大工程观下融合型FabLab模式在双创教育中的应用

冷春涛， 郝 丽， 武书昆， 楚朋志， 黄宏成， 李劲松， 徐季旻

（上海交通大学学生创新中心，上海200240）

0 引 言

高校培养创新型、创业型人才是时代提出的要求，不仅是提高国家竞争力的需要，也是建设创新型国家提出的客观要求。自国务院办公厅关于深化高等学校创新创业教育改革下发实施意见（国办发〔2015〕36号）以来，各高校不断深化育人模式改革，对创新创业教育已进行了很多思考［1］，开展了相关研究［2-3］，包括师资队伍建设改革探索［4］，针对双创能力培养进行的改革［5］等。同时，高校在新时代下面临着全新的内外环境，需要立足新时代发展需要，进行创新创业教育的理念和实践创新［6］，进行全过程、全覆盖、全链条、面向未来的全面教改，为创新人才打造知识空间、创客空间和孵化空间［7］。

双创教育应重视个性化发展，突出个人制造、个性化创新的新时代特征，麻省理工学院（MIT）比特和原子研究中心（CBA）发起的微观装配实验室（FabLab）［8］，可以为更广泛的群体自由地施展其创新理念提供重要的基础平台，让每个学生都可以获得创新实践的机会［9］，成为新的创新生态系统中重要部分［10］。特别是新工科背景下，随着创客教育的发展，创新实践教学的推动，很多院校建立了FabLab创客空间［11］，能够为学生的创新思想提供一个实现空间。

未来的优秀工程师应该具备大工程观，这既是科技发展的趋势、学科交融的必然，又是社会的需求［12］。树立大工程观是工程本身的需要，是工程孕育与成长的需要，是创新的需要，是卓越工程师培养的需要，归根结底，是涉及我国能否成为创新型国家的大事。大工程观下，结合双创要求，进行全新的工程实践教学改革的探索与实践势在必行［13］。以某一特定专业技术为主体，融合关联技术，实现跨界交叉融合，才能更好地培养符合新时代要求的创新人才。本文在传统FabLab的基础上，融入跨学科多平台内容，特别是新知识新技术，不仅可以促进多学科领域学生的合作，开阔学生思路，更可以适应当代新产品的开发需求，提高创业的可能性，实现大工程观下的创新创业，培养适应新时代发展要求的大学毕业生人才。

1 融合型FabLab模式

1.1 双创建设背景

我校学生创新中心从实践学习创新工作坊概念的提出［14］，到工程实践创新中心的建设［15］，以及对工程训练新的教学模式进行探索与思考［16］，并建立集思空间［17］，提供创新能力训练和创新服务支撑的平台，经过了一系列的创新提升。而随着国家“双创”战略推进和新工科建设深入，对人才培养提出了新的要求，为了更好地培养大规模有创新精神、勇于实践的创新人才，在入选首批国家双创示范基地的建设任务下，学生创新中心在继续保留并加强中心原有工程实践教学功能的基础上，着重建设创新能力训练和创新孵化两大平台，围绕工程训练课程、科创竞赛、校企合作和未来科技等内容，努力将学生创新中心打造成为世界一流、国内领先的科技领军人才练武堂、工业界和大学的握手区，从而为学生创造良好的实践、探究空间和条件。

人工智能、大数据等新科技加速了经济和社会的迭代，对于大学生的知识结构、能力培养提出了更高的要求；老师和学生的思维方式都需要相应作出调整。我校响应国家双创建设的号召，全力打造学生实践、创新教育体系，以学生创新中心来补充标准化教学的个性化不足，打造企业合作课程、以赛促学、以赛促创的平台，帮助学生在实践中读懂自己、读懂世界。

