Fablab創(chuàng)客教育模式在工程制造專業(yè)的應(yīng)用探究
——以船舶與海洋工程制造專業(yè)為例*

周萍 韋偉

（江蘇海事職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 南京 211170）

一、問題的提出

為了引領(lǐng)智能制造時代，歐美國家提出了“工業(yè)4.0”“重返制造業(yè)”等一系列戰(zhàn)略，利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對傳統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)進(jìn)行改造升級。在國內(nèi)，2015年3月，李克強(qiáng)總理在《政府工作報告》中首次提出“中國制造2025”，以推動中國在先進(jìn)制造領(lǐng)域的發(fā)展。美國在2012年《贏得國內(nèi)先進(jìn)制造競爭力優(yōu)勢》中提出了制造業(yè)核心力量的創(chuàng)新，發(fā)起了美國先進(jìn)制造發(fā)展戰(zhàn)略，確定了新的政策以支撐美國創(chuàng)新生態(tài)體系。2013年12月，德國政府確定“工業(yè)4.0”的國家戰(zhàn)略。德國工商業(yè)公會提出了培養(yǎng)具備多元技術(shù)的人才將是對未來職業(yè)教育的最大挑戰(zhàn)的觀點。新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革正在全球范圍內(nèi)孕育興起，這也對技術(shù)人才培養(yǎng)提出了全新的要求［1］。

可以預(yù)計在未來的智能制造系統(tǒng)中，生產(chǎn)模式將發(fā)生巨大的改變，面對制造系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級的巨大挑戰(zhàn)，人才是最重要的因素。智能制造時代需要跨專業(yè)、跨領(lǐng)域的復(fù)合型人才，因為在智能制造體系中，各個流程是相互交叉進(jìn)行協(xié)同發(fā)展，這要求員工不僅要有熟練處理生產(chǎn)過程中出現(xiàn)問題的能力，而且要具備協(xié)調(diào)管理生產(chǎn)過程的能力。綜合分析，智能制造時代需求的是基礎(chǔ)寬厚、能適應(yīng)變化、具備創(chuàng)新能力的通才。

工程制造類專業(yè)在大部分高職院校都有設(shè)置。高職院校是實現(xiàn)制造強(qiáng)國的主力軍之一，然而目前我國職業(yè)院校對工程制造人才的培養(yǎng)模式都較為單一，學(xué)生將專業(yè)知識運用到實踐中并進(jìn)行創(chuàng)新的能力普遍不高，專業(yè)的界定過于狹窄，課程體系中專業(yè)課程比例偏高，偏重強(qiáng)調(diào)對專業(yè)知識的掌握，弱化了通識知識的學(xué)習(xí)、工程能力的培養(yǎng)。這樣很難幫助學(xué)生培養(yǎng)廣博的知識體系和工程能力。在我國制造業(yè)面臨結(jié)構(gòu)重組和轉(zhuǎn)型升級的重要時期，改革工程制造類專業(yè)人才的培養(yǎng)模式就顯得尤為急迫。

二、Fablab創(chuàng)客教育模式應(yīng)用的可行性分析

如何培養(yǎng)智能制造時代所需求的工程制造人才是未來我國能否引領(lǐng)智能制造時代的關(guān)鍵之一。針對工程制造創(chuàng)新人才培養(yǎng)筆者提出了一種基于制造硬件設(shè)備實驗室（Fablab）的三中心（以學(xué)生為中心、以專業(yè)為中心、以項目為中心）模式，見圖1。

