轉(zhuǎn)型應(yīng)用高校Fab Lab實驗室建設(shè)與創(chuàng)新實踐教學(xué)體系構(gòu)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(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展、地方人才需求和大學(xué)生就業(yè)為導(dǎo)向進(jìn)行應(yīng)用轉(zhuǎn)型發(fā)展，是高等教育改革的重要組成部分，具有深化教學(xué)體系改革的影響和現(xiàn)實的重要意義。中山大學(xué)新華學(xué)院以轉(zhuǎn)型過程中的創(chuàng)新實踐教學(xué)體系改革為出發(fā)點(diǎn)，重點(diǎn)對Fab Lab實驗室進(jìn)行建設(shè)和管理，通過學(xué)校的Fab Lab實驗室的運(yùn)作實際案例來分析其教育理念和構(gòu)建原則，探討以Fab Lab創(chuàng)新模式來設(shè)置實踐課程，引導(dǎo)轉(zhuǎn)型發(fā)展過程中人才培養(yǎng)、專業(yè)認(rèn)證、特色辦學(xué)等各個環(huán)節(jié)的戰(zhàn)略目標(biāo)發(fā)展，有利于高等教育結(jié)構(gòu)優(yōu)化，為區(qū)域培養(yǎng)更多的應(yīng)用技術(shù)復(fù)合型創(chuàng)新實踐人才，也為地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)。同時，大力推動“雙師雙能”型和創(chuàng)客教師的培養(yǎng)及學(xué)科的合理安排，在人才培養(yǎng)轉(zhuǎn)變的需求下，可有效完成高校創(chuàng)新強(qiáng)校體制機(jī)制的頂層設(shè)計和創(chuàng)新實踐教學(xué)改革。

[關(guān)鍵詞]地方本科高校;Fab Lab實驗室;創(chuàng)新實踐教學(xué)

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

2015年6月，國務(wù)院下發(fā)的《關(guān)于大力推進(jìn)大眾創(chuàng)業(yè)萬眾創(chuàng)新若干政策措施的意見》中明確指出，推進(jìn)大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新，是發(fā)展的動力之源[1]。2015年10月，教育部、國家發(fā)展改革委、財政部發(fā)布了《關(guān)于引導(dǎo)部分地方普通本科高校向應(yīng)用型轉(zhuǎn)變的指導(dǎo)意見》，意見指出，要確立高校應(yīng)用型的類型定位和培養(yǎng)應(yīng)用型技術(shù)技能型人才的職責(zé)使命，加快融入?yún)^(qū)域經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展，深化人才培養(yǎng)方案和課程體系改革，將創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育融入人才培養(yǎng)全過程，加強(qiáng)實驗實訓(xùn)實習(xí)基地建設(shè)，提升以應(yīng)用為驅(qū)動的創(chuàng)新能力[2]。從中不難看出，地方本科院校在轉(zhuǎn)型過程中要堅持以地方為依托，辦出特色，重視實踐教學(xué)，在創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育上面做文章。在“新工業(yè)革命”時代下以“創(chuàng)客教育”理念來推動創(chuàng)新實踐教育改革具有積極的現(xiàn)實意義。創(chuàng)客運(yùn)動的概念是從2005年開始慢慢流行起來的，來自各行各業(yè)，各種背景的人，只要是在自主創(chuàng)造東西，都可以被稱作是創(chuàng)客[3]，其定義隨著技術(shù)的進(jìn)步發(fā)生變化。創(chuàng)客的核心是：富有開源創(chuàng)新精神并具有雄心壯志的愛好者，能利用快速成型數(shù)字設(shè)備進(jìn)行桌面制造革命并轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品[4]。Fab Lab是由麻省理工學(xué)院比特和原子實驗室主任Neil Gershenfeld教授創(chuàng)建，如今已發(fā)展成為鼓勵協(xié)作、分享知識的國際性創(chuàng)客空間[5]。高校創(chuàng)新實踐教學(xué)改革必然涉及實驗室，作為承載實驗實訓(xùn)實習(xí)的重要場所，以及培養(yǎng)創(chuàng)新實踐人才的基地，如何有效發(fā)揮其重要作用，用新理念、新方法、新手段深化實踐教學(xué)體系改革，抓住創(chuàng)客運(yùn)動的風(fēng)潮，以Fab Lab實驗室作為引領(lǐng)通過頂層設(shè)計強(qiáng)化實驗室建設(shè)和構(gòu)建實踐教學(xué)體系。

