《光伏材料加工技術(shù)》課程的教學(xué)改革研究與實(shí)踐

馬祿彬　肖全松　魯紅光　潘峰　王勝豐

【摘 要】根據(jù)《光伏材料加工技術(shù)》課程的人才培養(yǎng)要求，結(jié)合企業(yè)崗位需求特點(diǎn)，修訂了教學(xué)大綱。針對課程教學(xué)過程中存在的問題，在教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法上進(jìn)行了改革與實(shí)踐，對教學(xué)效果進(jìn)行了分析。

【關(guān)鍵詞】教學(xué)改革；光伏材料；人才培養(yǎng)；材料加工

0 引言

江西新能源科技職業(yè)學(xué)院立足地方，面向全國，依托新能源、節(jié)能環(huán)保和新能源汽車國家三大新興戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)，培養(yǎng)具有較強(qiáng)的動手操作、生產(chǎn)管理能力，能適應(yīng)現(xiàn)代光伏企業(yè)生產(chǎn)、建設(shè)、管理、服務(wù)所需要的職業(yè)型、應(yīng)用型高技能人才。其中，《光伏材料加工技術(shù)》為光伏材料制備技術(shù)專業(yè)的必修課程，也是專業(yè)核心課程之一。課程的培養(yǎng)目標(biāo)是：要求學(xué)生掌握一定的光伏發(fā)電基礎(chǔ)理論、光伏材料的制備原理及加工技術(shù)，使學(xué)生對主要制造設(shè)備的結(jié)構(gòu)和操控有一定認(rèn)識、對一些光伏材料，特別是硅材料產(chǎn)品品質(zhì)的控制方法有一定了解。

教學(xué)過程中在課程的定位、教學(xué)內(nèi)容的取舍、教學(xué)方法的運(yùn)用等方面還有待完善，所以，針對《光伏材料加工技術(shù)》課程在教學(xué)過程中存在的問題，結(jié)合教學(xué)實(shí)踐，從光伏企業(yè)的特點(diǎn)和人才需求出發(fā)，以高職院校學(xué)生的特點(diǎn)為依據(jù)，在教學(xué)大綱的修訂、教學(xué)內(nèi)容的選擇、教學(xué)方法的改革以及考核體系的建立與教學(xué)效果分析等幾個方面進(jìn)行了探討與實(shí)踐。為探索光伏類專業(yè)相關(guān)課程的教學(xué)新模式提供幫助。

1 課程定位與教學(xué)大綱的修訂

課程的教學(xué)大綱是教學(xué)計(jì)劃中的指導(dǎo)性文件，是進(jìn)行教材的編寫、組織教學(xué)、評估教學(xué)質(zhì)量及考核學(xué)生學(xué)習(xí)效果的重要依據(jù)[1]。科學(xué)合理的教學(xué)大綱是教師把握授課重點(diǎn)、授課進(jìn)度以及實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)的基礎(chǔ)?！豆夥牧霞庸ぜ夹g(shù)》課程的開設(shè)，是為光伏材料制備技術(shù)等光伏類專業(yè)服務(wù)的，其定位應(yīng)該以本課程的培養(yǎng)目標(biāo)為依據(jù)，更要符合高等職業(yè)院校對職業(yè)型、技能型人才培養(yǎng)的要求。教學(xué)重點(diǎn)中除了介紹光伏材料的性質(zhì)、生產(chǎn)方法以外，還應(yīng)包括在生產(chǎn)加工過程中的實(shí)際操作技能，將機(jī)器設(shè)備作業(yè)指導(dǎo)書、生產(chǎn)操作規(guī)程、崗位培訓(xùn)等資料引入課堂教學(xué)，作為課程主體的一部分，突出課程特色，所以，本課程的教學(xué)大綱在傳統(tǒng)的基礎(chǔ)上做了以下修訂：第一，本課程定位為專業(yè)核心必修課，適用于高職院校光伏類相關(guān)專業(yè)，開設(shè)于第3學(xué)期。第二，詳細(xì)明確了以光伏材料加工技術(shù)特別是硅材料的加工技術(shù)為教學(xué)重點(diǎn)，即以加工技能為主，以基礎(chǔ)理論為輔。第三，調(diào)整總教學(xué)課時(shí)為64學(xué)時(shí)，其中理論教學(xué)48學(xué)時(shí)，實(shí)踐教學(xué)16學(xué)時(shí)，增加了實(shí)際操作技能以及實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)課的課時(shí)安排。第四，明確考核辦法，增加平時(shí)成績和實(shí)驗(yàn)實(shí)踐成績在期末考試中的比重，對學(xué)生施行多方位的考查。第五，調(diào)整知識結(jié)構(gòu)，減少與其它課程的重復(fù)內(nèi)容，增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣?？傊滦抻喌慕虒W(xué)大綱，內(nèi)容更具體，目的更明確，力求突出實(shí)踐性，強(qiáng)調(diào)特色課程的建設(shè)。

