光伏發電‘理實一體’教學與項目化課程開發實踐

梁東義?周建強?孫為民?王毅

摘要：光伏發電是我國大力發展的可再生能源利用方式之一。光伏發電系統設計安裝與維護是一門具有較強專業性和實踐性的課程，單純的理論教學很難滿足社會對光伏發電專業技術人才的需求。結合我國高職教育的特點和要求，采用教學做一體化教學模式，分項目組織教學，以典型工作任務為載體，以工作過程順序安排教學內容，邊學邊做，是培養具有綜合職業能力的高技能專業人才的有效且可行的途徑；

關鍵詞：光伏發電；理實一體教學；項目化課程

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

一、實施理實一體的項目化教學的必要性與優勢

國家對于高職教育的定位和任務是服務社會主義現代化建設，培養數以億計的高素質勞動者和數以千萬計的高技能專門人才。強調職業院校的學生要具有突出的實踐能力。教育部關于職業教育的文件要求：要積極推行與生產勞動和社會實踐相結合的學習模式，把工學結合作為高等職業教育人才培養模式改革的重要切入點，帶動專業調整與建設，引導課程設置、教學內容和教學方法改革，則強調教學內容要結合企業實際[1]。歸根結底是即要有實踐能力，又必須結合社會實際。

光伏發電是我國在能源領域大力發展的可再生能源之一，也是最近幾年裝機容量增長最快的發電方式，具有廣闊的發展前景，特別是我國目前正在大力推進智能電網建設，為以光伏發電為代表的分布式能源發展提供了良好的機遇。光伏產業的飛速發展需要大量光伏技術型人才。這促使了高職院校對光伏發電技術人才培養的積極性。由于太陽能光伏技術屬于跨多學科的新興學科，它涉及氣象、光學、半導體、電力、電子、計算機和機械等多學科技術，課程理論性強、內容較為抽象。而且光伏發電要求從業的技術人員不但要掌握扎實的理論知識，還要有較強的動手能力，才能合理的設計使用和充分發揮光伏設備的作用。而理實一體化教學重視市場對人才技能的要求，突出學生的動手能力，項目化課程突出學習內容的實用性，因此開展光伏發電設計安裝與維護教學一體化與項目化改革具有較強的現實意義與長遠意義。

二、光伏發電實施項目化教學的課程實施方案設計

以培養學生綜合職業能力為目標，將企業典型工作任務轉化為多塊即獨立成體又緊密聯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計任務為載體，以學生為中心，根據典型工作任務和工作過程設計課程體系和內容，按照工作過程的順序和學生自主學習的要求進行教學設計并安排教學活動，最終實現理論教學與實踐教學融通合一、能力培養與工作崗位對接合一[2]。

根據目前我國大力發展分布式光伏發電系統的實際需求，把能夠獨立完成光伏發電系統設計安裝與維護的技術人才作為培養目標，將光伏發電系統設計與安裝分為下述七個項目進行教學和實踐，這七個項目緊密聯接，共同完成一個光伏發電系統的設計與安裝工程。

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、轉換效率等技術參數的選擇，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電原理，組件的結構組成等。在這一部分的學習中有理論有實踐，實踐學習包括一系列的實驗和實訓，這些實訓均在光伏發電試驗箱上完成，有太陽電池發電原理實訓，太陽電池能量轉換實訓，太陽電池組件效率測試實訓及環境對光伏轉換影響實訓等；在掌握了組件的基本知識以后學生便能夠順利地完成組件的選型及串并聯個數的設計。

2.系統最佳傾角的設計

光伏系統發電量的多少跟組件的傾角有直接的關系，而且不同的系統有不同的最佳傾角，如有的系統要求全年的發電量最大，而有的系統要求一年四季發電量盡量均衡，這兩個系統就會有不同的最佳傾角，另外要掌握系統的最佳傾角計算還要掌握方位角，太陽角，時角等概念，在這部分的學習中會有光照強度對發電量的影響實訓和傾角對發電量的影響實訓。

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起來的多路組件匯流成一路，進一步提高系統的電流和輸出功率；匯流箱具有過流保護，接地保護，電壓電流顯示等功能；逆變器是光伏發電系統的核心設備，在光伏發電系統的成本里也占有一定的比重，它是將光伏組件發出的直流電變為交流電輸出，逆變器有多種類型，有離網型和并網型，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備參數性能等詳細的了解基礎上；這部分內容通過讓學生對設備進行拆裝等實訓加強學生的理解和掌握；還有光伏控制器控制實訓，光伏逆變器原理實訓，光伏逆變器輸出電能質量分析等。

4.電纜和支架的選型與安裝

光伏組件之間串并聯使用專用電纜，其截面積大小應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格；光伏方陣支架需考慮承重，通風，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，組件前后間距離需根據組件傾角進行計算確定。

