高職光伏類專業(yè)物理課程教學重點的設計

馬祿彬 陳齊

摘 ?要：文章對高職光伏類專業(yè)物理教學問題進行分析，以人才培養(yǎng)目標及專業(yè)核心課程需求為依據(jù)，確定了高職光伏類專業(yè)物理課程的理論教學范圍及重點。另外，根據(jù)專業(yè)特點和崗位技能需求，從認知性實驗、基礎性實驗及綜合設計性實驗三個方面，對物理課程的實驗教學部分進行了設計。

關鍵詞：高職教育;光伏專業(yè);物理學;教學重點

作者簡介：馬祿彬，江西新能源科技職業(yè)學院講師，研究方向為職業(yè)教育、凝聚態(tài)物理;陳齊，江西新能源科技職業(yè)學院。（江西 新余 338000）

基金項目：本文系江西省教育廳科學技術(shù)研究項目“光伏硅材料技能檢測實驗平臺的開發(fā)與研究”（編號：GJJ181419）的研究成果。

中圖分類號：G712 ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ?文章編號：1671-0568（2019）15-0029-03

教育部修訂的《普通高等學校高等職業(yè)教育（?？疲I(yè)目錄（2015年）》中與光伏相關的專業(yè)主要有光伏材料制備技術(shù)、光伏發(fā)電技術(shù)與應用、光伏工程技術(shù)，分別屬于非金屬材料、新能源發(fā)電工程、電子信息三個專業(yè)大類。在專業(yè)定位、崗位技能要求以及專業(yè)主干課程等方面均存在顯著差異。

公共基礎課程在人才培養(yǎng)方案中屬于通識教育模塊部分，也是專業(yè)基礎課程以及專業(yè)核心課程學習的基礎。物理作為一門重要的公共基礎課程，是人才培養(yǎng)體系中關鍵的組成部分，對學生綜合素質(zhì)以及文化素養(yǎng)的培養(yǎng)有著至關重要的意義。其中對于力、熱、光、電以及半導體等基本知識和基礎理論的學習和掌握，是光伏類專業(yè)人才培養(yǎng)的基礎，也是相關行業(yè)生產(chǎn)制造、工藝優(yōu)化、技術(shù)改進的基礎。然而，部分開設光伏相關專業(yè)的高職院校，由于課程結(jié)構(gòu)及課時安排等原因，并沒有將物理課程放在教學計劃內(nèi)，造成大多數(shù)學生的物理基礎達不到培養(yǎng)要求，給后續(xù)課程的學習以及教學活動的開展帶來了困難。

本研究根據(jù)高職學生的知識需求特點，以光伏類三個專業(yè)為例，結(jié)合專業(yè)人才培養(yǎng)方案，對物理知識的教學進行了規(guī)劃與設計，通過合理構(gòu)建知識結(jié)構(gòu)，力求完善高職光伏類專業(yè)人才培養(yǎng)方案，以此適應社會人才需求與行業(yè)發(fā)展需要。

一、光伏專業(yè)物理教學存在的問題

物理研究的是自然界的基本現(xiàn)象和規(guī)律，其觀念、基本理論是其他科學的基礎。物理學作為連接自然科學與工程技術(shù)應用的橋梁，在培養(yǎng)學生的科學思維能力、提高學生的科技創(chuàng)新能力、增強學生的實踐應用能力等多方面發(fā)揮著至關重要的作用。[1]然而，高職院校的部分專業(yè)在物理課程的教學方面還存在著一些問題。以高職光伏類專業(yè)為例，物理教學在課程安排、知識結(jié)構(gòu)、形式方法等方面還有待完善。具體表現(xiàn)如下：

1.學生基礎薄弱，學校重視程度不夠。一方面，光伏類專業(yè)的學生生源復雜、層次多樣。除了普通高中、職高畢業(yè)生外，也有中專五年一貫制的學生，個別光伏類專業(yè)也實行文理兼收。這類學生基礎文化知識相對薄弱，部分學生的物理基礎并未達到高中畢業(yè)水平，而作為高技能人才培養(yǎng)基礎的物理知識的儲備，遠未達到標準。另一方面，部分院校對物理學科素養(yǎng)的培養(yǎng)不夠重視，甚至有些光伏類專業(yè)并未開設高職物理課程，而其他通識課程或?qū)I(yè)基礎課程涉及的物理知識相對有限，這就給后續(xù)專業(yè)課程的學習帶來了困難，并影響了學生學習的積極性，這給高等職業(yè)院校培養(yǎng)高素質(zhì)的“復合型”技能人才帶來了更多挑戰(zhàn)。

2.教學形式與教學內(nèi)容不合理。目前，部分開設了光伏專業(yè)的高職院校，以光伏理化基礎、半導體物理與器件等作為專業(yè)基礎課程，內(nèi)容以半導體、晶體、太陽能電池器件原理與結(jié)構(gòu)等為主，涉及的基礎物理學知識比較少。以太陽能光伏理化基礎為例，該課程共安排64學時，在教學內(nèi)容方面只有第一章涉及光資源、太陽能分布和光譜等物理學知識，且教學課時不足10學時，遠遠達不到專業(yè)學習需求。