一、創(chuàng)客、創(chuàng)客運(yùn)動、創(chuàng)客空間與Fab Lab的內(nèi)涵

創(chuàng)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(shù)官菲爾·麥肯尼（Phil Mc Kinney）在《創(chuàng)客學(xué)》一書中認(rèn)為，在新型經(jīng)濟(jì)中，最有價值的資產(chǎn)不再只是擁有技術(shù)能力，或是比同行懂得更多更深的知識，而是能夠創(chuàng)造性地運(yùn)用技術(shù)或知識，想出新創(chuàng)意。創(chuàng)客就是努力將點(diǎn)子變?yōu)榻鹱拥男袆舆_(dá)人[6]。

《連線》雜志前主編、《長尾理論》《免費(fèi)》的作者克里斯·安德森（Chris Anderson）在《創(chuàng)客：新工業(yè)革命》一書中認(rèn)為，創(chuàng)客越來越多地用桌面制造及其制作產(chǎn)品，本能地通過網(wǎng)絡(luò)分享成果，將互聯(lián)網(wǎng)文化與合作引入制造過程，聯(lián)手創(chuàng)造著DIY的未來，形成了創(chuàng)客運(yùn)動[7]。

全球最大創(chuàng)客平臺Tech Shop CEO馬克·哈奇（Mark Hatch）在《創(chuàng)客運(yùn)動》一書中認(rèn)為，便宜、功能強(qiáng)大且便于使用的工具，知識、資本和市場的更易獲得，對社區(qū)和本地資源的再度聚焦，對更可靠、更有質(zhì)感事物的渴望，以及對如何創(chuàng)造實物的重新關(guān)注，推動了創(chuàng)客運(yùn)動的發(fā)展[8]。

澳大利亞政治文化月刊Arena Mangazne的前主編，獨(dú)立媒體Crikey的自由撰稿人蓋·蘭道爾（Guy Rundle）在《創(chuàng)客時代》一書中認(rèn)為，創(chuàng)客運(yùn)動和創(chuàng)客空間運(yùn)動都產(chǎn)生于一個最為抽象的空間——黑客空間，從黑客過渡到創(chuàng)客，發(fā)端于創(chuàng)業(yè)，創(chuàng)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(chǎn)和知識生產(chǎn)有密切關(guān)系的人。

Fab Lab是一個技術(shù)原型創(chuàng)新和發(fā)明平臺，也是一個學(xué)習(xí)和創(chuàng)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(wǎng)絡(luò)和分布式的實驗室[9]。從創(chuàng)客到創(chuàng)客運(yùn)動的風(fēng)潮席卷全球，各類型的創(chuàng)客空間如雨后春筍般紛紛成立，既有大型企業(yè)和工廠也有社區(qū)和學(xué)校，它們均以開放式為主要發(fā)展模式。隨著制造工具的技術(shù)越來越先進(jìn)，制造成本越來越低廉，人們可以以較小代價建成創(chuàng)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(xiàn)有實驗室的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，滿足有想法的學(xué)生通過基礎(chǔ)的培訓(xùn)課程快速完成自己的創(chuàng)意，極大縮短了學(xué)習(xí)和制作的時間。用較小的成本建設(shè)Fab Lab實驗室并采用規(guī)范化管理更有利于開展創(chuàng)新教學(xué)實踐活動。

二、Fab Lab實驗室的建設(shè)和管理

通過Fab Lab的官方項目網(wǎng)站可以了解所需要的清單列表，有各類設(shè)備的型號和價格，還有耗材方面的信息，能夠滿足基本的設(shè)備條件就可以申請加入Fab Lab實驗室。按照項目網(wǎng)站指導(dǎo)的建設(shè)列表統(tǒng)計，基礎(chǔ)設(shè)備費(fèi)用約為2.5萬到6.5萬美元，耗材費(fèi)為1.5萬到4萬美元[10]。在高校建設(shè)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(fèi)的版本。