圖1 Fablab創(chuàng)客教育模式

（一）Fablab概述

Fablab（微觀裝配實驗室）最早起源于美國麻省理工學(xué)院（MIT）的比特與原子研究中心，其創(chuàng)始人尼爾科申菲爾德教授在專著《課桌革命：從個人電腦到個人制造》中搭建了一個由3D打印機(jī)、切割機(jī)、銑床等“計算機(jī)外圍設(shè)備”與一臺個人計算機(jī)共同構(gòu)成的桌面小工廠，來實現(xiàn)將數(shù)據(jù)直接作用于制造材料，即從“數(shù)據(jù)”到“物品”的飛躍，這也預(yù)示著一種新的生產(chǎn)方式。Fablab創(chuàng)始理念是建造一個擁有幾乎可以制造任何產(chǎn)品和工具的小型工廠。通過這樣的空間，可以給使用者一個面向應(yīng)用的，融合從設(shè)計、制造到調(diào)試、分析等各個環(huán)節(jié)的創(chuàng)新制造環(huán)境［2］。麻省理工學(xué)院還依托FabLab在校內(nèi)實施創(chuàng)客教育，以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)客精神。創(chuàng)客空間Fablab也成為世界其他大學(xué)爭相效仿的典范。創(chuàng)客教育也已經(jīng)成為美國大學(xué)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造與創(chuàng)新能力的一個重要途徑。

美國《創(chuàng)客》雜志從三個方面對創(chuàng)客空間進(jìn)行了定義：具有工具的物理化制造空間，具有機(jī)制的社會化服務(wù)空間和具有群體的人際化共享空間［3］。Fablab定位更加側(cè)重物理化制造空間，一般由創(chuàng)造者主導(dǎo)，強(qiáng)調(diào)的是作品的制造。Fablab教育模式體現(xiàn)了自主學(xué)習(xí)的理念、創(chuàng)新精神的培養(yǎng)和動手操作能力的踐行［4］。

創(chuàng)客教育是實驗室提供一個自主、開放的空間，以技術(shù)支撐和導(dǎo)師支持為輔助，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造力和應(yīng)用能力，充分發(fā)揮創(chuàng)意。此外，同時培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊合作能力和解決問題的能力［5］。

這種教育模式以學(xué)生最終的成果作品為目標(biāo)的衡量標(biāo)準(zhǔn)，體現(xiàn)的是國際工程認(rèn)證的成果導(dǎo)向教育（Outcome based education，簡稱OBE）理念［6］。

（二）Fablab創(chuàng)客教育模式的應(yīng)用

創(chuàng)客教育的核心理念是支持學(xué)生開展基于創(chuàng)造的學(xué)習(xí)。學(xué)生通過完成從規(guī)劃到設(shè)計再到產(chǎn)品的開發(fā)制作的過程，在學(xué)習(xí)過程中培養(yǎng)主動發(fā)現(xiàn)、自主探究的能力，通過發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的過程，提升自身的學(xué)習(xí)能力。

下圖2為應(yīng)用Fablab模式培養(yǎng)的創(chuàng)客能力與美國國家工程院（NAE）對2020年工程師的能力要求比對分析，通過該圖可以看出，F(xiàn)ablab模式的能力培養(yǎng)與對未來的工程制造人才要求是一致的。2014年的白宮創(chuàng)客大會尤其強(qiáng)調(diào)鼓勵制造業(yè)及信息技術(shù)類專業(yè)積極參與創(chuàng)客教育。

圖2 工程制造人才能力要求對比圖

將Fablab創(chuàng)客教育模式應(yīng)用于高職工程制造專業(yè)人才培養(yǎng)具有如下優(yōu)勢。

1.專業(yè)知識與工程實踐的完美契合

工程制造的專業(yè)學(xué)習(xí)涵蓋了Fablab模式物理化制造空間所需要應(yīng)用的機(jī)械加工、CAD/CAM、3D打印等技能的課程學(xué)習(xí)，將工程項目與專業(yè)知識完美契合。

2.實現(xiàn)專業(yè)化跨界融合

圍繞工程制造領(lǐng)域通用知識，融入信息技術(shù)，打破專業(yè)壁壘，讓任何專業(yè)任何學(xué)生都能夠?qū)W習(xí)創(chuàng)客知識，進(jìn)行多學(xué)科、跨專業(yè)的創(chuàng)新研究，建設(shè)“跨界融合、集成創(chuàng)新”的專業(yè)化創(chuàng)客空間。

3.培養(yǎng)創(chuàng)新能力，踐行工匠精神

Fablab創(chuàng)客教育模式能深度訓(xùn)練工程制造類專業(yè)學(xué)生工程思維，通過認(rèn)知性實驗、設(shè)計性實驗和創(chuàng)新性實驗逐步深入學(xué)習(xí)的方式鍛煉動手能力和創(chuàng)新能力，符合高職應(yīng)用型人才的培養(yǎng)，通過不斷地完善作品的工藝、理念和創(chuàng)新性，踐行工匠精神［7］，從而培養(yǎng)出未來真正需要的卓越工程師。

