特殊時期下“太陽能電池材料與器件”課程在線教學(xué)與改革

宋健 朱磊 顧修全 趙宇龍

摘 要 為了應(yīng)對延遲開學(xué)的特殊情況，大部分高校都開展了“線下”轉(zhuǎn)“線上”的教學(xué)活動。然而，線上教學(xué)與線下授課有本質(zhì)區(qū)別，這一轉(zhuǎn)變對授課教師以及上課學(xué)生均提出了較高要求?！疤柲茈姵夭牧吓c器件”是一門新能源材料與器件專業(yè)必修課程，本學(xué)期是首次開展線上教學(xué)。針對線上教學(xué)難點以及課程改革要求，作者改變了原有教學(xué)設(shè)計并著重強化了師生互動，取得了令人滿意的教學(xué)效果。本論文是對這次線上教學(xué)活動的總結(jié)與分析，也可為后續(xù)開展“線上-線下”混合式教學(xué)打下一定的理論與實踐基礎(chǔ)。由于線上教學(xué)是首次在我國大規(guī)模開展，而不同課程間又有許多共性問題，因此該論文也可為其他課程線上教學(xué)提供些許參考。

關(guān)鍵詞 線上教學(xué) 教學(xué)設(shè)計 師生互動 太陽能電池材料與器件

中圖分類號：G424 ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ?DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2020.09.064

Abstract In order to cope with the special situation of delayed start of school， most colleges and universities have carried out "offline" to "online" teaching activities. However， there are essential differences between online teaching and offline teaching， which puts forward higher requirements for teachers and students. Solar cell materials and devices is a required course for the major of new energy materials and devices. In view of the difficulties of online teaching and the requirements of curriculum reform， the author changed the original teaching design and focused on strengthening the interaction between teachers and students， and achieved satisfactory teaching results. This paper is the summary and analysis of this online teaching activity， and also can lay a certain theoretical and practical foundation for the follow-up "online offline" hybrid teaching. Because online teaching is the first large-scale development in China， and there are many common problems among different courses， this paper can also provide some reference for online teaching of other courses.

Keywords online teaching; teaching design; teacher-student interaction; solar cell materials and devices

2020年初，全國高校延遲開學(xué)，在教育部提出的“停課不停教，停課不停學(xué)”號召下，全國高校都積極開展線上教學(xué)活動及研究。[1-2] 據(jù)不完全統(tǒng)計，全國開展在線教學(xué)的普通高校達(dá)1400余所，近百萬教師開展了線上教學(xué)，而在線學(xué)習(xí)的學(xué)生達(dá)10余億人次，其規(guī)模前所未有。[3]中國礦業(yè)大學(xué)在教務(wù)部的統(tǒng)一部署下，也于第一時間開始備戰(zhàn)線上教學(xué)以保證本學(xué)期教學(xué)活動按計劃正常開展。除了學(xué)習(xí)使用線上教學(xué)必需的軟硬件，任課教師思考的更多的是如何保障線上教學(xué)效果，甚至是利用線上教學(xué)的優(yōu)點，實現(xiàn)比線下課堂教學(xué)更好的教學(xué)效果。

1 “太陽能電池材料與器件”線上教學(xué)難點

“太陽能電池材料與器件”主要講述太陽能電池器件物理、商業(yè)化硅太陽能電池、化合物薄膜太陽能電池以及幾種新型太陽能電池器件。課程內(nèi)容既有固體物理等基本理論知識，又包含材料制備加工、器件集成等工藝學(xué)，還涉及光伏領(lǐng)域研究前沿。在2018年中國礦業(yè)大學(xué)教改項目支持下，“太陽能電池材料與器件”課程開始了厚基礎(chǔ)、強實踐式教學(xué)改革。課程改革主要圍繞兩個方向展開：（1）加強基礎(chǔ)支撐，重點講解固體物理以及半導(dǎo)體器件物理中與太陽能電池密切相關(guān)的知識。為此，課程增加了“太陽能電池基礎(chǔ)”一章，共計6學(xué)時。包含半導(dǎo)體能帶及電學(xué)性質(zhì)、半導(dǎo)體光吸收、PN結(jié)、光伏效應(yīng)、載流子輸運機理和太陽能電池性能。（2）通過參觀科研實驗室和太陽能電池生產(chǎn)企業(yè)增強課程實踐性。利用課余時間帶領(lǐng)學(xué)生參觀了我院鈣鈦礦太陽能電池實驗室以及江蘇華恒新能源的單晶PERC電池產(chǎn)線，讓學(xué)生重點了解太陽能電池研發(fā)與生產(chǎn)過程中涉及的工藝、設(shè)備及原理，將現(xiàn)場與課本所學(xué)知識有機結(jié)合。另外，邀請經(jīng)驗豐富的企業(yè)專家現(xiàn)場授課2學(xué)時，從企業(yè)生產(chǎn)的角度向同學(xué)們講解光伏行業(yè)的管理、技術(shù)與生產(chǎn)。

