麦肯尼（Phil Mc Kinney）在《创客学》一书中认为，在新型经济中，最有价值的资产不再只是拥有技术能力，或是比同行懂得更多更深的知识，而是能够创造性地运用技术或知识，想出新创意。创客就是努力将点子变为金子的行动达人[6]。

《连线》杂志前主编、《长尾理论》《免费》的作者克里斯·安德森（Chris Anderson）在《创客：新工业革命》一书中认为，创客越来越多地用桌面制造及其制作产品，本能地通过网络分享成果，将互联网文化与合作引入制造过程，联手创造着DIY的未来，形成了创客运动[7]。

全球最大创客平台Tech Shop CEO马克·哈奇（Mark Hatch）在《创客运动》一书中认为，便宜、功能强大且便于使用的工具，知识、资本和市场的更易获得，对社区和本地资源的再度聚焦，对更可靠、更有质感事物的渴望，以及对如何创造实物的重新关注，推动了创客运动的发展[8]。

澳大利亚政治文化月刊Arena Mangazne的前主编，独立媒体Crikey的自由撰稿人盖·兰道尔（Guy Rundle）在《创客时代》一书中认为，创客运动和创客空间运动都产生于一个最为抽象的空间——黑客空间，从黑客过渡到创客，发端于创业，创客空间的参与主体多半来自某个特定的新社会阶层——那些与文化生产和知识生产有密切关系的人。

Fab Lab是一个技术原型创新和发明平台，也是一个学习和创新平台，所有的实验室都使用相同的工具和采取相同的流程，这一项目是为了建立全球性的网络和分布式的实验室[9]。从创客到创客运动的风潮席卷全球，各类型的创客空间如雨后春笋般纷纷成立，既有大型企业和工厂也有社区和学校，它们均以开放式为主要发展模式。随着制造工具的技术越来越先进，制造成本越来越低廉，人们可以以较小代价建成创客空间的微型实验室;同样其非常适合高校投入最小成本来建造，也可以在现有实验室的基础上进行改造，满足有想法的学生通过基础的培训课程快速完成自己的创意，极大缩短了学习和制作的时间。用较小的成本建设Fab Lab实验室并采用规范化管理更有利于开展创新教学实践活动。

二、Fab Lab实验室的建设和管理

通过Fab Lab的官方项目网站可以了解所需要的清单列表，有各类设备的型号和价格，还有耗材方面的信息，能够满足基本的设备条件就可以申请加入Fab Lab实验室。按照项目网站指导的建设列表统计，基础设备费用约为2.5万到6.5万美元，耗材费为1.5万到4万美元[10]。在高校建设Fab Lab实验室不包括基建成本约为60万元，一般所使用的软件都采用开源或者免费的版本。

（一）Fab Lab实验室设备

按照实验室项目建设要求，了解所需要的清单，参考美国麻省理工学院CBA中心的Fab Lab实验室设备网站[11]，采购需要的基本仪器设备。表1列出了基本设备型号和功能以供参考，购买基础设备可以根据实际需求选择不同公司的产品和型号，除此之外还需要手动的简单设备，包括钻床、电锯、手持式电动工具、加热工具、打磨工具、固定黏合与测量工具、简单焊接工具等。

（二）Fab Lab实验室空间布局

Fab Lab作为微观装配实验室，放置设备的主工作区不需要太大面积，但是也需要考虑容纳的人数和安全问题。如规划300平方米，实验室分为工作区和培训区两个部分，工作区放置的是各类制作作品所使用的基础设备和工具，是成员进行实践创作的主要场所，所有作品在主工作区完成，培训区主要是对新加入的成员进行短期的培训，使其快速了解设备的使用和注意事项，也可以作为创新课程的教学场所，还可以作为讨论方案、实现创意的场所。如图1所示。