2 教學(xué)內(nèi)容的改革

根據(jù)《光伏材料加工技術(shù)》課程的培養(yǎng)目標(biāo)，從理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)兩方面對本課程的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行改革，從教材的選取、各章重點(diǎn)的確立以及崗位操作知識等幾個方面入手，確定本課的理論知識范圍。另外，以實(shí)驗(yàn)教學(xué)、模型觀摩、企業(yè)參觀、崗位實(shí)訓(xùn)等構(gòu)成本課的實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，完善光伏材料制備技術(shù)專業(yè)的課程體系建設(shè)。

2.1 理論教學(xué)

2.1.1 以教材為基礎(chǔ)的課本知識

對于《光伏材料加工技術(shù)》課程的教材選擇，傳統(tǒng)上以楊德仁主編的《太陽電池材料》為主，另外，以馬克沃特（英）等主編的《太陽電池：材料、制備工藝及檢測》和尹建華等主編的《半導(dǎo)體硅材料基礎(chǔ)》為輔，在兩本輔助教材中，后者前半部分講的是硅材料的性能，理論性較強(qiáng)，對學(xué)生的基礎(chǔ)要求較高[2]，前者從太陽電池的工作原理到制備方法、從晶體硅材料到有機(jī)染料敏化電池、從薄膜技術(shù)到組件檢測內(nèi)容較多，范圍較廣，所以，在沒有一本針對本課程的專門教材出版之前，仍選擇《太陽電池材料》。早在2008年，在新余學(xué)院舉行的江西省高職高專教材建設(shè)光伏專業(yè)委員會第一次全體會議上，就已經(jīng)決定將包括《太陽電池材料》等稿件基礎(chǔ)較好的入門教材作為第一批教材推出。本教材大體分為三個部分：第一部分包括第1章到第3章，主要為太陽能光電轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)知識；第二部分包括第4章到第10章，主要是硅太陽電池材料；第三部分包括第11章到第13章，主要為化合物太陽電池材料。但根據(jù)本課特點(diǎn)，應(yīng)適當(dāng)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，將前兩部分作為本課程的光伏材料特性與基礎(chǔ)理論的教學(xué)較為合理，一方面，它講解了光電轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)理論以及硅材料的特性，另一方面，也介紹了單/多晶硅的生產(chǎn)制造方法，所以，針對本課培養(yǎng)要求，選取《太陽電池材料》中以上所述的前兩個部分作為課本中的理論教學(xué)內(nèi)容，而第三部分為學(xué)生自學(xué)內(nèi)容。

