高职光伏类专业物理课程教学重点的设计
摘 要：文章对高职光伏类专业物理教学问题进行分析，以人才培养目标及专业核心课程需求为依据，确定了高职光伏类专业物理课程的理论教学范围及重点。另外，根据专业特点和岗位技能需求，从认知性实验、基础性实验及综合设计性实验三个方面，对物理课程的实验教学部分进行了设计。
关键词：高职教育;光伏专业;物理学;教学重点
作者簡介：马禄彬，江西新能源科技职业学院讲师，研究方向为职业教育、凝聚态物理;陈齐，江西新能源科技职业学院。（江西 新余 338000）
基金项目：本文系江西省教育厅科学技术研究项目“光伏硅材料技能检测实验平台的开发与研究”（编号：GJJ181419）的研究成果。
中图分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：1671-0568（2019）15-0029-03
教育部修订的《普通高等学校高等职业教育（专科）专业目录（2015年）》中与光伏相关的专业主要有光伏材料制备技术、光伏发电技术与应用、光伏工程技术，分别属于非金属材料、新能源发电工程、电子信息三个专业大类。在专业定位、岗位技能要求以及专业主干课程等方面均存在显著差异。
公共基础课程在人才培养方案中属于通识教育模块部分，也是专业基础课程以及专业核心课程学习的基础。物理作为一门重要的公共基础课程，是人才培养体系中关键的组成部分，对学生综合素质以及文化素养的培养有着至关重要的意义。其中对于力、热、光、电以及半导体等基本知识和基础理论的学习和掌握，是光伏类专业人才培养的基础，也是相关行业生产制造、工艺优化、技术改进的基础。然而，部分开设光伏相关专业的高职院校，由于课程结构及课时安排等原因，并没有将物理课程放在教学计划内，造成大多数学生的物理基础达不到培养要求，给后续课程的学习以及教学活动的开展带来了困难。
本研究根据高职学生的知识需求特点，以光伏类三个专业为例，结合专业人才培养方案，对物理知识的教学进行了规划与设计，通过合理构建知识结构，力求完善高职光伏类专业人才培养方案，以此适应社会人才需求与行业发展需要。
一、光伏专业物理教学存在的问题
物理研究的是自然界的基本现象和规律，其观念、基本理论是其他科学的基础。物理学作为连接自然科学与工程技术应用的桥梁，在培养学生的科学思维能力、提高学生的科技创新能力、增强学生的实践应用能力等多方面发挥着至关重要的作用。[1]然而，高职院校的部分专业在物理课程的教学方面还存在着一些问题。以高职光伏类专业为例，物理教学在课程安排、知识结构、形式方法等方面还有待完善。具体表现如下：
1.学生基础薄弱，学校重视程度不够。一方面，光伏类专业的学生生源复杂、层次多样。除了普通高中、职高毕业生外，也有中专五年一贯制的学生，个别光伏类专业也实行文理兼收。这类学生基础文化知识相对薄弱，部分学生的物理基础并未达到高中毕业水平，而作为高技能人才培养基础的物理知识的储备，远未达到标准。另一方面，部分院校对物理学科素养的培养不够重视，甚至有些光伏类专业并未开设高职物理课程，而其他通识课程或专业基础课程涉及的物理知识相对有限，这就给后续专业课程的学习带来了困难，并影响了学生学习的积极性，这给高等职业院校培养高素质的“复合型”技能人才带来了更多挑战。
2.教学形式与教学内容不合理。目前，部分开设了光伏专业的高职院校，以光伏理化基础、半导体物理与器件等作为专业基础课程，内容以半导体、晶体、太阳能电池器件原理与结构等为主，涉及的基础物理学知识比较少。以太阳能光伏理化基础为例，该课程共安排64学时，在教学内容方面只有第一章涉及光资源、太阳能分布和光谱等物理学知识，且教学课时不足10学时，远远达不到专业学习需求。
3.教学方法有待改进。目前，高职光伏类专业物理学知识的教学主要以理论讲授为主，而物理学是一门以观察和实验为基础的自然学科，实验作为物理学重要的探究手段，对学生物理知识的掌握、物理思维的培养起着关键性作用。但由于教学条件和设施以及教学课时安排等原因，造成高职光伏类专业的物理实验教学的缺失，这并不利于专业实践活动的开展，也不利于高技能人才动手操作能力的培养。
二、高职光伏类专业物理教学重点设计
1. 以培养目标及专业需要，确定理论教学重点。高等职业教育的特点是以社会需求为目标、岗位技术要求为主线设计学生的知识、能力、素质结构和培养方案;以培养适应生产、建设、管理、服务一线的高素质技能型专门人才为根本任务;以培养学生的技术应用能力为核心构建课程和教学内容体系，在基础理论知识教学的把握上，不仅要求“必需”，还要做到“够用”。不同的专业或同一专业大类下的不同专业方向，其培养目标及专业主干课程不同，专业核心能力要求也不同，这就决定了物理课程在教学过程中不能“一锅煮”“一刀切”。应根据不同专业的特点选择合适的课程内容，在课时有限、条件有限的情况下，为学生打下专业所必需的物理基础。[2]通过对光伏类三个专业的培养目标、关键技能以及主干课程的梳理，以宋明玉等主编的全国高职高专公共基础课规划教材《大学物理》（第2版）、吴王杰主编的全国高等教育自学考试指定教材《物理（工）》作为教学参考教材。各专业物理理论教学重点设计如下：
