基于高职—本科3+2分段培养体系的材料科学基础专业课程的教学与实践

徐立波+唐惠东

摘 要：本文从3+2分段培养体系的人才培养方案出发，对支撑光伏专业的材料科学基础的关键知识点进行梳理和筛选，阐述了详细的材料科学基础教学内容及重难点知识。并且结合教学实际和学生特点，提出了材料科学基础课程的具体教学方式。

关键词：3+2分段培养体系；高职；本科；教学；实践

高职-本科3+2分段培养这种模式为学生的继续深造和升格为高级技术管理人才提供了一条行之有效的途径，能够充分发挥高职和本科院校的优势，为企业提供具有发展潜力的技能型人才，实现学校、学生、企业三方共赢。这种模式在江苏首先试点，常州工程职业技术学院（以下简称“我院”）与常州工学院已经开展多届合作，共同制订了比较完善的人才培养方案，而高职、本科衔接课程体系的建设无疑是人才培养的关键，我院光伏材料制备技术专业在3+2转段衔接阶段开设材料科学基础这门专业基础课有其针对性和必要性。材料科学基础这门课程主要揭示固体材料结构和性能之间的关联，实际上是用数理化的知识分析实际的材料问题，其内容庞杂，理论性强，抽象，是材料类专业的必修专业基础课，具有普遍指导意义。3年高职学段培养学生的专业实践技能，要求感性认识颇多，2年本科学段着眼专业和管理技术提升，要求有更深的理论基础和解决问题的能力。以下结合笔者的教学实践，说明如何开展有效的材料科学基础教学。

一、以光伏产业链为主线精选教学内容

材料科学基础的内容包括晶体结构和缺陷、固体热力学和动力学、固体结构和电子理论三大块，具体知识要点有晶体结构、固体电子结构、合金固溶体结构、范性形变、缺陷、相图、相变、界面、扩散、凝固结晶、回复再结晶等。全部讲完至少400学时左右，实际上既没有这么多学时，也没有必要面面俱到。课程具有普遍意义，但对专业来说，只要筛选出密切相关的内容即可，做到必需和够用即可。这样一方面可节省时间，另一方面也能够很快切入应用。所以，一定要梳理光伏产业链的应用点和材料科学基础内容相匹配，形成少而精的教学大纲内容，以利于少学时教学和专业应用。

纵观光伏产业链，从硅原料的制备和提纯，单晶硅多晶硅的生产加工，光伏电池和组件系统的生产，与材料科学基础关联的地方还不少。硅晶体的表面形貌、生长方向、生长棱线、层向生长过程对应晶体学知识、晶向晶面及特征的描述；其中融入硅和化合物半导体的结构和电性能对应着合金结构和固态电子论的知识，并牵涉到结合键，能带理论、半导体性能、光伏原理和光伏电池效率；晶片生产中缺陷位错的控制（颈缩工艺等）以及电池片效率改进对应着晶体的缺陷理论；单晶多晶的形核生 长、环境控制、质量控制对应着凝固结晶理论；硅中杂质含量及分布以及栅线印刷、焊接、欧姆接触对应合金知识相图相变知识；PN结形成、焊接合金化过程、光生少子的扩散和寿命、I-U特性曲线的扩散方程推求对应扩散理论中的稳态和非稳态扩散；晶硅加工生产过程中的变形和损伤对应固体范性形变和再结晶；多晶的晶界和单晶多晶的制备过程中的固液界面对应界面理论。此外，掌握热力学基本知识对分析缺陷、表面、相图相变、凝固结晶都非常有用，对材料分类论述的三大类别材料如金属、陶瓷、高分子各论也要介绍，这部分内容具体涉及银浆与硅的欧姆接触、互联条焊接、石英容器性能、封装用铝合金、TPT、EVA的使用性能。基于以上分析，形成的课程知识点和相关内容以及重点难点见表1。

