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摘要：太陽(yáng)能作為一種新興的清潔能源，受到了能源行業(yè)的普遍重視。在這種情況下，光伏類人才的培養(yǎng)也受到了人們的廣泛關(guān)注。針對(duì)創(chuàng)新型工程人才的培養(yǎng)需求及其課程的教學(xué)特點(diǎn)，從內(nèi)容設(shè)置、教學(xué)方法和考核方式三個(gè)方面探討了太陽(yáng)能技術(shù)及應(yīng)用課程的改革，旨在優(yōu)化課程內(nèi)容之間的銜接，提高學(xué)生的邏輯思維能力以及分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，培養(yǎng)出更多符合社會(huì)需要的光伏類人才。

關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能技術(shù)及應(yīng)用；新工科；光伏類人才

為主動(dòng)應(yīng)對(duì)新一輪的科技革命與產(chǎn)業(yè)變革，支撐“中國(guó)制造2025”等一系列國(guó)家戰(zhàn)略，2017年2月以來(lái)，教育部積極推進(jìn)新工科建設(shè)，并連續(xù)下發(fā)通知，來(lái)探索領(lǐng)跑全球工程教育的中國(guó)模式、中國(guó)經(jīng)驗(yàn)。新工科建設(shè)倡導(dǎo)重實(shí)踐、跨學(xué)科，將創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育貫穿于人才培養(yǎng)的全過(guò)程，通過(guò)產(chǎn)學(xué)合作，協(xié)同育人，持續(xù)改進(jìn)創(chuàng)新人才的培養(yǎng)目標(biāo)、培養(yǎng)方案、課程體系和教學(xué)要求[1]。為培養(yǎng)出更多具有創(chuàng)新精神和較強(qiáng)實(shí)踐能力的應(yīng)用型技術(shù)人才，燕山大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院光電子工程系結(jié)合專業(yè)特色以及新工科建設(shè)要求，為燕山大學(xué)里仁學(xué)院2017級(jí)學(xué)生及之后的電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)學(xué)生開(kāi)設(shè)了太陽(yáng)能技術(shù)及應(yīng)用課程，將太陽(yáng)能光伏作為主要的教學(xué)方向，以培養(yǎng)具有材料、半導(dǎo)體物理、光電子、光電信息等科學(xué)與工程方面基本知識(shí)和基本理論的綜合型技術(shù)人才。通過(guò)對(duì)該課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠掌握太陽(yáng)能電池材料的基本制備技術(shù)、表征手段以及光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，了解光伏系統(tǒng)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用，并能夠進(jìn)行基本的太陽(yáng)能電池性能測(cè)試。

