基于翻轉(zhuǎn)課堂的光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)類課程的教學(xué)探索*

（上海第二工業(yè)大學(xué)工學(xué)部環(huán)境與材料工程學(xué)院 上海 201209）

引言

信息技術(shù)的持續(xù)發(fā)展以及與教育的深度融合，大大推動(dòng)了教育信息化的進(jìn)程，傳統(tǒng)課堂教學(xué)已無(wú)法滿足信息化社會(huì)人們對(duì)教育的需求，時(shí)代發(fā)展亟需教學(xué)上的“創(chuàng)新”，實(shí)踐類課程教學(xué)更是材料專業(yè)學(xué)生走向社會(huì)的重要橋梁，其重要性可見(jiàn)一斑。[1]“翻轉(zhuǎn)課堂”充分發(fā)揮了學(xué)生的主觀能動(dòng)性，作為一種技術(shù)促進(jìn)教學(xué)的典范，為處于“深水區(qū)”的課堂教學(xué)改革不斷深化提供了一種新的選擇。[2]

一、《太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)》簡(jiǎn)況

《太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)》二級(jí)項(xiàng)目是我校材料科學(xué)與工程專業(yè)（節(jié)能與能源方向）的一門(mén)主干課程的實(shí)踐環(huán)節(jié)。與該課程密切相關(guān)的先修課程主要有《新能源技術(shù)》、《光伏發(fā)電技術(shù)及應(yīng)用》，其主要目的是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用《光伏發(fā)電技術(shù)及應(yīng)用》課程中所學(xué)的理論知識(shí)，對(duì)具體的光伏系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)、制作的能力，使得理論教學(xué)與工程實(shí)踐緊密結(jié)合、相互支撐，訓(xùn)練學(xué)生的專業(yè)能力、溝通能力、團(tuán)隊(duì)精神與領(lǐng)導(dǎo)能力。學(xué)生在課程設(shè)計(jì)時(shí)，以3-4個(gè)學(xué)生為一組，要求利用已學(xué)的薄膜太陽(yáng)能電池相關(guān)的知識(shí)，設(shè)計(jì)以染料敏化太陽(yáng)能電池或鈣鈦礦太陽(yáng)能電池為主的電池的設(shè)計(jì)與制作方案，包括（1）太陽(yáng)能電池的設(shè)計(jì)與制作；（2）從某個(gè)技術(shù)點(diǎn)對(duì)太陽(yáng)能電池的性能進(jìn)行優(yōu)化；（3）太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)關(guān)鍵性能參數(shù)及電化學(xué)阻抗的測(cè)試與分析。要求學(xué)生在24個(gè)課時(shí)內(nèi)確定實(shí)驗(yàn)方案，撰寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)等內(nèi)容，與之配套的實(shí)踐實(shí)施課時(shí)為48。一方面學(xué)生通過(guò)以上內(nèi)容的設(shè)計(jì)，可以很好地鞏固掌握太陽(yáng)能電池的工作原理、理解各類優(yōu)化工藝對(duì)電池性能的影響，同時(shí)學(xué)生也可以通過(guò)電化學(xué)阻抗測(cè)試，理解電池工作時(shí)各個(gè)界面性能對(duì)電池性能的影響，從而由點(diǎn)及面，對(duì)太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)的工作有系統(tǒng)深入的掌握。另一方面，該課程是實(shí)踐課，每個(gè)老師面對(duì)30人以上的學(xué)生的課堂設(shè)計(jì)難免力不從心，且每個(gè)學(xué)生對(duì)各類電池的興趣點(diǎn)不同，避免灌輸式教育和“手把手”指導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)“因材施教”，提高學(xué)生的參與度與積極性。

二、翻轉(zhuǎn)課堂的內(nèi)涵

翻轉(zhuǎn)課堂是相對(duì)于傳統(tǒng)的課堂教學(xué)而言的，起源于美國(guó)。[3]相比于傳統(tǒng)教學(xué)，翻轉(zhuǎn)課堂將學(xué)習(xí)的決定權(quán)從教師轉(zhuǎn)移給學(xué)生，學(xué)生變被動(dòng)為主動(dòng)。在這種教學(xué)模式下，學(xué)生在課下通過(guò)視頻、 圖書(shū)館、自學(xué)筆記或網(wǎng)絡(luò)上一切可用資源，或以與他人討論的方式完成實(shí)驗(yàn)方案的制定，并針對(duì)有疑惑的部分帶入課堂，與老師分析討論以取得更好的學(xué)習(xí)效果。相比于傳統(tǒng)的統(tǒng)一規(guī)劃的實(shí)踐教學(xué)，在《太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)》二級(jí)項(xiàng)目翻轉(zhuǎn)課堂中，學(xué)生可以充分復(fù)習(xí)掌握先修課程的知識(shí)，并學(xué)以致用，且學(xué)習(xí)的時(shí)間、地點(diǎn)、節(jié)奏全在自己的掌握之中，針對(duì)有疑問(wèn)的部分，也可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)資源或與老師討論得以解決，通過(guò)學(xué)生反復(fù)仔細(xì)的思考，學(xué)生能更好的運(yùn)用知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題，增加師生之間的互動(dòng)，且所實(shí)施的實(shí)驗(yàn)方案是由學(xué)生自主設(shè)計(jì)的，在實(shí)施過(guò)程中，通過(guò)實(shí)踐實(shí)現(xiàn)更真實(shí)的學(xué)習(xí)，鍛煉學(xué)生解決問(wèn)題的能力。