3.教學方法有待改進。目前，高職光伏類專業(yè)物理學知識的教學主要以理論講授為主，而物理學是一門以觀察和實驗為基礎的自然學科，實驗作為物理學重要的探究手段，對學生物理知識的掌握、物理思維的培養(yǎng)起著關鍵性作用。但由于教學條件和設施以及教學課時安排等原因，造成高職光伏類專業(yè)的物理實驗教學的缺失，這并不利于專業(yè)實踐活動的開展，也不利于高技能人才動手操作能力的培養(yǎng)。

二、高職光伏類專業(yè)物理教學重點設計

1. 以培養(yǎng)目標及專業(yè)需要，確定理論教學重點。高等職業(yè)教育的特點是以社會需求為目標、崗位技術(shù)要求為主線設計學生的知識、能力、素質(zhì)結(jié)構(gòu)和培養(yǎng)方案;以培養(yǎng)適應生產(chǎn)、建設、管理、服務一線的高素質(zhì)技能型專門人才為根本任務;以培養(yǎng)學生的技術(shù)應用能力為核心構(gòu)建課程和教學內(nèi)容體系，在基礎理論知識教學的把握上，不僅要求“必需”，還要做到“夠用”。不同的專業(yè)或同一專業(yè)大類下的不同專業(yè)方向，其培養(yǎng)目標及專業(yè)主干課程不同，專業(yè)核心能力要求也不同，這就決定了物理課程在教學過程中不能“一鍋煮”“一刀切”。應根據(jù)不同專業(yè)的特點選擇合適的課程內(nèi)容，在課時有限、條件有限的情況下，為學生打下專業(yè)所必需的物理基礎。[2]通過對光伏類三個專業(yè)的培養(yǎng)目標、關鍵技能以及主干課程的梳理，以宋明玉等主編的全國高職高專公共基礎課規(guī)劃教材《大學物理》（第2版）、吳王杰主編的全國高等教育自學考試指定教材《物理（工）》作為教學參考教材。各專業(yè)物理理論教學重點設計如下：

光伏材料制備技術(shù)專業(yè)定位在光伏產(chǎn)業(yè)鏈的上、中游，以培養(yǎng)光伏硅材料生產(chǎn)加工技術(shù)人才為目標。專業(yè)核心課程以晶硅材料及太陽電池材料的制造工藝為主，具體包括直拉單晶硅制造工藝、多晶硅生產(chǎn)技術(shù)、硅片制造工藝、晶硅太陽能電池制造工藝及太陽能電池組件制造工藝等。

（1）光伏硅材料的上游加工階段，包括單晶硅的拉制、多晶硅的鑄造以及硅片的加工，生產(chǎn)時采用的主要設備包括單晶爐、多晶鑄錠爐、開方機及線切割機等。其中，單晶棒及多晶硅錠的生長是在高溫加熱條件下，經(jīng)過熔化、冷卻、結(jié)晶等過程制得，硅片加工則涉及硅料的開方、研磨、線切割等。硅棒及硅錠生產(chǎn)時熱場及溫度控制是關鍵，而硅片生產(chǎn)主要采取磨削加工的方式進行。在光伏硅材料的中游階段，主要包括電池片及太陽能光伏組件的制造，涉及刻蝕、絲網(wǎng)印刷、鍍膜、焊接、疊層以及層壓等工藝。所以，根據(jù)知識培養(yǎng)的需求，力學、熱學模塊應該作為本專業(yè)物理課程教學的重點模塊。重點教學內(nèi)容則包括力學中的張力、摩擦、做功、圓周運動以及牛頓運動定律;熱學中的熱力學基本概念、內(nèi)能以及熱力學定律等基礎物理知識。

（2）光伏發(fā)電技術(shù)與應用專業(yè)定位在光伏產(chǎn)業(yè)鏈的中、下游，以培養(yǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的設計、安裝、調(diào)試與維護等技術(shù)人才為目標。專業(yè)知識包括電力電子、發(fā)電系統(tǒng)、數(shù)字電路、模擬編程等，核心課程具體包括：電工基礎、電力電子技術(shù)、模擬數(shù)字電子技術(shù)、光伏發(fā)電系統(tǒng)與應用、PLC應用技術(shù)、單片機原理及應用、光伏電站建設與施工等。所以，根據(jù)專業(yè)需要，電磁學與光學模塊應為本專業(yè)物理課程的重點模塊，應加強電場、電路、電容器以及光學器件等基礎物理知識的教學與應用能力的培養(yǎng)。

