“双高”背景下的高职院校专业实验室集群建设

单以才， 骆德云， 武 凯， 徐 坚， 段向军， 舒平生

（1.南京信息职业技术学院机电学院，南京210023；2.南京理工大学机械工程学院，南京210023）

0 引 言

2018 年1 月31 日，教育部印发的《教育部2018年工作要点》要求启动“中国特色高职院校建设计划”，旨在建设一批高水平高职院校和专业，培养一流的技术技能人才，简称“双高”建设。专业实验室对高职院校培养工匠涵育型技术技能人才至关重要。开展高水平专业实验室建设，不仅有助于塑造学生的“技术”品质，支撑专业群高水平建设，增强高层次师资凝聚力，而且还能激发校企合作的动力与创新。尤其在当前中国特色高职院校的关键特征和建设路径尚待明晰的态势下，如何在现役专业实验平台建设管理的基础上，科学建构高水平专业实验室是一个值得探究的现实问题［1-2］。

1 当前专业实验室助力“双高”建设的困境

1.1 难以支撑高水平专业（群）建设

“本科院校谈学科，高职院校论专业”。创建高水平专业（群），是高职院校专业建设的“新标杆”，也是“双高”建设的核心所在。随着产业集群和职业分化日益加剧，高职专业布局正逐步由“离散型”转向“集群型”［3］。专业群建设是一项探索性的系统工程。组群时，往往先确立一个或两个核心专业，再根据产业链和岗位群吸纳相关支撑专业，具体工作需涉及人才培养模式、专业、师资、教学、实验实训基地、校企合作等多个子项的协同建设，同时紧随产业结构调整不断开设新专业、升级或淘汰老专业。可见，专业群建设又是一项耗资巨大的持续建设工程。作为耗费投入的重点环节，传统专业实验室的“离散型”建设模式，即由二级分院根据专业课程设置实验室，很难实现资源建设集约化、共享最大化，显然难以支撑“双高”背景下专业（群）高水平建设。

1.2 难以支撑高质量师资队伍建设

高质量师资队伍是创建中国特色高职院校和专业的根本保障，只有集聚高质量教师才能培养一流的技术技能人才，产出一流的应用型研究成果。“一流的研究成果要依托一流的实验基地，一流的实验基地需具备一流的设备和师资”［4］。受办学定位长期局限于技能型人才的培养，高职院校用于应用研究的实验平台几乎空白。此类平台的缺失，使具备研究能力的教师也难有施展拳脚的机会，导致高职院校留不住高水平教师。此外，高职院校实验队伍由于未得到应有重视，一直存在结构不合理、水平低下的现象。尤其对于先进设备，常因其强大功能得不到充分使用而造成资源浪费。这些现象都成为目前专业实验室贡献高质量研究成果的“绊脚石”。综上所述，研究型实验平台和高水平实验队伍的缺失，使得“双高”背景下高职院校聚集高质量师资队伍的能力明显不足。

1.3 难以支撑高端产教融合实训基地建设

“产教融合”是中国特色的职业教育模式。我国政府制定了产教融合的基本制度框架，鼓励学校多与当地标杆企业合作，建立高端产教融合实训基地，以便专业精准服务产业。经多年的探索实践，“产教融合”在学生的实践教学和就业上取得显著成效。尽管如此，高职院校仍普遍感到企业合作乏力、缺乏热情。究其原因，市场竞争迫使企业不断对产品和设备转型升级，这对基地更新设备的周期提出很高要求，其周期短、耗资大，令合作企业更渴望产教融合基地能具有自我升级、保持可持续发展的能力。由于至今学校缺失具有开发技术和产品能力的研究型实验平台，现有专业实验平台无法满足“双高”背景下高端产教融合基地对自我造血功能的要求［5］。

1.4 难以支撑复合型技术技能人才培养

近期，国家相继颁布的“创新驱动发展”“一带一路”“中国制造2025”“互联网＋”等战略，迫切需要高职院校培养大量的复合型技术技能人才。此类人才对高职人才培养质量和培养规格所需具备“技术”品质的要求越来越高。实训基地采用生产性设备，主要用于培养学生的操作技能，学生的“技术”品质则有赖于理论与实验教学。受传统观念影响，实验教学仅仅作为理论教学的一种辅助手段，其教学内容更多是对课程知识点的验证性实验，严重缺乏一些用于开发学生潜力、创新能力的综合性、设计性和创新性项目［6］。用于实验的设备，大多都是直接采购校外产品，仅使用实验教学中所需功能，对其挖掘新功能的二次开发却比较少，教师自主开发的实验设备更少。当前现行的实验设备和内容，显然难以匹配“双高”背景下复合型技术技能人才培养的要求。