1.2 主要面临的问题

学生创新中心作为学校的实践教学单位，主要负责全校本科生的基础实践教学和科创活动，有机衔接好学生第一课堂与第二堂课堂，在双创教育改革中主要面临如下问题：

（1）大学生创新意识不足，自身素质和综合能力不强，高校双创课程体系不完整，双创平台缺乏等因素。

（2）学生创新中心为全校不同专业、不同年级学生提供课程教学、实践活动平台，存在着教学对象基础不一等问题。

（3）针对本科生缺少跨学科的团队实践项目，导致合作能力和集体意识缺乏，不懂得取长补短，借力而行。

（4）存在学生兴趣与社会需求、实践活动与科技发展脱节的问题，各类创新活动、创新项目无法衔接社会需求，无法产生具有实际价值的成果，导致学生对职业规划普遍迷茫。

（5）缺少面向本科生的实验室环境，导致本科生在科研实践活动中的参与度不高，无归属感，创新落地的可能性低。

（6）双创教育中缺乏创业指导内容，学生缺乏将创新成果转化成实际产品的能力，更缺乏商业运作能力。

1.3 解决思路

针对新时期双创人才培养要求及面临的实际问题，学生创新中心在双创示范基地建设中，搭建了校企、校地、产教、科教、产学研等实践育人融合平台（见图1），科学构建高校实践教学和创新创业教育体系机制，探索并实践了多平台融合的FabLab 模式，通过给学生提供知识、技能、设备、工具、环境，让学生自己动手实现想法，主动地接受科学技术知识，以课程—竞赛—创新创业的递进互补式三角教学体系进行建设，建立机器人、无人机、智能制造、IT 等FabLab 创新平台，给学生提供创新创业想法的“孵化器”空间。通过立体式的能力培养方法、层次化的创新教学体系，综合交叉的硬件平台资源，让学生在知识获取的同时，参与项目实践活动和科技竞赛，通过组建优秀团队、培育潜力项目、孵化有价值产品，帮助学生将自己个性化的创新想法，形成具有实际意义的产品或产业，培养学生的大工程观，在夯实创新技能基础，形成创新意识，提高创新能力，增加创业可能性方面下功夫。从而让每一位希望提升技术经验和科研背景的学生都可以创造出自己想要的和令人瞩目的成果，快速掌握专业知识并付诸实践。

图1 融合型FabLab建设内容

2 具体措施

（1）理论与实践“交叉共进”，建立阶梯式创新课程教学体系。形成基础认知—课程拓展—实践提升—竞赛创新—创业孵化的阶梯式教学方法，重新构建理论课程和实践课程并重的双创课程体系，重视基础知识和因材施教，实现课程体系从“理论理解能力”向“反思实践能力”转变。在教学方面，瞄准当前机器人、无人机、智能制造、无人驾驶、AR／VR、IT物联网等社会前沿科技，突出科技创新课程的核心地位，兼顾专业能力与创新创业能力的培养。

以机器人课程体系为例，①以基础实践课作为认知阶段课程，从机械、电控、传感、编程4 方面，以Arduino、VEX、LabVIEW 等平台进行教学；②拓展选修阶段，以典型机器人平台，如移动机器人、机械臂、仿人机器人等内容，学生可以在自己感兴趣的方向进一步学习；③提升阶段，主要以企业课程为主，从人工智能、机器学习等方面，让学生与企业导师面对面，与社会前沿紧密接触，获取实践能力；④有了以上基础的沉淀，接下来是竞赛阶段，让学生和其他学校的同学一起在同一平台上进行交流、切磋，不仅了解了别人的水平，同时也清楚了自己在哪些方面存在不足；⑤创新创业阶段，则回到校企合作平台，通过企业提出的新方向、新课题，辅以产品开发训练及创业辅导课程，让学生实现从基础实践能力向创新创业能力的提升。

（2）引进层次化的高水平竞赛平台，“点面互补”巩固课程知识、拓展创新能力。坚持以竞赛为驱动的创新型人才培养方式，引进基础、拓展、提升3 种类型的竞赛平台，满足基础技能训练、高级创新竞赛、尖端创业能力培养等多个层次有点有面的训练要求，让不同阶段、不同专业的学生都能得到训练机会；以项目式管理方式，突出成本管理、工程管理等；形成完善的创业型竞赛团队组织架构，实现学生自主化团队管理，在潜移默化中培养学生领导力、创造力，提升学生团队合作能力。另外，为了扩大竞赛受益面，面向全校各年级学生每年组织21 项校内赛，包括课程相配套的竞赛、各类全国赛对应的选拔赛，以及企业合作的赛事等。

