《新能源技術及應用》教學方法改進的研究與實踐探索

曹靜 陳琮

【摘要】《新能源技術及應用》不僅是我校應用物理學、光電信息科學與工程等專業(yè)的重要專業(yè)基礎課程，同時也是一門應用性非常強的課程。但是《新能源技術及應用》中所涉及的薄膜太陽能電池知識抽象、專業(yè)術語多以及專業(yè)方向性強等特點使得廣大學生難以掌握。針對學生提出的問題，基于課程知識特點，從轉變授課方式（實踐操作聯(lián)系理論知識）、擴展授課內(nèi)容（通過引入SCI論文展現(xiàn)學術前沿）以及豐富授課技術等角度出發(fā)，對《新能源技術及應用》的教學方法進行研究、改進與實踐。

【關鍵詞】新能源技術及應用? 教學方法? 改進與探索

【基金項目】國家自然科學基金青年基金：結構相變對超薄In2O3中空納米纖維甲醛氣敏特性的影響及其增敏機理研究，項目號：61704120。

【中圖分類號】TK0-4;G712?【文獻標識碼】A?【文章編號】2095-3089（2020）30-0005-02

《新能源技術及應用》是高等工科院校常設的一門專業(yè)基礎課，不僅是我校應用物理專業(yè)與光電信息科學與工程專業(yè)重要的課程，同時也是一門應用性非常強的課程。本學院所選用的教材課程系統(tǒng)介紹了目前主要的幾種薄膜太陽能電池技術，詳細闡述了它們各自的發(fā)展歷程和現(xiàn)狀、薄膜材料的基本性質、器件結構、制備工藝以及各種應用等。通過該課程的學習，不僅可以使同學們接觸到薄膜太陽能電池這一新能源技術，知悉生活中部分常見的薄膜太陽能電池的工作原理，而且能夠拓展他們的專業(yè)知識、開發(fā)新的科研方向。

為了將當今科學研究的熱點、前沿知識引入課堂，國內(nèi)高校需要將相應的專業(yè)課程引入到本科生課堂，但是多數(shù)這樣的專業(yè)課程具有極強的系統(tǒng)性、前沿性、理論性、科學性以及專業(yè)性。針對《新能源技術及應用》理論知識前沿性強、授課過程中實踐操作缺失以及學生前期相關知識儲備少等特點，我們對《新能源技術及應用》的教學方法進行了研究與探索，并取得了一定成效。

一、《新能源技術及應用》課程的特點

1.《新能源技術及應用》課程主要介紹了幾種主要的薄膜太陽能電池技術，各部分內(nèi)容呈現(xiàn)平行塊狀分布，例如：非晶硅和微晶硅、碲化鎘、銅銦鎵硒以及染料敏化等薄膜太陽能電池體系。這樣一個課程內(nèi)容設置，對于初次學習該課程的同學很難理清相互之間的關系，不明白課程內(nèi)容為什么這么設置以及這么設置的目的是什么，進而也造成了學習者的學習困難。但是，這些內(nèi)容看似彼此獨立，彼此之間沒有相互聯(lián)系，但當我們從整本教材出發(fā)，又會發(fā)現(xiàn)其實各個部分的內(nèi)容之間是有關聯(lián)的，例如，各種薄膜太陽能電池之間，性能參數(shù)的定義相同，測試技術相似等，如額定容量、額定電壓、充放電速率、阻抗、壽命、自放電率等。

2.薄膜太陽能電池等新能源技術具有極強的理論專業(yè)性，知識體系抽象。薄膜太陽能電池技術作為綠色清潔的新能源技術，學生在日常生活中能夠經(jīng)常發(fā)現(xiàn)薄膜太陽能電池的影子。但他們對于薄膜太陽能電池的認識，基本處于簡單、模糊的認知水平，并不了解薄膜太陽能電池的構造，更不用說其工作原理。學生抱著極大的熱情學習《新能源技術及應用》這門課程，卻發(fā)現(xiàn)專業(yè)內(nèi)容抽象、專業(yè)術語太多、知識體系晦澀難懂，學生往往無法充分理解這些概念的內(nèi)涵及其定義。例如，為什么會有多種薄膜太陽能電池材料？它們各自的優(yōu)勢、缺點都是什么？它們工作原理是什么，是否相同？如何提高薄膜太陽能電池的性能？這些問題是綜合性的，只有系統(tǒng)學習整本教材內(nèi)容之后，才能對這些問題有所理解與解答。但在從前往后的學習過程中，這樣的問題會時刻困擾著學生，極大地影響學生學習的積極性與主動性。

