太陽能光伏學(xué)的課程教學(xué)模式研究

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【摘要】本文以洛陽理工學(xué)院應(yīng)用技術(shù)型大學(xué)轉(zhuǎn)型重要時期為研究背景，根據(jù)應(yīng)用技術(shù)型大學(xué)的人才培養(yǎng)目標，采用校企合作、項目驅(qū)動和傳統(tǒng)教學(xué)方式相結(jié)合的教學(xué)模式。該教學(xué)模式的實施收到了良好的教學(xué)效果，能夠與應(yīng)用技術(shù)型大學(xué)的人才培養(yǎng)目標高度的契合。

【關(guān)鍵詞】應(yīng)用技術(shù)型大學(xué)；太陽能光伏學(xué)；教學(xué)模式改革

眾所周知，目前作為主要能源的煤、石油、天然氣等化石燃料即將消耗殆盡。再加上這些化石燃料的燃燒造成了大量溫室氣體和其他污染物的排放，嚴重的威脅著人類的生存環(huán)境。因此，尋求一種可再生的清潔能源迫在眉睫，如太陽能、風(fēng)能和水能。其中，太陽能是一種“取之不盡，用之不竭”的綠色可再生能源，受到人們的廣泛關(guān)注。目前太陽能發(fā)電主要有兩種形式：一是熱發(fā)電；二是光發(fā)電，也稱光伏發(fā)電。光伏發(fā)電是一種將太陽輻射能直接轉(zhuǎn)換為電能的技術(shù)，規(guī)模大小隨意、能獨立發(fā)電、建設(shè)時間短、維護簡便，問世后就得到了迅速的發(fā)展。

1課程簡介

在國家引導(dǎo)建設(shè)應(yīng)用技術(shù)型大學(xué)的背景下，目前是河南省新能源及光電子材料產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展時期，為培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實踐能力較強的應(yīng)用型技術(shù)人才，洛陽理工學(xué)院結(jié)合洛陽經(jīng)濟發(fā)展特色，在2011年開設(shè)了材料物理專業(yè)，以太陽能光伏為主要方向，培養(yǎng)具有材料、半導(dǎo)體物理等科學(xué)與工程方面的基本知識和基本理論的技術(shù)型人才。《太陽能光伏學(xué)》是本專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)必修課程，主要介紹了太陽能光伏發(fā)電的基本概念和原理、電池片的制造以及硅太陽能電池的主要性能參數(shù)和太陽能電池組件的結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)工藝流程等。此外，講述了太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成和其他相關(guān)設(shè)備，全面地闡述了太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計和應(yīng)用。通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握太陽能電池材料的基本制備技術(shù)、表征手段及光伏系統(tǒng)的設(shè)計，了解光伏系統(tǒng)在國民經(jīng)濟各領(lǐng)域的應(yīng)用，能夠進行基本的太陽能電池性能測試及太陽能電池組件封裝，并具備太陽能光伏系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計的技能。

2教學(xué)改革方案及實施

本課程的學(xué)習(xí)，需要綜合運用材料科學(xué)基礎(chǔ)，半導(dǎo)體材料與器件，光電子材料等課程的理論知識。最終要求學(xué)生具有能夠進行太陽能電池的生產(chǎn)及太陽能光伏系統(tǒng)的設(shè)計，施工及維護的能力，是一門與實踐鍛煉密不可分的課程。與學(xué)生之前學(xué)習(xí)的大學(xué)物理，材料科學(xué)基礎(chǔ)等基礎(chǔ)性課程有較大的區(qū)別，因此傳統(tǒng)的以教師講授為主的教學(xué)模式和教學(xué)過程并不適合本課程的學(xué)習(xí)[1]。應(yīng)根據(jù)具體的教學(xué)內(nèi)容探索出適合應(yīng)用型技術(shù)人才的獨特的教學(xué)模式。《太陽能光伏學(xué)》主要內(nèi)容包含兩個方面：一是與企業(yè)生產(chǎn)緊密結(jié)合的太陽能電池的生產(chǎn)過程；二是太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計與優(yōu)化。前者包含了直拉法制備單晶硅棒，鑄錠法制備多晶硅錠，太陽能電池切片工藝，太陽能電池片的制造和太陽能電池組件的結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)工藝流程。后者主要是光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計及優(yōu)化，包括獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)、分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)和并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)。針對本課程及教學(xué)內(nèi)容的特殊性，在教學(xué)上，前一部分太陽能電池生產(chǎn)部分采用“校企業(yè)合作+傳統(tǒng)”的教學(xué)模式，后一部分光伏系統(tǒng)設(shè)計采用“項目驅(qū)動+傳統(tǒng)”的教學(xué)模式。