2.1.2 以生產(chǎn)操作為基礎(chǔ)的崗位知識

江西新能源科技職業(yè)學(xué)院在人才培養(yǎng)上，運(yùn)用“六個對接”的產(chǎn)學(xué)融合、無縫對接人才培養(yǎng)模式：學(xué)校和產(chǎn)業(yè)行業(yè)對接，專業(yè)和企業(yè)對接，課程與就業(yè)崗位對接，培養(yǎng)目標(biāo)與崗位群對接，課堂與生產(chǎn)實(shí)踐對接，教師與師傅對接。其中，課程與就業(yè)崗位對接，要求課程的培養(yǎng)目標(biāo)要符合崗位需求，課程內(nèi)容要以就業(yè)崗位所需的知識和技能為基礎(chǔ)。以2014年在我院舉辦的雙選會為例，參會企業(yè)56家，提供崗位共計(jì)3012個，其中，太陽能光伏類崗位1747個，其他新能源類崗位122個，機(jī)械、機(jī)電、模具、數(shù)控、設(shè)備等714個，酒店、服裝、銷售等崗位341個，設(shè)計(jì)類崗位88個。除了鎮(zhèn)江榮德新能源有限公司、江西賽維LDK太陽能高科技有限公司外，還有晶科能源（上饒、浙江）有限公司、江西瑞晶太陽能科技有限公司等28家國內(nèi)知名的光伏企業(yè)參加。根據(jù)這28家光伏企業(yè)提供的招聘信息，其崗位需求可分為：技術(shù)類（研發(fā)、工藝、設(shè)備等）、管理類（品質(zhì)、文員等）、制造類（操作、組裝等）、營銷類和實(shí)習(xí)儲備類等5大類崗位，分別提供245個、141個、860個、54個和155個工作崗位，在總需求中所占的比例分別為：16.8%、9.6%、59.1%、3.7%和10.6%。另外，通過分析近年的招聘數(shù)據(jù)不難發(fā)現(xiàn)，光伏企業(yè)在職業(yè)院校中的需求崗位以制造類為主，占招聘職位總數(shù)一半以上。而制造類中鑄錠工、線切工、組裝工、拉晶工等一線操作人員占到90%以上，所以，根據(jù)教學(xué)改革方案，在第二模塊的理論教學(xué)中，引入從硅料鑄造到硅片成品包裝各崗位的相關(guān)知識，包括：硅料分選、打磨、清洗、坩堝噴涂、鑄錠、開方、檢測、截?cái)?、磨面、倒角、粘棒、線切、脫膠、清洗及包裝的生產(chǎn)原理和操作規(guī)程。另外，還增加了對公司A/B類產(chǎn)品的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)、光伏設(shè)備作業(yè)指導(dǎo)書的培訓(xùn)等，加深學(xué)生對各崗位的認(rèn)識，促進(jìn)其光伏材料生產(chǎn)加工技能的增長，為下一步到企業(yè)實(shí)習(xí)提供幫助，更為畢業(yè)后走向工作崗位打下良好基礎(chǔ)。

2.2 實(shí)踐教學(xué)

本課程中的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)包括：硅/鍺少數(shù)載流子壽命的測試、硅/鍺材料導(dǎo)電型號的測試、硅/鍺材料電阻率的測試等，都是以培養(yǎng)“檢測技能”為主，而“加工技能”的培養(yǎng)相對較少，所以，在實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中，增加“晶體硅生產(chǎn)實(shí)訓(xùn)”內(nèi)容，組織學(xué)生到企業(yè)生產(chǎn)線上進(jìn)行實(shí)地參觀，使學(xué)生了解鑄造車間、切片車間所應(yīng)用的光伏材料加工設(shè)備，熟悉硅材料生產(chǎn)環(huán)境以及多晶鑄造、硅片切割的工藝流程。安排崗位實(shí)踐操作，以學(xué)徒身份到各崗位上拜師，提高生產(chǎn)加工技能。

3 教學(xué)方法的改革

3.1 課時(shí)安排及課程銜接

在課程設(shè)置及培養(yǎng)目標(biāo)上，《光伏材料加工技術(shù)》不同于《太陽能電池》，后者是讓學(xué)生了解太陽能的相關(guān)基礎(chǔ)知識，掌握太陽能電池的基本原理，初步掌握光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用[3]。所以，根據(jù)本課特點(diǎn)，以《太陽電池材料》教材中的光電轉(zhuǎn)換基礎(chǔ)知識作為理論知識。但是，考慮到在《半導(dǎo)體硅材料基礎(chǔ)》、《太陽電池制造與工藝》、《硅材料檢測技術(shù)》、《薄膜太陽能電池技術(shù)》等其它專業(yè)課程的教學(xué)內(nèi)容中，也涉及了與之相關(guān)的知識點(diǎn)，例如，光電轉(zhuǎn)換理論、半導(dǎo)體材料及物理基礎(chǔ)、PN結(jié)等，所以，根據(jù)課程的教學(xué)大綱安排，減少第1章到第3章的光電轉(zhuǎn)換基礎(chǔ)知識的授課課時(shí)，將以生產(chǎn)操作為基礎(chǔ)的崗位知識的教學(xué)，嵌入到課本的第4章到第10章的硅太陽電池材料中去，對第4章涉及的硅片加工內(nèi)容、第6章涉及的鑄造多晶硅內(nèi)容進(jìn)行拓展，補(bǔ)充切片工藝培訓(xùn)、切片機(jī)作業(yè)指導(dǎo)書、線切/鑄錠各崗位的生產(chǎn)原理、操作規(guī)程等內(nèi)容。具體課時(shí)安排：課程總學(xué)時(shí)為64學(xué)時(shí)，理論教學(xué)：48學(xué)時(shí)，實(shí)踐教學(xué)：16學(xué)時(shí)，在理論學(xué)時(shí)中，光電轉(zhuǎn)換及基礎(chǔ)知識：8學(xué)時(shí)，硅太陽電池及材料加工：40學(xué)時(shí)。另外，在課程的銜接上，為了讓學(xué)生更好地理解相關(guān)理論，本課以《太陽能光伏理化基礎(chǔ)》作為先導(dǎo)課，而與《太陽電池制造與工藝》同學(xué)期開設(shè)、互為補(bǔ)充。

