太陽(yáng)能電池原理與組件工藝研討式教學(xué)探索

王林青 王軍軍

針對(duì)太陽(yáng)能電池原理與組件工藝課程的特點(diǎn)，分析了在太陽(yáng)能電池原理與組件工藝課程中采取研討式教學(xué)的可行性，初步探索了其實(shí)踐思路和步驟，取得了良好的教學(xué)效果。

隨著人類社會(huì)的全面進(jìn)步、工業(yè)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，人類對(duì)能源的需求量越來(lái)越大。與此同時(shí)，常規(guī)能源（如煤炭、石油等）的存儲(chǔ)量卻日趨減少，且使用常規(guī)能源帶給人類文明與進(jìn)步的同時(shí)，卻因能源需求消耗的大幅提高以及隨之帶來(lái)的環(huán)境污染，給人類生存環(huán)境造成災(zāi)難。能源危機(jī)與環(huán)境污染問(wèn)題已經(jīng)成為當(dāng)今人類發(fā)展所面臨的重大問(wèn)題。研究和開(kāi)發(fā)新能源技術(shù)已經(jīng)成為許多國(guó)家發(fā)展的重大戰(zhàn)略。隨著新能源相關(guān)產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，對(duì)新能源科學(xué)與工程專業(yè)人才的需求也大幅上升。因此，設(shè)立相關(guān)專業(yè)培養(yǎng)新能源科學(xué)與工程專業(yè)人才是新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重中之重。鑒于此，2011年教育部正式批準(zhǔn)了新能源科學(xué)與工程專業(yè)的設(shè)置，我校新能源科學(xué)與工程專業(yè)獲準(zhǔn)于2015年首次招生，旨在培養(yǎng)具有良好綜合素質(zhì)的光伏新能源和LED照明工程領(lǐng)域人才。為使學(xué)生對(duì)太陽(yáng)能電池及光伏組件從理論到工藝，從設(shè)計(jì)到應(yīng)用有全面的了解，我校新能源科學(xué)工程專業(yè)開(kāi)設(shè)了太陽(yáng)能電池原理與組件工藝課程。作為新能源科學(xué)與工程專業(yè)的專業(yè)核心課程，太陽(yáng)能電池原理與組件工藝課程在光伏發(fā)電技術(shù)中應(yīng)用廣泛、涉及面廣，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和科研意識(shí)有至關(guān)重要的作用。研討式教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和科研意識(shí)的有效途徑，該方法是指在教師的啟發(fā)引導(dǎo)下，圍繞教學(xué)中的重點(diǎn)難點(diǎn)內(nèi)容、疑難問(wèn)題、有爭(zhēng)議的學(xué)術(shù)問(wèn)題或?qū)W科前沿問(wèn)題，通過(guò)學(xué)生查閱資料、獨(dú)立思考，展開(kāi)課堂討論和交流，在不同觀點(diǎn)相互交流補(bǔ)充、碰撞交鋒中實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)的一種教學(xué)方法。研討式教學(xué)法改變了以往主要以教師“滿堂灌”的方法，在教師的指導(dǎo)下將學(xué)生作為主體，有效的帶動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性、積極性，由學(xué)生被動(dòng)學(xué)習(xí)變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí)。研討式教學(xué)法在歷史、政治、經(jīng)濟(jì)等學(xué)科實(shí)踐中已經(jīng)取得了一些成果，并積累了一些經(jīng)驗(yàn)，這些成果和經(jīng)驗(yàn)對(duì)于工科專業(yè)課程也具有一定的見(jiàn)解意義。鑒于此，針對(duì)研討式教學(xué)在太陽(yáng)能電池原理與組件工藝課程中的探索與實(shí)踐，說(shuō)明如何實(shí)現(xiàn)教師引導(dǎo)，學(xué)生占據(jù)課堂教學(xué)主體的初步經(jīng)驗(yàn)和體會(huì)。