在主工作区配置方面合理放置基础设备，可根据规划预留工作空间以及实际操作的人数，采取小组的形式轮流进行操作，避免空间人数过多造成混乱并出现安全事故。如图2（A）中所示建议多采购3D打印机，因3D打印机是属于熔融沉积堆叠方式，需要耗费的时间比较久，一般情况下配比为2台国外产和6台国内产，并排放置在长条桌面上，可以同时开工，大大提高了工作效率。如图2（B）所示基础设备全部绕墙摆放，中间作为小组手动工作实践区，需要特别注意的是激光切割机要放置在靠近窗户的地方并安装通风系统，可以排出有害的烟雾，整体实验室结构如图3所示，分为工作区和培训区。

（三）Fab Lab实验室管理和课程设置

学院成立了Fab Lab创新中心，并作为独立的部门，专门设置行政人员、梦想导师、实验室管理实验员等岗位，负责Fab Lab实验室的日常管理和工作;同时其也作为以区域创新为主导的技术工作坊，提供相关的活动，教师、学生、各种技能水平的创客都可以在中心学习新的技能。每周一次开放实验室，工作人员可以帮助创客完成自己的项目;每周一次开放数字化制造车间，学生可以体验3D打印过程，开展DIY主题开放周活动。

开设全院的公选课，课程名称为跨学科创意设计挑战课程，课程主要分为三个部分：计算机辅助软件使用、数字化设备的认识与使用、创意项目设计与实现。创意设计课程是以跨学科的形式，组织学生成立6人创客团队，遵循“构思→设计→实现”的理念，使其完成自主设计的创意项目。

（四）申请成为Fab Lab成员

按照基本配置要求建设好Fab Lab实验室并开始运作后，可以进入Fab Lab的官方网站，进入Labs栏目，注册资料增加实验室，然后等待审核通过后就可以成为Fab Lab的国际成员[12]。在列表中选择国家地区，通过地图可以找到实验室相关登记信息，如图4所示。

三、创新实践教学体系构建

随着技术的快速发展，在“互联网+创业”时代下，现代大学生早已融入网络世界，在MOOCs、微课、在线课程学习平台、翻转课堂等多种教育技术和形式的冲击下，传统课堂一直被诟病。这种现象说明教育也从原子世界走向比特世界，更多人觉得利用新技术可以替代现有的教育模式，忽略了传统课堂的作用。创客文化的兴起，把人们从比特世界又拉回了原子世界，我们所体验的更多的是真实世界，虽然会被认为是活在虚拟世界里，但借助创客教育来助推创新实践教学体系的构建也符合地方高校的转型战略发展目标。Fab Lab的建立起到了一种引领和推动的作用，能探索更适合学生特点、能充分发掘其潜力的创新教育。在专业教学计划建设方面按照转型目标要求，加大实验实训实践比重，采取更有效的办法提高学生兴趣，分年级采取不同的实践方式激发学生的学习热情。

（一）入学创新工程实践

刚从高中毕业的大学生经过军训之后正式进入大学教育课程体系，一开始接触的基础课程和通识教育，让很多学生感受到跟高中区别不大，与自己所期望的学习生活有一定的落差，对专业的认识只是在入学教育中有模糊的了解，在培养学生的“人文精神”同时也应该培养学生的创新实践能力，学生通过加入社团来提高自己各方面的能力，培养自身的兴趣，转型为应用型的本科高校更应该增加入门的工程实践教育，让学生在不具备专业知识的背景下早动手、早入实验室，目的是激发学生的学习兴趣，采取系统方法让学生进行动手的认知训练。如以较集中的方式开设CAD工程制图、电子电气创新基础工程训练等课程，课程的内容采用面包板和开源硬件，在不需要理解器件内部工作原理的情况下，达到一定的快速开发项目的目的。不同专业的学生可以依据专业工程技术的特点，选择入门实践课程，早动手、早進实验室，激发专业学习的热情，可以利用较多的课时进行项目的快速动手能力开发。

（二）构建创新实践“第二课堂”