2 专业实验室集群建设的内涵与特征

由上述可知，高水平专业实验室建设成功与否，对“双高”的高水平专业（群）建设、高质量师资队伍建设、高端产教融合实训基地建设、复合型技术技能人才培养尤为重要。专业实验室在过去高职各类专业建设投入中都占有较大比重［7］。经历前期的两轮教学水平评估、示范（骨干）学校等项目建设，专业实验室规范建设基本到位，部分设备甚至达国际一流水平，对提升专业水平和人才培养质量起到了重要支撑作用。但从近几年的运行绩效来看，依托专业实验室的一流成果却与职业教育发达国家存在较大差距，“产出”与“投入”严重失衡。那么在新一轮“中国特色高职院校建设计划”中，高职院校专业实验室高水平建设的突破点在哪呢？

多年来，专业实验室的建设与管理一直是高职院校探索实践教学改革的着力点。程珊珊［8］针对不同类型实验室开放的特点和影响因素，构建了分类导向的实验室开放体系。严辉华［9］围绕高职实验队伍存在结构紊乱、任务繁杂等问题，提出了优化队伍结构、明确岗位内容等策略。赖丽花［10］在日常管理的基础上，探索实训设备精细化管理途径。李建春等［11］从实验室安全管理角度，提出政府监督、学校统管、院系协助、主管部门推进、师生参与的管理模式。贾振元［4］建议“双一流”大学实验室要大力加强设备、师资、管理机制三方面建设［4］。

高职专业实验室源于本科实验室，既要借鉴大学实验室建设管理的成功经验，又要依托高职教育生态圈探索复合自身特色的运行规律。通过专业改革反复实践，专业集群建设被高职院校一致认为是服务区域性产业集群、破解职业教育发展难题的重要抓手［12-13］。然而，上述有关高职实验室的研究成果大多是基于传统“离散型”建设模式，难以满足专业群“集群型”需求。专业实验室若采取集群式建设，可有效整合存量资源，合理配置增量资源，在专业结构调整中既能有效解决新老专业实验设备的协同升级，又能合理分解类似工业机器人、新能源汽车等新工科专业实验室巨额投资，建造研究型实验平台；而且聚集群体专业实验资源，改善实验师资结构和水平，有助开发高质量的综合性、设计性和创新性项目，进而切实保障新时代技术技能人才的培养质量。因此，专业实验室集群对“双高”建设大有裨益，理应成为高职院校创建特色高水平高职院校和专业的一种必然选择。

集群概念源于生态学的族群，原意是指共生于同一栖所的生物族群［14］。群居环境聚集共生要素，集群有利于形成群体效应，产生1 ＋1 ＞2 的效果。专业实验室集群建设，并不是简单汇聚存量资源，而是应以系统性、全局性思维围绕专业群建设大局进行统筹规划，根据专业群所服务的产业链，科学垒建技术链和岗位群，依此整合优化专业实验资源，建立全群共享的实验室集群。它是高职院校实践教学创新发展的必经阶段，也是高水平高职院校应有的实验室建设新思路，其特征包括集群建设的系统性、适应性、集约性和开放性4 个方面，也是集群建设的内涵所在。

3 专业实验室集群建设策略

3.1 突破传统专业实验室建设理念桎梏

“调结构、提质量”，是现阶段高等教育内涵发展的主题。高职院校为快速响应我国产业转型升级节奏，主动建立专业动态调整机制。经历“十二五”期间重点专业群建设，高职院校就专业与产业结构契合度都有了很大改善，但专业群资源配置与建设分散、共享度和利用率不高的问题依然比较突出，这与在专业群框架下建设共享资源的旧思路密切相关［15］。为扭转这一状况且实现资源共享最大化，根据相应产业链的技术链和岗位群，直接建立资源共享总线来服务专业群，如图1 所示。该资源共享总线包括课程、师资、实验实训、校企合作平台等。这种教学资源建设新思路是未来高职院校专业群建设的最佳抉择，能很好贯彻产教融合指导思想，正逐步被推广应用。