3.在太陽能光伏技術快速發(fā)展過程中，新材料和新方法不斷涌現(xiàn)，這給《新能源技術及應用》這門課的教學帶來新的困難和挑戰(zhàn)。一方面，理論知識枯燥，學生學習動力和興趣較低;課本知識跟不上該領域前沿知識更新，老師授課思路受限;另一方面，理論知識沒有實驗操作作為支撐，理論知識與實踐脫節(jié)，在講述材料的基本性質、器件結構及制備工藝時，學生很難將實物、實驗技術與理論知識很好地結合進行理解記憶，不利于學生解決問題、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

4.《新能源技術及應用》這門課程在大二上學期開設，是一門應用技術性較強的專業(yè)課程。按照現(xiàn)在整個大學階段課程設置情況，大一基本上開設基礎課程，從大二才開始設置專業(yè)課程。也就是說，同學們在大二學習《新能源技術及應用》之前，學習的都是基礎理論課程。而《新能源技術及應用》是同學們首次接觸應用技術性較強的專業(yè)課程。同學們可能會在以下問題上產(chǎn)生困惑：（1）為什么要學習這個課程？（2）學習這個課程，會有什么收獲？（3）學習這個課程對我以后就業(yè)有什么作用？這些困惑會一直困擾同學們的整個學習階段。

二、教學中采取的相應措施

1.轉變授課方式，將理論知識與實踐教學聯(lián)系起來。具體來說，學院學科實驗室具有較為完備的薄膜太陽能電池所用材料制備、電池封裝以及性能測試平臺。依托學院優(yōu)良的平臺，將《新能源技術及應用》的部分理論課時轉變?yōu)閷嶒炚n時，將單純的板書、理論知識講解轉變成學生的實踐操作。首先，引導學生到學科實驗室中，對薄膜太陽能電池有直觀的、切身的感受。其次，通過實驗室中的現(xiàn)場設備，舉例講解課本中的理論知識，加深學生對專業(yè)術語的認知與理解：（1）指導學生實際動手參與薄膜太陽能電池材料的制備過程，了解影響薄膜太陽能電池材料形貌、結構的關鍵實驗參數(shù)。從掃描電子顯微鏡照片（SEM）中，直觀觀察薄膜太陽能電池材料的形貌與結構，從X射線電子衍射圖片（XRD）中，了解薄膜太陽能電池材料的成分信息;（2）指導學生親自動手參與薄膜太陽能電池的封裝以及性能曲線的測試過程，以切身的實踐經(jīng)驗與直觀的實驗結果加深對課本理論中不同薄膜太陽能電池結構以及各個性能參數(shù)的理解。同時，以所獲得的電池性能曲線為依據(jù)，深入講解薄膜太陽能電池技術的工作原理以及性能優(yōu)化準則，激發(fā)學生學習的積極性及能動性。

2.擴展《新能源技術及應用》的課程內(nèi)容，講授光伏器件科學研究前沿與最新進展。薄膜太陽能電池技術的發(fā)展，日新月異。僅僅通過講授某一本或某幾本教材的書面知識，并不能夠很好地了解、學習、掌握薄膜太陽能電池技術。眾所周知，在自然科學技術領域，大多最新的研究進展是以英文Science Citation Index（SCI）學術論文呈現(xiàn)的。因此，我們可以通過在課堂引入關于薄膜太陽能電池技術領域高水平SCI 學術論文的方式，擴展《新能源技術及應用》的課程內(nèi)容，作為課本知識的補充與擴展，使同學們能夠了解薄膜太陽能電池技術的研究熱點、焦點以及最新進展。SCI論文中，不同薄膜太陽能電池的精美電池結構圖、工作原理示意圖以及性能曲線測試圖，能夠增加同學們的好奇心，增強同學們學習的積極性與主動性。同時，純英文SCI學術論文的引入，不僅能夠開拓學生的視野，學習薄膜太陽能電池技術發(fā)展方向，而且也是提升學生英語水平的一種有效方式，更能為未來可能的雙語教學提供實踐探索。

