基于專創融合的課程設計與實施
——以《太陽能光伏發電技術應用與創新創業》課程為例

顏魯薪，李明澈，高蕊

（蘭州交通大學，甘肅蘭州 733000）

專創融合課程作為大學生創新創業教育的組成部分，承擔著培養大學生創新能力和創業意識的重要使命。因為它特殊的課程性質，使得其課程建設質量的高低直接影響各專業學生在創新創業方面的培養質量。新能源科學與工程專業作為近年來教育部設置的新專業之一，面臨師資不足、學科交叉、專業積累不足等諸多困難，為人才培養帶來了一定挑戰。這個新設專業如何開展創新創業教育，建設符合專業特點的專創融合課程，顯得尤為重要。該文以“太陽能光伏發電技術應用與創新創業”專創融合課程建設為例，詳細介紹其設計內容和實施方法，以期為其他同類課程提供有益借鑒。

1 課程設計的背景

2010年3月，國務院發布了《國務院關于加快培育和發展戰略性新興產業的決定》 加快培育和發展戰略性新興產業。2010年教育部開始在高校設置戰略性新興產業相關專業，為國家戰略新興相關產業發展提供人才保障和智力支撐。為服務國家重大戰略，為西部乃至全國培養新能源專業相關人才，在整合原風能與動力工程專業的基礎上，蘭州交通大學于2013年開設了新能源科學與工程專業。2015年隨著大學生創新創業專業教育的深入，新能源科學與工程專業擬開設一門專創融合課程。根據專業內各新能源的特點，選擇太陽能光伏發電課程作為先期探索專創融合課程的突破口。太陽能屬于主流新能源品種，是可供人類利用的儲量最豐富的清潔能源之一，也是最有可能在成本和大規模商業應用規模上與傳統能源競爭的清潔能源之一。與其他新能源相比，選擇光伏發電領域作為專創融合課程開發有三大優勢：一是太陽能分布廣泛，學生對太陽能的接觸、認知較多；二是光伏發電融入度高，太陽能光伏發電形式多樣，與其他能源的融入度高，可為眾多設備提供能源供給； 三是太陽能作為創新性新能源，能夠給學生創新發揮提供較大的空間。這些優點給該課程開發提供了創新內容，在培養大學生創新能力和創業意識的同時，為他們將來解決復雜工程問題打下了堅實基礎。

2 教學模式

該課程采用CDIO 的工程教育模式。CDIO 工程教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果，代表構思（Conceive）、設計（Design）、實現（Implement）和運作（Operate），如圖1 所示[1-2]。它以產品研發到產品運行的生命周期為載體，讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯系的方式學習工程。CDIO教學將工程畢業生的能力分為工程基礎知識、個人能力、 人際團隊能力和工程系統能力4個層面，要求以綜合的培養方式使學生在這4個層面達到預定目標[3]。CDIO 有利于將課程中的創新創業內容與課程專業內容融為一體，從而更好地服務于課堂教育本身。

圖1 基于CDIO 的復合教學模式

對于工科類的專創融合課程而言，CDIO 教學模式非常契合課程實施要求，以“太陽能光伏發電技術應用與創新創業”課程為例，該門課程的對應的創新內容，一是工藝的創新，二是產品的創新。對于工藝的創新，一般需要學生在進入企業后有一定生產技術經驗積累之后才具備創新的可能，在課程內容的設計上一般為對原有創新的講解，就其創新過程也有教師分解為CDIO 的過程講解，使學生能夠對于該類工藝創新有本質的理解提高，在學生進入企業后，可以短時間適應企業工藝生產，為工藝創新打下堅實基礎。對于產品的創新是課程采用CDIO 模式的主要原因，光伏產業發展至今是不同光伏系統產品的持續創新的結果，如光伏逆變器，早期為適應大規模地面光伏電站設計開發了MW 級別的集中式光伏逆變器，為提高其效率，提高使用壽命，研發了高級別的IGBT 器件，隨著分布式電站的興起，逆變器的關注點又轉移到組串式光伏逆變器，陽光、華為等大品牌根據電站需求不同，及時更新產品，如華為組串式逆變器初期為強制風冷，雖然散熱效率得到提高，但是由于風沙經常灌入箱體內部對內部電子元器件穩定性造成極大的干擾，為解決這一問題，在華為第三代組串式逆變器開始采用自然冷卻技術同時加載藍牙自檢等功能。通過此例可以看出，將CDIO 的產品開發模式用于教學，將教學過程與產品開發過程統一起來，有利于培養學生的工程師思維，同時融入國際元素、家國情懷等內容，可以從整體上在課程模式的頂端設計中將課程開發為具有很強創新意識的綜合課程，將專業知識與創新創業知識等融會貫通。

3 教學內容

課程設計小組首先對課程內容做了詳細分析。按照光伏產業鏈從上游到下游的順序，分別包括硅料、鑄錠（拉棒）、切片、電池片、電池組件和應用系統6個環節，其中上游為硅料、硅片環節，中游為電池片、電池組件環節，下游為應用系統環節。從全球范圍來看，產業鏈6個環節涉及企業數量依次增加，光伏市場產業鏈呈金字塔形結構。在設計行業企業方面，主要表現為國家產業政策支持行業發展，光伏政策體系建設逐步完善，光伏發電規模快速擴大，市場區域和結構逐步轉換，光伏制造和技術能力不斷提高。光伏行業在未來表現出以下趨勢：一是分布式光伏發電將作為首要發展對象，具有廣闊的市場前景；二是產品標準提升，行業門檻提高，促進行業有序競爭和優勝劣汰； 三是光伏發電補貼調整促進行業健康發展；四是技術進步促進平價上網；五是光伏扶貧規模不斷擴大。

