新工科背景下太陽(yáng)能電池新技術(shù)課堂教學(xué)改革與探索

王 鑫 ， 張永亞 ， 張金平 ， 李潔瓊 ， 張存良 ， 李洪森

(1.商丘師范學(xué)院 化學(xué)化工學(xué)院 ， 河南 商丘 476000 ; 2.青島大學(xué) 物理科學(xué)學(xué)院 ， 山東 青島 266071)

在新工科背景下，本科院校新能源科學(xué)與工程專業(yè)主要培養(yǎng)掌握新型二次化學(xué)電源、太陽(yáng)能電池以及新能源材料制備等方面的專業(yè)知識(shí)，具備從事新型儲(chǔ)能設(shè)備與材料領(lǐng)域的科學(xué)研究、技術(shù)開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)制造或運(yùn)行管理工作能力的專業(yè)人才。太陽(yáng)能電池新技術(shù)為學(xué)生畢業(yè)后從事新能源相關(guān)專業(yè)崗位提供扎實(shí)的專業(yè)知識(shí)基礎(chǔ)，為國(guó)家輸送新工科背景下高素質(zhì)復(fù)合型人才。傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式下太陽(yáng)能電池課程偏重于陳舊復(fù)雜的理論，遠(yuǎn)離生活，缺乏對(duì)實(shí)踐和創(chuàng)新能力等綜合素質(zhì)的培養(yǎng)，難以滿足“新工科”綜合素質(zhì)型人才需求。因此，結(jié)合太陽(yáng)能電池特點(diǎn)，以商丘師范學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院新能源科學(xué)與工程專業(yè)本科生為研究范本，從太陽(yáng)能電池新技術(shù)的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、課程考核等幾個(gè)方面進(jìn)行深入分析與教學(xué)改革探索，并提出相應(yīng)的改革建議。

1 課程教學(xué)現(xiàn)狀

作為新能源科學(xué)與工程專業(yè)的專業(yè)行業(yè)課，太陽(yáng)能電池新技術(shù)主要包括太陽(yáng)能電池的基本原理、電池材料的制備、電池組裝工藝以及最新研究技術(shù)等，具有知識(shí)點(diǎn)抽象、專業(yè)性強(qiáng)、實(shí)踐性強(qiáng)等特點(diǎn)。在傳統(tǒng)教學(xué)過(guò)程中主要存在以下問(wèn)題：①傳統(tǒng)教學(xué)一般以課本為依據(jù)，教師在課堂上通過(guò)課本與課件講述，知識(shí)點(diǎn)多，學(xué)生對(duì)太陽(yáng)能電池的理解偏向于基礎(chǔ)理論，無(wú)法與實(shí)際相結(jié)合，導(dǎo)致學(xué)生缺乏實(shí)踐操作能力，學(xué)習(xí)興趣不高，課堂教學(xué)效果不佳。②太陽(yáng)能電池研究日新月異，很多研究?jī)?nèi)容甚至突破了現(xiàn)有的理論極限，教學(xué)內(nèi)容不能做到實(shí)時(shí)更新，無(wú)法跟上太陽(yáng)能電池的高速發(fā)展。

2 教學(xué)改革與創(chuàng)新

基于以上問(wèn)題，結(jié)合太陽(yáng)能電池新技術(shù)的課程特點(diǎn)和培養(yǎng)計(jì)劃，以新工科背景下社會(huì)對(duì)高素質(zhì)復(fù)合型人才需求為導(dǎo)向展開(kāi)教學(xué)改革探究，提高教學(xué)效果。