（3）光伏工程技術(shù)（光伏產(chǎn)品檢測方向）專業(yè)以培養(yǎng)光伏產(chǎn)品檢測技術(shù)及質(zhì)量控制人才為目標。本專業(yè)的專業(yè)知識以產(chǎn)品檢驗檢測、質(zhì)量控制與管理為重點，核心課程包括傳感器與自動檢測、硅材料檢測技術(shù)、光伏產(chǎn)品檢測技術(shù)及質(zhì)量管理與控制技術(shù)等。產(chǎn)品檢測從上游至下游橫跨整個光伏產(chǎn)業(yè)鏈，涉及的物理知識范圍比較廣，所用的檢測設備多樣且復雜，本專業(yè)的物理教學應包括力學、熱學、電磁學以及光學等模塊內(nèi)容。另外，還要理解并能夠熟練應用檢測原理中的物理定理及定律。所以，除了以上兩個專業(yè)所必需的物理基礎知識外，還應加強力學中的牛頓運動定律、熱學中的熱力學第一、第二定律、電磁學中的庫侖定律、法拉第電磁感應定律，光學中的楊氏雙縫干涉、薄膜等厚干涉、光的衍射、惠更斯菲涅耳原理等知識的培養(yǎng)與應用。教學設計具體內(nèi)容見表1。

2. 以關鍵技能及實踐需求，確定實驗教學內(nèi)容。物理學本身就是建立在實驗基礎上的科學，通過物理實驗的開展，可以幫助學生理解物理基本概念及定理，也可以提高學生動手操作能力，作為一項重要的教學內(nèi)容，在以職業(yè)技能為培養(yǎng)目標的高職院校中，有著不可替代的作用。根據(jù)專業(yè)特點以及崗位技能需求，以李書光主編的高職高專公共課教材《大學物理實驗》作為實驗參考教材，確立了光伏類三個專業(yè)的物理實驗教學內(nèi)容。實驗部分包括認知性實驗、基礎性實驗、綜合及設計性實驗三個模塊。

其中，認知性實驗部分三個專業(yè)基本相同，以實驗儀器的認識與使用、基礎物理定律的測量與驗證為主，具體包括力學實驗常用儀器及使用、熱學實驗常用儀器及使用、電磁學實驗常用儀器及使用、光學實驗常用儀器及使用、常用儀器的誤差及數(shù)據(jù)處理等。

基礎性實驗部分，根據(jù)教學課時安排，選擇與本專業(yè)相關性較強的實驗進行開展。光伏材料制備技術(shù)專業(yè)選擇：拉伸法測量金屬材料的楊氏模量、扭擺法測定物體的轉(zhuǎn)動慣量、液體表面張力系數(shù)的測定以及不良導體導熱系數(shù)的測定等。光伏發(fā)電技術(shù)與應用專業(yè)選擇：平衡電橋測電阻、電子元件伏安特性的研究、霍爾效應法測量磁場等。光伏工程技術(shù)（光伏產(chǎn)品檢測方向）專業(yè)選擇：液體比熱容的測定、示波器的原理與使用、電子元件伏安特性的研究、分光計的調(diào)整與使用以及光的等厚干涉現(xiàn)象與應用等。

綜合及設計性實驗是通過學生創(chuàng)造性的設計實驗方案，運用多種實驗知識及技能來完成一個綜合實驗任務，通過本實驗，可以增強學生對物理知識的綜合運用能力，并提高學生的專業(yè)實踐操作水平。光伏材料制備技術(shù)專業(yè)選擇：熱敏電阻數(shù)字溫度計的設計與制作。光伏發(fā)電技術(shù)與應用專業(yè)選擇：RC串聯(lián)電路暫態(tài)過程研究。光伏工程技術(shù)（光伏產(chǎn)品檢測方向）專業(yè)選擇：硅光電池基本特性研究。

三、結(jié)語

高職光伏類專業(yè)物理教學重點的設計，要以專業(yè)技能需求為基礎，為專業(yè)課程的培養(yǎng)以及學生后續(xù)發(fā)展服務，要根據(jù)學生特點進行分專業(yè)、分層次教學，合理設計教學模塊，科學規(guī)劃教學重點章節(jié)以及實驗操作內(nèi)容。光伏材料制備技術(shù)專業(yè)要根據(jù)制備工藝要求，加強力學、熱學物理基礎知識的學習與應用;光伏發(fā)電技術(shù)與應用專業(yè)要根據(jù)光伏系統(tǒng)的設計、安裝、調(diào)試與維護等，加強電磁學、光學物理基礎知識的學習與應用;光伏工程技術(shù)（光伏產(chǎn)品檢測方向）專業(yè)，除了掌握基礎物理知識外，還應加強物理定理及定律的靈活運用與理解。

參考文獻：

[1] 王崇光，楊效華.論物理教學中的創(chuàng)新教育[J].山東科技大學學報（自然科學版），2003，22（z1）：207-209.

[2] 孫堯，高職層次機械專業(yè)大學物理課程教學的初步探索[J].知識經(jīng)濟，2015，（10）：110-111.

責任編輯 ?郝 ?嬋