光伏材料制备技术专业定位在光伏产业链的上、中游，以培养光伏硅材料生产加工技术人才为目标。专业核心课程以晶硅材料及太阳电池材料的制造工艺为主，具体包括直拉单晶硅制造工艺、多晶硅生产技术、硅片制造工艺、晶硅太阳能电池制造工艺及太阳能电池组件制造工艺等。
（1）光伏硅材料的上游加工阶段，包括单晶硅的拉制、多晶硅的铸造以及硅片的加工，生产时采用的主要设备包括单晶炉、多晶铸锭炉、开方机及线切割机等。其中，单晶棒及多晶硅锭的生长是在高温加热条件下，经过熔化、冷却、结晶等过程制得，硅片加工则涉及硅料的开方、研磨、线切割等。硅棒及硅锭生产时熱场及温度控制是关键，而硅片生产主要采取磨削加工的方式进行。在光伏硅材料的中游阶段，主要包括电池片及太阳能光伏组件的制造，涉及刻蚀、丝网印刷、镀膜、焊接、叠层以及层压等工艺。所以，根据知识培养的需求，力学、热学模块应该作为本专业物理课程教学的重点模块。重点教学内容则包括力学中的张力、摩擦、做功、圆周运动以及牛顿运动定律;热学中的热力学基本概念、内能以及热力学定律等基础物理知识。
（2）光伏发电技术与应用专业定位在光伏产业链的中、下游，以培养光伏发电系统的设计、安装、调试与维护等技术人才为目标。专业知识包括电力电子、发电系统、数字电路、模拟编程等，核心课程具体包括：电工基础、电力电子技术、模拟数字电子技术、光伏发电系统与应用、PLC应用技术、单片机原理及应用、光伏电站建设与施工等。所以，根据专业需要，电磁学与光学模块应为本专业物理课程的重点模块，应加强电场、电路、电容器以及光学器件等基础物理知识的教学与应用能力的培养。
（3）光伏工程技术（光伏产品检测方向）专业以培养光伏产品检测技术及质量控制人才为目标。本专业的专业知识以产品检验检测、质量控制与管理为重点，核心课程包括传感器与自动检测、硅材料检测技术、光伏产品检测技术及质量管理与控制技术等。产品检测从上游至下游横跨整个光伏产业链，涉及的物理知识范围比较广，所用的检测设备多样且复杂，本专业的物理教学应包括力学、热学、电磁学以及光学等模块内容。另外，还要理解并能够熟练应用检测原理中的物理定理及定律。所以，除了以上两个专业所必需的物理基础知识外，还应加强力学中的牛顿运动定律、热学中的热力学第一、第二定律、电磁学中的库仑定律、法拉第电磁感应定律，光学中的杨氏双缝干涉、薄膜等厚干涉、光的衍射、惠更斯菲涅耳原理等知识的培养与应用。教学设计具体内容见表1。
2. 以关键技能及实践需求，确定实验教学内容。物理学本身就是建立在实验基础上的科学，通过物理实验的开展，可以帮助学生理解物理基本概念及定理，也可以提高学生动手操作能力，作为一项重要的教学内容，在以职业技能为培养目标的高职院校中，有着不可替代的作用。根据专业特点以及岗位技能需求，以李书光主编的高职高专公共课教材《大学物理实验》作为实验参考教材，确立了光伏类三个专业的物理实验教学内容。实验部分包括认知性实验、基础性实验、综合及设计性实验三个模块。
其中，认知性实验部分三个专业基本相同，以实验仪器的认识与使用、基础物理定律的测量与验证为主，具体包括力学实验常用仪器及使用、热学实验常用仪器及使用、电磁学实验常用仪器及使用、光学实验常用仪器及使用、常用仪器的误差及数据处理等。
基础性实验部分，根据教学课时安排，选择与本专业相关性较强的实验进行开展。光伏材料制备技术专业选择：拉伸法测量金属材料的杨氏模量、扭摆法测定物体的转动惯量、液体表面张力系数的测定以及不良导体导热系数的测定等。光伏发电技术与应用专业选择：平衡电桥测电阻、电子元件伏安特性的研究、霍尔效应法测量磁场等。光伏工程技术（光伏产品检测方向）专业选择：液体比热容的测定、示波器的原理与使用、电子元件伏安特性的研究、分光计的调整与使用以及光的等厚干涉现象与应用等。
综合及设计性实验是通过学生创造性的设计实验方案，运用多种实验知识及技能来完成一个综合实验任务，通过本实验，可以增强学生对物理知识的综合运用能力，并提高学生的专业实践操作水平。光伏材料制备技术专业选择：热敏电阻数字温度计的设计与制作。光伏发电技术与应用专业选择：RC串联电路暂态过程研究。光伏工程技术（光伏产品检测方向）专业选择：硅光电池基本特性研究。
三、结语
高职光伏类专业物理教学重点的设计，要以专业技能需求为基础，为专业课程的培养以及学生后续发展服务，要根据学生特点进行分专业、分层次教学，合理设计教学模块，科学规划教学重点章节以及实验操作内容。光伏材料制备技术专业要根据制备工艺要求，加强力学、热学物理基础知识的学习与应用;光伏发电技术与应用专业要根据光伏系统的设计、安装、调试与维护等，加强电磁学、光学物理基础知识的学习与应用;光伏工程技术（光伏产品检测方向）专业，除了掌握基础物理知识外，还应加强物理定理及定律的灵活运用与理解。
参考文献：
[1] 王崇光，杨效华.论物理教学中的创新教育[J].山东科技大学学报（自然科学版），2003，22（z1）：207-209.
[2] 孙尧，高职层次机械专业大学物理课程教学的初步探索[J].知识经济，2015，（10）：110-111.
责任编辑 郝 婵