針對以上產業內容和行業發展分析，結合工程教育和創新創業內容，課程設計小組將教學內容確定為單晶硅多晶硅制備、太陽能電池工藝與技術、太陽能光伏組件工藝與技術、太陽能光伏發電工程、光伏綜合應用以及工程案例6 部分內容。內容按照單元設計，每個單元在講授的過程中加入創新點舉例、創新創業案例，以更好地啟發學生思考問題。例如，在單晶硅多晶硅制備教學單元，引入改良西門子法的創新內容，講解單晶多晶制備工藝改進；在太陽能電池工藝與技術內容單元，安排氣敏傳感器的相關創新內容，引導學生在太陽能電池制備尤其是鈣鈦礦太陽電池制備方面研究氣敏傳感器； 在太陽能光伏組件工藝與技術單元，講授太陽能光伏組件回收方面的最近進展；在太陽能光伏發電工程單元，加入沼氣—太陽能多能互補能源系統的設計內容； 在光伏綜合應用單元，加入基于太陽能空氣源熱泵的建筑節能技術的講解，在工程案例中講解一個家庭分布式太陽能光伏系統的設計與安裝工程項目，引導學生創新。

為了有效發將產業鏈與課程鏈、 產品鏈結合起來，改變課程設計中按照產業鏈設計課程內容的割裂感，教學內容在最后內容中加入綜合性內容。綜合部分以教會學生如何做人為核心，以“一體五通”為主線，讓學生懂做人，會聽、會說、會寫、會做、會管理，成為符合行業需求的專業技術人才。通過對如何做人和如何做事兩個方面對即將進入社會的大學生進行強化培養。如何做人方面，將圍繞實用商務禮儀、為人處事之道、面試技巧等內容進行培訓；如何做事方面，則重點圍繞分布式光伏電站設計、施工、運維等內容開展實操訓練。

教學內容根據當代大學生的心智特點和認知規律，針對工作過程的環節構建學習情節和設計學習單元，重新融合工程為中心的單元項目課程。學生在專業課學習中，通過一系列相對獨立又有機結合的子項目學習和實驗，完成與行業相對應的學習和培養，從而實現課程的工程屬性和創新創業屬性[4]。

4 教學方法

教學中注意實現兩個重要轉變：一是從“教”向“學”轉變；二是從“知識授受”向“問題解決”轉變。無論如何實施課程教學，始終保證學生為第一參與人，牢牢把握以學生為中心的理念。大學是一個開放性學習的地方，教師尤其應該培養學生的發散式學習思維。在講述專業課內容時，不應該照本宣科，應該強調開放式教學，注意運用多種教學方法。該課程主要使用了以下教學方法。一是觀察法。在教授過程中可以將實物帶入課堂，通過真實的產品了解其原理。例如，在講解晶硅組件的異同時，可以讓學生通過實物觀察的方法找到多晶硅單晶硅的區別。二是演示法。在教授過程中對于某些現象采用演示的方法。三是互動法。教師可以多給學生講課的機會，讓學生自己制作PPT、查找資料、學習課程內容，使學生們更好地掌握學習內容，同時鍛煉學生的表達和交往能力。四是實驗法。對于光伏系統中的控制器作用，可用實驗的方法進行講解，以加深影響[5-6]。

5 課程考核

該課程的考核主要采用百分制形成性考核，即課程形成性考核成績占該課程總成績的100%。形成性考核主要由4 次平時作業 （每次占10%，共40%）和學習行為（指3 次實時活動的綜合考查，占60%）組成。

（1）平時作業。4 次平時作業要求學生按教學進度及時完成，教師應及時批改、講評。

（2）學習行為。學習行為考核包括參加3 類（全國大學生“互聯網+”創新創業大賽、全國大學生可再生能源學術競賽、全國大學生“挑戰杯”課外學術競賽）競賽活動的考核。

（3）形成性考核成績評定。

①平時作業成績評定。平時作業成績由輔導教師根據學員平時作業完成的次數和質量按百分制評定，平時作業成績占形成性考核成績比例為40%。

②學習行為成績評定。學習行為成績由教師根據學員作品按百分制評定，學習行為成績占形成性考核成績比例為60%。

6 教學效果及反饋

自課程改革以來，有62 名學生選修了該課程。學生以3～5 人為一組，自愿組成了學習團隊，以學習島的形式全過程參與該課程的實施。課堂上，教與學穿插進行，學生能一直保持良好的學習狀態。全部團隊均參加了2019年度學校組織的首屆可再生能源科技競賽及第五屆中國“互聯網+”大學生創新創業大賽初賽，獲得獎項的學生參加了當年度全國比賽，其中在第二屆全國大學生可再生能源科技競賽全國賽中獲全國一等獎1 項，二等獎1 項，三等獎2 項。在第五屆中國“互聯網+”大學生創新創業大賽甘肅賽區獲金獎1 項，銅獎1 項，全國賽獲銅獎1 項。在結課討論會上，學生表達了對該門課程的喜愛。可見，通過該門課程的實施，可以很好地激發學生的學習興趣。

7 結語

課程教學團隊，通過對“太陽能光伏發電技術應用與創新創業”專創融合課程建設中具體教學模式、教學內容以及教學方法的研究與實踐，有效提升了學生對于該課程的學習興趣和學習效果，這對于同類課程教學過程質量提升具有積極意義。