图1 共享最大化的产业链与专业群对接网络

鉴于上述共享最大化的教学资源建设新思路，结合当前实验室建管困境和需求，高职院校首先要突破传统建设理念的桎梏，即由传统的“产业链——专业群——实验室群”调至“产业链——实验室群——专业群”。如图2 所示，这种使实验室群介于产业链与专业群之间的新理念，更易于突破专业间、部门间的壁垒和固有模式，便于开展专业实验室集群建设，利于引导专业群精准吻合产业链。

图2 专业实验室集群建设思路

3.2 加强高水平实验设备集群建设

高职院校专业实验设备高水平集群建设，并不是要求建设类似一流大学重大科研的先进设备，而是要统筹规划存量资源与增量资源，通过集约化建设，充分发挥集群实验平台最大功效，为实践教学、应用研究和技术开发提供高水平的优质服务。据其价值取向，一个高水平实验设备群需包括基础实验平台、升级实验平台、研究实验平台和自制实验平台4 类。①基础实验平台，强化整合老专业实验资源，适量添置新技术、新工艺设备，重点加大新专业基础实验平台建设。②升级实验平台，避免老专业升级或淘汰时实验设备过早被淘汰，应添加新技术元素，促进现有设备功能升级。③研究实验平台，除必须外购的整套实验平台，应倡导专业教师根据自身研究实力与特长，在所建的平台中尽可能融入自身技术需求，以形成特色实验平台。④自制实验平台，根据自身教科研或培养学生创新能力的需求量身定制。

3.3 加强协作型实验队伍集群建设

集群实验设备功能复杂化、技术多元化和服务多样化，必须建设一流的协作型实验队伍团队。一流的协作型实验队伍不仅实践教学水平高，能开发高水平的创新型实验项目，而且还能向应用研究和技术服务提供可靠的科学数据。其建设不仅要解决传统实验队伍普遍存在师资结构不合理、实验技术水平不高等问题，还将面临“集群”所带来的新问题和新要求。①人员配置，不断吸引专业背景强和科研背景强的专业负责人以及创新能力强的青年教师进入实验队伍，还需从科研院所、行业企业招聘大师级的技术骨干。②水平提升，通过业务进修、企业实践、学历晋升、与企业共同开发技术开发与产品等渠道，加强“双师”实验队伍建设，全面提升实验教师理论实践水平。③组织方式，以专业实验平台和重大教科研项目为载体，组合不同专业的骨干教师，建立多方位的实验教学团队和科研服务团队。④管理机制，加强集群制度建设，创建良好的集群工作环境和制定合理的集群激励机制。

3.4 加强集群运行管理机制建设

科学管理是发挥集群资源效益的最重要手段，因此如何建设集群运管机制显得尤为关键。“重建设，轻管理”，是我国高校实验室建设管理的通病。有些高职院校常因实验设备管理不到位，导致设备因技术过时而被过早淘汰。实施专业实验室集群建设，虽然彻底改变过去分散状态，可有效解决过去实验资源重复建设、管理不便等问题，但集群设备多样化和人员复杂性，使其运行管理又面临新的问题，如集群设备运行管理理念、实验队伍建设、教学内容组织、体制机制建设等。由于专业实验室集群建设刚刚起步，与其配套的集群运管机制基本空白，必须强化集群运管机制建设，确保集群实验资源发挥最大效益。

4 专业实验室集群建设实践

随着“智能制造”被确立为制造业的主攻方向，智能制造类专业群成为了当前乃至未来相当长时期内工科类高职院校专业建设的工作重点。机电学院在“十二五”省级重点专业群建设基础上，开启了智能制造装备技术专业群的探索与实践。在资源建设上，依托已建立的先进制造技术实验实训基地，以建设江苏省工业机器人4S中心产教融合平台为契机，围绕专业实验室设备、师资、机制的集群建设取得不少实践成效。

4.1 智能制造装备技术专业群实验室集群架构设计

“机器换人”是智能制造的终极目标之一，对工业机器人技术技能人才提出了井喷式需求。工业机器人是一种技术密集型机电产品，其技术技能人才的培养需要高职院校多个专业共同支撑［16］。机电学院以此为契机，主动瞄准工业机器人战略性产业，依托自身专业资源，将原有的先进制造装备技术专业群升级为以“机电一体化和工业机器人技术两专业”为双核的智能制造装备技术专业群。通过构建由关键零部件制造、本体制造、系统集成、应用企业构成的工业机器人产业链，解析与其对应的技术链和岗位群，建立了智能制造装备技术专业群的资源共享通道，见图3。