（一）Fab Lab實驗室設(shè)備

按照實驗室項目建設(shè)要求，了解所需要的清單，參考美國麻省理工學(xué)院CBA中心的Fab Lab實驗室設(shè)備網(wǎng)站[11]，采購需要的基本儀器設(shè)備。表1列出了基本設(shè)備型號和功能以供參考，購買基礎(chǔ)設(shè)備可以根據(jù)實際需求選擇不同公司的產(chǎn)品和型號，除此之外還需要手動的簡單設(shè)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(shè)備的主工作區(qū)不需要太大面積，但是也需要考慮容納的人數(shù)和安全問題。如規(guī)劃300平方米，實驗室分為工作區(qū)和培訓(xùn)區(qū)兩個部分，工作區(qū)放置的是各類制作作品所使用的基礎(chǔ)設(shè)備和工具，是成員進(jìn)行實踐創(chuàng)作的主要場所，所有作品在主工作區(qū)完成，培訓(xùn)區(qū)主要是對新加入的成員進(jìn)行短期的培訓(xùn)，使其快速了解設(shè)備的使用和注意事項，也可以作為創(chuàng)新課程的教學(xué)場所，還可以作為討論方案、實現(xiàn)創(chuàng)意的場所。如圖1所示。

在主工作區(qū)配置方面合理放置基礎(chǔ)設(shè)備，可根據(jù)規(guī)劃預(yù)留工作空間以及實際操作的人數(shù)，采取小組的形式輪流進(jìn)行操作，避免空間人數(shù)過多造成混亂并出現(xiàn)安全事故。如圖2（A）中所示建議多采購3D打印機(jī)，因3D打印機(jī)是屬于熔融沉積堆疊方式，需要耗費(fèi)的時間比較久，一般情況下配比為2臺國外產(chǎn)和6臺國內(nèi)產(chǎn)，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(chǔ)設(shè)備全部繞墻擺放，中間作為小組手動工作實踐區(qū)，需要特別注意的是激光切割機(jī)要放置在靠近窗戶的地方并安裝通風(fēng)系統(tǒng)，可以排出有害的煙霧，整體實驗室結(jié)構(gòu)如圖3所示，分為工作區(qū)和培訓(xùn)區(qū)。

（三）Fab Lab實驗室管理和課程設(shè)置

學(xué)院成立了Fab Lab創(chuàng)新中心，并作為獨(dú)立的部門，專門設(shè)置行政人員、夢想導(dǎo)師、實驗室管理實驗員等崗位，負(fù)責(zé)Fab Lab實驗室的日常管理和工作;同時其也作為以區(qū)域創(chuàng)新為主導(dǎo)的技術(shù)工作坊，提供相關(guān)的活動，教師、學(xué)生、各種技能水平的創(chuàng)客都可以在中心學(xué)習(xí)新的技能。每周一次開放實驗室，工作人員可以幫助創(chuàng)客完成自己的項目;每周一次開放數(shù)字化制造車間，學(xué)生可以體驗3D打印過程，開展DIY主題開放周活動。

開設(shè)全院的公選課，課程名稱為跨學(xué)科創(chuàng)意設(shè)計挑戰(zhàn)課程，課程主要分為三個部分：計算機(jī)輔助軟件使用、數(shù)字化設(shè)備的認(rèn)識與使用、創(chuàng)意項目設(shè)計與實現(xiàn)。創(chuàng)意設(shè)計課程是以跨學(xué)科的形式，組織學(xué)生成立6人創(chuàng)客團(tuán)隊，遵循“構(gòu)思→設(shè)計→實現(xiàn)”的理念，使其完成自主設(shè)計的創(chuàng)意項目。

（四）申請成為Fab Lab成員

按照基本配置要求建設(shè)好Fab Lab實驗室并開始運(yùn)作后，可以進(jìn)入Fab Lab的官方網(wǎng)站，進(jìn)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(qū)，通過地圖可以找到實驗室相關(guān)登記信息，如圖4所示。

三、創(chuàng)新實踐教學(xué)體系構(gòu)建

隨著技術(shù)的快速發(fā)展，在“互聯(lián)網(wǎng)+創(chuàng)業(yè)”時代下，現(xiàn)代大學(xué)生早已融入網(wǎng)絡(luò)世界，在MOOCs、微課、在線課程學(xué)習(xí)平臺、翻轉(zhuǎn)課堂等多種教育技術(shù)和形式的沖擊下，傳統(tǒng)課堂一直被詬病。這種現(xiàn)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(shù)可以替代現(xiàn)有的教育模式，忽略了傳統(tǒng)課堂的作用。創(chuàng)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(rèn)為是活在虛擬世界里，但借助創(chuàng)客教育來助推創(chuàng)新實踐教學(xué)體系的構(gòu)建也符合地方高校的轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略發(fā)展目標(biāo)。Fab Lab的建立起到了一種引領(lǐng)和推動的作用，能探索更適合學(xué)生特點(diǎn)、能充分發(fā)掘其潛力的創(chuàng)新教育。在專業(yè)教學(xué)計劃建設(shè)方面按照轉(zhuǎn)型目標(biāo)要求，加大實驗實訓(xùn)實踐比重，采取更有效的辦法提高學(xué)生興趣，分年級采取不同的實踐方式激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

