自考论文：光电功能材料课程设计的开展研究
摘要：本文详细描述应用型本科教育课程设计的教学过程, 并以应用型本科光电功能材料课程设计为案例, 研究新型的专业课程设计中所遇的问题;以专业课程设计为契机, 以服务地方经济发展为立足点, 以培养学以致用的应用型技术人才为宗旨, 提出产教融合的教学模式;从解决实际问题出发, 一相关课题作为课程设计的内容, 组织实施企业实践, 并取得良好的效果。
关键词：光电功能材料; 课程设计; 产教融合;
当前我们国家学术型大学较多, 而应用型大学所占的比重相对较少。为了改变这种现状, 使我国高等教育更好地为国家经济建设服务, 向应用型大学转型是亟待解决的问题。教育部在《关于地方本科高校转型发展的指导意见 (征求意见稿) 》中指出:“除规划为研究型大学的院校和一些特殊院校外, 地方本科高校的新设、升格和更名原则上明确为应用技术类型。”然而, 如何建设好应用型大学、培养好应用型人才, 是当前我国高等教育所面临的问题。在此背景下, 各级院系如何通过课程体系改革实现应用型人才的培养则是摆在我们面前亟待解决的问题。
在应用型本科教育中, 专业课程设计是大学本科教育中尤为重要的一个环节, 可以直接让学生体会到理论联系实际的过程。专业课程设计对本科生具有较大的影响, 为大四的本科毕业设计打下基础。课程设计是否合理关系到学校教育质量的高低和培养目标的实现。作为应用型本科教育, 应该注重把理论知识与实践结合起来, 通过专业课程设计则可以达到这个目标。本文以光电功能材料课程设计为例, 提出新型课程设计模式:理论课程——实验——企业实践——报告。
一、课程设计的主要内容与目标
课程设计一般安排在完成相关专业课程学习之后进行, 专业课程设计所需时间一般为2~4周。首先, 指导老师布置相关课题, 讲解课题的来源与研究的必要性, 并下达相关的专业课程设计任务书。学生根据课题查询相关文献, 阅读相关资料, 并写出一份与课题相关的研究现状报告。其次, 学生根据调研的结果, 提出实验方案, 并讨论实验方案的合理性, 确定最终实验方案, 按照实验方案开展相关的实验, 学习如何分析实验所得的测试结果, 并得到相关结论。再次, 指导老师带领学生到相关企业实践, 现场学习和解决生产中所遇的问题。再后, 指导老师指导学生撰写课程设计总结报告, 以及准备相关的专业答辩。最终, 指导老师按照学生的实验表现情况以及课程设计报告质量进行打分, 评定成绩。
通过课程设计实践活动可以增强学生对所学习的相关专业知识的进一步理解, 并对理论学习中的教学实践加以补充。课程设计也可以有效激发学生独立思考问题的能力, 促使学生发现和提出问题, 并用所学习的知识有效分析和解决问题。根据课程设计的内容, 组织到相关企业实践, 了解企业如何处理相关专业问题, 为实现产教结合的教育模式奠定基础。另一方面, 通过企业参观, 与企业交流, 让学生了解企业的相关需求, 有助于以后增加应用型本科人才的就业机会。通过这种内容丰富的课程设计实践活动, 有助于实现产教融合的教育模式, 培养出更为优秀的应用型本科人才的目标。
二、课程设计的选题
现以光电功能材料课程设计为案例, 阐述关于应用型本科课程设计选题问题。课程设计围绕光电功能材料, 解决晶硅太阳电池相关的技术问题。当前为了解决能源与环境问题, 世界各国都在积极发展光伏发电技术。然而, 高昂的光伏发电成本在很大程度上限制了其大规模应用。本课程设计围绕如何降低晶硅太阳电池成本出发, 分析晶硅太阳电池的成本组成, 提出相关技术问题。基于此, 我们开设光电功能材料课程设计, 让学生直接接触太阳电池的生产, 利用自身所学知识解决相关技术问题。
目前, 晶硅太阳电池因为工艺成熟、转换效率高、性能稳定等优点, 占据光伏市场90%以上的份额。根据专家预测, 在未来很长一段时间内晶硅太阳电池仍然会占据市场主导地位。为了降低晶硅太阳电池的成本, 只有一方面降低原材料的成本, 另一方面提高电池的转换效率。光学损失是阻碍电池转换效率的一个主要因素, 降低太阳电池表面反射率, 可以增加晶硅的表面积, 有效提高光吸收, 从而提高电池转换效率。在课程设计中, 提出制备具有不同表面结构的晶硅太阳电池。选题中涉及如利用单晶硅各向异性、化学腐蚀速率、表面钝化以及微观形貌观察等知识, 综合了《材料科学基础》《大学基础化学》《太阳电池材料及工艺》以及《材料测试分析技术》等课程中的知识。通过本次课程设计使学生把以前已学习的专业知识有机地串联起来, 并应用相关专业知识解决生产中的实际问题。
