光伏發(fā)電‘理實一體’教學(xué)與項目化課程開發(fā)實踐

梁東義?周建強(qiáng)?孫為民?王毅

摘要：光伏發(fā)電是我國大力發(fā)展的可再生能源利用方式之一。光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計安裝與維護(hù)是一門具有較強(qiáng)專業(yè)性和實踐性的課程，單純的理論教學(xué)很難滿足社會對光伏發(fā)電專業(yè)技術(shù)人才的需求。結(jié)合我國高職教育的特點和要求，采用教學(xué)做一體化教學(xué)模式，分項目組織教學(xué)，以典型工作任務(wù)為載體，以工作過程順序安排教學(xué)內(nèi)容，邊學(xué)邊做，是培養(yǎng)具有綜合職業(yè)能力的高技能專業(yè)人才的有效且可行的途徑；

關(guān)鍵詞：光伏發(fā)電；理實一體教學(xué)；項目化課程

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）36-0131-02

一、實施理實一體的項目化教學(xué)的必要性與優(yōu)勢

國家對于高職教育的定位和任務(wù)是服務(wù)社會主義現(xiàn)代化建設(shè)，培養(yǎng)數(shù)以億計的高素質(zhì)勞動者和數(shù)以千萬計的高技能專門人才。強(qiáng)調(diào)職業(yè)院校的學(xué)生要具有突出的實踐能力。教育部關(guān)于職業(yè)教育的文件要求：要積極推行與生產(chǎn)勞動和社會實踐相結(jié)合的學(xué)習(xí)模式，把工學(xué)結(jié)合作為高等職業(yè)教育人才培養(yǎng)模式改革的重要切入點，帶動專業(yè)調(diào)整與建設(shè)，引導(dǎo)課程設(shè)置、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法改革，則強(qiáng)調(diào)教學(xué)內(nèi)容要結(jié)合企業(yè)實際[1]。歸根結(jié)底是即要有實踐能力，又必須結(jié)合社會實際。

光伏發(fā)電是我國在能源領(lǐng)域大力發(fā)展的可再生能源之一，也是最近幾年裝機(jī)容量增長最快的發(fā)電方式，具有廣闊的發(fā)展前景，特別是我國目前正在大力推進(jìn)智能電網(wǎng)建設(shè)，為以光伏發(fā)電為代表的分布式能源發(fā)展提供了良好的機(jī)遇。光伏產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展需要大量光伏技術(shù)型人才。這促使了高職院校對光伏發(fā)電技術(shù)人才培養(yǎng)的積極性。由于太陽能光伏技術(shù)屬于跨多學(xué)科的新興學(xué)科，它涉及氣象、光學(xué)、半導(dǎo)體、電力、電子、計算機(jī)和機(jī)械等多學(xué)科技術(shù)，課程理論性強(qiáng)、內(nèi)容較為抽象。而且光伏發(fā)電要求從業(yè)的技術(shù)人員不但要掌握扎實的理論知識，還要有較強(qiáng)的動手能力，才能合理的設(shè)計使用和充分發(fā)揮光伏設(shè)備的作用。而理實一體化教學(xué)重視市場對人才技能的要求，突出學(xué)生的動手能力，項目化課程突出學(xué)習(xí)內(nèi)容的實用性，因此開展光伏發(fā)電設(shè)計安裝與維護(hù)教學(xué)一體化與項目化改革具有較強(qiáng)的現(xiàn)實意義與長遠(yuǎn)意義。

二、光伏發(fā)電實施項目化教學(xué)的課程實施方案設(shè)計

以培養(yǎng)學(xué)生綜合職業(yè)能力為目標(biāo)，將企業(yè)典型工作任務(wù)轉(zhuǎn)化為多塊即獨立成體又緊密聯(lián)系的項目化教材是課程改革的核心。具體的方法和要求是以典型設(shè)計任務(wù)為載體，以學(xué)生為中心，根據(jù)典型工作任務(wù)和工作過程設(shè)計課程體系和內(nèi)容，按照工作過程的順序和學(xué)生自主學(xué)習(xí)的要求進(jìn)行教學(xué)設(shè)計并安排教學(xué)活動，最終實現(xiàn)理論教學(xué)與實踐教學(xué)融通合一、能力培養(yǎng)與工作崗位對接合一[2]。