3.2 教學(xué)形式的轉(zhuǎn)變及興趣培養(yǎng)

學(xué)習(xí)興趣是學(xué)習(xí)的需要，是構(gòu)成學(xué)習(xí)動機(jī)的心理成分，也是學(xué)生思維發(fā)展的強(qiáng)大動力?！豆夥牧霞庸ぜ夹g(shù)》課程與其它光伏類專業(yè)課程一樣，單靠課本內(nèi)容的講解是枯燥乏味的，根據(jù)之前對光伏材料制備技術(shù)專業(yè)學(xué)生的問卷調(diào)查，對本門課程，“很有興趣”的只占5.6%，“沒有興趣”的占5.5%，“興趣一般”的占38.9%，而“有一定興趣但不知道怎樣學(xué)的”占50%。所以，針對學(xué)生對本課程興趣不高、找不到學(xué)習(xí)方法等問題，在黑板板書、PPT課件教學(xué)等傳統(tǒng)的教學(xué)形式的基礎(chǔ)上，增加了現(xiàn)場觀摩、模型組裝、實(shí)物參觀、生產(chǎn)視頻觀看等新的教學(xué)形式。課堂上，增加師生互動，在教學(xué)過程中，以崗位培訓(xùn)的形式引出相關(guān)知識點(diǎn)、結(jié)合項(xiàng)目化教學(xué)案例，從課堂延伸到企業(yè)、從工藝流程延伸到設(shè)備操作規(guī)程、從產(chǎn)品檢驗(yàn)延伸到品質(zhì)控制，鼓勵學(xué)生以“普通操作工”、“班組長”、“質(zhì)檢員”、“車間主管”等身份去分析解決問題。課下，布置討論課題、安排行業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展動態(tài)的搜集任務(wù)，激發(fā)學(xué)生對本門課程的興趣，實(shí)現(xiàn)從“被動灌輸”到“主動求知”的轉(zhuǎn)變。

4 考核體系的建立與教學(xué)效果分析

目前，高校的考核多沿用傳統(tǒng)的課程考試方法，考核方式基本上為筆試，考試的內(nèi)容多為教材中的基本理論知識，客觀試題多，主觀分析類的試題少，難以考查學(xué)生的分析、應(yīng)用能力。所以，在本課程的考核過程中，降低了期末筆試成績在總評成績中的比重，相應(yīng)提高平時(shí)成績及實(shí)踐成績的比重，采用：總評成績（100%）=平時(shí)成績（20%）+實(shí)踐成績（20%）+筆試成績（60%）的形式對學(xué)生進(jìn)行考核。其中，平時(shí)成績一部分由教師給出，另一部分由各小組組內(nèi)成員互評給出，而實(shí)踐成績由單個的實(shí)驗(yàn)成績以及企業(yè)實(shí)踐成績組成。另外，就學(xué)生對本課程知識點(diǎn)的掌握情況，就教學(xué)改革前后，兩屆光伏材料制備技術(shù)專業(yè)的學(xué)生成績進(jìn)行對比，在考查難度以及考查范圍基本相當(dāng)?shù)那闆r下，學(xué)生的平均成績以及操作技能都有所提升，教學(xué)改革效果明顯。

5 結(jié)語

《光伏材料加工技術(shù)》課程要以科學(xué)的教學(xué)大綱為依據(jù)，教學(xué)內(nèi)容上要符合課程培養(yǎng)要求，在教學(xué)方法上積極探索，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，做到理論聯(lián)系實(shí)際，這樣才能更好地為高職院校中光伏類的專業(yè)發(fā)展和人才培養(yǎng)服務(wù)。

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[責(zé)任編輯：王楠]