倪偉傳， 李 佳， 王 鳳， 劉少江， 許志明， 萬智萍

(中山大學(xué)新華學(xué)院 設(shè)備與實驗室管理處， 廣東 廣州 510520)

2017年，綜合性高校工程教育發(fā)展戰(zhàn)略研討會在復(fù)旦大學(xué)召開，研討會達成了“新工科”建設(shè)復(fù)旦大學(xué)共識。隨后，教育部發(fā)布了《教育部高等教育司關(guān)于開展新工科研究與實踐的通知》，啟動“新工科研究與實踐”項目[1]，“新工科”的概念在高校成為討論的重要話題?！靶鹿た啤比瞬排囵B(yǎng)的主旨是在新一輪科技和工業(yè)革命中提前布局跨學(xué)科和學(xué)科交叉的復(fù)合創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才的培養(yǎng)，解決未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展的人才巨大缺口，升級傳統(tǒng)學(xué)科的知識結(jié)構(gòu)和培養(yǎng)體系。同時在專業(yè)認證的大背景下，學(xué)習(xí)國際先進理念和先進教育、深化實踐教育改革，借助創(chuàng)客教育的發(fā)展、推動創(chuàng)新實踐教學(xué)的變革[2-3]。作為地方本科高校，在轉(zhuǎn)型過程中，須依托區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展和產(chǎn)業(yè)升級，對接到地方經(jīng)濟發(fā)展的需求和地方企業(yè)所需的技術(shù)創(chuàng)新，充分發(fā)揮自身優(yōu)勢和特色，加強跨界整合能力的技術(shù)技能型人才的培養(yǎng)。培養(yǎng)優(yōu)秀的合格人才離不開優(yōu)秀的實踐教育平臺，根據(jù)目前全球流行的創(chuàng)客空間和國內(nèi)流行的眾創(chuàng)空間等經(jīng)驗，建設(shè)符合應(yīng)用型高校的創(chuàng)新實踐新平臺。

國外高校均建立了自己特色的創(chuàng)客空間，以MIT的Fab Lab (微觀裝配實驗室) 最具代表。建設(shè)方案可以根據(jù)學(xué)校條件選擇配置相應(yīng)的基礎(chǔ)儀器和設(shè)備，并根據(jù)經(jīng)費情況合理選擇符合要求、覆蓋面廣的方案。Fab Lab作為具有代表性的創(chuàng)客空間，也建立了全球的網(wǎng)絡(luò)平臺，充分發(fā)揮了共享和創(chuàng)新的精神。國內(nèi)從2014年起，從中學(xué)到大學(xué)、從學(xué)校到社會，建立了不同類型的Fab Lab空間。2015年深圳國際創(chuàng)客周期間與MIT正式簽署“國際微觀裝配實驗室(全球旗艦)授權(quán)書”及“Fab Lab 2.0聯(lián)合研發(fā)協(xié)議書”[4]。由此深圳作為國內(nèi)的前沿創(chuàng)客基地，推動了Fab Lab 1.0到2.0階段的轉(zhuǎn)變。2016年第十二屆國際微觀裝配實驗室年會(FAB12)在深圳舉辦。地方應(yīng)用型高校建立Fab Lab實驗室，加入到全球創(chuàng)客空間網(wǎng)絡(luò)當中，可以鏈接到世界范圍內(nèi)的Fab Lab空間，獲取共享資源和推進創(chuàng)客教育。

1 Fab Lab產(chǎn)生的背景

Fab Lab是美國MIT比特與原子研究中心發(fā)起的一項新穎的實驗，可以制造任何產(chǎn)品和工具的小型工廠。最初靈感來源于Gershenfeld教授于1998年在MIT開設(shè)的一門課程[5-6]。2013年9月，中國大陸第一家“數(shù)制”工坊Fab Lab O-Shanghai在同濟大學(xué)落成。隨后相繼在國內(nèi)多地建立了各種類型的Fab Lab實驗室，截止到目前國內(nèi)共有18家Fab Lab實驗室[7-8]。通過Fab Lab的官方網(wǎng)站可以查到實驗室的分布，各類基于Fab Lab的創(chuàng)客活動也在積極地進行，與全球的創(chuàng)客進行廣泛的交流與互動。