一、太陽(yáng)能技術(shù)及應(yīng)用課程的內(nèi)容設(shè)置

由于燕山大學(xué)里仁學(xué)院電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)未開(kāi)設(shè)半導(dǎo)體物理課程，其最終選擇將半導(dǎo)體物理基礎(chǔ)知識(shí)、太陽(yáng)能電池的基本原理、光伏材料制備、電池片的制造工藝和性能測(cè)試評(píng)價(jià)、新型太陽(yáng)能電池的原理和特點(diǎn)以及太陽(yáng)能電池的應(yīng)用六大模塊作為授課內(nèi)容。太陽(yáng)能電池的核心是半導(dǎo)體材料。由于電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的學(xué)生較少接觸到固體物理、半導(dǎo)體物理方面的知識(shí)，教師可將其作為太陽(yáng)能技術(shù)及應(yīng)用課程理論部分的講述重點(diǎn)。在教學(xué)的過(guò)程中，教師可主要講述半導(dǎo)體的基本性質(zhì)，如半導(dǎo)體晶體的結(jié)合方式、電子的共有化運(yùn)動(dòng)、半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)等。同時(shí)，教師還可重點(diǎn)分析半導(dǎo)體中的光吸收、載流子的產(chǎn)生和復(fù)合、半導(dǎo)體的電學(xué)性質(zhì)、PN結(jié)等現(xiàn)象的形成及成因，并引出太陽(yáng)能電池的工作原理。隨著高科技新材料的不斷發(fā)展，太陽(yáng)能電池也由晶硅電池（單晶硅電池、多晶硅電池等）、薄膜太陽(yáng)能電池（碲化鎘薄膜太陽(yáng)能電池、銅銦鎵硒薄膜太陽(yáng)能電池等）發(fā)展成第三代太陽(yáng)能電池（染料敏化太陽(yáng)能電池、鈣鈦礦型太陽(yáng)能電池等）[2]，但目前市場(chǎng)上的電池還是以晶硅電池為主。因此，太陽(yáng)能技術(shù)及應(yīng)用課程以晶硅電池為例，為學(xué)生介紹了晶硅的制備技術(shù)以及電池的結(jié)構(gòu)、各部分的功能、生產(chǎn)技術(shù)和工藝，并以此為基礎(chǔ)對(duì)其進(jìn)行擴(kuò)展，讓學(xué)生分組討論和介紹其他的新型電池材料或電池結(jié)構(gòu)。太陽(yáng)能電池性能的優(yōu)劣在于將光能轉(zhuǎn)為電能效率的高低，而其效率由工作時(shí)的電流、電壓等性能參數(shù)決定[3]。因此，太陽(yáng)能技術(shù)及應(yīng)用課程為學(xué)生介紹了短路電流、開(kāi)路電壓、填充因子以及光電轉(zhuǎn)換效率的定義和基本公式，并通過(guò)等效電路和J-V曲線分析了光電轉(zhuǎn)換效率的影響因素及可能的解決方案，再借助視頻演示講述了電池效率的測(cè)試方法、測(cè)試設(shè)備和測(cè)試條件，同時(shí)介紹了電池性能的極限和損失分析。太陽(yáng)能發(fā)電的形式主要有兩種，即熱發(fā)電和光生伏特效應(yīng)發(fā)電。太陽(yáng)能技術(shù)及應(yīng)用課程主要向?qū)W生介紹了光伏發(fā)電的相關(guān)內(nèi)容，包括光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成、各組成部件的功能和特點(diǎn)等，同時(shí)介紹了并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)、獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)和混合光伏發(fā)電系統(tǒng)。

二、太陽(yáng)能技術(shù)及應(yīng)用課程的教學(xué)方法

成果導(dǎo)向教育（OBE）理論倡導(dǎo)學(xué)生與教師合作，共同完成學(xué)習(xí)過(guò)程，一起分享學(xué)習(xí)成果，享受學(xué)習(xí)的樂(lè)趣。在基于OBE教育理念的教學(xué)活動(dòng)中，學(xué)生最終能夠掌握什么遠(yuǎn)比如何學(xué)習(xí)和何時(shí)學(xué)習(xí)更為重要。在進(jìn)行基于OBE教育理念的課程教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，教師需要對(duì)學(xué)生在完成課程學(xué)習(xí)后應(yīng)達(dá)到的能力水平有著清晰的構(gòu)想，并根據(jù)該專業(yè)學(xué)生的能力培養(yǎng)要求來(lái)設(shè)定相應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容和采用相應(yīng)的教學(xué)手段，以保證學(xué)生能夠達(dá)到預(yù)期的學(xué)習(xí)目標(biāo)?？梢哉f(shuō)，學(xué)習(xí)產(chǎn)出變成了整個(gè)課程教學(xué)環(huán)節(jié)的驅(qū)動(dòng)力[4]。2020年，受新冠肺炎疫情的影響，大多數(shù)高校都開(kāi)展了網(wǎng)絡(luò)教學(xué)。根據(jù)實(shí)際情況，太陽(yáng)能技術(shù)及應(yīng)用課程被設(shè)置為：課堂教學(xué)（18學(xué)時(shí)）、討論教學(xué)（6學(xué)時(shí)）。并且整個(gè)學(xué)期的前后各12學(xué)時(shí)，中間空1個(gè)月，用于學(xué)生進(jìn)行項(xiàng)目實(shí)踐。講解式課堂教學(xué)主要是對(duì)理論知識(shí)進(jìn)行系統(tǒng)闡述，其內(nèi)容更多為需要學(xué)生記憶、理解的知識(shí)；而項(xiàng)目式教學(xué)則強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生對(duì)知識(shí)進(jìn)行融會(huì)貫通的能力以及進(jìn)行跨學(xué)科整合研究的能力。因此，太陽(yáng)能技術(shù)及應(yīng)用課程采用了“老師強(qiáng)基礎(chǔ)、學(xué)生重應(yīng)用”的授課方式，即前16個(gè)學(xué)時(shí)，由教師進(jìn)行相關(guān)理論知識(shí)的講解，并輔以大量的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源（如西安電子科技大學(xué)柴常春等老師主講的半導(dǎo)體物理等內(nèi)容）。利用和太陽(yáng)能技術(shù)相關(guān)的視頻、多媒體課件等，將線上教學(xué)與傳統(tǒng)線下教學(xué)相結(jié)合，通過(guò)聲畫結(jié)合、圖文并茂的形式，多渠道地讓學(xué)生了解和接收與太陽(yáng)能技術(shù)有關(guān)的知識(shí)。之后的8個(gè)學(xué)時(shí)，太陽(yáng)能技術(shù)及應(yīng)用課程采用了翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，以學(xué)術(shù)會(huì)議的形式，開(kāi)展學(xué)科前沿討論活動(dòng)，讓學(xué)生根據(jù)自己的興趣和發(fā)展方向，選擇圍繞某一新型電池或傳統(tǒng)電池的新工藝來(lái)展開(kāi)調(diào)查和論述。另外，太陽(yáng)能技術(shù)及應(yīng)用課程還讓學(xué)生針對(duì)國(guó)內(nèi)外光伏企業(yè)進(jìn)行調(diào)查并完成調(diào)查報(bào)告。要求調(diào)查報(bào)告的文章復(fù)制比低于30%，以提高學(xué)生的學(xué)術(shù)道德意識(shí)。在課后，太陽(yáng)能技術(shù)及應(yīng)用課程的授課教師可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間來(lái)督促學(xué)生學(xué)習(xí)，并通過(guò)QQ群、電子郵件等，來(lái)及時(shí)地解答學(xué)生的問(wèn)題。