2.1 實(shí)踐與理論相結(jié)合

在“新工科”背景下，太陽(yáng)能電池新技術(shù)課程偏重于實(shí)際生產(chǎn)的技術(shù)工藝，旨在通過(guò)太陽(yáng)能電池的基本工作原理和設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)，結(jié)合目前采用的電池制造工藝和最新改進(jìn)方法，了解太陽(yáng)能電池最新的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)和功能運(yùn)用。要求學(xué)生掌握太陽(yáng)能電池的基本工作原理和設(shè)計(jì)工藝流程，具備扎實(shí)的理論基礎(chǔ)功底，培養(yǎng)創(chuàng)新思維和實(shí)踐動(dòng)手能力，提高分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。①充分利用多媒體設(shè)施。在教學(xué)過(guò)程中增添電池生產(chǎn)過(guò)程的圖片和視頻，充分利用多媒體設(shè)施，直觀地展現(xiàn)給學(xué)生。②培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力。帶領(lǐng)學(xué)生走出教室，走進(jìn)工廠，走進(jìn)車間，實(shí)地參觀考察，甚至在專業(yè)人員的指導(dǎo)下讓學(xué)生動(dòng)手操作，充分了解現(xiàn)在工廠的先進(jìn)技術(shù)水平，以及電池未來(lái)的發(fā)展方向，做到理論與實(shí)踐相結(jié)合，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。③引導(dǎo)學(xué)生參與教師科研課題。太陽(yáng)能電池是新能源儲(chǔ)能方面的主要研究方向，學(xué)生可以直接通過(guò)參與教師的科研課題，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，從制備電池材料開(kāi)始做起，學(xué)習(xí)電池材料的表征、電池的組裝工藝以及電池的性能測(cè)試，理論知識(shí)轉(zhuǎn)化為動(dòng)手實(shí)踐，夯實(shí)課堂上所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，提高實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力和綜合素質(zhì)。

2.2 實(shí)時(shí)更新教學(xué)內(nèi)容

太陽(yáng)能電池新技術(shù)的課程重點(diǎn)圍繞目前太陽(yáng)能電池最新技術(shù)發(fā)展，結(jié)合現(xiàn)行的電池合成方法和制造工藝，能夠提出獨(dú)特性見(jiàn)解，從而開(kāi)發(fā)和制備新型的高效太陽(yáng)能電池和設(shè)計(jì)光伏電力系統(tǒng)，達(dá)到具備新型電池材料制備及工藝設(shè)計(jì)的技能水平。本課程強(qiáng)調(diào)實(shí)踐性和前沿性，要求教師及時(shí)了解科技前沿，了解太陽(yáng)能電池的發(fā)展現(xiàn)狀、技術(shù)水平、科研進(jìn)展以及科研成果轉(zhuǎn)化，把最新的研究發(fā)現(xiàn)和成果轉(zhuǎn)化為教學(xué)資源加入到課堂中來(lái)，帶領(lǐng)學(xué)生了解時(shí)事，拓展視野。例如，在課堂上引入有關(guān)太陽(yáng)能電池的最新的專利和科研論文，讓學(xué)生充分了解太陽(yáng)能電池的發(fā)展?fàn)顩r，以及專業(yè)前景。因此，本門課程不能簡(jiǎn)單地依靠課本，要求教師不僅掌握專業(yè)的理論知識(shí)，還要結(jié)合專業(yè)特點(diǎn)和市場(chǎng)發(fā)展，實(shí)時(shí)更新教學(xué)內(nèi)容，合理安排教學(xué)進(jìn)程。

