基于專創(chuàng)融合的課程設(shè)計(jì)與實(shí)施
——以《太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)應(yīng)用與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)》課程為例

顏魯薪，李明澈，高蕊

（蘭州交通大學(xué)，甘肅蘭州 733000）

專創(chuàng)融合課程作為大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的組成部分，承擔(dān)著培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)新能力和創(chuàng)業(yè)意識(shí)的重要使命。因?yàn)樗厥獾恼n程性質(zhì)，使得其課程建設(shè)質(zhì)量的高低直接影響各專業(yè)學(xué)生在創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)方面的培養(yǎng)質(zhì)量。新能源科學(xué)與工程專業(yè)作為近年來(lái)教育部設(shè)置的新專業(yè)之一，面臨師資不足、學(xué)科交叉、專業(yè)積累不足等諸多困難，為人才培養(yǎng)帶來(lái)了一定挑戰(zhàn)。這個(gè)新設(shè)專業(yè)如何開(kāi)展創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育，建設(shè)符合專業(yè)特點(diǎn)的專創(chuàng)融合課程，顯得尤為重要。該文以“太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)應(yīng)用與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)”專創(chuàng)融合課程建設(shè)為例，詳細(xì)介紹其設(shè)計(jì)內(nèi)容和實(shí)施方法，以期為其他同類課程提供有益借鑒。

1 課程設(shè)計(jì)的背景

2010年3月，國(guó)務(wù)院發(fā)布了《國(guó)務(wù)院關(guān)于加快培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的決定》 加快培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。2010年教育部開(kāi)始在高校設(shè)置戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)相關(guān)專業(yè)，為國(guó)家戰(zhàn)略新興相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供人才保障和智力支撐。為服務(wù)國(guó)家重大戰(zhàn)略，為西部乃至全國(guó)培養(yǎng)新能源專業(yè)相關(guān)人才，在整合原風(fēng)能與動(dòng)力工程專業(yè)的基礎(chǔ)上，蘭州交通大學(xué)于2013年開(kāi)設(shè)了新能源科學(xué)與工程專業(yè)。2015年隨著大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)專業(yè)教育的深入，新能源科學(xué)與工程專業(yè)擬開(kāi)設(shè)一門專創(chuàng)融合課程。根據(jù)專業(yè)內(nèi)各新能源的特點(diǎn)，選擇太陽(yáng)能光伏發(fā)電課程作為先期探索專創(chuàng)融合課程的突破口。太陽(yáng)能屬于主流新能源品種，是可供人類利用的儲(chǔ)量最豐富的清潔能源之一，也是最有可能在成本和大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用規(guī)模上與傳統(tǒng)能源競(jìng)爭(zhēng)的清潔能源之一。與其他新能源相比，選擇光伏發(fā)電領(lǐng)域作為專創(chuàng)融合課程開(kāi)發(fā)有三大優(yōu)勢(shì)：一是太陽(yáng)能分布廣泛，學(xué)生對(duì)太陽(yáng)能的接觸、認(rèn)知較多；二是光伏發(fā)電融入度高，太陽(yáng)能光伏發(fā)電形式多樣，與其他能源的融入度高，可為眾多設(shè)備提供能源供給； 三是太陽(yáng)能作為創(chuàng)新性新能源，能夠給學(xué)生創(chuàng)新發(fā)揮提供較大的空間。這些優(yōu)點(diǎn)給該課程開(kāi)發(fā)提供了創(chuàng)新內(nèi)容，在培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)新能力和創(chuàng)業(yè)意識(shí)的同時(shí)，為他們將來(lái)解決復(fù)雜工程問(wèn)題打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

2 教學(xué)模式

該課程采用CDIO 的工程教育模式。CDIO 工程教育模式是近年來(lái)國(guó)際工程教育改革的最新成果，代表構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計(jì)（Design）、實(shí)現(xiàn)（Implement）和運(yùn)作（Operate），如圖1 所示[1-2]。它以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運(yùn)行的生命周期為載體，讓學(xué)生以主動(dòng)的、實(shí)踐的、課程之間有機(jī)聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程。CDIO教學(xué)將工程畢業(yè)生的能力分為工程基礎(chǔ)知識(shí)、個(gè)人能力、 人際團(tuán)隊(duì)能力和工程系統(tǒng)能力4個(gè)層面，要求以綜合的培養(yǎng)方式使學(xué)生在這4個(gè)層面達(dá)到預(yù)定目標(biāo)[3]。CDIO 有利于將課程中的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)內(nèi)容與課程專業(yè)內(nèi)容融為一體，從而更好地服務(wù)于課堂教育本身。

