基于加工實驗車間的科技博物館創客空間創建探討

王 陽

（中國科學技術館，北京 100020）

1 創客、創客空間、創客運動與科技博物館

創客（maker）原意為“制造者”，起源于美國并在全球產生巨大影響力[1]。他們具有高度的創新、實踐以及分享精神，涵蓋一種文化、態度、理念以及學習方式。創客空間的概念出自《創客雜志》，是指配備有一定科技含量的設備、工具及材料，便于創客聚會、活動和協作以實現創意的開放性工作場所，是創客進行創意分享、轉化與實現的物理空間載體[2]。根據創客空間的功能和定位，創客空間可以分為原始的DIY愛好者聚集場所“Hackerspace”、創新2.0 模式的創客空間“FabLab”、盈利性空間“TechShop”、人人皆可用來設計和工作的地方“MakerSpace”等類型[3]。關于創客運動，一般認為最早源于美國麻省理工學院的比特及原子研究中心在2001 年發起的FabLab 創新項目[4]，借助于公眾自身的創造力，推動社會的創新和創造，甚至在世界各地引發積極的社會變革。目前，創客、創客空間與創客運動雖然沒有一個標準的學術性界定，但是創客所具有的特質作為一種新思維、新理念、新驅動力，逐步影響教育系統，有效推動了課堂外教育，使之成為當前世界科學教育改革的一個重要領域。

科技博物館通過科普展覽（展品）結合各式各樣的教育活動，引導青少年進行體驗式學習從而獲得直接經驗，這是其他任何教育機構都難以具備、難以取代的。2016 年新媒體聯盟地平線報告（博物館版）指出“創客空間”將是推動博物館發展與變革的關鍵技術之一[5]。科技博物館等非正規教育機構紛紛引入創客文化，建設創客空間或創新實驗室來開展教育活動，促使青少年參與探索性實驗、發明和創造等實踐活動。創客文化與科技博物館的碰撞、結合，對構建創新型國家、培養創新型人才具有重大的戰略意義[6]。

2 科技博物館創客空間現狀

美國是創客運動的發源地，也是最興盛的地方。美國舊金山探索館的展品研發車間置于主展廳的“黃金地段”并面向公眾開放，青少年可以深度參與關于科學相關的探究與實踐[7-8]。紐約科學館創客空間是一個典型的學習場所，鼓勵青少年展開奇思妙想，把日常物品重新利用、設計并創造。愛荷華州錫達拉皮茲科學中心創客空間也積極為愿意與他人分享的個人和群體服務，通過開設繼續教育課程和提供社交網絡服務，營造出開放、友好和包容的實踐環境。匹茲堡兒童博物館的創造車間鼓勵孩子和家人使用“實物”一起創造和玩耍，深受觀眾喜愛[9]。

經過近40 年的快速發展，我國的科技館數量大大增加，全民科學素質水平也不斷提高。國內科技館的創客空間大多是借助已有的科普設施和資源，對工作坊、活動室進行改造并升級為創客空間。例如，中國科技館在常設展廳內搭建了“探索驛站”“創客工坊”“創客夢工廠”等多個創客活動空間；臺灣科學教育館建造了“原型工廠”；上?？萍拣^融合最新3D 打印、三維立體掃描、多媒體互動展示技術創建了“3D 打印世界”；廣東科學中心以創新形式將創客空間融入“技術與創新”常設展廳；浙江省科技館也建設了 AST space 開展創客教育[9]。

注重培養青少年的動手能力、創新意識和創新能力的創客教育在我國蓬勃發展，但是作為創客教育核心載體的創客空間仍存在如下問題：①建設投入巨大，動輒花費幾十萬元甚至上百萬元；由工作坊、活動室改建的創客空間最多只能容納十多個學生開展活動，這種相對固定的、簡單的、小型團體式的科學教育活動對青少年的吸引力和影響力是極其有限的。②現有的創客活動實踐通常是 3D 打印活動、動手小制作之類，所開設的教育活動形式單一、內容浮于表面，不能從根本上有效培養青少年的創新能力；③創客教育雖然強調在創造中學習，在實踐中成長，但是學生在實踐過程中卻普遍透露出缺乏耐心、遇到困難容易過早放棄、缺乏新時代青少年應有的責任感及精益求精和敬業奉獻精神。

3 科技博物館創客空間新模式的探索

科技博物館以科普展覽（展品）為基礎，基于科學與工程實踐的跨學科探究式學習理念在展廳研發出各式各樣的教育活動[10]。加工實驗車間是科技博物館最重要的場所之一，它是展品研發的“發源地”，是展覽展品運行維護的“保障站”。