4.打通創(chuàng)業(yè)通道

Fablab模式激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新思維，強(qiáng)化了學(xué)生的創(chuàng)新意識，提高了學(xué)生的創(chuàng)新能力，實現(xiàn)從學(xué)生到創(chuàng)客的角色轉(zhuǎn)變。

相對于傳統(tǒng)以教師為中心的授課方式，F(xiàn)ablab創(chuàng)客教育模式以學(xué)生為中心，鼓勵學(xué)生發(fā)揮優(yōu)勢和特長，在學(xué)習(xí)中找到最適合自己的學(xué)習(xí)方式，更加尊重個體差異性。信息技術(shù)的發(fā)展為Fablab的創(chuàng)客教育提供了良好的外部環(huán)境，學(xué)生能夠通過網(wǎng)絡(luò)實時交流，獲取資源。相對于傳統(tǒng)的人才培養(yǎng)方式，F(xiàn)ablab模式更注重發(fā)展學(xué)生的動手能力，在一定程度上提高學(xué)生的實踐技能。可以通過企業(yè)合作的方式將學(xué)生作品打造成工程產(chǎn)品，深化產(chǎn)教融合，聯(lián)合借助新一代信息技術(shù)和“互聯(lián)網(wǎng)+”的模式，賦予創(chuàng)客教育一定的科技內(nèi)涵，打通基于專業(yè)創(chuàng)新的創(chuàng)業(yè)通道。

三、Fablab創(chuàng)客教育模式實踐研究

文章研究基于某高職院船舶與海洋工程制造專業(yè)應(yīng)用Fablab創(chuàng)客教育模式的實踐案例進(jìn)行分析。根據(jù)科技部《發(fā)展眾創(chuàng)空間工作指引》文件中對推動企業(yè)、高校、創(chuàng)客多方協(xié)同創(chuàng)新合辦專業(yè)化眾創(chuàng)空間的要求，建設(shè)針對船舶智能制造產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的專業(yè)化眾創(chuàng)空間——船舶智·造空間創(chuàng)新實驗室，并完成配套雙創(chuàng)教育課程體系建設(shè)。擬通過空間的建設(shè)，達(dá)到如圖3的培養(yǎng)目標(biāo)。

（一）實驗室建設(shè)方案

建設(shè)模式是在一個開放式的空間內(nèi)，在導(dǎo)師的指引下，以所學(xué)專業(yè)工程知識為基礎(chǔ)，依靠圖形設(shè)計軟件、激光切割機(jī)、3D打印機(jī)及開源硬件等設(shè)備進(jìn)行專業(yè)范圍內(nèi)的學(xué)習(xí)、設(shè)計及創(chuàng)新，并制作出模型樣品。

船舶智·造空間利用大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實訓(xùn)基地的空間，將實驗室劃分為教學(xué)體驗區(qū)、創(chuàng)意設(shè)計區(qū)、開發(fā)制作區(qū)、作品展示區(qū)等五個區(qū)域，采用STEAM創(chuàng)新教學(xué)方法，依托物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、3D打印技術(shù)、移動互聯(lián)技術(shù)、借助開源硬件、數(shù)字化硬件設(shè)備、桌面操作工具等建立，見圖4。

圖3 船舶智·造空間創(chuàng)新實驗室人才培養(yǎng)目標(biāo)圖

圖4 船舶智·造空間平面圖

船舶智·造空間為學(xué)生實踐教學(xué)提供了這樣一種模式：當(dāng)學(xué)生對某些學(xué)習(xí)內(nèi)容產(chǎn)生興趣時，他可以在創(chuàng)新實驗室里，通過實驗室提供的案例作品和案例教材，自主地收集資料、查找文獻(xiàn)，咨詢教師、在線行業(yè)專家及合作伙伴，通過集體學(xué)習(xí)、研究、跨界交流等手段，完成產(chǎn)品原型的設(shè)計，設(shè)計作品也可參加各類大賽及成果展示?？臻g在本質(zhì)上更深程度地強(qiáng)化工程思維的運用，并培養(yǎng)一種長效機(jī)制，為科技創(chuàng)新和制造業(yè)服務(wù)。