圖1 基于CDIO 的復(fù)合教學(xué)模式

對(duì)于工科類的專創(chuàng)融合課程而言，CDIO 教學(xué)模式非常契合課程實(shí)施要求，以“太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)應(yīng)用與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)”課程為例，該門課程的對(duì)應(yīng)的創(chuàng)新內(nèi)容，一是工藝的創(chuàng)新，二是產(chǎn)品的創(chuàng)新。對(duì)于工藝的創(chuàng)新，一般需要學(xué)生在進(jìn)入企業(yè)后有一定生產(chǎn)技術(shù)經(jīng)驗(yàn)積累之后才具備創(chuàng)新的可能，在課程內(nèi)容的設(shè)計(jì)上一般為對(duì)原有創(chuàng)新的講解，就其創(chuàng)新過(guò)程也有教師分解為CDIO 的過(guò)程講解，使學(xué)生能夠?qū)τ谠擃惞に噭?chuàng)新有本質(zhì)的理解提高，在學(xué)生進(jìn)入企業(yè)后，可以短時(shí)間適應(yīng)企業(yè)工藝生產(chǎn)，為工藝創(chuàng)新打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。對(duì)于產(chǎn)品的創(chuàng)新是課程采用CDIO 模式的主要原因，光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展至今是不同光伏系統(tǒng)產(chǎn)品的持續(xù)創(chuàng)新的結(jié)果，如光伏逆變器，早期為適應(yīng)大規(guī)模地面光伏電站設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了MW 級(jí)別的集中式光伏逆變器，為提高其效率，提高使用壽命，研發(fā)了高級(jí)別的IGBT 器件，隨著分布式電站的興起，逆變器的關(guān)注點(diǎn)又轉(zhuǎn)移到組串式光伏逆變器，陽(yáng)光、華為等大品牌根據(jù)電站需求不同，及時(shí)更新產(chǎn)品，如華為組串式逆變器初期為強(qiáng)制風(fēng)冷，雖然散熱效率得到提高，但是由于風(fēng)沙經(jīng)常灌入箱體內(nèi)部對(duì)內(nèi)部電子元器件穩(wěn)定性造成極大的干擾，為解決這一問(wèn)題，在華為第三代組串式逆變器開(kāi)始采用自然冷卻技術(shù)同時(shí)加載藍(lán)牙自檢等功能。通過(guò)此例可以看出，將CDIO 的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)模式用于教學(xué)，將教學(xué)過(guò)程與產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程統(tǒng)一起來(lái)，有利于培養(yǎng)學(xué)生的工程師思維，同時(shí)融入國(guó)際元素、家國(guó)情懷等內(nèi)容，可以從整體上在課程模式的頂端設(shè)計(jì)中將課程開(kāi)發(fā)為具有很強(qiáng)創(chuàng)新意識(shí)的綜合課程，將專業(yè)知識(shí)與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)知識(shí)等融會(huì)貫通。

3 教學(xué)內(nèi)容

課程設(shè)計(jì)小組首先對(duì)課程內(nèi)容做了詳細(xì)分析。按照光伏產(chǎn)業(yè)鏈從上游到下游的順序，分別包括硅料、鑄錠（拉棒）、切片、電池片、電池組件和應(yīng)用系統(tǒng)6個(gè)環(huán)節(jié)，其中上游為硅料、硅片環(huán)節(jié)，中游為電池片、電池組件環(huán)節(jié)，下游為應(yīng)用系統(tǒng)環(huán)節(jié)。從全球范圍來(lái)看，產(chǎn)業(yè)鏈6個(gè)環(huán)節(jié)涉及企業(yè)數(shù)量依次增加，光伏市場(chǎng)產(chǎn)業(yè)鏈呈金字塔形結(jié)構(gòu)。在設(shè)計(jì)行業(yè)企業(yè)方面，主要表現(xiàn)為國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策支持行業(yè)發(fā)展，光伏政策體系建設(shè)逐步完善，光伏發(fā)電規(guī)模快速擴(kuò)大，市場(chǎng)區(qū)域和結(jié)構(gòu)逐步轉(zhuǎn)換，光伏制造和技術(shù)能力不斷提高。光伏行業(yè)在未來(lái)表現(xiàn)出以下趨勢(shì)：一是分布式光伏發(fā)電將作為首要發(fā)展對(duì)象，具有廣闊的市場(chǎng)前景；二是產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)提升，行業(yè)門檻提高，促進(jìn)行業(yè)有序競(jìng)爭(zhēng)和優(yōu)勝劣汰； 三是光伏發(fā)電補(bǔ)貼調(diào)整促進(jìn)行業(yè)健康發(fā)展；四是技術(shù)進(jìn)步促進(jìn)平價(jià)上網(wǎng)；五是光伏扶貧規(guī)模不斷擴(kuò)大。