傳統加工實驗車間一般情況下具有車床、鉆床、銑床等專業設備和工具，能夠滿足博物館日常展品維修的專業需求。以展品為中心的傳統加工實驗車間具備比較扎實的物質基礎，這就為具有中國特色的科技博物館創客空間提供了潛在條件。創客空間在快速成型技術、虛擬現實仿真、開源硬件的普及，以及整合設備資源等方面已遠遠超過了傳統加工實驗車間。傳統加工實驗車間引入創客理念，增強教育屬性，激發青少年的創新熱情，圍繞展覽（展品）提供豐富的創客活動資源，聯合常設展廳活動室、實驗室開展教育實踐，將有利于推動創客精神在博物館的弘揚。在這個過程中，青少年在加工實驗車間和常設展廳中深度體驗、拓展思路，獲得直接經驗，從而達到教育目的。

3.1 適時開放加工實驗車間，加強常設展廳聯動

加工實驗車間的對外開放是發揮自身特色開展創客教育的基本前提[11]。在此之前，只有專業技術人員才能進入加工實驗車間，青少年或者其他創客人員無權自由出入。通常情況下，在沒有加工任務情況下，加工實驗車間的設備、人員往往處于閑置狀態，這無疑是一種浪費。在不影響正常加工生產的前提下，免費開放加工實驗車間設備等資源，為青少年提供各項創新服務，使得加工實驗車間不再是關起門來只做生產加工的地方，而是可以幫助追夢者實現創意的夢工廠，最大成效地發揮加工實驗車間的功能。既滿足了以輕度體驗為主的大批量觀眾參觀交流的需求，又能夠滿足深度體驗創客或者專業團體的高層次需要。

創客空間的師資和技術配置離不開資源的高效整合。常設展廳的科技輔導員具有豐富的教育經驗和教學案例，傳統加工實驗車間具有專業的設備和技術儲備。不過金屬與非金屬激光切割機、五軸加工中心等大型設備不適合放置于常設展廳，一方面是由于常設展廳活動室的物理空間有限，另一方面是由于專業設備本身在加工生產過程中可能會產生噪音或氣體等污染展廳環境。鑒于此，常設展廳與加工實驗車間強強聯合，實現教育資源和大型加工設備的共享，共同提升創客空間實踐教學能力、設計加工能力，并且還能有效節約成本。

3.2 打造創新實踐環境，加快軟硬設施升級

好的教育不僅僅是如何讓教師教得更好，更重要的是如何提供良好的環境與工具讓學習者去構建自己的知識結構?？死锼埂ぐ驳律凇秳摽停盒鹿I革命》指出創客空間必備 3D 打印機、激光切割機、微型機床等設備和工具[12]。盡管利用普通臺式機床設備和工具就可以制造出一些物件，但是很多情況下創客還需要更專業的生產加工設備。加工實驗車間通過分析科普展覽展品研發制作工藝及創客空間項目活動需求，對設備進行高中低檔多種組合，既能滿足日常研發制作的需求，又能滿足不同層次創客進行實踐的需要，順應時代發展需求。加工實驗車間高中低檔機床設備的多種組合，可以形成多層次多種類人才合作的運行架構，充分發揮加工實驗車間潛在的教育價值，助力創客運動。加工實驗車間主要區域的設備見表 1。開源硬件不僅在節約成本、促進共享方面有明顯的優勢，還能夠搭建信息開放的共享環境，以及創客之間相互學習的有效機制[13]。此外 AR/VR 應用于創客教育也較為常見，青少年可充分利用 AR/VR 進行零部件設計、模擬裝配、作品展示互動等實踐操作。

表1 加工實驗車間主要區域的設備

3.3 搭建交流研討平臺，頭腦風暴激發活力

創客是創客空間發展的主體，具有“尚技重工”的鮮明特征，主張敢于把想法變為現實。通過創客空間將創客集聚在一起，交流協調、互相啟發、融合共享，或可激發出巨大的創新活力?？萍驾o導員和車間技術人員在加工實驗車間圍繞不同的主題活動為項目的交流共享以及動手實踐提供服務。交流研討區配備專門的討論桌椅、投影儀以及打印機等配套辦公用品，為討論交流提供良好的物質環境基礎。加工實驗車間和常設展廳規劃出創客作品展柜，創客研發成果通過特色教育活動的方式向青少年進行分享與展示。

隨著創客空間創建探索的不斷深入，逐步建立和完善線上虛擬空間，采取多種靈活便捷的方式為創客提供支持服務。在未來將進一步利用中國數字科技館官網、微博、微信公眾號和快手等新媒體平臺宣傳創客空間的相關項目及活動。通過網絡社區開展創意分享、技術交流和成員招募等活動；依托官方微信號進行創客作品的線上展示；在特定時間遠程連線專家給予指導；還可以利用QQ 群、微信群等方式進行即時交流。線上虛擬空間的交流平臺很好地支持創客空間定期開展的基礎實驗、沙龍或講座、各類學科競賽研討等活動。以加工實驗車間為紐帶，青少年和博物館可以建立更深層次的關系，認識創新內涵，感受創客文化，體驗創新創造帶來的樂趣，從而加入創客的隊伍中來。