（一）入學(xué)創(chuàng)新工程實踐

剛從高中畢業(yè)的大學(xué)生經(jīng)過軍訓(xùn)之后正式進(jìn)入大學(xué)教育課程體系，一開始接觸的基礎(chǔ)課程和通識教育，讓很多學(xué)生感受到跟高中區(qū)別不大，與自己所期望的學(xué)習(xí)生活有一定的落差，對專業(yè)的認(rèn)識只是在入學(xué)教育中有模糊的了解，在培養(yǎng)學(xué)生的“人文精神”同時也應(yīng)該培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新實踐能力，學(xué)生通過加入社團(tuán)來提高自己各方面的能力，培養(yǎng)自身的興趣，轉(zhuǎn)型為應(yīng)用型的本科高校更應(yīng)該增加入門的工程實踐教育，讓學(xué)生在不具備專業(yè)知識的背景下早動手、早入實驗室，目的是激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，采取系統(tǒng)方法讓學(xué)生進(jìn)行動手的認(rèn)知訓(xùn)練。如以較集中的方式開設(shè)CAD工程制圖、電子電氣創(chuàng)新基礎(chǔ)工程訓(xùn)練等課程，課程的內(nèi)容采用面包板和開源硬件，在不需要理解器件內(nèi)部工作原理的情況下，達(dá)到一定的快速開發(fā)項目的目的。不同專業(yè)的學(xué)生可以依據(jù)專業(yè)工程技術(shù)的特點(diǎn)，選擇入門實踐課程，早動手、早進(jìn)實驗室，激發(fā)專業(yè)學(xué)習(xí)的熱情，可以利用較多的課時進(jìn)行項目的快速動手能力開發(fā)。

（二）構(gòu)建創(chuàng)新實踐“第二課堂”

按照規(guī)定的教學(xué)計劃和時間進(jìn)行的教學(xué)活動一般都稱為第一課堂，第二課堂被認(rèn)為是第一課堂外的時間延續(xù)。傳統(tǒng)的方式更多的是增加了教學(xué)的時間，特別對低年級的學(xué)生來說，其跟課堂教學(xué)沒有本質(zhì)的區(qū)別，還占用了課外時間，影響了社團(tuán)活動。以學(xué)生為本的實踐教學(xué)的目的更多的是激勵和引導(dǎo)，構(gòu)建以學(xué)生為中心的創(chuàng)新實踐第二平臺，從組織、計劃、安排、教學(xué)以及項目實踐全都由學(xué)生自主安排，教師以導(dǎo)師制形式給學(xué)生提供專業(yè)指導(dǎo)和幫助。教學(xué)的主體是高年級各專業(yè)的學(xué)生，低年級的學(xué)生則參與學(xué)習(xí)和參加項目實踐;在每學(xué)期教學(xué)周中，計劃安排每周2～3次教學(xué)實踐活動，高年級學(xué)生根據(jù)需求以個人或團(tuán)隊形式準(zhǔn)備專業(yè)或系統(tǒng)的課程，并作為主講教師全程進(jìn)行授課且指導(dǎo)參加活動的低年級學(xué)生;在期末結(jié)束的最后一周作為實踐周，學(xué)生根據(jù)所學(xué)知識以個人或團(tuán)隊形式完成獨(dú)立的實踐項目。

（三）依托Fab Lab實現(xiàn)創(chuàng)意項目

第一課堂的學(xué)習(xí)和第二課堂的創(chuàng)新實踐為學(xué)生更早動手、更早進(jìn)入實驗室打下了堅實的基礎(chǔ)，技術(shù)的提升是為更好地解決問題而服務(wù)的，以創(chuàng)新實踐課程來加強(qiáng)學(xué)生的動手能力和培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神，通過訓(xùn)練來提升技術(shù)技能水平，但這并非就是創(chuàng)新教育，也并非就是創(chuàng)客教育。教師需要引導(dǎo)學(xué)生解決真實問題，怎么樣用技術(shù)來解決真實問題，或者以真實問題來研究技術(shù)的解決辦法，這種引導(dǎo)本身就是“學(xué)以致用”的展現(xiàn)。要讓學(xué)生以個人或團(tuán)隊的形式在課程培訓(xùn)完成的情況下利用Fab Lab實驗室的資源完成個人和團(tuán)隊制造，從制造到創(chuàng)造，實現(xiàn)創(chuàng)意，解決真實問題。

