《新能源技术及应用》教学方法改进研究与实践

《新能源技术及应用》是高等工科院校常设的一门专业基础课，不仅是我校应用物理专业与光电信息科学与工程专业重要的课程，同时也是一门应用性非常强的课程。本学院所选用的教材课程系统介绍了目前主要的几种薄膜太阳能电池技术，详细阐述了它们各自的发展历程和现状、薄膜材料的基本性质、器件结构、制备工艺以及各种应用等。通过该课程的学习，不仅可以使同学们接触到薄膜太阳能电池这一新能源技术，知悉生活中部分常见的薄膜太阳能电池的工作原理，而且能够拓展他们的专业知识、开发新的科研方向。
为了将当今科学研究的热点、前沿知识引入课堂，国内高校需要将相应的专业课程引入到本科生课堂，但是多数这样的专业课程具有极强的系统性、前沿性、理论性、科学性以及专业性。针对《新能源技术及应用》理论知识前沿性强、授课过程中实践操作缺失以及学生前期相关知识储备少等特点，我们对《新能源技术及应用》的教学方法进行了研究与探索，并取得了一定成效。
一、《新能源技术及应用》课程的特点
1.《新能源技术及应用》课程主要介绍了几种主要的薄膜
太阳能电池技术，各部分内容呈现平行块状分布，例如：非晶硅和微晶硅、碲化镉、铜铟镓硒以及染料敏化等薄膜太阳能电池体系。这样一个课程内容设置，对于初次学习该课程的同学很难理清相互之间的关系，不明白课程内容为什么这么设置以及这么设置的目的是什么，进而也造成了学习者的学习困难。但是，这些内容看似彼此独立，彼此之间没有相互联系，但当我们从整本教材出发，又会发现其实各个部分的内容之间是有关联的，例如，各种薄膜太阳能电池之间，性能参数的定义相同，测试技术相似等，如额定容量、额定电压、充放电速率、阻抗、寿命、自放电率等。
2.薄膜太阳能电池等新能源技术具有极强的理论专业性，知识体系抽象。薄膜太阳能电池技术作为绿色清洁的新能源技术，学生在日常生活中能够经常发现薄膜太阳能电池的影子。但他们对于薄膜太阳能电池的认识，基本处于简单、模糊的认知水平，并不了解薄膜太阳能电池的构造，更不用说其工作原理。学生抱着极大的热情学习《新能源技术及应用》这门课程，却发现专业内容抽象、专业术语太多、知识体系晦涩难懂，学生往往无法充分理解这些概念的内涵及其定义。例如，为什么会有多种薄膜太阳能电池材料？它们各自的优势、缺点都是什么？它们工作原理是什么，是否相同？如何提高薄膜太阳能电池的性能？这些问题是综合性的，只有系统学习整本教材内容之后，才能对这些问题有所理解与解答。但在从前往后的学习过程中，这样的问题会时刻困扰着学生，极大地影响学生学习的积极性与主动性。
3.在太阳能光伏技术快速发展过程中，新材料和新方法不断涌现，这给《新能源技术及应用》这门课的教学带来新的困难和挑战。一方面，理论知识枯燥，学生学习动力和兴趣较低；课本知识跟不上该领域前沿知识更新，老师授课思路受限；另一方面，理论知识没有实验操作作为支撑，理论知识与实践脱节，在讲述材料的基本性质、器件结构及制备工艺时，学生很难将实物、实验技术与理论知识很好地结合进行理解记忆，不利于学生解决问题、创新能力的培养。
4.《新能源技术及应用》这门课程在大二上学期开设，是一门应用技术性较强的专业课程。按照现在整个大学阶段课程设置情况，大一基本上开设基础课程，从大二才开始设置专业课程。也就是说，同学们在大二学习《新能源技术及应用》之前，学习的都是基础理论课程。而《新能源技术及应用》是同学们首次接触应用技术性较强的专业课程。同学们可能会在以下问题上产生困惑：（1）为什么要学习这个课程？（2）学习这个课程，会有什么收获？（3）学习这个课程对我以后就业有什么作用？这些困惑会一直困扰同学们的整个学习阶段。
二、教学中采取的相应措施
1.转变授课方式，将理论知识与实践教学联系起来。具体来说，学院学科实验室具有较为完备的薄膜太阳能电池所用材料制备、电池封装以及性能测试平台。依托学院优良的平台，将《新能源技术及应用》的部分理论课时转变为实验课时，将单纯的板书、理论知识讲解转变成学生的实践操作。首先，引导学生到学科实验室中，对薄膜太阳能电池有直观的、切身的感受。其次，通过实验室中的现场设备，举例讲解课本中的理论知识，加深学生对专业术语的认知与理解：（1）指导学生实际动手参与薄膜太阳能电池材料的制备过程，了解影响薄膜太阳能电池材料形貌、结构的关键实验参数。从扫描电子显微镜照片（SEM）中，直观观察薄膜太阳能电池材料的形貌与结构，从X射线电子衍射图片（XRD）中，了解薄膜太阳能电池材料的成分信息；（2）指导学生亲自动手参与薄膜太阳能电池的封装以及性能曲线的测试过程，以切身的实践经验与直观的实验结果加深对课本理论中不同薄膜太阳能电池结构以及各个性能参数的理解。同时，以所获得的电池性能曲线为依据，深入讲解薄膜太阳能电池技术的工作原理以及性能优化准则，激发学生学习的积极性及能动性。