三、《太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)》翻轉(zhuǎn)課堂改革內(nèi)容

1．錄制染料敏化太陽(yáng)能電池及鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的常規(guī)制作流程，并就其中的環(huán)節(jié)中常規(guī)的優(yōu)化方法進(jìn)行相應(yīng)的解釋說(shuō)明，為學(xué)生提供多種優(yōu)化方案的雛形，可為學(xué)生的實(shí)驗(yàn)方案的優(yōu)化節(jié)約大量的設(shè)計(jì)時(shí)間，并提高實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)質(zhì)量，從而激發(fā)學(xué)生對(duì)太陽(yáng)能電池制備的興趣，實(shí)現(xiàn)寓教于樂(lè)的效果。

2. 實(shí)驗(yàn)方案的討論與制定。小組成員在充分觀看教學(xué)視頻及調(diào)研之后，形成互動(dòng)小組，采用對(duì)話、商討、爭(zhēng)論等形式充分論證實(shí)驗(yàn)方案的科學(xué)性與可行性，并利用已學(xué)知識(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行預(yù)期與初設(shè)。為學(xué)生提供與同學(xué)之間進(jìn)行知識(shí)交流的機(jī)會(huì)，以達(dá)到集思廣益的目的。

確定實(shí)驗(yàn)方案初稿后，學(xué)生將設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)及優(yōu)化方案等內(nèi)容，在課堂上進(jìn)行匯報(bào)和交流學(xué)習(xí)體驗(yàn)，當(dāng)老師和同學(xué)觀看完匯報(bào)視頻后，可在課堂上進(jìn)行討論、評(píng)價(jià)和必要的修改。

3．實(shí)踐內(nèi)容實(shí)施。

（1）實(shí)驗(yàn)方案實(shí)施。學(xué)生根據(jù)預(yù)定實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行電池的制作，并就實(shí)驗(yàn)中遇到的難題在小組內(nèi)討論解決；組內(nèi)沒(méi)解決的問(wèn)題提交老師解決。（2）分析與優(yōu)化。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，如果實(shí)驗(yàn)未能實(shí)現(xiàn)預(yù)期要根據(jù)情況及時(shí)分析可能的原因，并對(duì)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整；（3）探究。教師把一些基礎(chǔ)規(guī)律之外的特殊情況，結(jié)合實(shí)際案例提出，以真實(shí)復(fù)雜問(wèn)題提出，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行探討學(xué)習(xí)。（4）個(gè)別輔導(dǎo)。教師對(duì)實(shí)驗(yàn)方案設(shè)定中有困難的學(xué)生、實(shí)驗(yàn)進(jìn)行中難于下手的環(huán)節(jié)等進(jìn)行特別的輔導(dǎo)。

四、課程評(píng)價(jià)

將翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)后學(xué)生參與設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案所達(dá)到的實(shí)施效果與往屆學(xué)生執(zhí)行統(tǒng)一實(shí)驗(yàn)方案的情形進(jìn)行比較分析，評(píng)價(jià)學(xué)生的知識(shí)和技能的掌握程度；通過(guò)調(diào)查問(wèn)卷方式，調(diào)查翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)中的教師和學(xué)生對(duì)翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)過(guò)程的評(píng)價(jià)。

結(jié)語(yǔ)

《太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)》二級(jí)項(xiàng)目是我校材料科學(xué)與工程專業(yè)的一門(mén)必修的實(shí)踐課。對(duì)其實(shí)施翻轉(zhuǎn)課堂的研究，對(duì)高校課程評(píng)估、專業(yè)認(rèn)證及實(shí)現(xiàn)本專業(yè)“能勝任新能源等戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)中新型材料與器件的生產(chǎn)、管理、研發(fā)、設(shè)計(jì)、營(yíng)銷等方面的一線復(fù)合型應(yīng)用技術(shù)人才”的培養(yǎng)具有積極促進(jìn)作用。而且，該研究對(duì)于實(shí)踐性課程改革具有探索意義和借鑒價(jià)值，能夠真正促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)式學(xué)習(xí)，對(duì)實(shí)現(xiàn)高效課堂有重要的意義。