图3 智能制造装备技术专业群建设框架

分析上述工业机器人产业链可知，与其对接的技术链既要涵盖工业机器人关键零部件和机械本体的制造技术与装配工艺，又要包括工业机器人系统集成技术以及应用企业的机器人化生产工艺。因此，将智能制造装备技术专业群实验室统筹规划为4 个子群，分别是工业机器人的关键零部件制造实验室群、本体装调实验室群、系统集成实验室群和典型应用实验室群。其中，关键零部件制造实验室群主要负责机器人主要零部件的加工与装配实验，如RV 减速器、谐波减速器、机器人本体等；本体实验室群主要承担工业机器人本体装配、现场编程与调试等实验；系统集成实验室群主要负责机器人系统集成实验，如机器视觉、机械设计、PLC、传感器等；典型应用实验室群主要负责工业机器人典型应用实验，如搬运、焊接、分拣等。

4.2 高水平实验设备集群建设

工业机器人是制造业皇冠上的明珠，其实验设备一般较贵。集约化是建设高水平机器人实验设备集群的一个必要手段。在工业机器人4S中心建设中，整合了机电、数控、模具等老专业基础实验平台，重点增建了工业机器人技术专业基础实验设备；以“工业机器人＋”为升级手段，对老专业技术落后的实验平台引入机器人技术，实现了平台功能升级，如运用机器人实现数控机床、SMT 生产线自动上下料；通过与信捷公司共建机器人故障诊断测试台、与ABB公司共建机器人仿真实验室等，支持教师自主建立机器人自动制孔系统等实验平台，以“校企共建、自制研制”等渠道，开展了研究型实验平台建设；在学院工程中心项目资助下，采取二次开发、自主研制等方式，建立自制的三坐标直角机器人、多功能机器人搬运工作站等多个实验平台。通过以上建设，机电学院以有限的项目资金，实现了工业机器人专业实验室的集群建设。

4.3 协作型实验队伍集群建设

工业机器人是一种技术密集型产业，其实验设备与技术涉及机械、材料、控制等多个学科领域，更需要组建一支专业结构全面、职称构成合理、综合业务能力强的协作型实验队伍。如《工业机器人典型工程应用》课程实验平台为蝶形奖品自动生成包装线，由于该线涉及机器人、PLC 控制、机器视觉、涂胶胶接等技术，本实验教学团队以工业机器人技术专业为主体，联合机电一体化、自动化、电子制造设备与技术等相关专业组成。在服务科研的实验队伍建设上，以关键项目为引领，合理聚集群内专业教师各自优势，组成相关的科技创新服务团队。近3 年来，智能制造技术装备专业群实验队伍入选省“333 人才培养工程”第三层次培养对象2 名、省“青蓝工程”中青年学术带头人1 名和优秀青年骨干教师4 名，还获得校级以上的教科研项目10 余项，发表中文核心以上论文100 余篇，申报国家发明专利150 余项，承接企业课题10 余项，累计到账经费300 多万元。具有“双师”素质的教师占88%，形成了一支适应培养高水平技术技能人才需求，创新教育水平高、科研背景强、多专业研究方向的师资队伍，有力保证了人才培养质量。

4.4 集群运管机制建设

设备管理上，学院利用信息化技术建立了专业实验室集群管理平台，由分院成立的实验实训中心统一管理，既要统筹安排每个专业实验室教学，还要对实验设备做好日常保养和维护工作，同时给学术研究和技术开发提供服务。师资管理上，基于实验平台所涉及的相关技术，聚集专业群内专业知识扎实的教师，组成实验师资团队为教科研服务。教学管理上，依据基础实验相似性和专业实验差异性，采取基础共享、专业分立、拓展互选的原则，建立了由基础实验课、专业实验课、拓展实验课构成的专业群实验教学体系，开展了翻转课堂、项目式、行动导向等形式多样的实验教学改革。上述的系列集群管理机制，为智能制造技术装备专业实验室正常运管提供了有力保障。

5 结 语

集群建设难在“集群”。高职院校推行专业实验室集群建设，需要以专业群发展战略为逻辑起点，从全局上进行整体性、系统性的变革，以突破传统建设理念的桎梏。机电学院在省级先进制造技术实验实训基地的基础上，以建设工业机器人4S中心产教融合平台为契机，进行了智能制造装备技术专业群实验室集群建设实践，以适应产业链的技术链和岗位群为纽带，实现集群实验室的协同升级，在设备、师资、教学、管理建设上初步探索出一套集群机制，对国内高职院校即将全面启动“双高”背景下的高水平实验实训基地建设，具有一定的示范效应和参考价值。