2．扩展《新能源技术及应用》的课程内容，讲授光伏器件科学研究前沿与最新进展。薄膜太阳能电池技术的发展，日新月异。仅仅通过讲授某一本或某几本教材的书面知识，并不能够很好地了解、学习、掌握薄膜太阳能电池技术。众所周知，在自然科学技术领域，大多最新的研究进展是以英文ScienceCitationIndex（SCI）学术论文呈现的。因此，我们可以通过在课堂引入关于薄膜太阳能电池技术领域高水平SCI学术论文的方式，扩展《新能源技术及应用》的课程内容，作为课本知识的补充与扩展，使同学们能够了解薄膜太阳能电池技术的研究热点、焦点以及最新进展。SCI论文中，不同薄膜太阳能电池的精美电池结构图、工作原理示意图以及性能曲线测试图，能够增加同学们的好奇心，增强同学们学习的积极性与主动性。同时，纯英文SCI学术论文的引入，不仅能够开拓学生的视野，学习薄膜太阳能电池技术发展方向，而且也是提升学生英语水平的一种有效方式，更能为未来可能的双语教学提供实践探索。
3.丰富课堂授课的方式、方法。多媒体技术作为一种集文字、图画、声音、动画于一体的新型教学模式，在《新能源技术及应用》教学中有诸多优势。多媒体技术可以将授课内容形象化、具体化，能够极大地活跃课堂气氛、提高学习兴趣，降低认知难度。例如，可以将薄膜太阳能电池的内部构造，通过多媒体技术，客观、生动地展现在学生面前，不仅能够加深同学们对理论知识的理解，而且能够丰富实践教学，将实践教学中不能肉眼直观展示的内容，以三维立体化的形式呈现。另外，对于薄膜太阳能电池的工作原理以及性能提升策略，仅仅依靠课本上的语言文字，是比较晦涩、难以理解的。我们可以通过三维的动画形式，将薄膜太阳能电池的工作原理以简单明了的方式，让学生便于理解与掌握。
4.以就业前景以及职业取向为激励点，让同学们充分意识到《新能源技术及应用》的重要性。通过搜集资料，整理成PPT文档，系统向同学们介绍国际及国内不同薄膜太阳能电池的主要生产商与制造商，介绍他们近些年产量、规模以及工艺的发展，介绍他们对所需要人才的要求等等。通过这些背景知识的介绍，可以让同学们有目的地、有意识地知道，学习好《新能源技术及应用》这门课程，能够为未来的择业与就业打下必要的理论基础与实践经验。
三、待解决的问题
1.在进入到学科实验室中进行实践教学时，如何提高
学生实践学习的效率，如何让学生提高动手能力，如何让学生真正学习到书本上没有介绍到的内容，而不是走马观花式地应付上课时间，对老师实践教学的教学策略以及教学流程提出较高的要求。
2.在利用SCI论文介绍薄膜太阳能电池的最新研究进展和前沿时，如何将专业的英文学术论文转变为学生可以通俗易懂的知识是老师需要解决的一大问题。
3.相较于课程内容的板书、口授，多媒体技术教学还有课堂知识量大，停留时间较短导致授课速度快等问题，这不仅要求同学们能够课前预习、课上学习、课后复习，而且要求老师熟练掌握课程内容，熟练操作多媒体技术，并能将授课内容高度概括化、精炼化、简洁化，使复杂、难懂的专业知识变成简单、易理解的科普式内容。
四、总结
针对目前学生普遍反映《新能源技术及应用》课程，专业知识抽象、专业术语多以及专业前瞻性、方向性强的难点，我们通过调研，讲授薄膜太阳能电池技术在现代生活中的作用及角色，提高同学们学习的主动性与积极性。突破传统的单一口授教学模式，采用实践操作联系理论知识的实践教学，让学生进入到专业实验室，近距离了解薄膜太阳能电池技术，调动学生学习的主观能动性。通过引入薄膜太阳能电池领域最新的SCI学术论文，拓展授课内容，扩充认知领域。同时，在课堂授课中，引入多媒体技术教学，使课程内容形象化、立体化，进而有效地活跃课堂气氛，提高学习效率。面向择业、就业，让同学们意识到学习本课程内容的必要性，活跃学生学习的主动性。