创客实验室平台建设探讨

李静，张冰，常宏宏，张朝峰，张建栋

太原理工大学生物医学工程学院 (太原 030024)

2014年9月国务院总理李克强在政府工作报告中提出“大众创业、万众创新”的理念，随后国家、各省市相继出台了相关政策，鼓励开展形式多样的创客教育，着力提升学生的信息素养、创新意识和创新能力。创客起源于单词“Maker”，最早出现于2012年美国经济学家克里斯·安德森所著《创客：新工业革命》一书，并将“创客”定义为不以营利为目标、在个人兴趣和爱好的驱动下将创意转变为现实的人；后来又将能把相当的技术挑战的创意转变为现实的人也称为创客[1-2]。创客是以“创造中学”为主要学习方式和以培养各类创新型人才为理念的新型教育模式[3- 4]。

当代高校人才培养的重点在于对大学生创新能力的培养，实验室作为学校实施大学生能力培养的重要平台，应该在创客教育中发挥更大作用。如何将创客教育引入专业教学中，如何使创客在实验室从事创新创造活动时提升学生积极性，成为高校当前急需研究和加以解决的课题。笔者以太原理工大学制药工程专业创客实验室建设为研究对象，借鉴本校“晓明研究室”[5]的先进育人及管理理念，基于创客实验室平台的建设，探讨适合制药工程专业学生的创新实践体系，完善学生的知识结构，提高学生的创新能力和实践能力，为培养创客提供保障。

1 创客实验室在高校教育实践中的应用

当今社会对人才提出了越来越高的要求，强调他们除了要具备扎实的理论基础外，还要有较强的动手实践能力，同时还需要具有创新思维模式和创新精神[6]。高校是培养创新型人才的主要阵地之一，“创客教育模式”很好地契合了这种需求。所谓“创客教育模式”是一种适应当今社会需求，坚持“拓展创新、实践体验”的教学理念，以“开放创造型实验”为主要学习模式的新型教育理念[7- 8]。

近年来，各高校都在积极探索各种适应创新型人才培养的实验教学模式，许多高校设立了各种以创新、创造、自主学习为目的的综合型实践课程体系。如基于创客文化以综合性、设计性实验为主的开放式实验室[9]；以项目为载体、以“导师制”为主要培养模式的实践活动[10]；以创新设计、科技实践和研究探索为主题的创新实验室[11]等。这些开放、创新型实验室成为“创客实验室”的雏形。“创客实验室”已成为在高校实施创客教育，利用现有实验室或平台开展具有开放、共享、创新、协作特征的活动，以达到促进创客教育发展和培养创新创业人才的目标[8,12]。

创客实验室既能巩固专业知识，又能提升学生解决具体工程问题的能力，并激发创新、创造意识，是对传统实验教学的有效补充。因此，近年创客实验室在各个高校迅速发展起来。李作美等[13]通过查阅文献资料和深入企业调研及与学生访谈等研究方法，对创客背景下应用型本科院校食品类专业课程考核现状及问题进行了深入分析；陈俊等[14]就环境工程专业创客实验室的创建进行了研究与探索；徐礼生等[15]探讨了创客背景下食品加工与检验实验室平台建设，在学科交叉融合条件下进行食品加工与检验的创客活动。

2 创客实验室平台建设模式

依托高校科技创新平台和实验室构建创客实验室，是目前的主流形式。传统专业课教学模式僵硬、理论教学与实践脱节、考试评价方式单一等造成学生创造力和创新精神的丧失。开放的创客实验室为他们提供了一个激发思维、增强实践动手能力的平台。