5.防雷接地系統設計

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

6.測量監控系統設計

太陽能光伏發電監控測量系統一般用于大、中型光伏系統中，可根據光伏系統的重要性等因素考慮選用。監控測量系統一般可對系統進行實時監視記錄和控制，系統故障記錄與報警，以及各種參數的設置。還可通過網絡進行遠程監控和數據傳輸，顯示當前發電功率，日發電量累計，月發電量累計，總發電量累計等數據。

7.安裝與調試

安裝與調試是工程實施的重要內容，這部分內容除理論教學外，另安排學生進行實際的光伏系統安裝與調試。通過接線、調試、運行掌握安裝與調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知識講解，動手能力訓練兩個有較強可操作性的模塊，這樣就能保證每個項目教學工作的順利實施，也能保證課堂的教學質量，光伏發電課程能力標準分解列表見附表一。

三、光伏發電項目化教學的實施

有了以實際工程為基礎的項目化教程，采用什么樣的教學方法同樣非常重要，以學生為中心組織教學，讓學生邊學邊做，在學中做，在做中學，注重學生專業能力，方法能力和社會能力的培養是光伏發電課程教學方法改革的目標[3]。光伏發電課程教學實行理時一體的強化訓練方式，將光伏發電系統設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，在實訓室內按項目組織實施教學，實現邊教邊學、邊學邊練、學做合一“教、學、做”有機融合的一體化教學[4]，達到崗位技能培養的目的。以項目一光伏發電系統組件選型這部分內容為例；將該項目的內容分成多個具體的學習任務，如測試不同傾角太陽電池的發電量，測試不同溫度下組件的發電量，測試不同光照強度下組件的發電量，測試光伏組件效率等。明確任務后將學生分為10組，每組4-5人，每個小組的組長輪流擔任，一個任務一個小組長，讓每個學生都有機會得到組織能力的鍛煉。拿到任務后填寫工作任務書，明確工作內容，工作目標，工作對象工作步驟工作方法以及提交的成果等。

任務實施，如學習任務光伏組件效率測試，測試之前先給學生講授必須掌握的理論知識，如光伏發電原理，光伏組件結構組成等，然后教授學生測試方法及步驟，并指導學生如何正確操作實驗箱，如何記錄數據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。在學生操作過程中及時糾正學生的錯誤操作和不良操作習慣。

四、光伏發電項目化教學考核與評價

教學過程與評價要突出學生綜合職業能力培養，注重培養學生專業能力、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，完成任務期間表現的考核，團結協作意識的考核，學習態度的考核等，將課程考核放在課程進程中進行，提高學生學習的積極性。結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，規范性及熟練程度占40%，團隊協作能力，領導能力，溝通能力占20%。該課程共有七個項目，每個項目考核一次，而七次考核的加權平均作為本課程的最終成績。以班級中的小明同學為例，假設小明被分在第一小組，本項目有多個具體的學習任務，則第一小組將分別演示幾個任務，如光伏板效率測試，不同光照上發電量的測試，不同傾角下發電量的測試等，不同的任務由不同的成員擔任組長，考核時由該小組協同完成該項目的幾個任務，根據任務完成的水平給小組一個任務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，然后在根據完成任務期間各自的表現打出不同的社會能力分，如小明在成果演示過程中表現出團結協作，積極配合，圓滿完成自己的角色任務。因此社會能力分給90分，最后是答辯考核，要據小明對本次實驗原理及基本知識點的理解程度給出專業成績如90分。這三個成績再乘以各自的權重得出最終的成績，因此小明本項目的最終成績為85*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、結語

實施理實一體的項目化教學，對于培養德智體美全面發展，具有良好職業道德、熟練的職業技能，精益求精的工作態度、追求完美的創新精神、可持續發展的基礎能力，掌握必需夠用的專業知識，面向生產第一線從事光伏發電系統設計安裝與維護及管理等工作的高技能人才方面有較為突出的優勢。但也提出了兩個方面的要求。

第一，理實一體化教學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”；同時，要求教師不斷地鉆研教學方法、掌握新知識、新技術，以此來滿足教學所需[5]。

第二，硬件的配套；要有與專業和學生規模相適應的硬件設備和學習環境，由于理實一體化的教學模式強調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室或實習工廠需要有足夠的工位或實驗臺及必需的教學環境和教學設備等。

參考文獻：

[1]田擁軍，羅先進，文其知.基于校企合作的高職光伏發電及應用專業建設探析[J].職業時空，2011，7（5）：46-47.

[2]胡賢民.高職院校理實一體化教學模式實施研究初探[J].張家口職業技術學院學報，2010，23（2）：39-41.

[3]陳冰.理實一體化教學在數控專業中的實踐與應用[J].職教論壇，2007，（6）：16-20.

[4]朱震，廖東進.高職光伏應用技術專業實訓基地建設的探索[J].科技視界2012，31（46）：135-148.

[5]李豐，王衛衛.淺談如何提高理實一體化教學質量[J].中小企業管理與科技，2013，（12）：267-268.

（責任編輯：劉麗娜）