《新能源技術(shù)及應(yīng)用》教學(xué)方法改進研究與實踐

《新能源技術(shù)及應(yīng)用》是高等工科院校常設(shè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，不僅是我校應(yīng)用物理專業(yè)與光電信息科學(xué)與工程專業(yè)重要的課程，同時也是一門應(yīng)用性非常強的課程。本學(xué)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(shù)，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(zhì)、器件結(jié)構(gòu)、制備工藝以及各種應(yīng)用等。通過該課程的學(xué)習(xí)，不僅可以使同學(xué)們接觸到薄膜太陽能電池這一新能源技術(shù)，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(xué)研究的熱點、前沿知識引入課堂，國內(nèi)高校需要將相應(yīng)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(xué)性以及專業(yè)性。針對《新能源技術(shù)及應(yīng)用》理論知識前沿性強、授課過程中實踐操作缺失以及學(xué)生前期相關(guān)知識儲備少等特點，我們對《新能源技術(shù)及應(yīng)用》的教學(xué)方法進行了研究與探索，并取得了一定成效。
一、《新能源技術(shù)及應(yīng)用》課程的特點
1.《新能源技術(shù)及應(yīng)用》課程主要介紹了幾種主要的薄膜
太陽能電池技術(shù)，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(shè)置，對于初次學(xué)習(xí)該課程的同學(xué)很難理清相互之間的關(guān)系，不明白課程內(nèi)容為什么這么設(shè)置以及這么設(shè)置的目的是什么，進而也造成了學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)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(guān)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(shù)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(shù)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(shù)作為綠色清潔的新能源技術(shù)，學(xué)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(gòu)造，更不用說其工作原理。學(xué)生抱著極大的熱情學(xué)習(xí)《新能源技術(shù)及應(yīng)用》這門課程，卻發(fā)現(xiàn)專業(yè)內(nèi)容抽象、專業(yè)術(shù)語太多、知識體系晦澀難懂，學(xué)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(xué)習(xí)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(xué)習(xí)過程中，這樣的問題會時刻困擾著學(xué)生，極大地影響學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性與主動性。
3.在太陽能光伏技術(shù)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(shù)及應(yīng)用》這門課的教學(xué)帶來新的困難和挑戰(zhàn)。一方面，理論知識枯燥，學(xué)生學(xué)習(xí)動力和興趣較低；課本知識跟不上該領(lǐng)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(zhì)、器件結(jié)構(gòu)及制備工藝時，學(xué)生很難將實物、實驗技術(shù)與理論知識很好地結(jié)合進行理解記憶，不利于學(xué)生解決問題、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。
4.《新能源技術(shù)及應(yīng)用》這門課程在大二上學(xué)期開設(shè)，是一門應(yīng)用技術(shù)性較強的專業(yè)課程。按照現(xiàn)在整個大學(xué)階段課程設(shè)置情況，大一基本上開設(shè)基礎(chǔ)課程，從大二才開始設(shè)置專業(yè)課程。也就是說，同學(xué)們在大二學(xué)習(xí)《新能源技術(shù)及應(yīng)用》之前，學(xué)習(xí)的都是基礎(chǔ)理論課程。而《新能源技術(shù)及應(yīng)用》是同學(xué)們首次接觸應(yīng)用技術(shù)性較強的專業(yè)課程。同學(xué)們可能會在以下問題上產(chǎn)生困惑：（1）為什么要學(xué)習(xí)這個課程？（2）學(xué)習(xí)這個課程，會有什么收獲？（3）學(xué)習(xí)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(xué)們的整個學(xué)習(xí)階段。
二、教學(xué)中采取的相應(yīng)措施
1.轉(zhuǎn)變授課方式，將理論知識與實踐教學(xué)聯(lián)系起來。具體來說，學(xué)院學(xué)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(xué)院優(yōu)良的平臺，將《新能源技術(shù)及應(yīng)用》的部分理論課時轉(zhuǎn)變?yōu)閷嶒炚n時，將單純的板書、理論知識講解轉(zhuǎn)變成學(xué)生的實踐操作。首先，引導(dǎo)學(xué)生到學(xué)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(shè)備，舉例講解課本中的理論知識，加深學(xué)生對專業(yè)術(shù)語的認知與理解：（1）指導(dǎo)學(xué)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(jié)構(gòu)的關(guān)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(jié)構(gòu)，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(dǎo)學(xué)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(jié)果加深對課本理論中不同薄膜太陽能電池結(jié)構(gòu)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(shù)的工作原理以及性能優(yōu)化準則，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性及能動性。