根據(jù)目前我國大力發(fā)展分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的實際需求，把能夠獨立完成光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計安裝與維護(hù)的技術(shù)人才作為培養(yǎng)目標(biāo)，將光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計與安裝分為下述七個項目進(jìn)行教學(xué)和實踐，這七個項目緊密聯(lián)接，共同完成一個光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計與安裝工程。

1.光伏組件的選型

光伏組件的選型包括組件的尺寸、型號、額定功率、開路電壓、短路電流、轉(zhuǎn)換效率等技術(shù)參數(shù)的選擇，要想會選型就必須了解組件的基本知識，這些知識包括光伏發(fā)電原理，組件的結(jié)構(gòu)組成等。在這一部分的學(xué)習(xí)中有理論有實踐，實踐學(xué)習(xí)包括一系列的實驗和實訓(xùn)，這些實訓(xùn)均在光伏發(fā)電試驗箱上完成，有太陽電池發(fā)電原理實訓(xùn)，太陽電池能量轉(zhuǎn)換實訓(xùn)，太陽電池組件效率測試實訓(xùn)及環(huán)境對光伏轉(zhuǎn)換影響實訓(xùn)等；在掌握了組件的基本知識以后學(xué)生便能夠順利地完成組件的選型及串并聯(lián)個數(shù)的設(shè)計。

2.系統(tǒng)最佳傾角的設(shè)計

光伏系統(tǒng)發(fā)電量的多少跟組件的傾角有直接的關(guān)系，而且不同的系統(tǒng)有不同的最佳傾角，如有的系統(tǒng)要求全年的發(fā)電量最大，而有的系統(tǒng)要求一年四季發(fā)電量盡量均衡，這兩個系統(tǒng)就會有不同的最佳傾角，另外要掌握系統(tǒng)的最佳傾角計算還要掌握方位角，太陽角，時角等概念，在這部分的學(xué)習(xí)中會有光照強(qiáng)度對發(fā)電量的影響實訓(xùn)和傾角對發(fā)電量的影響實訓(xùn)。

3.光伏匯流箱、控制器和逆變器的選型

光伏匯流箱是將串聯(lián)起來的多路組件匯流成一路，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的電流和輸出功率；匯流箱具有過流保護(hù)，接地保護(hù)，電壓電流顯示等功能；逆變器是光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心設(shè)備，在光伏發(fā)電系統(tǒng)的成本里也占有一定的比重，它是將光伏組件發(fā)出的直流電變?yōu)榻涣麟娸敵?，逆變器有多種類型，有離網(wǎng)型和并網(wǎng)型，有單相逆變器和三相逆變器等；正確的選型必須建立在對設(shè)備參數(shù)性能等詳細(xì)的了解基礎(chǔ)上；這部分內(nèi)容通過讓學(xué)生對設(shè)備進(jìn)行拆裝等實訓(xùn)加強(qiáng)學(xué)生的理解和掌握；還有光伏控制器控制實訓(xùn)，光伏逆變器原理實訓(xùn)，光伏逆變器輸出電能質(zhì)量分析等。

4.電纜和支架的選型與安裝

光伏組件之間串并聯(lián)使用專用電纜，其截面積大小應(yīng)滿足電纜長期允許載流量以及回路允許電壓降，由公式可計算不同組件間以及組件至匯流箱的距離所需電纜的規(guī)格；光伏方陣支架需考慮承重，通風(fēng)，抗震，防雨雪等要求。一般采用角鋼制成的三角型支架，其底座是水泥混凝土基礎(chǔ)，組件前后間距離需根據(jù)組件傾角進(jìn)行計算確定。

