自考論文：光電功能材料課程設計的開展研究

摘要：本文詳細描述應用型本科教育課程設計的教學過程, 并以應用型本科光電功能材料課程設計為案例, 研究新型的專業課程設計中所遇的問題;以專業課程設計為契機, 以服務地方經濟發展為立足點, 以培養學以致用的應用型技術人才為宗旨, 提出產教融合的教學模式;從解決實際問題出發, 一相關課題作為課程設計的內容, 組織實施企業實踐, 并取得良好的效果。

關鍵詞：光電功能材料; 課程設計; 產教融合;

當前我們國家學術型大學較多, 而應用型大學所占的比重相對較少。為了改變這種現狀, 使我國高等教育更好地為國家經濟建設服務, 向應用型大學轉型是亟待解決的問題。教育部在《關于地方本科高校轉型發展的指導意見 (征求意見稿) 》中指出:“除規劃為研究型大學的院校和一些特殊院校外, 地方本科高校的新設、升格和更名原則上明確為應用技術類型?！比欢? 如何建設好應用型大學、培養好應用型人才, 是當前我國高等教育所面臨的問題。在此背景下, 各級院系如何通過課程體系改革實現應用型人才的培養則是擺在我們面前亟待解決的問題。

在應用型本科教育中, 專業課程設計是大學本科教育中尤為重要的一個環節, 可以直接讓學生體會到理論聯系實際的過程。專業課程設計對本科生具有較大的影響, 為大四的本科畢業設計打下基礎。課程設計是否合理關系到學校教育質量的高低和培養目標的實現。作為應用型本科教育, 應該注重把理論知識與實踐結合起來, 通過專業課程設計則可以達到這個目標。本文以光電功能材料課程設計為例, 提出新型課程設計模式:理論課程——實驗——企業實踐——報告。

一、課程設計的主要內容與目標

課程設計一般安排在完成相關專業課程學習之后進行, 專業課程設計所需時間一般為2~4周。首先, 指導老師布置相關課題, 講解課題的來源與研究的必要性, 并下達相關的專業課程設計任務書。學生根據課題查詢相關文獻, 閱讀相關資料, 并寫出一份與課題相關的研究現狀報告。其次, 學生根據調研的結果, 提出實驗方案, 并討論實驗方案的合理性, 確定最終實驗方案, 按照實驗方案開展相關的實驗, 學習如何分析實驗所得的測試結果, 并得到相關結論。再次, 指導老師帶領學生到相關企業實踐, 現場學習和解決生產中所遇的問題。再后, 指導老師指導學生撰寫課程設計總結報告, 以及準備相關的專業答辯。最終, 指導老師按照學生的實驗表現情況以及課程設計報告質量進行打分, 評定成績。

通過課程設計實踐活動可以增強學生對所學習的相關專業知識的進一步理解, 并對理論學習中的教學實踐加以補充。課程設計也可以有效激發學生獨立思考問題的能力, 促使學生發現和提出問題, 并用所學習的知識有效分析和解決問題。根據課程設計的內容, 組織到相關企業實踐, 了解企業如何處理相關專業問題, 為實現產教結合的教育模式奠定基礎。另一方面, 通過企業參觀, 與企業交流, 讓學生了解企業的相關需求, 有助于以后增加應用型本科人才的就業機會。通過這種內容豐富的課程設計實踐活動, 有助于實現產教融合的教育模式, 培養出更為優秀的應用型本科人才的目標。

二、課程設計的選題

現以光電功能材料課程設計為案例, 闡述關于應用型本科課程設計選題問題。課程設計圍繞光電功能材料, 解決晶硅太陽電池相關的技術問題。當前為了解決能源與環境問題, 世界各國都在積極發展光伏發電技術。然而, 高昂的光伏發電成本在很大程度上限制了其大規模應用。本課程設計圍繞如何降低晶硅太陽電池成本出發, 分析晶硅太陽電池的成本組成, 提出相關技術問題?；诖? 我們開設光電功能材料課程設計, 讓學生直接接觸太陽電池的生產, 利用自身所學知識解決相關技術問題。

目前, 晶硅太陽電池因為工藝成熟、轉換效率高、性能穩定等優點, 占據光伏市場90%以上的份額。根據專家預測, 在未來很長一段時間內晶硅太陽電池仍然會占據市場主導地位。為了降低晶硅太陽電池的成本, 只有一方面降低原材料的成本, 另一方面提高電池的轉換效率。光學損失是阻礙電池轉換效率的一個主要因素, 降低太陽電池表面反射率, 可以增加晶硅的表面積, 有效提高光吸收, 從而提高電池轉換效率。在課程設計中, 提出制備具有不同表面結構的晶硅太陽電池。選題中涉及如利用單晶硅各向異性、化學腐蝕速率、表面鈍化以及微觀形貌觀察等知識, 綜合了《材料科學基礎》《大學基礎化學》《太陽電池材料及工藝》以及《材料測試分析技術》等課程中的知識。通過本次課程設計使學生把以前已學習的專業知識有機地串聯起來, 并應用相關專業知識解決生產中的實際問題。