2.1 构筑虚实结合的“二维空间”实验室运行方式，建立良好创新创业氛围

线上交互平台与线下实体实验室的建设以及实验室管理系统的建立和自动化创客实验室管理制度的制定，构建创客实验室。针对“医工结合”背景下工科学生的特点，教学团队运用微信、微博、网站等现代化信息技术建立开源、创新、共享的线上交互平台，使教师和学生可以在线上交流互动、上传或下载所需资料、分享创意并最终实现跨学科合作、展示推广。而线下实体实验室，则成为高校技术创新活动开展和交流的场所；通过提供相关的实验场所和仪器设备等方式，学生能够通过实验不断完善并最终实现创意。创客实验室就是要充分提升学生的参与度，特别是有创新、创意想法的学生。通过给学生提供一个追求知识和创新的实验室平台，让这些想法和创意不仅仅停留在“想”的状态，而是给学生一个真正“做”的空间；促进学生动手能力的培养，逐步形成高素质应用型人才培养的新机制，为学生自主学习、研究性学习、创新性学习创造条件。

2.2 建立高度融合的“三梯度”人才培养模式

高校可将创客实验室融入现有人才培养模式中，以理论课堂教学、学科竞赛导向和创客实验室平台一起构成“三梯度”人才培养模式，三者之间的关系如图1所示，此模式遵循“专业理论→实践活动→创新创业”特点，最终形成“理论知识扎实、动手能力提升、创新素质培养”协调发展的人才培养模式：第一梯度以理论教学为主，教师传授制药工程专业理论知识并按教学大纲要求完成相关的验证性实验、设计性实验等教学，为学生加入创客实验室，开展创客活动奠定基础；第二梯度以学科竞赛为导向，培养学生发散思维，增强创新意识，提高学生实践动手能力。该梯度以学生为主教师为辅，既突出学生的能动性又要强调教师对学生的指导，教师分层次对学生进行训练。专业教师可以根据工作中的一些科研项目，结合学生的创新想法，以项目为支撑，鼓励和引导学生从事创新科学研究。然后，以学生为主体，由老带新，由成熟的创客引导新的学生进入创客团队，成立创客协会，建立学生创客团队，根据学生兴趣入手，开展创客活动；第三梯度的主体是创客实验室，主要由各合伙人进行创新创业，并对产品和创意进行孵化。通过线上网络平台相关的创业公司、投资公司和科技公司的帮助，创客通过项目阶段运行和各项创意活动的开展，形成多项开源硬件创意产品，并将其知识产权化，最终实现自己的创意。高校通过对大学生的激发和激励，使越来越多的大学生成为创客，学校、教师、企业建立激励机制，对从事创客的学生进行奖励,构建一种人人创业、万众创新的校园创新氛围。

图1 “三梯度”人才培养模式

2.3 创建“五位一体”互动管理平台，促进创客实验室良性循环发展

“五位一体”即以学生为主体，创客实验室等为平台，充分依靠学校及地方、国家相关政策激励、使创客学生在创客实验中能够按照自己所想完成创造，以激发学生创新、创业热情；创客学生将取得的成果经成果孵化、企业赞助或科研成果等进行转化，以获得可持续运行的资金支持，打造“学生-创客实验平台-社会效益”一体化互动管理平台，如图2所示。这个平台的推进不仅可以锻炼学生创新能力，还可以培养学生团队协作能力，为学生创业就业建立有效对接平台；通过总结创客实验室建设和运行的相关经验，各高校形成一个具有启发引导作用的创新型教师团队，改进和完善新的课程教学体系。真正做到实践教学促进创新创业，实现大学教育反哺社会的功能。

图2 “五位一体”互动体系结构图

3 制药工程专业创客实验室建设模式初探

太原理工大学是山西省唯一一所国家第一轮“双一流”重点建设高校、教育部首批“卓越工程师教育培养计划”试点高校和国家“大学生创新创业训练计划”实施学校，是全国高校创新创业典型候选高校，目前已基本形成了比较健全的创新创业教育体系，建设了一系列以提升学生创新创业能力的研究平台，构建了创新创业实践教育体系，这些都是创客实验室建设的依托。