（二）課程體系

課程體系建設(shè)是重中之重，只有通過完善的課程體系建設(shè)，才能將Fablab創(chuàng)客教育的理念開枝散葉，將實驗室成功的方法普及到更多高校。船舶智·造空間在創(chuàng)新人才培養(yǎng)課程中適當(dāng)融入產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新，通過實踐課程的學(xué)習(xí)對學(xué)生進(jìn)行工程設(shè)計、生產(chǎn)工藝、產(chǎn)業(yè)生態(tài)、知識產(chǎn)權(quán)等工程行業(yè)的專業(yè)啟蒙。這既滿足了未來工程制造對創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才的需求，也從教育層面助推了政府的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)政策要求，是一種開創(chuàng)性的課程改革。

依據(jù)學(xué)生認(rèn)知特點，空間課程體系構(gòu)建如圖5所示。

圖5 空間課程體系圖

（三）組織管理

1.成立Fablab創(chuàng)新教育教研組。由船舶、電氣、信息等專業(yè)領(lǐng)域的教師聯(lián)合成立Fablab創(chuàng)新教育教研組，負(fù)責(zé)實驗室的建設(shè)、課程開發(fā)等工作。

2.配置專職導(dǎo)師。選派1-2名具有扎實的專業(yè)理論及創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育理論知識，素養(yǎng)綜合素質(zhì)強(qiáng)，對先進(jìn)的技術(shù)設(shè)備有較強(qiáng)的應(yīng)用能力的教師作為專門的導(dǎo)師。

3.配置實驗室器材管理員。落實專職人員負(fù)責(zé)器材室的管理，制定實踐室的管理制度和儀器使用規(guī)定。

（四）成效分析

課題依托船舶智·造空間，隨機(jī)選取2015級船舶班學(xué)生樣本進(jìn)行試點研究，通過對同一班級（入學(xué)基礎(chǔ)相似）隨機(jī)選取的工作站樣本學(xué)生和按原培養(yǎng)方案正常進(jìn)行教學(xué)的樣本學(xué)生對比分析，對其價值和可行性進(jìn)行了初步研究。

研究從專業(yè)課成績、完成課題數(shù)目、完成個人專利數(shù)目及創(chuàng)新賽事獲獎數(shù)幾個方面對兩組學(xué)生進(jìn)行對比分析（見圖6），數(shù)據(jù)顯示Fablab創(chuàng)客教育模式下學(xué)生的專業(yè)水平、創(chuàng)新能力都有顯著提高。樣本班級學(xué)生在該培養(yǎng)模式下完成多項實際工程項目，并取得豐碩成果。在短短三年的培養(yǎng)周期里，獲得多項國家級競賽獎項，包括全國挑戰(zhàn)杯一等獎、發(fā)明杯一等獎等，學(xué)生參與多項實用新型和發(fā)明專利的編寫和申報，已有很多專利授權(quán)?？梢宰C明在這種培養(yǎng)模式下，學(xué)生的創(chuàng)新能力和專業(yè)能力都有了明顯提高。

圖6 成果對比分析圖

通過船舶智·造空間的建設(shè)可以讓學(xué)生在知識、能力、素質(zhì)層面得到綜合提升，達(dá)到其培養(yǎng)目標(biāo)，真正地鍛煉了動手能力、培養(yǎng)了創(chuàng)新能力、踐行了工匠精神、習(xí)練了創(chuàng)客能力、啟蒙了產(chǎn)業(yè)知識，培養(yǎng)出智能制造時代所真正需要的卓越工程師。