1 在太陽(yáng)能電池原理與組件工藝課程中開(kāi)展研討式教學(xué)的可行性分析

一門課程是否能夠采用研討式教學(xué)主要取決于課程的知識(shí)特點(diǎn)以及學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí)。我校太陽(yáng)能電池原理與組件工藝課程是在學(xué)習(xí)完成高等數(shù)學(xué)、普通物理學(xué)（力、熱、電、光等）、半導(dǎo)體物理與器件等專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)后安排在全日制本科生大三上學(xué)期的一門專業(yè)核心課程，通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生掌握太陽(yáng)能電池的基本原理和最新發(fā)展動(dòng)向，理解光伏電池和組件的制造工藝、基本特性和測(cè)試方法，具備利用相關(guān)知識(shí)設(shè)計(jì)基本光伏組件、分析解決相關(guān)問(wèn)題的能力，為光伏組件的設(shè)計(jì)、運(yùn)行與維護(hù)等打下良好的基礎(chǔ)。該課程的知識(shí)基礎(chǔ)在已經(jīng)完成高等數(shù)學(xué)、普通物理學(xué)（力、熱、電、光等）、半導(dǎo)體物理與器件等課程的學(xué)習(xí)之后學(xué)生很容易通過(guò)自己學(xué)習(xí)掌握，且該課程所涉及的內(nèi)容—太陽(yáng)能電池基本原理和最新發(fā)展動(dòng)向、光伏電池和組件的制造工藝、基本特性和測(cè)試方法等與本學(xué)科的熱點(diǎn)、學(xué)科前沿問(wèn)題緊密相關(guān)，學(xué)生可以通過(guò)信息檢索收集到相關(guān)知識(shí)并理解和掌握。該課程從知識(shí)點(diǎn)的難度和廣度上都非常適合研討式教學(xué)。

2 在太陽(yáng)能電池原理與組件工藝課程中實(shí)施研討式教學(xué)的步驟

太陽(yáng)能電池原理與組件工藝課程內(nèi)容主要包括太陽(yáng)能電池概述、太陽(yáng)能電池的工作原理及其特性、晶體硅太陽(yáng)能電池、其他太陽(yáng)能電池、光伏組件等，該課程中除太陽(yáng)能電池的工作原理及其特性為基本知識(shí)需由教師精講外，其他部分都可由學(xué)生利用圖書(shū)館、互聯(lián)網(wǎng)等資源進(jìn)行自主學(xué)習(xí)和研討。鑒于此，本課程安排為教師按照傳統(tǒng)課堂精講太陽(yáng)能電池概述及太陽(yáng)能電池的工作原理及其特性部分，學(xué)生按照在教師的指導(dǎo)下通過(guò)自主學(xué)習(xí)和研討的形式學(xué)習(xí)剩余部分。研討式教學(xué)的課程學(xué)習(xí)部分主要由教師給出主題、提綱及思考題等，然后由主講小組學(xué)生做成PPT講解相關(guān)內(nèi)容，講解完成后其余學(xué)生對(duì)主講小組提問(wèn)，最后教師針對(duì)此次課程的內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)和分析并對(duì)難點(diǎn)和重點(diǎn)進(jìn)行講解。下面以其他太陽(yáng)能電池中太陽(yáng)能電池高轉(zhuǎn)換效率技術(shù)為例來(lái)說(shuō)明研討式教學(xué)在該課程中是如何實(shí)施的。

2.1 主題、提綱及思考題

在這門課程開(kāi)始時(shí)，教師按照所需掌握的知識(shí)點(diǎn)和內(nèi)容，將課程分為不同的主題并列舉出相應(yīng)的提綱以及與該主題相關(guān)的思考題等。以“太陽(yáng)能電池高轉(zhuǎn)換效率技術(shù)”為主題的這一部分需包含制約光電池轉(zhuǎn)換效率的因素、下一代太陽(yáng)電池技術(shù)及其設(shè)計(jì)思想（疊層太陽(yáng)電池、中間能帶太陽(yáng)電池、熱光伏太陽(yáng)電池等）等內(nèi)容。思考1、如何獲得高效太陽(yáng)電池？2、設(shè)計(jì)一款高轉(zhuǎn)換效率太陽(yáng)能電池，并說(shuō)明其設(shè)計(jì)思想？

