高職光伏類專業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物理教學問題進行分析，以人才培養目標及專業核心課程需求為依據，確定了高職光伏類專業物理課程的理論教學范圍及重點。另外，根據專業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;物理學;教學重點

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

基金項目：本文系江西省教育廳科學技術研究項目“光伏硅材料技能檢測實驗平臺的開發與研究”（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教育（專科）專業目錄（2015年）》中與光伏相關的專業主要有光伏材料制備技術、光伏發電技術與應用、光伏工程技術，分別屬于非金屬材料、新能源發電工程、電子信息三個專業大類。在專業定位、崗位技能要求以及專業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方案中屬于通識教育模塊部分，也是專業基礎課程以及專業核心課程學習的基礎。物理作為一門重要的公共基礎課程，是人才培養體系中關鍵的組成部分，對學生綜合素質以及文化素養的培養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，是光伏類專業人才培養的基礎，也是相關行業生產制造、工藝優化、技術改進的基礎。然而，部分開設光伏相關專業的高職院校，由于課程結構及課時安排等原因，并沒有將物理課程放在教學計劃內，造成大多數學生的物理基礎達不到培養要求，給后續課程的學習以及教學活動的開展帶來了困難。

本研究根據高職學生的知識需求特點，以光伏類三個專業為例，結合專業人才培養方案，對物理知識的教學進行了規劃與設計，通過合理構建知識結構，力求完善高職光伏類專業人才培養方案，以此適應社會人才需求與行業發展需要。

一、光伏專業物理教學存在的問題

物理研究的是自然界的基本現象和規律，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應用的橋梁，在培養學生的科學思維能力、提高學生的科技創新能力、增強學生的實踐應用能力等多方面發揮著至關重要的作用。[1]然而，高職院校的部分專業在物理課程的教學方面還存在著一些問題。以高職光伏類專業為例，物理教學在課程安排、知識結構、形式方法等方面還有待完善。具體表現如下：

1.學生基礎薄弱，學校重視程度不夠。一方面，光伏類專業的學生生源復雜、層次多樣。除了普通高中、職高畢業生外，也有中專五年一貫制的學生，個別光伏類專業也實行文理兼收。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水平，而作為高技能人才培養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的培養不夠重視，甚至有些光伏類專業并未開設高職物理課程，而其他通識課程或專業基礎課程涉及的物理知識相對有限，這就給后續專業課程的學習帶來了困難，并影響了學生學習的積極性，這給高等職業院校培養高素質的“復合型”技能人才帶來了更多挑戰。

2.教學形式與教學內容不合理。目前，部分開設了光伏專業的高職院校，以光伏理化基礎、半導體物理與器件等作為專業基礎課程，內容以半導體、晶體、太陽能電池器件原理與結構等為主，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，遠遠達不到專業學習需求。

3.教學方法有待改進。目前，高職光伏類專業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的物理實驗教學的缺失，這并不利于專業實踐活動的開展，也不利于高技能人才動手操作能力的培養。

二、高職光伏類專業物理教學重點設計

1. 以培養目標及專業需要，確定理論教學重點。高等職業教育的特點是以社會需求為目標、崗位技術要求為主線設計學生的知識、能力、素質結構和培養方案;以培養適應生產、建設、管理、服務一線的高素質技能型專門人才為根本任務;以培養學生的技術應用能力為核心構建課程和教學內容體系，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”。不同的專業或同一專業大類下的不同專業方向，其培養目標及專業主干課程不同，專業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”。應根據不同專業的特點選擇合適的課程內容，在課時有限、條件有限的情況下，為學生打下專業所必需的物理基礎。[2]通過對光伏類三個專業的培養目標、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。各專業物理理論教學重點設計如下：

光伏材料制備技術專業定位在光伏產業鏈的上、中游，以培養光伏硅材料生產加工技術人才為目標。專業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、多晶硅生產技術、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，經過熔化、冷卻、結晶等過程制得，硅片加工則涉及硅料的開方、研磨、線切割等。硅棒及硅錠生產時熱場及溫度控制是關鍵，而硅片生產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、絲網印刷、鍍膜、焊接、疊層以及層壓等工藝。所以，根據知識培養的需求，力學、熱學模塊應該作為本專業物理課程教學的重點模塊。重點教學內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、內能以及熱力學定律等基礎物理知識。

（2）光伏發電技術與應用專業定位在光伏產業鏈的中、下游，以培養光伏發電系統的設計、安裝、調試與維護等技術人才為目標。專業知識包括電力電子、發電系統、數字電路、模擬編程等，核心課程具體包括：電工基礎、電力電子技術、模擬數字電子技術、光伏發電系統與應用、PLC應用技術、單片機原理及應用、光伏電站建設與施工等。所以，根據專業需要，電磁學與光學模塊應為本專業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。

（3）光伏工程技術（光伏產品檢測方向）專業以培養光伏產品檢測技術及質量控制人才為目標。本專業的專業知識以產品檢驗檢測、質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、光伏產品檢測技術及質量管理與控制技術等。產品檢測從上游至下游橫跨整個光伏產業鏈，涉及的物理知識范圍比較廣，所用的檢測設備多樣且復雜，本專業的物理教學應包括力學、熱學、電磁學以及光學等模塊內容。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與應用。教學設計具體內容見表1。

2. 以關鍵技能及實踐需求，確定實驗教學內容。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容，在以職業技能為培養目標的高職院校中，有著不可替代的作用。根據專業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的物理實驗教學內容。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據處理等。

基礎性實驗部分，根據教學課時安排，選擇與本專業相關性較強的實驗進行開展。光伏材料制備技術專業選擇：拉伸法測量金屬材料的楊氏模量、扭擺法測定物體的轉動慣量、液體表面張力系數的測定以及不良導體導熱系數的測定等。光伏發電技術與應用專業選擇：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（光伏產品檢測方向）專業選擇：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、分光計的調整與使用以及光的等厚干涉現象與應用等。

綜合及設計性實驗是通過學生創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，并提高學生的專業實踐操作水平。光伏材料制備技術專業選擇：熱敏電阻數字溫度計的設計與制作。光伏發電技術與應用專業選擇：RC串聯電路暫態過程研究。光伏工程技術（光伏產品檢測方向）專業選擇：硅光電池基本特性研究。

三、結語

高職光伏類專業物理教學重點的設計，要以專業技能需求為基礎，為專業課程的培養以及學生后續發展服務，要根據學生特點進行分專業、分層次教學，合理設計教學模塊，科學規劃教學重點章節以及實驗操作內容。光伏材料制備技術專業要根據制備工藝要求，加強力學、熱學物理基礎知識的學習與應用;光伏發電技術與應用專業要根據光伏系統的設計、安裝、調試與維護等，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（光伏產品檢測方向）專業，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，高職層次機械專業大學物理課程教學的初步探索[J].知識經濟，2015，（10）：110-111.

責任編輯 ?郝 ?嬋