基于翻轉課堂的光伏發電系統設計類課程的教學探索*

（上海第二工業大學工學部環境與材料工程學院 上海 201209）

引言

信息技術的持續發展以及與教育的深度融合，大大推動了教育信息化的進程，傳統課堂教學已無法滿足信息化社會人們對教育的需求，時代發展亟需教學上的“創新”，實踐類課程教學更是材料專業學生走向社會的重要橋梁，其重要性可見一斑。[1]“翻轉課堂”充分發揮了學生的主觀能動性，作為一種技術促進教學的典范，為處于“深水區”的課堂教學改革不斷深化提供了一種新的選擇。[2]

一、《太陽能發電系統》簡況

《太陽能發電系統》二級項目是我校材料科學與工程專業（節能與能源方向）的一門主干課程的實踐環節。與該課程密切相關的先修課程主要有《新能源技術》、《光伏發電技術及應用》，其主要目的是培養學生綜合運用《光伏發電技術及應用》課程中所學的理論知識，對具體的光伏系統進行設計、制作的能力，使得理論教學與工程實踐緊密結合、相互支撐，訓練學生的專業能力、溝通能力、團隊精神與領導能力。學生在課程設計時，以3-4個學生為一組，要求利用已學的薄膜太陽能電池相關的知識，設計以染料敏化太陽能電池或鈣鈦礦太陽能電池為主的電池的設計與制作方案，包括（1）太陽能電池的設計與制作；（2）從某個技術點對太陽能電池的性能進行優化；（3）太陽能發電系統關鍵性能參數及電化學阻抗的測試與分析。要求學生在24個課時內確定實驗方案，撰寫設計說明書等內容，與之配套的實踐實施課時為48。一方面學生通過以上內容的設計，可以很好地鞏固掌握太陽能電池的工作原理、理解各類優化工藝對電池性能的影響，同時學生也可以通過電化學阻抗測試，理解電池工作時各個界面性能對電池性能的影響，從而由點及面，對太陽能光伏系統的工作有系統深入的掌握。另一方面，該課程是實踐課，每個老師面對30人以上的學生的課堂設計難免力不從心，且每個學生對各類電池的興趣點不同，避免灌輸式教育和“手把手”指導，實現“因材施教”，提高學生的參與度與積極性。

二、翻轉課堂的內涵

翻轉課堂是相對于傳統的課堂教學而言的，起源于美國。[3]相比于傳統教學，翻轉課堂將學習的決定權從教師轉移給學生，學生變被動為主動。在這種教學模式下，學生在課下通過視頻、 圖書館、自學筆記或網絡上一切可用資源，或以與他人討論的方式完成實驗方案的制定，并針對有疑惑的部分帶入課堂，與老師分析討論以取得更好的學習效果。相比于傳統的統一規劃的實踐教學，在《太陽能發電系統》二級項目翻轉課堂中，學生可以充分復習掌握先修課程的知識，并學以致用，且學習的時間、地點、節奏全在自己的掌握之中，針對有疑問的部分，也可以通過網絡資源或與老師討論得以解決，通過學生反復仔細的思考，學生能更好的運用知識解決實際問題，增加師生之間的互動，且所實施的實驗方案是由學生自主設計的，在實施過程中，通過實踐實現更真實的學習，鍛煉學生解決問題的能力。

三、《太陽能發電系統》翻轉課堂改革內容

1．錄制染料敏化太陽能電池及鈣鈦礦太陽能電池的常規制作流程，并就其中的環節中常規的優化方法進行相應的解釋說明，為學生提供多種優化方案的雛形，可為學生的實驗方案的優化節約大量的設計時間，并提高實驗方案的設計質量，從而激發學生對太陽能電池制備的興趣，實現寓教于樂的效果。

2. 實驗方案的討論與制定。小組成員在充分觀看教學視頻及調研之后，形成互動小組，采用對話、商討、爭論等形式充分論證實驗方案的科學性與可行性，并利用已學知識對實驗結果進行預期與初設。為學生提供與同學之間進行知識交流的機會，以達到集思廣益的目的。

確定實驗方案初稿后，學生將設計的實驗內容、實驗及優化方案等內容，在課堂上進行匯報和交流學習體驗，當老師和同學觀看完匯報視頻后，可在課堂上進行討論、評價和必要的修改。

3．實踐內容實施。

（1）實驗方案實施。學生根據預定實驗方案進行電池的制作，并就實驗中遇到的難題在小組內討論解決；組內沒解決的問題提交老師解決。（2）分析與優化。根據實驗結果進行分析，如果實驗未能實現預期要根據情況及時分析可能的原因，并對實驗方案進行相應的調整；（3）探究。教師把一些基礎規律之外的特殊情況，結合實際案例提出，以真實復雜問題提出，引導學生對實驗方案進行探討學習。（4）個別輔導。教師對實驗方案設定中有困難的學生、實驗進行中難于下手的環節等進行特別的輔導。

四、課程評價

將翻轉課堂教學后學生參與設計的實驗方案所達到的實施效果與往屆學生執行統一實驗方案的情形進行比較分析，評價學生的知識和技能的掌握程度；通過調查問卷方式，調查翻轉課堂教學中的教師和學生對翻轉課堂教學過程的評價。

結語

《太陽能發電系統》二級項目是我校材料科學與工程專業的一門必修的實踐課。對其實施翻轉課堂的研究，對高校課程評估、專業認證及實現本專業“能勝任新能源等戰略新興產業中新型材料與器件的生產、管理、研發、設計、營銷等方面的一線復合型應用技術人才”的培養具有積極促進作用。而且，該研究對于實踐性課程改革具有探索意義和借鑒價值，能夠真正促進學生主動式學習，對實現高效課堂有重要的意義。