制药工程是一个化学、生物学、药学(中药学)和工程学交叉的工科类专业，涉及物理、生物、化学的方法，是一门理论性、创新性、实践性强的综合交叉专业[16]。本校倡导“医工结合”战略[17]，为研究创客教育对于高校创新型人才培养模式提供了良好的平台。特色教学也为制药工程专业学生成为创客提供了良好的发展空间。

3.1 利用创客实验室平台促进创客实践教学改革

本校鼓励学生进行探索，设计面向创客实践开发和创新的实验教学内容，促使学生运用多学科知识合作完成，提升学生创新能力。在教学模式方面，本校结合“医工结合”的优势建设跨学科协同创新实验室，开展系统的课程训练、以成果为导向的项目实践和常态化的交流活动。教学团队坚持加强本专业与其他相关专业之间的交叉与融合，对教学内容进行整合，促进课程与实践教学体系创新；深化教学方法改革，积极实施启发式、讨论式等教学，突出实践应用能力的培养，尊重学生个性发展，积极探索创客背景下的新型人才培养模式。

本校利用实验室原有的基础，结合现有虚拟仿真实验室，着眼于“互联网+”的创客实验室共享平台，推进创客实验室平台建设。制药工程作为与实际生活结合紧密的应用型交叉学科，针对制药工程领域相关问题，教师可以设计如生物技术制药、药物分析检测、药物安全评价等问题，引发学生思考并提出自己的见解，激励学生开展自主研究。为了便于不同专业背景、不同兴趣取向的学生开展创客活动，相关教师要做到因材施教。如制药工程专业的学生可与生物医学工程专业学生合作进行药物安全评价方面等创客实验研究；与中药学专业学生一起从事中成药工艺改进及天然药物开发；也可与经济管理专业学生共同分析生物制药行业经济运行态势。

为了满足学生创客活动需求，在目前专业实验室基础上，学院通过与学校一些重点实验室展开合作与共享，特别是一些大型仪器的开放，建设开放型自主实验为主导的创客实验室，学生基本上能够开展相关实验活动，更多的创客能够利用创客实验室开展创新活动。

3.2 鼓励制药工程专业学生成为创客

创新是创客文化的基本内涵，特别强调“做中学”[15]。因此，学生创新创造潜能可通过以下两阶段的进行培养，使学生最终成为具有一定创业能力的创客。

3.2.1 学生加入教师已有科研团队或自发组成业余科研小组，开展研究创新实验活动

学生加入教师的科研小组中，从事实实在在的科研活动，让更多的在校生参与教师的科研课题。教师可安排学生先从最基础的开始，比如熟悉仪器的使用及简单的操作步骤，踏实地做一些有意义的实验，从而让学生对科研产生浓厚的兴趣。此外，对实验感兴趣的学生可以在教师的指导下自行组队，比如制药工程方面的生物制药创客团队，天然药物资源化利用创客团队等。学生根据自己学习实践掌握的知识以及感兴趣的内容自选课题，通过查阅大量文献，拟出基本实验方案，然后指导教师结合实际情况给出一些建议与意见，学生独立完成自主实验。

3.2.2 在创客实验室中开展实践活动，激发学生的创新能动性

创客的创新热情及积极性是创客实验室可持续发展的基础。由于大学生创客不仅要完成正常的学习内容，而且还要完成创客项目，所以大多数创客学生的创新活动开展得比较艰难。如何使创客学生有能力、有动力、持续性从事创客活动，是创客实验室发挥作用的关键。这依赖于创客实验室各项规范化管理制度的建立，奖励制度尤显重要：①对从事创客活动的学生，要从学校等层面通过一定的经费给予学生资助；②对获得成果的创客可采用申报专利、组织学生参加竞赛等形式对其成果进行保护和利用。如发明了一种新药生产技术或者开发了一套新设备等，都可以申报专利。获得专利或成果后，与相关企业对接，进行专利转化，让创客们享受成果的回报；③对于创客和创客实验室，教师不仅要起管理作用，更重要的是起到指导作用。高校对从事创客实验室管理和指导教师也要有一定激励政策，让教师愿意且乐意参与学生的创客活动。