按照教學(xué)改革進(jìn)程，本學(xué)年應(yīng)繼續(xù)優(yōu)化上述構(gòu)想，但延遲開學(xué)的特殊情況打斷了原定計劃。在線教學(xué)條件下，如何高質(zhì)量完成課程教學(xué)并繼續(xù)深化教學(xué)改革，筆者認(rèn)為有以下幾點需要重點關(guān)注：（1）如何吸引學(xué)生注意力。線上教學(xué)過程缺乏有效的實時監(jiān)督手段，而理論知識聽起來枯燥且理解困難，學(xué)生注意力將難以集中。（2）如何開展課程研討。研討課是“太陽能電池材料與器件”課程的常規(guī)項目，不僅能夠讓學(xué)生有效參與課堂，還能鍛煉學(xué)生搜集前沿研究成果以及學(xué)術(shù)表達(dá)的能力。連續(xù)幾年的堅持與改進(jìn)，收到了不錯的效果。但是，在線教學(xué)情況下，如何組織研討是研討課成敗的關(guān)鍵。（3）如何保證師生互動。學(xué)生在線下課堂參與感并不強，如何利用線上教學(xué)激發(fā)學(xué)生的提問熱情？另外，學(xué)生手頭沒有教材，對于細(xì)節(jié)問題，如何與我有效溝通？（4）如何體現(xiàn)課程實踐性改革。在此期間，去實驗室或者生產(chǎn)企業(yè)顯然不現(xiàn)實，如何讓同學(xué)們在課程進(jìn)行期間有機會接觸到科學(xué)前沿或企業(yè)生產(chǎn)？

2 線上教學(xué)授課方式及策略

“太陽能電池材料與器件”線上教學(xué)采用雨課堂+騰訊課堂+騰訊會議+QQ群相結(jié)合的方式開展。雨課堂主要用來布置課前預(yù)習(xí)，將課件資料提前2天發(fā)布至雨課堂，學(xué)生可在不明白的課件上做標(biāo)記，為課堂講解重點選擇提供依據(jù)。騰訊課堂因其強大的網(wǎng)絡(luò)支撐能力，是我們線上課堂教學(xué)的主選工具，本次教學(xué)全程采用視頻直播教學(xué)。騰訊會議主要用于課程研討，而QQ群是平時信息發(fā)布以及課后交流探討的主場地。四個線上教學(xué)軟件配合使用，可以實現(xiàn)課前預(yù)習(xí)、課程講解、課程研討、答疑解惑的基本功能。

研究表明，在線教學(xué)條件下，教學(xué)設(shè)計和師生互動是影響學(xué)生學(xué)習(xí)效果的兩個重要方面。[4] 針對上述問題，本次在線教學(xué)主要策略如下：（1）改變原有教學(xué)設(shè)計，強化知識點之間的邏輯關(guān)系與連接性。在線教學(xué)過程中，教師無法看到學(xué)生聽課時的表情。而在線下課堂教學(xué)，教師正是基于學(xué)生反饋表情來判斷學(xué)生對某一知識點的理解情況，進(jìn)而選擇是否再次強調(diào)本知識點。若學(xué)生遇到不懂的地方，但老師未再次強調(diào)而開始下一個問題的講解，學(xué)生的思維可能就無法跟上教師節(jié)奏，最后失去了聽課的興趣。所以，在每個知識點間均加了一些銜接的課件，始終抓住學(xué)生的注意力，延續(xù)學(xué)生的思維，保持課堂的緊湊感。（2）以答題和提問的方式加強師生互動。在每次課開講前或者課程主要內(nèi)容講完后，留出5-10分鐘時間來討論。學(xué)生將問題寫在答題區(qū)，我依次回答。另外，針對每個關(guān)鍵知識點設(shè)計若干選擇題，讓學(xué)生作答。（3）從考核環(huán)節(jié)入手，加強學(xué)生課堂交流積極性。在平時成績考核中，設(shè)置了一個提問得分考核點，即每位同學(xué)必須在課堂上提問超過5個問題才可以拿到相應(yīng)的平時成績。同學(xué)們提問的問題由課程助教負(fù)責(zé)記錄，提問可以在老師上課過程中提出，也可以在課堂研討環(huán)節(jié)提出，課后提問不計。（4）使用騰訊會議開展課程研討。課程研討分成7個小組，每組9-10人，小組組員分工明確，分別負(fù)責(zé)搜集資料、整理制作演示稿、講解，各自發(fā)揮自己的長處。研討時，每組15分鐘講解時長，5分鐘提問時間。各小組研討成績根據(jù)研討內(nèi)容、演講情況、回答同學(xué)們提問情況等三個方面綜合評定。（5）依靠網(wǎng)絡(luò)資源加強課程實踐性。雖然線下參觀實驗室或者企業(yè)不現(xiàn)實，但是在此期間，無論是企業(yè)界還是科研界，都興起了直播交流。很多著名科研工作者、企業(yè)科研人員都會在線授課，這些網(wǎng)絡(luò)資源是對這門課程實踐性的一個很好的補充。

