实验室建设背景

在产品研发等创新过程中，经常会涉及到实物的制作。然而，“产品创新”所涉及的学科领域、方法、技术十分广泛；即便限定在“研制”这个环节，所涉及到的工程问题也可能是纷繁复杂的。在一门实践类的课程中涵盖“研制过程”中可能用到的各种技能，也是不可能的。

根据多年指导学生创作、实习和参赛的经验和观察，在多数学生创新项目中包含：模型制作、电路搭建、程序编写这三项内容中的部分或全部。许多学生团队在遇到这几类非本专业的制作类问题时，常有两种倾向：一种是束手无策、不敢尝试，陷入困局；另一种是自信心爆棚、草率上马，结果南辕北辙，或者效率极为低下，最终项目草草收场。

于是，“就差一个程序员了”之类的招募团队成员的启事经常出现于BBS或朋友圈。然而，招募成功的可能性也非常小——其中两个可能的原因：初创团队因为缺乏经历，对创新/创业中所遇到的制作问题的难度并没有比较清晰的了解，所以项目的设定目标比较脱离实际，对研发所需的人力、时间和成本没有足够的预见性；或者，缺少比较准确的用语来介绍自己项目的目标和需求，不易和专业的团队对象进行沟通。

 

实验室建设目的

为了解决上述问题，通过快速原型实验室的相关课程或培训，虽然不可能一蹴而就地成为相应领域的高手，但在相应背景的知识体系介绍之后，再加上实际动手的实践，力图达到：

• 对现代的产品制作方法、作品形式和研制过程有比较全面的了解；
• 了解常用材料和辅料、构造结构、制作工艺的性能和选择方法等；
• 了解相应的设计流程、设计工具、成效利弊、难度代价、成本费用、加工周期等；
• 对学生团队正在或将要进行的创新产品的可行性、所需要的研制周期有比较合理的判断；
• 对于已经设定的研制项目，合理分解研制工序，拟定可能和优选的试制方案；
• 与专业人士的沟通和交流有较高的效率；
• 了解创新中经常涉及到的一些专业领域的基本技能，并通过少量实践来克服畏惧感。以至于对项目中的某个/某些制作环节是否可以自力更生地自学自制，有比较成熟的判断；
• 如果在某些部分的学识燃起了兴趣，那么在课程简洁概括的入门之后，建立了一个比较系统的起点，就可以在课程之后引导自己按需深化。

综上，本实验室立足于创新产品的“原型制作（Prototyping）”阶段，共含有三个板块的内容：模型制作、电路搭建、程序编写。通过具体的实践动手，为各专业学生奠定现代设计制作的基础。

 

实验室开设的课程

• 创新与快速原型研制：全校通识核心课
• 创新产品研发基础：元培通识核心课

 

课程和培训内容

1. 概述：创新中原型的常见形式；典型建模材料（2学时）
2. 计算机辅助设计（CAD）软件的介绍和试用（2学时）
3. 外观、功能和工业设计（2学时）
4. 模型组装（上）：传统金工/木工和半自动机械（2学时）
5. 模型组装（中）：基于板材的加工、设计和组装技术（2学时）
6. 模型组装（下）：油泥、软陶等塑性材料的运用（2学时）
7. 自动制造（上）：3D打印及设计（2学时）
8. 自动制造（下）：CNC/自动雕刻机的运用（2学时）
9. 应用软件（上）：手机APP的试制（2学时）
10. 应用软件（下）：PC程序的试制（2学时）
11. 电路系统（上）：基于单片机的小型电路（2学时）
12. 电路系统（下）：基于嵌入式平台的应用介绍（2学时）
13. 改造加工案例：一些常用物品的改造和运用技巧（2学时）
14. 产品中的外包：原型和商品的差别；ODM/OEM（2学时）

 

实验室服务对象

• 优先服务于本实验所开设的课程：
• 全校本科学生，不限定专业（六学部均可）和年级。
• 无先修课要求。但如果中学/大学阶段有过一些手工制作、电路实验，或者计算机编程的经历，能有助于对课程深度的自主挖掘。授课时已经考虑到同学们可能具有不同基础。

 

实验室装备

• 激光切割机：可支持90cm*60cm*2mm不锈钢板切割和其它非金属原型制作材料
• 大量始于原型制作的原材料和工具：免费提供给所需要的学生项目
• 少量专用计算机：安装了所需的CAD和CAM软件，并配置超大显示器，利于设计
• PCB电路雕刻机：适于PCB制作和调试的快速迭代
• 桌面版PCB电路回流焊机：适于PCB制作和调试的快速迭代

	激光切割机	PCB电路雕刻机	PCB电路回流焊机

 

教学设计原则

1. 在本实验室或普通教室中开展实践课程。涉及电路实验部分允许学生使用笔记本作为电源，实验室也提供了备用的充电宝来供电，避免教室中连接交流电源带来的风险；
2. 实验室准备少量虚拟仪器（口袋实验室），以便学生们在教室中进行实验；
3. 基本使用开源和免费的设计工具软件；
4. 控制耗材成本，注意“可循环多次利用”和“发放给学生以延续其兴趣浓度”的折中；
5. 以提升兴趣、克服畏惧为底线。优先拓展视野、注重知识广度，只在少数知识点讲求深度；
6. 基于零基础的循序渐进的学习曲线，但也保留弹性，给积极的同学增加挑战；
7. 大项目为纲，小项目作为短目标。