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太阳能光伏学的课程教学模式研究

摘要】本文以洛阳理工学院应用技术型大学转型重要时期为研究背景,根据应用技术型大学的人才培养目标,采用校企合作、项目驱动和传统教学方式相结合的教学模式。该教学模式的实施收到了良好的教学效果,能够与应用技术型大学的人才培养目标高度的契合。

关键词】应用技术型大学;太阳能光伏学;教学模式改革

众所周知,目前作为主要能源的煤、石油、天然气等化石燃料即将消耗殆尽。再加上这些化石燃料的燃烧造成了大量温室气体和其他污染物的排放,严重的威胁着人类的生存环境。因此,寻求一种可再生的清洁能源迫在眉睫,如太阳能、风能和水能。其中,太阳能是一种“取之不尽,用之不竭”的绿色可再生能源,受到人们的广泛关注。目前太阳能发电主要有两种形式:一是热发电;二是光发电,也称光伏发电。光伏发电是一种将太阳辐射能直接转换为电能的技术,规模大小随意、能独立发电、建设时间短、维护简便,问世后就得到了迅速的发展。

1课程简介

在国家引导建设应用技术型大学的背景下,目前是河南省新能源及光电子材料产业快速发展时期,为培养具有创新精神和实践能力较强的应用型技术人才,洛阳理工学院结合洛阳经济发展特色,在2011年开设了材料物理专业,以太阳能光伏为主要方向,培养具有材料、半导体物理等科学与工程方面的基本知识和基本理论的技术型人才。《太阳能光伏学》是本专业的专业基础必修课程,主要介绍了太阳能光伏发电的基本概念和原理、电池片的制造以及硅太阳能电池的主要性能参数和太阳能电池组件的结构、生产工艺流程等。此外,讲述了太阳能光伏发电系统的组成和其他相关设备,全面地阐述了太阳能光伏发电系统的设计和应用。通过本课程的学习,使学生掌握太阳能电池材料的基本制备技术、表征手段及光伏系统的设计,了解光伏系统在国民经济各领域的应用,能够进行基本的太阳能电池性能测试及太阳能电池组件封装,并具备太阳能光伏系统优化设计的技能。

2教学改革方案及实施

本课程的学习,需要综合运用材料科学基础,半导体材料与器件,光电子材料等课程的理论知识。最终要求学生具有能够进行太阳能电池的生产及太阳能光伏系统的设计,施工及维护的能力,是一门与实践锻炼密不可分的课程。与学生之前学习的大学物理,材料科学基础等基础性课程有较大的区别,因此传统的以教师讲授为主的教学模式和教学过程并不适合本课程的学习[1]。应根据具体的教学内容探索出适合应用型技术人才的独特的教学模式。《太阳能光伏学》主要内容包含两个方面:一是与企业生产紧密结合的太阳能电池的生产过程;二是太阳能光伏发电系统的设计与优化。前者包含了直拉法制备单晶硅棒,铸锭法制备多晶硅锭,太阳能电池切片工艺,太阳能电池片的制造和太阳能电池组件的结构、生产工艺流程。后者主要是光伏发电系统的设计及优化,包括独立光伏发电系统、分布式光伏发电系统和并网光伏发电系统。针对本课程及教学内容的特殊性,在教学上,前一部分太阳能电池生产部分采用“校企业合作+传统”的教学模式,后一部分光伏系统设计采用“项目驱动+传统”的教学模式。

2.1“校企业合作+传统”的教学模式

由于本课程与生产实践紧密结合,因此,开展校企合作教学能够使课程教学效果事半功倍[2],提高学生的理论知识的理解及理论联系实践的能力。光伏产业是新兴产业,随着科学技术的发展,新技术、新工艺、新方法、新理念都在迅速地更新换代,因此培养应用型技术人才必须与生产相辅相成,校企合作是达成培养目标的主要手段之一。目前,针对洛阳理工学院的校企合作主要有两种形式:教师和学生到生产企业进行参观学习和由企业中具有丰富生产管理经验的工程人员到学校进行讲授相关知识。首先在专业教师中选拔出能力强、业务精、肯吃苦钻研的教师,到生产企业中进行挂职锻炼,真正的参与到工程实践中来。不仅提高教师的动手实践能力,而且针对平时在教学过程中容易忽略的细节也有较大的认识,使得课堂讲授能够更切合生产实际。例如,在太阳能电池片的制备中的丝网印刷工艺,银浆的准备时间,搅拌速度,以及固含量这些因素会对丝网印刷的质量产生较大影响。而一般情况下,课堂的讲授不会具体到这些细节问题,但是在生产实践中这些细节往往决定了产品的质量。其次,开展校企合作带学生到相关的光伏企业见习,还可以让学生进行实际动手操作。例如,太阳能电池组件封装部分的单焊和串焊,图1显示了学生在企业中参加太阳能电池片焊接工艺。通过学生的实际动手操作使他们对生产实际过程有了更加清晰的认识,并且提高了学生的实际动手操作能力。最后,邀请企业中具有丰富生产管理经验的工程人员到学校进行授课,讲授太阳能电池生产相关知识,以他们对生产实际过程的熟悉程度,能够为学生提供更加贴合实际的工艺过程,可以是学生产生同理心。例如,在讲授太阳能电池片的制绒工序时,工程师详细地介绍了制绒液的成分和比例,以及整个操作过程的注意事项等问题。

2.2“项目驱动+传统”的教学模式

“项目驱动+传统”的教学模式是以“项目一任务驱动”为主,教师讲授为辅的教学模式[3]。具体到《太阳能光伏学》课程中,教学内容的后半部分太阳能光伏系统的设计及优化采用这种教学模式。将生活中常见的小型太阳能光伏发电系统以项目的形式引入课堂及课后拓展中。具体的太阳能光伏发电系统有:太阳能路灯,共享单车太阳能光伏系统,太阳能玩具等。首先,根据学生的基本知识掌握程度进行小组及岗位分配;其次,小组内查找相关资料,包括:不同太阳能光伏系统中的组成设备,设备的具体参数,相应的厂家,以及各设备之间的连接方式。最后,进行小型项目设计的答辩会,即进行项目的设计的学生进行讲解设计过程,并回答由其他同学提出的疑问。以“项目——任务驱动”在进行小型光伏发电系统的设计中,能够激发学生的学习兴趣,并且把课堂上学到的理论知识,应用到实际生产中。经过一学期的探索、运行和实践研究,“校企合作+项目+传统”的教学模式取得了一些阶段性成果,理论与实践锻炼相辅相成,在增加学生的自主性、设计性、创新性等能力的训练同时,也提高了理论教学的效果。

3结束语

随着国家对光伏产业的重视,各地区不断兴起一批批与太阳能光伏相关的企业。我们通过采用校企合作与项目任务驱动相结合的创新教学模式,培养既具有太阳能光伏学基础理论知识又具有良好的动手操作能力的应用型人才。

参考文献

[1]徐燕,刘永生.实践与课堂相结合的教学模式——以《太阳能发电技术》为例探索教学模式[J].教育教学论坛,2015(3):161-162.

[2]罗宇强,颜晓娟.“太阳能光伏发电应用技术”课程教学方式探讨[J].教育观察,2014,3(34):77-78.

[3]肖志刚,蒋瑶,尹绍全,等.“太阳能光伏发电技术及应用"课程改革研究[J].乐山师范学院院报,2013,28(11):61-64.

作者:李继利 单位:洛阳理工学院材料科学与工程学院

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