5.防雷接地系統(tǒng)設(shè)計

因光伏組件置于屋頂之上，有可能遭受直擊雷或感應(yīng)雷電波的侵入，同時，逆變器直流輸入以及交流輸出等處應(yīng)附帶有避雷器，以防止雷電波的侵入。主要對各種感應(yīng)雷進(jìn)行有效應(yīng)對。

6.測量監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

太陽能光伏發(fā)電監(jiān)控測量系統(tǒng)一般用于大、中型光伏系統(tǒng)中，可根據(jù)光伏系統(tǒng)的重要性等因素考慮選用。監(jiān)控測量系統(tǒng)一般可對系統(tǒng)進(jìn)行實時監(jiān)視記錄和控制，系統(tǒng)故障記錄與報警，以及各種參數(shù)的設(shè)置。還可通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控和數(shù)據(jù)傳輸，顯示當(dāng)前發(fā)電功率，日發(fā)電量累計，月發(fā)電量累計，總發(fā)電量累計等數(shù)據(jù)。

7.安裝與調(diào)試

安裝與調(diào)試是工程實施的重要內(nèi)容，這部分內(nèi)容除理論教學(xué)外，另安排學(xué)生進(jìn)行實際的光伏系統(tǒng)安裝與調(diào)試。通過接線、調(diào)試、運行掌握安裝與調(diào)試的理論和實踐知識。

在對課程項目化分解以后，再將每個項目具體化為專業(yè)知識講解，動手能力訓(xùn)練兩個有較強(qiáng)可操作性的模塊，這樣就能保證每個項目教學(xué)工作的順利實施，也能保證課堂的教學(xué)質(zhì)量，光伏發(fā)電課程能力標(biāo)準(zhǔn)分解列表見附表一。

三、光伏發(fā)電項目化教學(xué)的實施

有了以實際工程為基礎(chǔ)的項目化教程，采用什么樣的教學(xué)方法同樣非常重要，以學(xué)生為中心組織教學(xué)，讓學(xué)生邊學(xué)邊做，在學(xué)中做，在做中學(xué)，注重學(xué)生專業(yè)能力，方法能力和社會能力的培養(yǎng)是光伏發(fā)電課程教學(xué)方法改革的目標(biāo)[3]。光伏發(fā)電課程教學(xué)實行理時一體的強(qiáng)化訓(xùn)練方式，將光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計安裝工程項目分解成上述七個項目。以項目為載體，將知識點融入到各項目之中，在實訓(xùn)室內(nèi)按項目組織實施教學(xué)，實現(xiàn)邊教邊學(xué)、邊學(xué)邊練、學(xué)做合一“教、學(xué)、做”有機(jī)融合的一體化教學(xué)[4]，達(dá)到崗位技能培養(yǎng)的目的。以項目一光伏發(fā)電系統(tǒng)組件選型這部分內(nèi)容為例；將該項目的內(nèi)容分成多個具體的學(xué)習(xí)任務(wù)，如測試不同傾角太陽電池的發(fā)電量，測試不同溫度下組件的發(fā)電量，測試不同光照強(qiáng)度下組件的發(fā)電量，測試光伏組件效率等。明確任務(wù)后將學(xué)生分為10組，每組4-5人，每個小組的組長輪流擔(dān)任，一個任務(wù)一個小組長，讓每個學(xué)生都有機(jī)會得到組織能力的鍛煉。拿到任務(wù)后填寫工作任務(wù)書，明確工作內(nèi)容，工作目標(biāo)，工作對象工作步驟工作方法以及提交的成果等。

任務(wù)實施，如學(xué)習(xí)任務(wù)光伏組件效率測試，測試之前先給學(xué)生講授必須掌握的理論知識，如光伏發(fā)電原理，光伏組件結(jié)構(gòu)組成等，然后教授學(xué)生測試方法及步驟，并指導(dǎo)學(xué)生如何正確操作實驗箱，如何記錄數(shù)據(jù)并繪制伏安特性曲線，求出最大輸出功率，最后計算組件效率。計算完后要求小組之間互相交流討論并總結(jié)。在學(xué)生操作過程中及時糾正學(xué)生的錯誤操作和不良操作習(xí)慣。