2.3 嘗試線上線下結(jié)合的教學(xué)方式

傳統(tǒng)教學(xué)主要依靠PPT展示和理論講述，課堂氣氛沉悶，學(xué)生感到枯燥，教學(xué)效果差。針對(duì)此現(xiàn)象，需要對(duì)教學(xué)方法進(jìn)行嘗試和創(chuàng)新，提高教學(xué)效果。①充分利用課程軟件。隨著線上課堂的發(fā)展，雨課堂、超星學(xué)習(xí)通、慕課、騰訊課堂等線上平臺(tái)應(yīng)運(yùn)而生，給課程教學(xué)提供了新的教學(xué)方法，教師不僅可以在特殊時(shí)期進(jìn)行線上授課，也可以采用線上線下混合式教學(xué)模式授課[1]。教師可以利用課程軟件進(jìn)行資源整合，設(shè)計(jì)精品課程，把枯燥的理論利用視頻等方式直觀地呈現(xiàn)在學(xué)生眼前，有效調(diào)動(dòng)學(xué)生感官，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。同時(shí)，教師還可以有目的地階段性發(fā)布學(xué)習(xí)任務(wù)，學(xué)生依次進(jìn)行預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)，且可以隨時(shí)進(jìn)行回看學(xué)習(xí)，增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，隨時(shí)可以對(duì)學(xué)習(xí)重點(diǎn)進(jìn)行加強(qiáng)和補(bǔ)充，保證學(xué)習(xí)效果。②實(shí)施互動(dòng)式教學(xué)。互動(dòng)式教學(xué)則一改教師唱獨(dú)角戲的現(xiàn)象，讓學(xué)生直接參與到課堂中來(lái)，通過(guò)教師與學(xué)生之間、學(xué)生與學(xué)生之間的互通，把靜態(tài)教學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)態(tài)教學(xué)，活躍課堂氣氛，提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)效率。翻轉(zhuǎn)課堂遵循“以學(xué)生為中心”的理念，把教學(xué)的決定權(quán)轉(zhuǎn)交給學(xué)生，是一種有效的互動(dòng)式教學(xué)模式[2]。教師依照教學(xué)目標(biāo)線上提前發(fā)布課程知識(shí)點(diǎn)和重難點(diǎn)，學(xué)生利用課下時(shí)間提前預(yù)習(xí)線上教學(xué)資料，把被動(dòng)學(xué)習(xí)變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí)。最后教師進(jìn)行總結(jié)評(píng)價(jià)，對(duì)學(xué)生的易錯(cuò)易混點(diǎn)一一講解。這種方式，學(xué)生按照自己的學(xué)習(xí)節(jié)奏，對(duì)相關(guān)視頻等進(jìn)行反復(fù)觀看，便于對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解。

2.4 改進(jìn)課程考核方式

課程考核是課程教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，旨在檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)課程的學(xué)習(xí)掌握情況，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)成績(jī)做出客觀公正的評(píng)價(jià)[3]。因此，根據(jù)課程特點(diǎn)提出改進(jìn)措施：①學(xué)期末加入PPT匯報(bào)考核。學(xué)生以4～5人為一組，選擇其中一種太陽(yáng)能電池，依據(jù)電池特點(diǎn)、關(guān)鍵技術(shù)，查找文獻(xiàn)分析研究，推測(cè)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，進(jìn)行歸納總結(jié)并以PPT的形式進(jìn)行匯報(bào)。此考核方法有助于增強(qiáng)學(xué)生對(duì)太陽(yáng)能電池的學(xué)習(xí)興趣，鍛煉office軟件應(yīng)用能力和自我表現(xiàn)能力，提升分析問(wèn)題解決問(wèn)題能力、溝通協(xié)作能力以及集體榮譽(yù)感。②減少理論知識(shí)考核，增加實(shí)踐操作能力考查。學(xué)生走出教室，走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，充分運(yùn)用自己所學(xué)理論知識(shí)，動(dòng)手制作太陽(yáng)能電池，并進(jìn)行性能測(cè)試，提高實(shí)踐動(dòng)手能力。此考核方法主要考查課堂的知識(shí)應(yīng)用能力，符合“新工科”對(duì)學(xué)生綜合素質(zhì)的高要求。

3 結(jié)論

依據(jù)新工科建設(shè)要求，以培養(yǎng)高素質(zhì)的綜合型創(chuàng)新人才為目標(biāo)，研究該課程的教學(xué)改革與實(shí)踐，通過(guò)對(duì)教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化、教學(xué)方法的改革、考核方式變更等幾個(gè)方面進(jìn)行研究，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，加大學(xué)生在教學(xué)過(guò)程中的主體地位，提升實(shí)踐動(dòng)手能力等綜合素質(zhì)。在新工科背景下，逐步對(duì)課堂教學(xué)進(jìn)行改革，結(jié)合鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新思維和動(dòng)手實(shí)踐能力，以便學(xué)生逐步適應(yīng)新教學(xué)改革模式，增強(qiáng)自主學(xué)習(xí)意識(shí)，為培養(yǎng)滿足“新工科”建設(shè)要求的綜合素質(zhì)型人才，提高就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，起到至關(guān)重要的作用。