3.豐富課堂授課的方式、方法。多媒體技術作為一種集文字、圖畫、聲音、動畫于一體的新型教學模式，在《新能源技術及應用》教學中有諸多優(yōu)勢。多媒體技術可以將授課內(nèi)容形象化、具體化，能夠極大地活躍課堂氣氛、提高學習興趣，降低認知難度。例如，可以將薄膜太陽能電池的內(nèi)部構造，通過多媒體技術，客觀、生動地展現(xiàn)在學生面前，不僅能夠加深同學們對理論知識的理解，而且能夠豐富實踐教學，將實踐教學中不能肉眼直觀展示的內(nèi)容，以三維立體化的形式呈現(xiàn)。另外，對于薄膜太陽能電池的工作原理以及性能提升策略，僅僅依靠課本上的語言文字，是比較晦澀、難以理解的。我們可以通過三維的動畫形式，將薄膜太陽能電池的工作原理以簡單明了的方式，讓學生便于理解與掌握。

4.以就業(yè)前景以及職業(yè)取向為激勵點，讓同學們充分意識到《新能源技術及應用》的重要性。通過搜集資料，整理成PPT文檔，系統(tǒng)向同學們介紹國際及國內(nèi)不同薄膜太陽能電池的主要生產(chǎn)商與制造商，介紹他們近些年產(chǎn)量、規(guī)模以及工藝的發(fā)展，介紹他們對所需要人才的要求等等。通過這些背景知識的介紹，可以讓同學們有目的地、有意識地知道，學習好《新能源技術及應用》這門課程，能夠為未來的擇業(yè)與就業(yè)打下必要的理論基礎與實踐經(jīng)驗。

三、待解決的問題

1.在進入到學科實驗室中進行實踐教學時，如何提高學生實踐學習的效率，如何讓學生提高動手能力，如何讓學生真正學習到書本上沒有介紹到的內(nèi)容，而不是走馬觀花式地應付上課時間，對老師實踐教學的教學策略以及教學流程提出較高的要求。

2.在利用SCI論文介紹薄膜太陽能電池的最新研究進展和前沿時，如何將專業(yè)的英文學術論文轉變?yōu)閷W生可以通俗易懂的知識是老師需要解決的一大問題。

3.相較于課程內(nèi)容的板書、口授，多媒體技術教學還有課堂知識量大，停留時間較短導致授課速度快等問題，這不僅要求同學們能夠課前預習、課上學習、課后復習，而且要求老師熟練掌握課程內(nèi)容，熟練操作多媒體技術，并能將授課內(nèi)容高度概括化、精煉化、簡潔化，使復雜、難懂的專業(yè)知識變成簡單、易理解的科普式內(nèi)容。

四、總結

針對目前學生普遍反映《新能源技術及應用》課程，專業(yè)知識抽象、專業(yè)術語多以及專業(yè)前瞻性、方向性強的難點，我們通過調研，講授薄膜太陽能電池技術在現(xiàn)代生活中的作用及角色，提高同學們學習的主動性與積極性。突破傳統(tǒng)的單一口授教學模式，采用實踐操作聯(lián)系理論知識的實踐教學，讓學生進入到專業(yè)實驗室，近距離了解薄膜太陽能電池技術，調動學生學習的主觀能動性。通過引入薄膜太陽能電池領域最新的SCI學術論文，拓展授課內(nèi)容，擴充認知領域。同時，在課堂授課中，引入多媒體技術教學，使課程內(nèi)容形象化、立體化，進而有效地活躍課堂氣氛，提高學習效率。面向擇業(yè)、就業(yè)，讓同學們意識到學習本課程內(nèi)容的必要性，活躍學生學習的主動性。

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作者簡介：

曹靜（1985-），女，天津市南開區(qū)人，理學博士，教學研究方向：課程教學方法的改進、教學技能的提高;科學研究方向：氣體敏感材料的設計、構筑以及氣敏機理研究。