四、光伏發(fā)電項目化教學(xué)考核與評價

教學(xué)過程與評價要突出學(xué)生綜合職業(yè)能力培養(yǎng)，注重培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)能力、動手能力和社會能力。整個課程的考核包括操作熟練程度的考核，對問題理解的考核，完成任務(wù)期間表現(xiàn)的考核，團(tuán)結(jié)協(xié)作意識的考核，學(xué)習(xí)態(tài)度的考核等，將課程考核放在課程進(jìn)程中進(jìn)行，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。結(jié)果采用成果演示和答辯的考核方式，其中對問題的理解程度占本次考核成績的40%，而操作的正確性，規(guī)范性及熟練程度占40%，團(tuán)隊協(xié)作能力，領(lǐng)導(dǎo)能力，溝通能力占20%。該課程共有七個項目，每個項目考核一次，而七次考核的加權(quán)平均作為本課程的最終成績。以班級中的小明同學(xué)為例，假設(shè)小明被分在第一小組，本項目有多個具體的學(xué)習(xí)任務(wù)，則第一小組將分別演示幾個任務(wù)，如光伏板效率測試，不同光照上發(fā)電量的測試，不同傾角下發(fā)電量的測試等，不同的任務(wù)由不同的成員擔(dān)任組長，考核時由該小組協(xié)同完成該項目的幾個任務(wù)，根據(jù)任務(wù)完成的水平給小組一個任務(wù)完成分作力每個成的員共同的操作分如第一小組操作分為85分，然后在根據(jù)完成任務(wù)期間各自的表現(xiàn)打出不同的社會能力分，如小明在成果演示過程中表現(xiàn)出團(tuán)結(jié)協(xié)作，積極配合，圓滿完成自己的角色任務(wù)。因此社會能力分給90分，最后是答辯考核，要據(jù)小明對本次實驗原理及基本知識點的理解程度給出專業(yè)成績?nèi)?0分。這三個成績再乘以各自的權(quán)重得出最終的成績，因此小明本項目的最終成績?yōu)?5*0.4+90*0.2+90*0.4=88分。最后本課程完成以后由七個項目的成績共同決定了小明本課程的成績。

五、結(jié)語

實施理實一體的項目化教學(xué)，對于培養(yǎng)德智體美全面發(fā)展，具有良好職業(yè)道德、熟練的職業(yè)技能，精益求精的工作態(tài)度、追求完美的創(chuàng)新精神、可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)能力，掌握必需夠用的專業(yè)知識，面向生產(chǎn)第一線從事光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計安裝與維護(hù)及管理等工作的高技能人才方面有較為突出的優(yōu)勢。但也提出了兩個方面的要求。

第一，理實一體化教學(xué)的實施對教師實際操作能力要求較高，工作量加大。教師在教學(xué)過程中要不斷提高自身的實際操作能力，不斷提高自身的“雙師素質(zhì)”；同時，要求教師不斷地鉆研教學(xué)方法、掌握新知識、新技術(shù)，以此來滿足教學(xué)所需[5]。

第二，硬件的配套；要有與專業(yè)和學(xué)生規(guī)模相適應(yīng)的硬件設(shè)備和學(xué)習(xí)環(huán)境，由于理實一體化的教學(xué)模式強(qiáng)調(diào)的是理論和實踐在空間和時間上的同一性，因此要求作為課堂的實訓(xùn)室或?qū)嵙?xí)工廠需要有足夠的工位或?qū)嶒炁_及必需的教學(xué)環(huán)境和教學(xué)設(shè)備等。

參考文獻(xiàn)：

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（責(zé)任編輯：劉麗娜）