針對(duì)以上產(chǎn)業(yè)內(nèi)容和行業(yè)發(fā)展分析，結(jié)合工程教育和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)內(nèi)容，課程設(shè)計(jì)小組將教學(xué)內(nèi)容確定為單晶硅多晶硅制備、太陽(yáng)能電池工藝與技術(shù)、太陽(yáng)能光伏組件工藝與技術(shù)、太陽(yáng)能光伏發(fā)電工程、光伏綜合應(yīng)用以及工程案例6 部分內(nèi)容。內(nèi)容按照單元設(shè)計(jì)，每個(gè)單元在講授的過(guò)程中加入創(chuàng)新點(diǎn)舉例、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)案例，以更好地啟發(fā)學(xué)生思考問(wèn)題。例如，在單晶硅多晶硅制備教學(xué)單元，引入改良西門子法的創(chuàng)新內(nèi)容，講解單晶多晶制備工藝改進(jìn)；在太陽(yáng)能電池工藝與技術(shù)內(nèi)容單元，安排氣敏傳感器的相關(guān)創(chuàng)新內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生在太陽(yáng)能電池制備尤其是鈣鈦礦太陽(yáng)電池制備方面研究氣敏傳感器； 在太陽(yáng)能光伏組件工藝與技術(shù)單元，講授太陽(yáng)能光伏組件回收方面的最近進(jìn)展；在太陽(yáng)能光伏發(fā)電工程單元，加入沼氣—太陽(yáng)能多能互補(bǔ)能源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)內(nèi)容； 在光伏綜合應(yīng)用單元，加入基于太陽(yáng)能空氣源熱泵的建筑節(jié)能技術(shù)的講解，在工程案例中講解一個(gè)家庭分布式太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與安裝工程項(xiàng)目，引導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)新。

為了有效發(fā)將產(chǎn)業(yè)鏈與課程鏈、 產(chǎn)品鏈結(jié)合起來(lái)，改變課程設(shè)計(jì)中按照產(chǎn)業(yè)鏈設(shè)計(jì)課程內(nèi)容的割裂感，教學(xué)內(nèi)容在最后內(nèi)容中加入綜合性內(nèi)容。綜合部分以教會(huì)學(xué)生如何做人為核心，以“一體五通”為主線，讓學(xué)生懂做人，會(huì)聽(tīng)、會(huì)說(shuō)、會(huì)寫、會(huì)做、會(huì)管理，成為符合行業(yè)需求的專業(yè)技術(shù)人才。通過(guò)對(duì)如何做人和如何做事兩個(gè)方面對(duì)即將進(jìn)入社會(huì)的大學(xué)生進(jìn)行強(qiáng)化培養(yǎng)。如何做人方面，將圍繞實(shí)用商務(wù)禮儀、為人處事之道、面試技巧等內(nèi)容進(jìn)行培訓(xùn)；如何做事方面，則重點(diǎn)圍繞分布式光伏電站設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維等內(nèi)容開(kāi)展實(shí)操訓(xùn)練。

教學(xué)內(nèi)容根據(jù)當(dāng)代大學(xué)生的心智特點(diǎn)和認(rèn)知規(guī)律，針對(duì)工作過(guò)程的環(huán)節(jié)構(gòu)建學(xué)習(xí)情節(jié)和設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)單元，重新融合工程為中心的單元項(xiàng)目課程。學(xué)生在專業(yè)課學(xué)習(xí)中，通過(guò)一系列相對(duì)獨(dú)立又有機(jī)結(jié)合的子項(xiàng)目學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)，完成與行業(yè)相對(duì)應(yīng)的學(xué)習(xí)和培養(yǎng)，從而實(shí)現(xiàn)課程的工程屬性和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)屬性[4]。