3 線上授課與線下授課對比

本次線上教學(xué)已經(jīng)結(jié)束，課程考核也已經(jīng)完成。課程成績分為平時成績和卷面成績，分別占比40%和60%，平時成績包括作業(yè)/小論文成績、研討成績、課堂表現(xiàn)。線上教學(xué)下，學(xué)生可以上交電子版作業(yè)/小論文，因此這部分成績受教學(xué)方式的影響較小，線上模式反而可以促使學(xué)生學(xué)習(xí)畫圖軟件。另外，在騰訊會議平臺上開展研討課，學(xué)生明顯不再緊張，研討效果比線下更好。值得一提的是，學(xué)生在線上課堂的表現(xiàn)要明顯好于線下課堂，從表1可見，此次學(xué)生提問問題數(shù)量要遠(yuǎn)大于線下課堂?？傊谄綍r表現(xiàn)方面，線上教學(xué)相較于線下教學(xué)表現(xiàn)得更為突出。

卷面成績是檢查學(xué)生課程學(xué)習(xí)優(yōu)劣的最直接體現(xiàn)，本次考試并沒有因延遲開學(xué)而降低考試難度。從表1統(tǒng)計數(shù)據(jù)看，采用線上或線下教學(xué)對于學(xué)生考試成績影響并不大，各分?jǐn)?shù)段占比并沒有大幅變動，特別是低分段比例并沒有升高，反而有所降低。因此，線上教學(xué)下，學(xué)生對關(guān)鍵知識點的掌握程度并不會變差。相反，他們可以通過回看上課視頻，反復(fù)研究某個難以理解的知識點，進(jìn)而更好地掌握。從學(xué)生在考前復(fù)習(xí)過程中的問題可以看出，大家都在使用課程視頻回放功能復(fù)習(xí)。

4 總結(jié)

雖然此次國內(nèi)大范圍開展線上教學(xué)是形勢所迫，但是線上教學(xué)無疑是未來教學(xué)的主流形式，讓學(xué)生可以隨時隨地學(xué)習(xí)。從“太陽能電池材料與器件”教學(xué)結(jié)果看，線上教學(xué)并沒有拉低學(xué)習(xí)效果，反而在課堂互動、課程研討方面表現(xiàn)出優(yōu)于傳統(tǒng)線下課堂教學(xué)的勢頭。因此，根據(jù)線上教學(xué)特點調(diào)整教學(xué)設(shè)計，努力拉近與學(xué)生距離，講解重點突出，知識點邏輯關(guān)系加強，是可以提升教學(xué)質(zhì)量的。當(dāng)然，如果可以改善線上教學(xué)條件，如建設(shè)智慧教室、設(shè)計優(yōu)美的教學(xué)素材、引入更多科技手段，一定可以將“太陽能電池材料與器件”線上教學(xué)推向更高水平。

參考文獻(xiàn)

[1] 章文偉，呂煒，黃偉.充分利用優(yōu)質(zhì)網(wǎng)絡(luò)資源和教學(xué)立方平臺，助力配位化學(xué)線上教學(xué)[J].大學(xué)化學(xué)，2020（35）：1-9.

[2] 王丁，王平，王現(xiàn)英.《現(xiàn)代材料分析方法》在線課程建設(shè)及網(wǎng)絡(luò)教學(xué)改革初探[J].中國多媒體與網(wǎng)絡(luò)教學(xué)學(xué)報（上旬刊），2020（06）：147-148.

[3] 黃榮懷，汪燕，王歡歡，逯行，高博俊.未來教育之教學(xué)新形態(tài)：彈性教學(xué)與主動學(xué)習(xí)[J].現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育研究，2020.32（3）：3-14.

[4] 李爽，鐘瑤.在線教師教學(xué)投入對學(xué)生學(xué)習(xí)績效的影響——基于教師和學(xué)生的視角[J].開放教育研究，2020.26（3）：99-110.