3.4 傳承工匠精神，培育創新核心素質

博物館教育資源本身就具有跨學科內容，基于科學與工程實踐的跨學科探究式學習的教育理念能夠促進多維度教學目標的實現。加工實驗車間組織專門力量整合多學科知識，嵌入各種技術和工具，編撰一些符合博物館特色、應用性強、操作性高的活動項目。將工匠精神和創客文化融入項目活動中，鼓勵青少年破舊立新，通過實踐和創造來表達創新思維和批判意識。

目前，中國科技館加工實驗車間正逐步為各層次創客提供相關課程和技術支持服務。一類是關于設備和工具使用的基本知識和技能課程，旨在培養青少年基礎實踐能力和工程能力；另一類是專門開發專業設備類拓展課程，提升專業實踐和設計能力；第三類是根據設定主題進行創新創造課程，旨在培養青少年的研究能力與創新能力。利用先進的創客教育理念以及加工實驗車間的設備和技術服務進行創新創造。將靈感、發明、創意轉化為產品，完成“構思—設計—制造—改進—運作”全反饋鏈式的創造之路，其中設計階段包含“三維建?！换シ抡妗O計優化—虛擬現實展示”等過程。通過虛實結合的方式構建創客創新實踐環境，使學生經歷由最初所遇到的實際問題，通過分析后提出創新創意方案，繼而虛擬仿真驗證，再將創新作品（實物）呈現，最后到虛擬運作的過程，探索產品全生命周期各個環節的創新創造，高度真實地還原產品研發設計的流程。除此之外，還提供面向專業創客和教師的技能培訓課程，形成以基礎課程為中心、以拓展課程為輔助、以創新課程為提高、以技能培訓為保障的創客課程體系。

培養青少年不應局限于能夠把創意轉化成實體作品的創造者，還應該包括職業道德、社會責任、職業理想與職業擔當的培養。在實踐過程中注重訓練青少年像工匠一樣對工作精益求精、追求產品和技藝極致完美、對所做事情和產品精細雕琢。青少年在進行設備實操和作品制作的過程當中，關注他們的實操細節，發掘他們的潛能，不斷培養他們動手解決問題的能力。在教學設計的每一個環節當中，科技輔導員和車間技術人員應以實際行動傳承愛崗敬業、守正創新、精益求精、踏實認真的職業態度，做好踐行“工匠精神”和傳承創客文化的榜樣，從而內化為青少年的自身素養，激發他們不斷鉆研和探索知識的興趣。

3.5 注重安全管理教育，提供細致高效服務

3D 打印機、小功率非金屬激光切割機等設備是創客空間中最常用的機器。這些設備操作難度較小，專業程度較低，傷害風險也小。加工實驗車間的創客空間配備了各式各樣的加工設備以滿足各層次創客的需求，但與此同時也帶來了安全管理的難題。如何提高安全意識、責任意識和擔當意識來促進創客空間安全、高效、穩定地運行，是一個亟待解決的問題，也是一項長期艱巨的任務。通過加強頂層設計，細化安全管理，堅持“自上而下、預防為主、全員參與”的安全管理運行方針。我館制定了由車間技術人員作為技術負責者，科技輔導員作為教育主導者，青少年作為重要參與者，全員聯合起來進行安全監督的創客空間創新管理方法。

安全意識的形成源于同伴互相監督、互相幫助以及完備的規章制度，以保證生產和參觀學習活動的有序進行。當青少年要使用創客空間設備或參觀訪問時，車間技術人員會為青少年進行設備使用安全培訓或者安全參觀指導，促使青少年切身感受加工實驗車間的安全文化。對于危險性高、操作難度大、價值高的設備，例如五軸加工中心、數控車床、數控銑床、金屬激光切割機，需要單獨放置在設有門禁的區域內并進行身份認證，禁止未有使用資格的創客獨自操作使用。健全安全生產例會制度，每周總結各設備安全生產的內容，定期分析安全運行狀況，對重大安全生產問題制定對策，并組織實施。除了萬全的安全管理制度，還要求深度體驗的創客購買相應的商業保險。

4 結語

創客教育是一項復雜的系統工程，創新教育發展并非朝夕能至。在我們倡導創客教育時，也更應該強調工匠精神。既要有敢于打破常規、一絲不茍的創造精神，又要有嚴謹細致、知行合一的實踐精神。只有在這個前提條件下，充分發揮青少年的創新思維，注重提高創造能力和協作能力，才能更好地達到創客教育的目的。將傳統加工實驗車間以創客空間的模式推廣普及，通過主題活動式的創客活動，成為青少年參與體驗博物館展覽展品的創新平臺，秉承“工匠精神”和“創客文化”，為社會輸送具有創新能力的高技能人才。