三、太陽(yáng)能技術(shù)及應(yīng)用課程的考核方式

太陽(yáng)能技術(shù)及應(yīng)用課程采用的是過(guò)程考核方式，即學(xué)生的課程成績(jī)由若干個(gè)考核環(huán)節(jié)構(gòu)成，包括學(xué)生的平時(shí)成績(jī)、課程項(xiàng)目成績(jī)以及個(gè)人報(bào)告成績(jī)。平時(shí)成績(jī)主要考察學(xué)生參與課堂教學(xué)的情況，由學(xué)生的出勤率和活躍度組成，占20分。課程項(xiàng)目成績(jī)主要考察學(xué)生查閱文獻(xiàn)的能力、對(duì)前沿方向的敏感度和捕捉能力、對(duì)技術(shù)文本的整理歸納和撰寫能力，占40分。學(xué)生可以3到6人的小組為單位來(lái)共同對(duì)項(xiàng)目文本進(jìn)行構(gòu)思、分析，最終再以小組的形式進(jìn)行匯報(bào)、驗(yàn)收。教師可根據(jù)學(xué)生個(gè)體以及小組的整體表現(xiàn)給出考核結(jié)果。個(gè)人報(bào)告成績(jī)主要考察學(xué)生對(duì)授課內(nèi)容的整體把握情況，占40分。綜上所述，基于上述太陽(yáng)能技術(shù)及應(yīng)用課程的內(nèi)容設(shè)置、教學(xué)方法以及考核方式，根據(jù)學(xué)生的反饋情況，燕山大學(xué)里仁學(xué)院電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)基本上算是達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)，形成了“以學(xué)生為主體，以教師為主導(dǎo)”的教學(xué)模式，有效地激勵(lì)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)，主動(dòng)參與教學(xué)過(guò)程，幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的學(xué)習(xí)目標(biāo)。未來(lái)，燕山大學(xué)里仁學(xué)院電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)將逐步引進(jìn)更好的虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，通過(guò)平臺(tái)操作來(lái)強(qiáng)化學(xué)生對(duì)工藝的認(rèn)知，同時(shí)加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)育人基地的建設(shè)，以實(shí)踐促學(xué)習(xí)，從而為國(guó)家培養(yǎng)出更多的光伏類人才。

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[4]謝平,林洪彬,李繼猛,等.OBE背景下研究生示范課程建設(shè)及改革:以“信號(hào)處理”類課程為例[J].教學(xué)研究,2019(4):73-78,101.

作者:徐朝鵬 邊飛 田東升 高靜 單位:燕山大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 燕山大學(xué)理學(xué)院實(shí)驗(yàn)中心