四、結(jié)語

創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式是未來工程制造業(yè)能否引領(lǐng)智能制造時代的關(guān)鍵之一，學(xué)生的創(chuàng)新實踐能力也是衡量應(yīng)用型院校人才培養(yǎng)質(zhì)量的重要指標(biāo)。創(chuàng)新教育的核心是支持學(xué)生進(jìn)行基于創(chuàng)造的學(xué)習(xí)，其關(guān)鍵是體現(xiàn)學(xué)生的主體性，強(qiáng)調(diào)實踐性（學(xué)生完成工程項目或產(chǎn)品的規(guī)劃、設(shè)計、開發(fā)制作全過程）［8］。

目前，國內(nèi)的創(chuàng)客教育在中小學(xué)興起較快，但其教學(xué)目標(biāo)僅限于創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)啟蒙理念的傳輸，很難產(chǎn)生實際的創(chuàng)新成果。國內(nèi)的大學(xué)更偏重理論研究，對于動手實踐能力要求不高。高職及應(yīng)用型本科院校學(xué)生動手實踐能力較強(qiáng)且具有一定的專業(yè)基礎(chǔ)知識，因此更適合于這種創(chuàng)客教育模式。

本文主要分析了將Fablab創(chuàng)客教育模式應(yīng)用于工程制造專業(yè)教育中的可行性，并在此基礎(chǔ)上對船舶與海洋工程制造專業(yè)創(chuàng)新人才培養(yǎng)進(jìn)行了實踐探索。目前國內(nèi)的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育還處于起步階段，很少能將創(chuàng)新理念融入專業(yè)課程的教學(xué)，這種模式的普及還需要探索更為適宜的路徑進(jìn)行推進(jìn)。在實際推進(jìn)過程中，從培養(yǎng)模式的確定、課程體系整體設(shè)計、支持體系建設(shè)、推廣計劃等方面都需要精心的規(guī)劃設(shè)計。要將這種創(chuàng)客教育模式應(yīng)用于創(chuàng)新人才培養(yǎng)，還存在很多亟待完善的問題。

第一，轉(zhuǎn)變學(xué)生的學(xué)習(xí)觀念與學(xué)習(xí)方式，以促進(jìn)其適應(yīng)“基于創(chuàng)造的學(xué)習(xí)”，支持學(xué)生深度卷入基于創(chuàng)造的學(xué)習(xí)過程，真正實現(xiàn)“做中學(xué)”。在長期的灌輸式教育環(huán)境下，我國學(xué)生相較于歐美國家的學(xué)生在一定程度上更不容易適應(yīng)這種學(xué)習(xí)方式。因此，學(xué)校如何提供環(huán)境支持學(xué)生的創(chuàng)造體驗，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造的意識與基本能力，是值得每一個高校探究的。

第二，F(xiàn)ablab創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式的實施離不開軟硬件資源的支持，而在其具體應(yīng)用過程中所借助的技術(shù)工具也根據(jù)專業(yè)的不同體現(xiàn)出個性化差異，這也需要每個高校充分結(jié)合自身發(fā)展需求與資源多方位、多層面進(jìn)行針對性的建設(shè)，避免千篇一律。

第三，國內(nèi)高校目前具有創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)理念的專業(yè)教師較少，但有規(guī)劃的創(chuàng)客教育模式離不開教師的設(shè)計與指導(dǎo)。這就需要學(xué)校投入大量的人力、物力與財力去加強(qiáng)師資培養(yǎng)與相關(guān)課程的開發(fā)。

第四，引導(dǎo)企業(yè)介入創(chuàng)客教育的人才培養(yǎng)，使學(xué)生的創(chuàng)造成果能真正應(yīng)用于工程實踐、服務(wù)產(chǎn)業(yè)?？梢酝ㄟ^引入有經(jīng)驗的創(chuàng)造與制作導(dǎo)師參與到培養(yǎng)方案的制定及實踐教學(xué)中來。完善在線社區(qū)建設(shè)，使行業(yè)專家和企業(yè)導(dǎo)師真正實現(xiàn)與學(xué)生“零距離”溝通、指導(dǎo)。

第五，評價標(biāo)準(zhǔn)的建立、評價方法的選擇。Fablab創(chuàng)客教育模式是一種結(jié)果導(dǎo)向型的培養(yǎng)方式，如何建立對其過程與結(jié)果的綜合性評價指標(biāo)，科學(xué)地評價學(xué)生的學(xué)習(xí)過程，仍需完善。