4 教學(xué)方法

教學(xué)中注意實(shí)現(xiàn)兩個(gè)重要轉(zhuǎn)變：一是從“教”向“學(xué)”轉(zhuǎn)變；二是從“知識(shí)授受”向“問(wèn)題解決”轉(zhuǎn)變。無(wú)論如何實(shí)施課程教學(xué)，始終保證學(xué)生為第一參與人，牢牢把握以學(xué)生為中心的理念。大學(xué)是一個(gè)開(kāi)放性學(xué)習(xí)的地方，教師尤其應(yīng)該培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散式學(xué)習(xí)思維。在講述專業(yè)課內(nèi)容時(shí)，不應(yīng)該照本宣科，應(yīng)該強(qiáng)調(diào)開(kāi)放式教學(xué)，注意運(yùn)用多種教學(xué)方法。該課程主要使用了以下教學(xué)方法。一是觀察法。在教授過(guò)程中可以將實(shí)物帶入課堂，通過(guò)真實(shí)的產(chǎn)品了解其原理。例如，在講解晶硅組件的異同時(shí)，可以讓學(xué)生通過(guò)實(shí)物觀察的方法找到多晶硅單晶硅的區(qū)別。二是演示法。在教授過(guò)程中對(duì)于某些現(xiàn)象采用演示的方法。三是互動(dòng)法。教師可以多給學(xué)生講課的機(jī)會(huì)，讓學(xué)生自己制作PPT、查找資料、學(xué)習(xí)課程內(nèi)容，使學(xué)生們更好地掌握學(xué)習(xí)內(nèi)容，同時(shí)鍛煉學(xué)生的表達(dá)和交往能力。四是實(shí)驗(yàn)法。對(duì)于光伏系統(tǒng)中的控制器作用，可用實(shí)驗(yàn)的方法進(jìn)行講解，以加深影響[5-6]。

5 課程考核

該課程的考核主要采用百分制形成性考核，即課程形成性考核成績(jī)占該課程總成績(jī)的100%。形成性考核主要由4 次平時(shí)作業(yè) （每次占10%，共40%）和學(xué)習(xí)行為（指3 次實(shí)時(shí)活動(dòng)的綜合考查，占60%）組成。

（1）平時(shí)作業(yè)。4 次平時(shí)作業(yè)要求學(xué)生按教學(xué)進(jìn)度及時(shí)完成，教師應(yīng)及時(shí)批改、講評(píng)。

（2）學(xué)習(xí)行為。學(xué)習(xí)行為考核包括參加3 類（全國(guó)大學(xué)生“互聯(lián)網(wǎng)+”創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽、全國(guó)大學(xué)生可再生能源學(xué)術(shù)競(jìng)賽、全國(guó)大學(xué)生“挑戰(zhàn)杯”課外學(xué)術(shù)競(jìng)賽）競(jìng)賽活動(dòng)的考核。

（3）形成性考核成績(jī)?cè)u(píng)定。

①平時(shí)作業(yè)成績(jī)?cè)u(píng)定。平時(shí)作業(yè)成績(jī)由輔導(dǎo)教師根據(jù)學(xué)員平時(shí)作業(yè)完成的次數(shù)和質(zhì)量按百分制評(píng)定，平時(shí)作業(yè)成績(jī)占形成性考核成績(jī)比例為40%。

②學(xué)習(xí)行為成績(jī)?cè)u(píng)定。學(xué)習(xí)行為成績(jī)由教師根據(jù)學(xué)員作品按百分制評(píng)定，學(xué)習(xí)行為成績(jī)占形成性考核成績(jī)比例為60%。

6 教學(xué)效果及反饋

自課程改革以來(lái)，有62 名學(xué)生選修了該課程。學(xué)生以3～5 人為一組，自愿組成了學(xué)習(xí)團(tuán)隊(duì)，以學(xué)習(xí)島的形式全過(guò)程參與該課程的實(shí)施。課堂上，教與學(xué)穿插進(jìn)行，學(xué)生能一直保持良好的學(xué)習(xí)狀態(tài)。全部團(tuán)隊(duì)均參加了2019年度學(xué)校組織的首屆可再生能源科技競(jìng)賽及第五屆中國(guó)“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽初賽，獲得獎(jiǎng)項(xiàng)的學(xué)生參加了當(dāng)年度全國(guó)比賽，其中在第二屆全國(guó)大學(xué)生可再生能源科技競(jìng)賽全國(guó)賽中獲全國(guó)一等獎(jiǎng)1 項(xiàng)，二等獎(jiǎng)1 項(xiàng)，三等獎(jiǎng)2 項(xiàng)。在第五屆中國(guó)“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽甘肅賽區(qū)獲金獎(jiǎng)1 項(xiàng)，銅獎(jiǎng)1 項(xiàng)，全國(guó)賽獲銅獎(jiǎng)1 項(xiàng)。在結(jié)課討論會(huì)上，學(xué)生表達(dá)了對(duì)該門課程的喜愛(ài)。可見(jiàn)，通過(guò)該門課程的實(shí)施，可以很好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

7 結(jié)語(yǔ)

課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)，通過(guò)對(duì)“太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)應(yīng)用與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)”專創(chuàng)融合課程建設(shè)中具體教學(xué)模式、教學(xué)內(nèi)容以及教學(xué)方法的研究與實(shí)踐，有效提升了學(xué)生對(duì)于該課程的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效果，這對(duì)于同類課程教學(xué)過(guò)程質(zhì)量提升具有積極意義。