2 Fab Lab的規(guī)劃與建設(shè)

Fab Lab實驗室的建設(shè)可以參考MIT的CBA中心的官網(wǎng)網(wǎng)站所提供的資料，一般在建設(shè)的時候要考慮學(xué)校的實際情況，在場地充足的條件下，可以采用更大的建設(shè)面積，這樣容納的人數(shù)較多，可以保證多人工作的時候空間比較充足[9-12]。如果因場地受限的話，可以添置基本的設(shè)備，完成一定人數(shù)的實際操作，采取分組分批分時開放的原則。Fab Lab實驗室主要是桌面型小型工廠，那么主要以操作為主，相關(guān)的設(shè)計和安排需要滿足安全規(guī)范，一般需要配套的場地，這樣方便開展教學(xué)和科研活動。這里主要介紹地方應(yīng)用型本科院校的Fab Lab實驗室的規(guī)劃和建設(shè)，力圖節(jié)約場地和經(jīng)費。地方高校的大型創(chuàng)客空間，應(yīng)能滿足學(xué)生基本的實踐動手要求，還可以根據(jù)經(jīng)費和學(xué)科分布情況逐步增加設(shè)備和配套場地。

圖1 Fab Lab實驗室整體參考布局

核心部分是制造間、設(shè)計間和電子應(yīng)用間，相關(guān)的設(shè)備主要放在制造間，是基礎(chǔ)的桌面制造工具，布局方面也是以鋼化玻璃隔斷，可以在不同的區(qū)間完成不同的工作，這樣可以互相不受干擾，當然容納的人數(shù)會因為面積而受到限制，合理的布局也可以提高使用效率。圖2顯示了放置基礎(chǔ)設(shè)備的實驗室詳細設(shè)計，根據(jù)Fab Lab實驗室的采購清單的設(shè)備主要是放置在制造間和設(shè)計間，可以根據(jù)不同的學(xué)科需求和用途進行合理的放置?？梢园凑詹少徟渲们鍐蔚淖畹鸵筮M行配置，成本可以控制在60萬元左右。

圖2 制作間、設(shè)計間和應(yīng)用間設(shè)計

Fab Lab實驗室的核心是設(shè)備和工具，表1所表示的是常見設(shè)備、工具和軟件。根據(jù)需求采購設(shè)備進行配置，核心設(shè)備是激光切割機、雕刻機、CNC銑床和3D打印機等。由于這些設(shè)備帶有一定的危險性，要根據(jù)其安全性等要求合理放置。還要根據(jù)設(shè)備的大小、耗電大小和通風(fēng)的要求，進行擺放和安裝，保證使用者的安全。設(shè)備在使用過程中還要合理評估其噪聲的大小，機器噪聲會嚴重影響空間的配置和非操作人員的工作，以及噪聲的傳播，這些都需要在建設(shè)過程中綜合考慮。對噪聲大的設(shè)備一般安放在比較偏的位置，這樣可以用玻璃隔斷減小噪聲的影響，同時對使用者須有嚴格的時間限制以及護耳工具。

表1 常見設(shè)備、工具和軟件

首先，基礎(chǔ)設(shè)備的布置和安裝，涉及到安全、操作和通風(fēng)方面的問題。對于激光切割機這樣的設(shè)備需要購置抽風(fēng)機，或者將其放置在窗邊排氣管道附近，排氣管道也要盡量接入到外面遠離人群的地方，保證室內(nèi)空氣環(huán)境清潔。CNC銑床一類的大型設(shè)備特別要注意安全性，大型設(shè)備在使用過程中存在操作危險性，因根據(jù)具體的安全規(guī)范進行操作，避免操作失誤出現(xiàn)安全性的問題。3D打印機采用堆疊的方式制作模型，一般購買的是桌面級小型機，采用1～2個噴頭，成型的根據(jù)機器的快慢需要一定的時間，在無人值守的情況下尤其要注意安全，防止發(fā)生意外狀況。圖3顯示的是3種基礎(chǔ)設(shè)備，常規(guī)設(shè)備可以配置電腦進行控制和操作。其他類基礎(chǔ)設(shè)備按照基本要求操作即可，把基礎(chǔ)制造設(shè)備統(tǒng)一布置管理。

其次，在Fab Lab實驗室要配置常用的基礎(chǔ)工具，主要是完成手動制作和安全的手動和電動工具。手動工具主要用來拆卸、組合、彎曲和處理各類材料的工具，包含基本的工具箱，如螺絲刀、鉗子、扳手、錘子、鋸子、打磨和沖孔工具等，這類工具主要是使用者通過熟練動作來使用，遵循操作規(guī)范就可以。另一種類就是電動工具，這類工具分桌面固定型和手持型，各類大小型臺鉆、溫控電烙鐵等屬于桌面固定型和立式電動工具，手持型如電鉆、沖擊鉆、熱風(fēng)槍、手電鋸等，電動工具要遵循操作規(guī)范和用電安全，根據(jù)指導(dǎo)手冊經(jīng)過熟練的訓(xùn)練才可以使用。