三、課程設計的實驗與企業實踐

如何順利開展課程設計的實驗工作是課程設計最為關鍵的一步。如果說前期的選題與文獻調研都是處于理論階段, 那么實驗是真正把理論轉化為實踐的重要一環。一般在學生確定實驗方案后, 在老師的指導下學生開始獨立操作, 開展實驗工作, 其中部分實驗需要指導老師帶領學生完成, 如表面形貌表征分析。開展實驗工作, 首先要規劃好實驗時間的安排, 明確每個階段所需要完成的工作任務。其次, 明確實驗中所用到的一些技術手段例如制備方法、檢測手段等。最后, 對實驗數據與結果進行分析, 這是實驗工作的核心部分。科學處理數據和分析數據最終得到相關結論, 這不僅是科研型人才必備的技能, 同時更應是應用型人才的專業技能。因為, 在分析數據的過程中可以很好地把專業理論應用到實踐中來, 這是我們培養應用型技術人才的重要目標之一。

在本案例中, 安排學生進行硅片表面織構化處理實驗, 硅片表面織構化處理有許多方法, 其中化學溶液法包括堿溶液制絨、酸溶液制絨與金屬輔助腐蝕法。這三種方法分別存在各自的優缺點, 結合每種方法的特點, 通過課程設計探索出一種新型適用于工業化生產的硅片表面織構方法。采用化學溶液法進行織構化處理, 溶液配方、反應溫度、反應時間等因素對硅片表面織構都有較大的影響, 通過測試具有不同織構的硅片表面反射率, 得出表面織構與反射率之間關系的結論。整個實驗包括硅片選擇、硅片清洗、去除硅片損傷層、表面織構化處理以及性能表征。教師有機地將整個實驗劃分為多個小實驗, 根據實驗步驟和不同參數分別安排學生的實驗, 基本實現一人一個實驗的目標, 每人都需進行相關實驗研究, 避免了團隊協作中少數學生逃避親自動手做實驗的問題。綜合每個實驗步驟以及相關參數實驗得到最終的實驗結果。整個課程設計的實驗部分就是先化整為零再到化零為整的過程, 充分調動團隊每個成員的積極性, 提高每位學生解決實際問題的能力。

應用型本科教育以服務社會為立足點, 以學以致用為宗旨, 培養人才。為了更好地服務社會, 就必須了解當前社會需求什么類型、什么專業技能人才。通過與企業密切交流可以幫助我們了解市場的訴求, 有助于搭建企業與高校的合作橋梁。

新世紀出現許多新興產業, 其發展速度比傳統產業快很多, 更新換代也較快。在本案例中, 所關注的光伏產業是新興產業中的一種, 需要我們實時跟蹤并了解光伏產業相關需求, 盡快在教學上做出相應調整以適應新產業的發展, 最終形成產教融合的教育模式。學生通過與企業面對面交流, 更深入地學習相關產業知識, 認識到所學專業課程知識的重要性與實用性, 有助于提高學生學習的積極性。

本案例中研究晶體硅表面制絨, 即是工業中晶硅太陽電池的制備中的一個環節, 因此本課程設計與工業生產有很好的銜接性。通過與企業交流, 學生可以在產線上進一步了解多孔硅的制備, 并將課程設計中最佳的實驗參數應用于產業化生產中, 檢驗課程設計的成果。將不同工藝下制備的多孔硅片在相同的后續工藝處理下, 得到多晶硅太陽電池, 以此檢驗本課程設計的成果。

四、課程設計報告

在課程設計實驗與企業參觀交流結束之后, 教師指導學生撰寫課程設計報告以及準備相關的課程設計答辯。課程設計報告內容包括選題背景、文獻綜述、實驗方法與測試方法、實驗結果分析和結論。在整個課程設計報告撰寫過程中, 指導教師需要對學生的課程設計報告認真修改, 并加以補充。完成課程設計報告之后, 指導教師組織學生進行課程設計答辯。最后, 對學生在課程設計中的表現、課程設計報告以及答辯情況進行評審, 評定學生課程設計的成績。學生課程設計的成績應包括實驗工作情況、所撰寫報告的質量以及答辯表現情況。學生成績考核中, 除了要注重課程設計報告撰寫情況的考查, 同時要注重學生在課程設計中動手能力的考核。

五、結束語

本文闡述應用型本科功能材料專業的光電功能材料課程設計的教學過程, 以及所遇到的問題和解決問題的方案。光電功能材料課程設計包括選題、文獻調研、實驗方案的確定、實驗工作的開展、實驗結果的分析、企業交流、課程設計報告的撰寫等內容。本文提出了產教融合的教學理念, 以響應應用型本科專業教育的要求, 培養出新形勢下的應用型技術人才, 更好地為地方經濟發展服務。

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