以机器人实验室为例，引入了不同层次的竞赛，涵盖了基础、拓展、提升3 个层次，其中基础阶段主要是参与VEX机器人竞赛，利用VEX模块化器材搭建、编程进行训练，拓展阶段是以RoboMaster 机器人竞赛为平台，从软硬件的自主设计能力进行训练，提升阶段是以RoboCup机器人竞赛为平台，训练学生人工智能、机器人学习等算法的开发。不同基础的学生可以找到适合自己的竞赛平台，同时也为学生搭好不断进步的阶梯。

（3）“零距离”校企合作，实现创新能力与社会需求产业化的无缝衔接。深度开展校企合作双创人才培养基地的建设，依据调查—研究—实践—再研究的思路，将企业文化、工程思维与创新创业思想引入教学，结合校企联合实验室管理制度和企业导师制度，形成校企既分工又合作的全方位、全过程、多层次合作的运行模式；应用校企联合开课、实习基地模式，使学生真正实现学校和企业的“零距离”，提高学生实践能力和创新创业能力。与我校学生创新中心建立合作关系的70多家企业，均是从学生双创能力训练需求为出发点，根据各企业自身特点，制定具体合作内容，主要形式以课程、研习班（Workshop）、讲座、实习、毕业设计、课题项目开发、校内赛等，充分发挥企业优势，培养适应社会需求的创新人才。

（4）打造开放式FabLab 环境，突出“科技创新磁场”氛围。实现FabLab 实验室7 ×24 h 开放，提供全天候服务支撑、技术支撑、平台支撑，建立机器人、无人机、智能制造、IT等4 个FabLab空间，以学生需求为主体，丰富资源、设备、工具，完善师资，提供全方位指导，使学生以FabLab为家，以项目攻关为乐，打造科创磁场。在学生创新中心，提供了众多可以由学生自由支配、管理的创新空间，为全校本科生开放的专业实验室。学生在这里不仅可以完成PRP项目、大学生创新实践项目、课程设计、毕业设计等，而且可以以社团、团队的形式入驻，自由使用3D 打印服务中心、激光切割中心、设备图书馆、软件中心等，真正将FabLab打造成为学生的第二课堂，学生只要怀揣合理的创新设想走进FabLab，就可以利用这里所有的资源进行创作，最后捧着自己的作品走出FabLab。

3 FabLab模式的创新性

（1）基于学生知识层次特点，构建了“层次＋梯度”式培养体系。打造了认知、课程、实践、竞赛、创新、创业等阶梯式培养道路，层层递进，实现金字塔式双创人才培养方案。引入交叉创新平台，形成课程—竞赛—创新创业的递进互补式三角教学体系，提出“层次＋梯度”式双创人才培养体系。

（2）提出基于竞赛驱动的创业团队商业化运营管理新模式。提出创业团队式、商业化运营的学生赛队管理架构，下设研发部、宣传部、商务部、运营部等多个部门，并设立项目管理部等跨部门协作岗位，均由学生管理运营。“创业型、公司化”的大型学生组织极大地提高了学生的大工程观、合作能力和管理能力，也形成了日后创新创业团队的萌芽。

（3）实践出跨学科多平台融合型FabLab 模式。针对当前双创人才培养要求，从FabLab的运营理念转变入手，通过学科融合、院系融合、校企融合等一系列合作共建、资源共享等跨越性举措，提出了跨学科多平台融合型FabLab 模式，综合机器人、无人机、智能制造、IT等4 个平台，让学生快速掌握专业知识并付诸实践，并创造出自己想要的且符合社会需求的成果。