圖3 常見設(shè)備

最后，還需要應(yīng)用軟件、工作臺和計算機進行計算機輔助設(shè)計。設(shè)計三維模型使用的Autodesk 123D，是由歐特克公司發(fā)布的一款免費的 3D CAD 工具，特別是適合入門建模，能夠提供強大的功能。采用一些圖形處理軟件，如CorelDRAW等，可以用于刻字機等機器的設(shè)計，Altium Designer主要功能是繪制電路原理圖和PCB制板，還可以采購一些開源硬件并安裝相關(guān)的開發(fā)軟件，軟件的使用可以盡可能采取免費版，這樣可以節(jié)約成本，同樣可以實現(xiàn)各種功能和需求。根據(jù)實驗室規(guī)劃和設(shè)備、工具等的擺放原則，盡可能充分利用場地空間，保證設(shè)備的使用和安全性。圖4表示了Fab Lab實驗室的主體規(guī)劃，包括設(shè)備和工具的擺放設(shè)計和布置，以及隔斷的鋼化玻璃，并布置多臺3D打印機，可以同時工作，節(jié)約打印時間。

3 Fab Lab的管理及運作

Fab Lab實驗室主要是給學(xué)生提供創(chuàng)新實操的場地，須要根據(jù)學(xué)校實驗室建設(shè)的要求，建立管理規(guī)章制度，其中包括實驗室安全管理制度、實驗室設(shè)備使用規(guī)定、實驗室應(yīng)急應(yīng)變措施、實驗室火災(zāi)應(yīng)急處理預(yù)案、學(xué)生實驗守則以及開放制度等。對進入實際操作的學(xué)生需要經(jīng)過培訓(xùn)，未培訓(xùn)的學(xué)生嚴禁使用，并且須要配備設(shè)備和工具說明書，在使用工具前要求學(xué)生充分閱讀使用說明書和安全規(guī)則及安全警告。實驗室需要配備防護設(shè)備，特別是穿戴好個人防護用品，如操作時會有金屬屑、木屑或其他粉塵，須要佩戴護目鏡和口罩；危險設(shè)備和工具的擺放地方須要張貼注意事項和危險預(yù)警提示，做到最大限度地保護師生安全。Fab Lab實驗室須建立各項制度，并要安排設(shè)備管理人員、指導(dǎo)教師和行政人員。實驗室管理人員主要負責實驗室的建設(shè)和日常管理，并對設(shè)備進行維護，根據(jù)需要申請購買相關(guān)的耗材；指導(dǎo)教師主要從技術(shù)方面對學(xué)生進行培訓(xùn)，以課程的形式按照學(xué)期要求培養(yǎng)創(chuàng)新實踐人才，并以短期培訓(xùn)的形式教授使用方面的技術(shù)技能；行政人員主要負責管理各項活動的安排和組織，處理日常的行政事務(wù)，把實驗室的管理制度化和規(guī)范化，并納入到整個學(xué)校的實驗室管理體系。各成員各司其職管理日常的工作和實驗室的開放，根據(jù)學(xué)生的需求，定期舉辦各類活動，周末舉辦科技周活動，月舉辦科技月活動，參加全球的創(chuàng)客活動以及參加FAB年會。以課程和活動的形式推動創(chuàng)新人才的培養(yǎng)。

圖4 Fab Lab實驗室主體規(guī)劃

4 結(jié)語

創(chuàng)客教育的開展需要專門的場地，需要配套的基礎(chǔ)設(shè)備和工具，包括計算機等軟硬件資源，F(xiàn)ab Lab實驗室的建設(shè)提供了一種新的人才培養(yǎng)的思路。在這種思路下，合理利用有限的資源，建立符合地方應(yīng)用型高校實際情況的實驗室。在使用過程中，根據(jù)需求可以進一步完善和添置設(shè)備，充分利用現(xiàn)有資源、降低成本，大力提倡共享機制，以Fab Lab實驗室為平臺因材施教，建立長效機制，培養(yǎng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)技術(shù)技能型人才。在新工科背景下，注重跨學(xué)科的融合和合作，充分利用全校各學(xué)科的教師資源，形成創(chuàng)客教育的教師團隊，通過這種方式可以彌補創(chuàng)客教師的不足，創(chuàng)客教師培養(yǎng)也是專業(yè)專職教師的業(yè)務(wù)能力的提升，把創(chuàng)新技術(shù)技能的培養(yǎng)融入到專業(yè)課程當中，培養(yǎng)學(xué)生的綜合創(chuàng)新能力，在高校發(fā)揮創(chuàng)客教育理念的積極作用。

References)

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