按照规定的教学计划和时间进行的教学活动一般都称为第一课堂，第二课堂被认为是第一课堂外的时间延续。传统的方式更多的是增加了教学的时间，特别对低年级的学生来说，其跟课堂教学没有本质的区别，还占用了课外时间，影响了社团活动。以学生为本的实践教学的目的更多的是激励和引导，构建以学生为中心的创新实践第二平台，从组织、计划、安排、教学以及项目实践全都由学生自主安排，教师以导师制形式给学生提供专业指导和帮助。教学的主体是高年级各专业的学生，低年级的学生则参与学习和参加项目实践;在每学期教学周中，计划安排每周2～3次教学实践活动，高年级学生根据需求以个人或团队形式准备专业或系统的课程，并作为主讲教师全程进行授课且指导参加活动的低年级学生;在期末结束的最后一周作为实践周，学生根据所学知识以个人或团队形式完成独立的实践项目。

（三）依托Fab Lab实现创意项目

第一课堂的学习和第二课堂的创新实践为学生更早动手、更早进入实验室打下了坚实的基础，技术的提升是为更好地解决问题而服务的，以创新实践课程来加强学生的动手能力和培养学生的创新精神，通过训练来提升技术技能水平，但这并非就是创新教育，也并非就是创客教育。教师需要引导学生解决真实问题，怎么样用技术来解决真实问题，或者以真实问题来研究技术的解决办法，这种引导本身就是“学以致用”的展现。要让学生以个人或团队的形式在课程培训完成的情况下利用Fab Lab实验室的资源完成个人和团队制造，从制造到创造，实现创意，解决真实问题。

（四）四年工程实践教育不断线

转型高校的目标是培养应用型技术技能型人才，深化创新实践教育改革，在课程体系中融入创新创业教育，促进大学生创新创业的活动开展。从学生入校开始到走向实习岗位的四年学习过程中，坚持工程实践教育不断线具有重要现实意义。要让学生入校进行创新基础训练，在通识教育阶段融入基础实践课程，在专业课程阶段融入创客教育。教师在完成基本的教学计划和方案的任务后，要结合学生学习的特点，不断反思和总结教学经验，全程指导和参与学生的创新实践学习活动，以创客教师的要求提升自己的业务水平，在创客教育的过程中成长为“双师双能”型实践教师。低年级的学生通过动手实践来增强学习的积极性;高年级的学生力求跨学科掌握更多技术技能来解决真实问题，同时参与指导低年级学生的教学和项目;毕业班的学生完成综合实践项目，能够在日后的实习中具有良好的业务素质，具备一定的创业能力。工程实践教育贯穿大学四年，以学术竞赛、创新项目等为载体，创客活动为依托，推动创新实践教学体系不断发展和完善。

四、结语

从Fab Lab实验室的规划和建设到创新实践教学体系的构建，既相互独立又互相渗透，形成一个教育有机体。开展创客教育就是以因材施教为导向，激发学生的个人制造和团队协作能力。课内和课外进行交叉渗透，教师以导师方式全程参与和指导，学生不光以学还可以以教的方式融入其中，他们的角色在动态学习过程中发生转变，利用桌面快速制造技术实现创意项目，优化传统课堂和翻转课堂，转型高校的深化改革也是人才培养转变的改革，以创客教育为引领推动实践教学的深化改革。

[ 参 考 文 献 ]

[1] 中华人民共和国政府网[EB/OL].http：//www.gov.cn/zhengce/content/2015-06/16/content_9855.htm.

[2] 中华人民共和国教育部网[EB/OL].http：//www.moe.edu.cn/srcsite/A03/moe_1892/moe_630/201511/t20151113_218942.html.

[3] （美）陈一佳.创客法则：顶级创业公司的创新密码[M].北京：中信出版集团，2015.

[4][7] （美）克里斯·安德森著.创客：新工业革命[M].萧潇译.北京：中信出版集团，2015.

[5] 徐婧，房俊民，唐川，田倩飞，王立娜.FabLab發展模式及其创新生态系统[J].科学学研究，2016（5）：765-770.

[6] （美）菲尔·麦肯尼著.创客学[M].苏西译.广东：世界图书出版广东有限公司，2013.

[8] （美）马克·哈奇著.创客运动[M].杨宁译.北京：机械工业出版社，2015.

[9] （澳）盖·兰道尔著.创客时代[M].高宏译.北京：机械工业出版社，2016.

[10] Fab Lab项目网站[EB/OL].http：//www.fabfoundation.org/index.php.

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

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

[责任编辑：刘凤华]