4 实践成效

（1）树立了一批优秀的学生榜样，在校内发挥了示范引领作用。学生榜样具有强大的影响力和感召力，在学生建设中的示范引领作用的发挥，是一种正能量的感召与传递，具有及时性、无障碍性、示范性的特点。学生榜样来自学生中间，与学生联系紧密，无时无刻都渗透感染着周围的同学，一个双创人才榜样可以带领周围的同学形成良好的学风、校风，形成“双创”的辐射效应，从而有效地推进创新创业人才建设。以2017 ～2018 年度张钦圣同学为例，他带领的足球机器人SRC队获得了交大第一个RoboCup 小型组世界冠军，在张钦圣的吸引下，SRC 队成为了学生创新中心的热门赛队，队员们在各类创新竞赛中屡获佳绩，在招新季获得了同学们的青睐和踊跃参与。

（2）建成了以9 大校内赛为主线的多样化竞赛体系。已建设成RoboMaster机器人竞赛、VEX机器人竞赛、大数据竞赛、无人驾驶竞赛、智能无人机竞赛、中美创客校内赛、3D打印创意赛、头脑奥林匹克（OM）校内赛、工程训练综合能力竞赛等9 大校内竞赛，选拔出优秀学生组成校队，参加相应的全国赛及国际赛，使得各大赛事在中心常态化举办和发展，为学生提供了丰富多样的竞赛平台。

（3）建设并完善了20 余门FabLab创新课程。已开设了20 余门选修课，课程学科包含了工学、理学、医学等三大学科，全校范围内的15 000 余名学生从这些课程中受益。在课程体系中，校企合作课程也是点睛之处，比如由MathWorks开设的Matlab 编程技巧等课程，在选课之初即大受学生欢迎，由亚马逊企业导师讲授的云计算创新应用等课程更是得到了同学们的一致好评。

（4）与70 家企业合作的不断深入和丰富。迄今为止，已经和谷歌、微软、德州仪器、腾讯、百度、华为等热门高科技企业签订了合作协议，在课程、竞赛、大学生创新实践项目和本科生研究计划（PRP）项目等方面进行全方位深度合作。至2019 年1 月，与中心达成合作的企业已达70 家。

（5）入驻FabLab 的12 个学生团队不断成熟发展，科创成果颇丰。在“双创”建设中，涌现出来了一大批优秀的学生团队，累计参与学生达2 000 余人，如VEX机器人赛队、RoboMaster交龙战队、RoboCup足球机器人赛队、赛车队、VR未来实验室、OM头脑奥林匹克社团、航模队、创新创业协会、工程训练俱乐部、智慧出行俱乐部、无人机俱乐部、学生科协等。参加了RoboCup2017 获小型组世界冠军，2019VEX 机器人世锦赛获世界冠军，全国大学生机器人大赛RoboMaster2019 获亚军（特等奖），2018 ～2019 赛季亚洲公开赛获最高奖，并成功组织承办了第十六届全国大学生机器人大赛东部分区赛和中国VEX 机器人大赛。在挂靠于智能制造FabLab的赛车队中，教师团队为赛车队提供技术指导，并通过课程体系培训和车企企业联合实操训练，提高同学的综合实战水平；组织同学参加大学生方程式赛车比赛油车比赛（FSCC 比赛）、大学生方程式赛车无人车比赛（FSEC 比赛）、世界人工智能大会中国智能汽车大赛等。

5 结 语

社会和企业对于实践创新型人才的需求越来越大，双创教育改革日趋迫切。大工程观下多学科跨平台的FabLab空间，为学生提供全天候开放实验室，营造科技创新磁场的氛围，提高了个性化创造、个人制造等可能性；通过跨专业多学科学生间的交流互动，促进跨界融合、多种技术间的交叉，增强学生团队合作意识，并逐步形成创新精神；系统全面的技术、工具、软件等的支持，为提高学生创新能力提供了强有力的保障；校企合作、高水平竞赛的引入，为学生提供了更多创新平台，大大增加了创业可能性。学生创新中心吸引了全校各学院各专业学生，已成为全校旗舰式科创平台，仅2018 年就完成总教学人数5 249 人，近24 万人时数。