2.2 學(xué)生主講及提問(wèn)

將學(xué)生按照2-3人分為一組，一個(gè)小組選擇一個(gè)主題作為主講，在主講1～2周之前，給學(xué)生布置相關(guān)的參考文獻(xiàn)，要求學(xué)生自己檢索和閱讀，并提取相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)，總結(jié)成PPT給其他學(xué)生講解，整個(gè)過(guò)程由學(xué)生自己完成，在這個(gè)過(guò)程中，教師將對(duì)主講小組進(jìn)行課外輔導(dǎo)，包括知識(shí)點(diǎn)答疑、文獻(xiàn)檢索、PPT制作等。其他同學(xué)在該小組講完之后必須向該小組提問(wèn)，所提問(wèn)題如果學(xué)生回答不了教師可幫助回答。每組同學(xué)都必須在課下完成思考題部分并于課堂上討論。為增加學(xué)生的積極性，這個(gè)過(guò)程占學(xué)生期末考評(píng)成績(jī)的20%。針對(duì)“太陽(yáng)能電池高轉(zhuǎn)換效率技術(shù)”這一主題，主講學(xué)生采用PPT講解：1、制約光電池轉(zhuǎn)換效率的因素，如光損失、電損失、結(jié)區(qū)損失等，并說(shuō)明這些因素是如何影響光電池轉(zhuǎn)換效率的。2、下一代太陽(yáng)電池技術(shù)及其設(shè)計(jì)思想，如疊層太陽(yáng)電池使用不同禁帶寬度的材料來(lái)吸收不同波長(zhǎng)的光子（要求學(xué)生講清楚電池的結(jié)構(gòu)、技術(shù)發(fā)展、設(shè)計(jì)思想等等）。問(wèn)答：其余學(xué)生必須就該內(nèi)容向主講小組提問(wèn)。思考題討論環(huán)節(jié)：學(xué)生就如何獲得高效太陽(yáng)電池以及高轉(zhuǎn)換效率太陽(yáng)能電池的設(shè)計(jì)進(jìn)行討論。

2.3 教師點(diǎn)評(píng)

在完成學(xué)生講解及互動(dòng)環(huán)節(jié)之后，首先，教師將對(duì)此次課程的內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)，并對(duì)相關(guān)的重難點(diǎn)進(jìn)行講解。其次，對(duì)學(xué)生在互動(dòng)環(huán)節(jié)提出的觀點(diǎn)和疑問(wèn)，指出需要注意的地方，以加深學(xué)生對(duì)問(wèn)題的理解。最后，將學(xué)生所提到的新觀點(diǎn)和新材料留存，以備后續(xù)使用。

3 研討式教學(xué)在太陽(yáng)能電池原理與組件工藝課程中的應(yīng)用效果

在太陽(yáng)能電池原理與組件工藝課程中實(shí)踐研討式教學(xué)模式，確實(shí)培養(yǎng)了學(xué)生查閱、收集資料并從中提取有用的知識(shí)的能力，培養(yǎng)了學(xué)生獨(dú)立思考、分析和解決問(wèn)題的能力，培養(yǎng)了學(xué)生的表達(dá)能力和科研意識(shí)等，這在后續(xù)的課程設(shè)計(jì)課程中見(jiàn)到了效果。但是，該教學(xué)模式對(duì)優(yōu)秀的學(xué)生更有利，優(yōu)秀的學(xué)生在這個(gè)過(guò)程中參與更多、表現(xiàn)更好，而學(xué)習(xí)不太主動(dòng)的學(xué)生容易變得更被動(dòng)。另外，該教學(xué)模式不適合大班教學(xué)。

（作者單位：重慶理工大學(xué)）