2.1“校企業(yè)合作+傳統(tǒng)”的教學(xué)模式

由于本課程與生產(chǎn)實踐緊密結(jié)合，因此，開展校企合作教學(xué)能夠使課程教學(xué)效果事半功倍[2]，提高學(xué)生的理論知識的理解及理論聯(lián)系實踐的能力。光伏產(chǎn)業(yè)是新興產(chǎn)業(yè)，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，新技術(shù)、新工藝、新方法、新理念都在迅速地更新?lián)Q代，因此培養(yǎng)應(yīng)用型技術(shù)人才必須與生產(chǎn)相輔相成，校企合作是達成培養(yǎng)目標的主要手段之一。目前，針對洛陽理工學(xué)院的校企合作主要有兩種形式：教師和學(xué)生到生產(chǎn)企業(yè)進行參觀學(xué)習(xí)和由企業(yè)中具有豐富生產(chǎn)管理經(jīng)驗的工程人員到學(xué)校進行講授相關(guān)知識。首先在專業(yè)教師中選拔出能力強、業(yè)務(wù)精、肯吃苦鉆研的教師，到生產(chǎn)企業(yè)中進行掛職鍛煉，真正的參與到工程實踐中來。不僅提高教師的動手實踐能力，而且針對平時在教學(xué)過程中容易忽略的細節(jié)也有較大的認識，使得課堂講授能夠更切合生產(chǎn)實際。例如，在太陽能電池片的制備中的絲網(wǎng)印刷工藝，銀漿的準備時間，攪拌速度，以及固含量這些因素會對絲網(wǎng)印刷的質(zhì)量產(chǎn)生較大影響。而一般情況下，課堂的講授不會具體到這些細節(jié)問題，但是在生產(chǎn)實踐中這些細節(jié)往往決定了產(chǎn)品的質(zhì)量。其次，開展校企合作帶學(xué)生到相關(guān)的光伏企業(yè)見習(xí)，還可以讓學(xué)生進行實際動手操作。例如，太陽能電池組件封裝部分的單焊和串焊，圖1顯示了學(xué)生在企業(yè)中參加太陽能電池片焊接工藝。通過學(xué)生的實際動手操作使他們對生產(chǎn)實際過程有了更加清晰的認識，并且提高了學(xué)生的實際動手操作能力。最后，邀請企業(yè)中具有豐富生產(chǎn)管理經(jīng)驗的工程人員到學(xué)校進行授課，講授太陽能電池生產(chǎn)相關(guān)知識，以他們對生產(chǎn)實際過程的熟悉程度，能夠為學(xué)生提供更加貼合實際的工藝過程，可以是學(xué)生產(chǎn)生同理心。例如，在講授太陽能電池片的制絨工序時，工程師詳細地介紹了制絨液的成分和比例，以及整個操作過程的注意事項等問題。

2.2“項目驅(qū)動+傳統(tǒng)”的教學(xué)模式

“項目驅(qū)動+傳統(tǒng)”的教學(xué)模式是以“項目一任務(wù)驅(qū)動”為主，教師講授為輔的教學(xué)模式[3]。具體到《太陽能光伏學(xué)》課程中，教學(xué)內(nèi)容的后半部分太陽能光伏系統(tǒng)的設(shè)計及優(yōu)化采用這種教學(xué)模式。將生活中常見的小型太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)以項目的形式引入課堂及課后拓展中。具體的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)有：太陽能路燈，共享單車太陽能光伏系統(tǒng)，太陽能玩具等。首先，根據(jù)學(xué)生的基本知識掌握程度進行小組及崗位分配；其次，小組內(nèi)查找相關(guān)資料，包括：不同太陽能光伏系統(tǒng)中的組成設(shè)備，設(shè)備的具體參數(shù)，相應(yīng)的廠家，以及各設(shè)備之間的連接方式。最后，進行小型項目設(shè)計的答辯會，即進行項目的設(shè)計的學(xué)生進行講解設(shè)計過程，并回答由其他同學(xué)提出的疑問。以“項目——任務(wù)驅(qū)動”在進行小型光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計中，能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并且把課堂上學(xué)到的理論知識，應(yīng)用到實際生產(chǎn)中。經(jīng)過一學(xué)期的探索、運行和實踐研究，“校企合作+項目+傳統(tǒng)”的教學(xué)模式取得了一些階段性成果，理論與實踐鍛煉相輔相成，在增加學(xué)生的自主性、設(shè)計性、創(chuàng)新性等能力的訓(xùn)練同時，也提高了理論教學(xué)的效果。

3結(jié)束語

隨著國家對光伏產(chǎn)業(yè)的重視，各地區(qū)不斷興起一批批與太陽能光伏相關(guān)的企業(yè)。我們通過采用校企合作與項目任務(wù)驅(qū)動相結(jié)合的創(chuàng)新教學(xué)模式，培養(yǎng)既具有太陽能光伏學(xué)基礎(chǔ)理論知識又具有良好的動手操作能力的應(yīng)用型人才。

參考文獻

[1]徐燕,劉永生.實踐與課堂相結(jié)合的教學(xué)模式——以《太陽能發(fā)電技術(shù)》為例探索教學(xué)模式[J].教育教學(xué)論壇,2015(3):161-162.

[2]羅宇強,顏曉娟.“太陽能光伏發(fā)電應(yīng)用技術(shù)”課程教學(xué)方式探討[J].教育觀察,2014,3(34):77-78.

[3]肖志剛,蔣瑤,尹紹全,等.“太陽能光伏發(fā)電技術(shù)及應(yīng)用"課程改革研究[J].樂山師范學(xué)院院報,2013,28(11):61-64.

作者:李繼利 單位:洛陽理工學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院