（四）四年工程實踐教育不斷線

轉(zhuǎn)型高校的目標(biāo)是培養(yǎng)應(yīng)用型技術(shù)技能型人才，深化創(chuàng)新實踐教育改革，在課程體系中融入創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育，促進(jìn)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的活動開展。從學(xué)生入校開始到走向?qū)嵙?xí)崗位的四年學(xué)習(xí)過程中，堅持工程實踐教育不斷線具有重要現(xiàn)實意義。要讓學(xué)生入校進(jìn)行創(chuàng)新基礎(chǔ)訓(xùn)練，在通識教育階段融入基礎(chǔ)實踐課程，在專業(yè)課程階段融入創(chuàng)客教育。教師在完成基本的教學(xué)計劃和方案的任務(wù)后，要結(jié)合學(xué)生學(xué)習(xí)的特點(diǎn)，不斷反思和總結(jié)教學(xué)經(jīng)驗，全程指導(dǎo)和參與學(xué)生的創(chuàng)新實踐學(xué)習(xí)活動，以創(chuàng)客教師的要求提升自己的業(yè)務(wù)水平，在創(chuàng)客教育的過程中成長為“雙師雙能”型實踐教師。低年級的學(xué)生通過動手實踐來增強(qiáng)學(xué)習(xí)的積極性;高年級的學(xué)生力求跨學(xué)科掌握更多技術(shù)技能來解決真實問題，同時參與指導(dǎo)低年級學(xué)生的教學(xué)和項目;畢業(yè)班的學(xué)生完成綜合實踐項目，能夠在日后的實習(xí)中具有良好的業(yè)務(wù)素質(zhì)，具備一定的創(chuàng)業(yè)能力。工程實踐教育貫穿大學(xué)四年，以學(xué)術(shù)競賽、創(chuàng)新項目等為載體，創(chuàng)客活動為依托，推動創(chuàng)新實踐教學(xué)體系不斷發(fā)展和完善。

四、結(jié)語

從Fab Lab實驗室的規(guī)劃和建設(shè)到創(chuàng)新實踐教學(xué)體系的構(gòu)建，既相互獨(dú)立又互相滲透，形成一個教育有機(jī)體。開展創(chuàng)客教育就是以因材施教為導(dǎo)向，激發(fā)學(xué)生的個人制造和團(tuán)隊協(xié)作能力。課內(nèi)和課外進(jìn)行交叉滲透，教師以導(dǎo)師方式全程參與和指導(dǎo)，學(xué)生不光以學(xué)還可以以教的方式融入其中，他們的角色在動態(tài)學(xué)習(xí)過程中發(fā)生轉(zhuǎn)變，利用桌面快速制造技術(shù)實現(xiàn)創(chuàng)意項目，優(yōu)化傳統(tǒng)課堂和翻轉(zhuǎn)課堂，轉(zhuǎn)型高校的深化改革也是人才培養(yǎng)轉(zhuǎn)變的改革，以創(chuàng)客教育為引領(lǐng)推動實踐教學(xué)的深化改革。

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

[1] 中華人民共和國政府網(wǎng)[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(wǎng)[EB/OL].http：//www.moe.edu.cn/srcsite/A03/moe_1892/moe_630/201511/t20151113_218942.html.

[3] （美）陳一佳.創(chuàng)客法則：頂級創(chuàng)業(yè)公司的創(chuàng)新密碼[M].北京：中信出版集團(tuán)，2015.

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

[5] 徐婧，房俊民，唐川，田倩飛，王立娜.FabLab發(fā)展模式及其創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)[J].科學(xué)學(xué)研究，2016（5）：765-770.

[6] （美）菲爾·麥肯尼著.創(chuàng)客學(xué)[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(chuàng)客運(yùn)動[M].楊寧譯.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2015.

[9] （澳）蓋·蘭道爾著.創(chuàng)客時代[M].高宏譯.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2016.

[10] Fab Lab項目網(wǎng)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(wǎng)站[EB/OL].https：//www.fablabs.io/labs.

[責(zé)任編輯：劉鳳華]