三、课程设计的实验与企业实践
如何顺利开展课程设计的实验工作是课程设计最为关键的一步。如果说前期的选题与文献调研都是处于理论阶段, 那么实验是真正把理论转化为实践的重要一环。一般在学生确定实验方案后, 在老师的指导下学生开始独立操作, 开展实验工作, 其中部分实验需要指导老师带领学生完成, 如表面形貌表征分析。开展实验工作, 首先要规划好实验时间的安排, 明确每个阶段所需要完成的工作任务。其次, 明确实验中所用到的一些技术手段例如制备方法、检测手段等。最后, 对实验数据与结果进行分析, 这是实验工作的核心部分。科学处理数据和分析数据最终得到相关结论, 这不仅是科研型人才必备的技能, 同时更应是应用型人才的专业技能。因为, 在分析数据的过程中可以很好地把专业理论应用到实践中来, 这是我们培养应用型技术人才的重要目标之一。
在本案例中, 安排学生进行硅片表面织构化处理实验, 硅片表面织构化处理有许多方法, 其中化学溶液法包括碱溶液制绒、酸溶液制绒与金属辅助腐蚀法。这三种方法分别存在各自的优缺点, 结合每种方法的特点, 通过课程设计探索出一种新型适用于工业化生产的硅片表面织构方法。采用化学溶液法进行织构化处理, 溶液配方、反应温度、反应时间等因素对硅片表面织构都有较大的影响, 通过测试具有不同织构的硅片表面反射率, 得出表面织构与反射率之间关系的结论。整个实验包括硅片选择、硅片清洗、去除硅片损伤层、表面织构化处理以及性能表征。教师有机地将整个实验划分为多个小实验, 根据实验步骤和不同参数分别安排学生的实验, 基本实现一人一个实验的目标, 每人都需进行相关实验研究, 避免了团队协作中少数学生逃避亲自动手做实验的问题。综合每个实验步骤以及相关参数实验得到最终的实验结果。整个课程设计的实验部分就是先化整为零再到化零为整的过程, 充分调动团队每个成员的积极性, 提高每位学生解决实际问题的能力。
应用型本科教育以服务社会为立足点, 以学以致用为宗旨, 培养人才。为了更好地服务社会, 就必须了解当前社会需求什么类型、什么专业技能人才。通过与企业密切交流可以帮助我们了解市场的诉求, 有助于搭建企业与高校的合作桥梁。
新世纪出现许多新兴产业, 其发展速度比传统产业快很多, 更新换代也较快。在本案例中, 所关注的光伏产业是新兴产业中的一种, 需要我们实时跟踪并了解光伏产业相关需求, 尽快在教学上做出相应调整以适应新产业的发展, 最终形成产教融合的教育模式。学生通过与企业面对面交流, 更深入地学习相关产业知识, 认识到所学专业课程知识的重要性与实用性, 有助于提高学生学习的积极性。
本案例中研究晶体硅表面制绒, 即是工业中晶硅太阳电池的制备中的一个环节, 因此本课程设计与工业生产有很好的衔接性。通过与企业交流, 学生可以在产线上进一步了解多孔硅的制备, 并将课程设计中最佳的实验参数应用于产业化生产中, 检验课程设计的成果。将不同工艺下制备的多孔硅片在相同的后续工艺处理下, 得到多晶硅太阳电池, 以此检验本课程设计的成果。
四、课程设计报告
在课程设计实验与企业参观交流结束之后, 教师指导学生撰写课程设计报告以及准备相关的课程设计答辩。课程设计报告内容包括选题背景、文献综述、实验方法与测试方法、实验结果分析和结论。在整个课程设计报告撰写过程中, 指导教师需要对学生的课程设计报告认真修改, 并加以补充。完成课程设计报告之后, 指导教师组织学生进行课程设计答辩。最后, 对学生在课程设计中的表现、课程设计报告以及答辩情况进行评审, 评定学生课程设计的成绩。学生课程设计的成绩应包括实验工作情况、所撰写报告的质量以及答辩表现情况。学生成绩考核中, 除了要注重课程设计报告撰写情况的考查, 同时要注重学生在课程设计中动手能力的考核。
五、结束语
本文阐述应用型本科功能材料专业的光电功能材料课程设计的教学过程, 以及所遇到的问题和解决问题的方案。光电功能材料课程设计包括选题、文献调研、实验方案的确定、实验工作的开展、实验结果的分析、企业交流、课程设计报告的撰写等内容。本文提出了产教融合的教学理念, 以响应应用型本科专业教育的要求, 培养出新形势下的应用型技术人才, 更好地为地方经济发展服务。
参考文献：
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