二、依据学生特点改革教学方式

此阶段学生的主要特点有：①理论基础较为薄弱。②从应用型到研究型的学习习惯还未转变。对这两特点，在制订学习内容后还有一个如何让其有效接受消化的过程，不适当地灌输会使学生理解困难，对学习失去兴趣，从而也失去了教学意义。结合教学实践，笔者认为从以下几个方面可以改善效果。

（1）精选教材。教材的选用原则是中等难度，有基础的数理化知识衔接，便于自学和理清课程体系，也便于学生发现问题和受到启发，提出问题。不宜一下子导入艰深的理论。好的教材阅读能够激发兴趣，深入浅出，让人受益。材料科学基础作为普适课程，教材种类繁多，深度广度侧重点各有不同。贵州大学的张晓燕教授主编的《材料科学基础（第二版）》具有以上特点，笔者认为比较适用。

（2）提供配套的参考资料和习题册。作为经典理论，材料科学基础暂时不会过时，现有的参考资料应该是比较丰富的，应该选择性地看一些，特别是习题册，更是和教材一样必备，因为理论的定性和定量同样重要，需要结合实际进行计算和练习，习题能够加深学生对抽象理论的认识，效果明显，能增强学生的成就感和求知欲。

（3）实验验证有助于理解理论。配套实验可以帮助学生巩固加深课堂理论知识，让学生掌握基本实验技能，培养学生自己分析问题、发现问题、解决问题的能力，让学生获得更多的感性体验和创新体验，在光伏材料生产中，处处有材料外观、缺陷、性能以及工艺参数等的检测，过程检测更是质量保证的关键，一些实验项目和检测有密切相关，应该加以训练。如晶体结构实验中的典型金属结构的钢球堆积结构模型分析实验、单偏光下晶体光学性质，非晶态的结构性质和玻璃析晶实验（与长晶过程的坩埚析晶有关）、扩散和固相反应动力学实验，以及电阻测定实验等。

（4）明确概念，将理论讲解浅显化、简化或省略推导，过程让学生对基本概念产生深刻印象，后续教学才能顺理成章。教师应重点讲解参数的物理意义和相关概念，对求解过程作一般介绍和原则说明，以便于学生快速接受知识。

（5）利用网络资源如魔课，爱课程等多媒体手段开展教学。应该承认，有些东西确实难以讲清，因此晶体结构的三维图、原子进入间隙位置的动画演示、扩散微观过程动态展示、缺陷产生增值过程和运动方式的直观视频显示，这些似乎都离不开多媒体展示，可以极大提升学生的空间想象力。这些都得益于现代数码技术可以把最微细的结构和复杂过程进行立体展示。网络资源也要好好利用，网上课堂是主要方式，具有简明易懂的优点。

（6）互动答疑及时解决疑问，按照逻辑体系进行内容顺序重排。由于材料科学基础是一门逻辑体系严密的理论课，在教学过程中不能生搬教材中的章节安排，应该从学生的知识结构来重新安排内容序列，力图使学生运用现有的力学、数理化知识就能理解各种规律，由于先后次序很重要，因此及时解决问题可为下面章节授课铺路。

（7）从理论到实践，再从实践回到理论，实现良性循环，螺旋上升。用理论分析和解决是最好的服务生产实践方式，也是学习基础理论的价值所在。

通过以上针对3+2衔接阶段教学方式的改进，学生的学习积极性得到提升，专业基础知识得到巩固，结合专业实践，也促进了其他课程的学习，这对以后的学习和创新是有益的。3+2分段培养能够成就技能和学术兼备的人才，可满足未来光伏产业发展对人才的需求，应该是一种值得倡导的模式。

参考文献：

[1]何 静.高职与本科“3+2”分段培养的课程衔接研究[J].中国职业技术教育，2015（3）.

[2]周大农.中高职教育课程衔接的设计与思考[J].职教论坛，2013（3）.