太陽能光伏學的課程教學模式研究
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【摘要】本文以洛陽理工學院應用技術型大學轉型重要時期為研究背景，根據應用技術型大學的人才培養目標，采用校企合作、項目驅動和傳統教學方式相結合的教學模式。該教學模式的實施收到了良好的教學效果，能夠與應用技術型大學的人才培養目標高度的契合。
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境。因此，尋求一種可再生的清潔能源迫在眉睫，如太陽能、風能和水能。其中，太陽能是一種“取之不盡，用之不竭”的綠色可再生能源，受到人們的廣泛關注。目前太陽能發電主要有兩種形式：一是熱發電；二是光發電，也稱光伏發電。光伏發電是一種將太陽輻射能直接轉換為電能的技術，規模大小隨意、能獨立發電、建設時間短、維護簡便，問世后就得到了迅速的發展。
1課程簡介
在國家引導建設應用技術型大學的背景下，目前是河南省新能源及光電子材料產業快速發展時期，為培養具有創新精神和實踐能力較強的應用型技術人才，洛陽理工學院結合洛陽經濟發展特色，在2011年開設了材料物理專業，以太陽能光伏為主要方向，培養具有材料、半導體物理等科學與工程方面的基本知識和基本理論的技術型人才。《太陽能光伏學》是本專業的專業基礎必修課程，主要介紹了太陽能光伏發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和太陽能電池組件的結構、生產工藝流程等。此外，講述了太陽能光伏發電系統的組成和其他相關設備，全面地闡述了太陽能光伏發電系統的設計和應用。通過本課程的學習，使學生掌握太陽能電池材料的基本制備技術、表征手段及光伏系統的設計，了解光伏系統在國民經濟各領域的應用，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優化設計的技能。
2教學改革方案及實施
本課程的學習，需要綜合運用材料科學基礎，半導體材料與器件，光電子材料等課程的理論知識。最終要求學生具有能夠進行太陽能電池的生產及太陽能光伏系統的設計，施工及維護的能力，是一門與實踐鍛煉密不可分的課程。與學生之前學習的大學物理，材料科學基礎等基礎性課程有較大的區別，因此傳統的以教師講授為主的教學模式和教學過程并不適合本課程的學習[1]。應根據具體的教學內容探索出適合應用型技術人才的獨特的教學模式。《太陽能光伏學》主要內容包含兩個方面：一是與企業生產緊密結合的太陽能電池的生產過程；二是太陽能光伏發電系統的設計與優化。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構、生產工藝流程。后者主要是光伏發電系統的設計及優化，包括獨立光伏發電系統、分布式光伏發電系統和并網光伏發電系統。針對本課程及教學內容的特殊性，在教學上，前一部分太陽能電池生產部分采用“校企業合作+傳統”的教學模式，后一部分光伏系統設計采用“項目驅動+傳統”的教學模式。
2.1“校企業合作+傳統”的教學模式
由于本課程與生產實踐緊密結合，因此，開展校企合作教學能夠使課程教學效果事半功倍[2]，提高學生的理論知識的理解及理論聯系實踐的能力。光伏產業是新興產業，隨著科學技術的發展，新技術、新工藝、新方法、新理念都在迅速地更新換代，因此培養應用型技術人才必須與生產相輔相成，校企合作是達成培養目標的主要手段之一。目前，針對洛陽理工學院的校企合作主要有兩種形式：教師和學生到生產企業進行參觀學習和由企業中具有豐富生產管理經驗的工程人員到學校進行講授相關知識。首先在專業教師中選拔出能力強、業務精、肯吃苦鉆研的教師，到生產企業中進行掛職鍛煉，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過程中容易忽略的細節也有較大的認識，使得課堂講授能夠更切合生產實際。例如，在太陽能電池片的制備中的絲網印刷工藝，銀漿的準備時間，攪拌速度，以及固含量這些因素會對絲網印刷的質量產生較大影響。而一般情況下，課堂的講授不會具體到這些細節問題，但是在生產實踐中這些細節往往決定了產品的質量。其次，開展校企合作帶學生到相關的光伏企業見習，還可以讓學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顯示了學生在企業中參加太陽能電池片焊接工藝。通過學生的實際動手操作使他們對生產實際過程有了更加清晰的認識，并且提高了學生的實際動手操作能力。最后，邀請企業中具有豐富生產管理經驗的工程人員到學校進行授課，講授太陽能電池生產相關知識，以他們對生產實際過程的熟悉程度，能夠為學生提供更加貼合實際的工藝過程，可以是學生產生同理心。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“項目驅動+傳統”的教學模式
“項目驅動+傳統”的教學模式是以“項目一任務驅動”為主，教師講授為輔的教學模式[3]。具體到《太陽能光伏學》課程中，教學內容的后半部分太陽能光伏系統的設計及優化采用這種教學模式。將生活中常見的小型太陽能光伏發電系統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電系統有：太陽能路燈，共享單車太陽能光伏系統，太陽能玩具等。首先，根據學生的基本知識掌握程度進行小組及崗位分配；其次，小組內查找相關資料，包括：不同太陽能光伏系統中的組成設備，設備的具體參數，相應的廠家，以及各設備之間的連接方式。最后，進行小型項目設計的答辯會，即進行項目的設計的學生進行講解設計過程，并回答由其他同學提出的疑問。以“項目——任務驅動”在進行小型光伏發電系統的設計中，能夠激發學生的學習興趣，并且把課堂上學到的理論知識，應用到實際生產中。經過一學期的探索、運行和實踐研究，“校企合作+項目+傳統”的教學模式取得了一些階段性成果，理論與實踐鍛煉相輔相成，在增加學生的自主性、設計性、創新性等能力的訓練同時，也提高了理論教學的效果。
3結束語
隨著國家對光伏產業的重視，各地區不斷興起一批批與太陽能光伏相關的企業。我們通過采用校企合作與項目任務驅動相結合的創新教學模式，培養既具有太陽能光伏學基礎理論知識又具有良好的動手操作能力的應用型人才。
參考文獻
[1]徐燕,劉永生.實踐與課堂相結合的教學模式——以《太陽能發電技術》為例探索教學模式[J].教育教學論壇,2015(3):161-162.
[2]羅宇強,顏曉娟.“太陽能光伏發電應用技術”課程教學方式探討[J].教育觀察,2014,3(34):77-78.
[3]肖志剛,蔣瑤,尹紹全,等.“太陽能光伏發電技術及應用"課程改革研究[J].樂山師范學院院報,2013,28(11):61-64.
作者:李繼利 單位:洛陽理工學院材料科學與工程學院