2．擴展《新能源技術(shù)及應(yīng)用》的課程內(nèi)容，講授光伏器件科學(xué)研究前沿與最新進展。薄膜太陽能電池技術(shù)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(xué)習(xí)、掌握薄膜太陽能電池技術(shù)。眾所周知，在自然科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，大多最新的研究進展是以英文ScienceCitationIndex（SCI）學(xué)術(shù)論文呈現(xiàn)的。因此，我們可以通過在課堂引入關(guān)于薄膜太陽能電池技術(shù)領(lǐng)域高水平SCI學(xué)術(shù)論文的方式，擴展《新能源技術(shù)及應(yīng)用》的課程內(nèi)容，作為課本知識的補充與擴展，使同學(xué)們能夠了解薄膜太陽能電池技術(shù)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(jié)構(gòu)圖、工作原理示意圖以及性能曲線測試圖，能夠增加同學(xué)們的好奇心，增強同學(xué)們學(xué)習(xí)的積極性與主動性。同時，純英文SCI學(xué)術(shù)論文的引入，不僅能夠開拓學(xué)生的視野，學(xué)習(xí)薄膜太陽能電池技術(shù)發(fā)展方向，而且也是提升學(xué)生英語水平的一種有效方式，更能為未來可能的雙語教學(xué)提供實踐探索。
3.豐富課堂授課的方式、方法。多媒體技術(shù)作為一種集文字、圖畫、聲音、動畫于一體的新型教學(xué)模式，在《新能源技術(shù)及應(yīng)用》教學(xué)中有諸多優(yōu)勢。多媒體技術(shù)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(xué)習(xí)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(gòu)造，通過多媒體技術(shù)，客觀、生動地展現(xiàn)在學(xué)生面前，不僅能夠加深同學(xué)們對理論知識的理解，而且能夠豐富實踐教學(xué)，將實踐教學(xué)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(xué)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(xué)們充分意識到《新能源技術(shù)及應(yīng)用》的重要性。通過搜集資料，整理成PPT文檔，系統(tǒng)向同學(xué)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(xué)們有目的地、有意識地知道，學(xué)習(xí)好《新能源技術(shù)及應(yīng)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(chǔ)與實踐經(jīng)驗。
三、待解決的問題
1.在進入到學(xué)科實驗室中進行實踐教學(xué)時，如何提高
學(xué)生實踐學(xué)習(xí)的效率，如何讓學(xué)生提高動手能力，如何讓學(xué)生真正學(xué)習(xí)到書本上沒有介紹到的內(nèi)容，而不是走馬觀花式地應(yīng)付上課時間，對老師實踐教學(xué)的教學(xué)策略以及教學(xué)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(xué)術(shù)論文轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)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(shù)教學(xué)還有課堂知識量大，停留時間較短導(dǎo)致授課速度快等問題，這不僅要求同學(xué)們能夠課前預(yù)習(xí)、課上學(xué)習(xí)、課后復(fù)習(xí)，而且要求老師熟練掌握課程內(nèi)容，熟練操作多媒體技術(shù)，并能將授課內(nèi)容高度概括化、精煉化、簡潔化，使復(fù)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(jié)
針對目前學(xué)生普遍反映《新能源技術(shù)及應(yīng)用》課程，專業(yè)知識抽象、專業(yè)術(shù)語多以及專業(yè)前瞻性、方向性強的難點，我們通過調(diào)研，講授薄膜太陽能電池技術(shù)在現(xiàn)代生活中的作用及角色，提高同學(xué)們學(xué)習(xí)的主動性與積極性。突破傳統(tǒng)的單一口授教學(xué)模式，采用實踐操作聯(lián)系理論知識的實踐教學(xué)，讓學(xué)生進入到專業(yè)實驗室，近距離了解薄膜太陽能電池技術(shù)，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動性。通過引入薄膜太陽能電池領(lǐng)域最新的SCI學(xué)術(shù)論文，拓展授課內(nèi)容，擴充認知領(lǐng)域。同時，在課堂授課中，引入多媒體技術(shù)教學(xué)，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(xué)習(xí)效率。面向擇業(yè)、就業(yè)，讓同學(xué)們意識到學(xué)習(xí)本課程內(nèi)容的必要性，活躍學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性。