淺析太陽能利用案例教學的教學設計

劉昌宇 王忠華 李棟

[摘 要] 太陽能的開發利用技術是一門新興交叉學科，承擔著為社會培養開發利用太陽能的專業人才的重任。人才的培養需要相關高校積極實施教學創新，按照OBE教育理念與社會需求的要求來進行教學設計，鼓勵教師進行教學創新，完善教學方法，充分利用課上、課后兩個課堂，讓學生全面、準確地認識太陽能開發技術的相關原理，并做好科普工作，讓這些學生以后都能順利成為太陽能開發利用行業的專業人才。

[關 鍵 詞] 太陽能開發利用技術；案例教學；教學設計

[中圖分類號] G642 [文獻標志碼] A [文章編號] 2096-0603（2019）01-0092-02

能源是全球經濟與社會生活中不可缺少的資源要素之一，電力、熱力、動力能源的生產與開發不僅僅是重要的經濟行為，更是一種社會行為，傳統的能源生產方式導致了大量的能源消耗，帶來了嚴重的環境問題與空氣污染，已經引起了包括我國在內的多個國家的高度重視，全球對新能源的開發與利用，尤其是太陽能的開發呼聲越來越高。太陽能的開發利用技術是一門新興交叉學科，承擔著為社會培養開發利用太陽能的專業人才，人才的培養需要相關高校積極實施教學創新，按照OBE教育理念與社會需求的要求來進行教學設計，培養出滿足太陽能行業發展需要的應用型技術人才。

一、太陽能利用案例教學實施教學設計的重要性

我國相關高校能源學院的太陽能利用技術專業承擔著為社會培養技術人才的重任，隨著太陽能產業的發展變化，對人才質量要求也不斷提升，加之國際國內太陽能開發利用技術產業也不斷成熟、完善，新產品的研發周期不斷縮短，我國這些高校應緊緊結合社會需求與行業發展，不斷優化教學設計。

（一）有助于夯實專業知識基礎

一提到太陽能開發與利用，大家印象最深的就是太陽能熱水器，以至于在外界的眼里，我國高校能源學院開設的太陽能利用技術專業，主要就是為太陽能熱水器服務的，其實這種看法是極其片面的，我國相關高校就應在教學設計領域來向社會普及“何為太陽能開發利用技術”。根據相關學院的教學設計，除了基本的太陽能制熱這個方向，還有太陽能能量轉換、光伏發電、熱能利用、太陽能制冷、太陽能溫度調節等專業方向，需要講授光學、物理學、數學、電力學、制圖學等課程知識，學生通過系統的專業知識的學習，熟悉太陽能開發利用技術的基本原理，從事一些基礎的太陽能利用裝置的原件設計，為最終成為太陽能技術開發利用、太陽能利用技術產品的設計研發與推廣、太陽能利用設備的調試、保養與維護的高級型專業技術人才。

（二）有助于達成OBE教育理念規定的培養目標

OBE教育理念是國際上通行的對工程專業人才培養目標的一個衡量標準。OBE教育理念其實際就是產出導向理論，就是通過學生的培養質量來衡量辦學情況與教學目標的實現情況，具體而言，高校培養目標應該圍繞著能給學生帶來什么樣的能力、如何提升學生的這些能力來制定，同時還得考慮學生畢業后五年的發展情況來不斷修訂培養目標。培養目標的調整就會落實在教學設計中，教學設計就是培養目標的直接體現。我國相關高校能源學院太陽能利用技術案例的教學設計，就可以有效滿足OBE教育理念規定的培養目標，應按照為學生灌輸太陽能利用技術知識提升他們開發利用太陽能資源的研制與動手能力為教學設計，同時兼顧學生畢業后五年的發展情況，不斷調整教學設計，使之與不斷發展變化的行業需求緊密結合。

（三）有助于提升學生的學習興趣

太陽能開發利用技術專業具有廣闊的市場空間，也具有明確的發展前景，這個專業對學生有著良好的吸引力，學習這個專業的學生，畢業后通常擁有良好的發展前景。但是這個專業是一個交叉型的專業，又跟當前的行業發展情況緊密結合，學生不僅僅要學習物理、高數、化學、電力等領域的知識，還要學習這一行業的前沿動向，學習起來存在一定的難度。在這種客觀環境中，我國高校相關學院太陽能開發利用技術專業的教學設計應進行優化、調整，實施多媒體教學、慕課教學、CAD輔助教學等多種形式的教學，組織理論教學與實踐環節和進入實訓基地訓練相結合，不斷提升學生的學習興趣。

二、太陽能利用案例教學實施教學設計的指導原則

我國高校能源院系的教育管理工作人員應結合社會行業的發展需求，參考OBE教育理念的相關要求，按照相關院系的實際情況，按照以下幾個指導原則，做好太陽能利用開發技術專業的教學設計。

（一）由淺入深原則

太陽能開發利用技術這門課程，涉及多個領域的知識，除了基礎的高數、物理、電工電子、制圖等領域的知識外，還需要具備流體力學、熱力學方面的知識，學生學習起來肯定十分吃力。教務管理工作人員在進行課程設計時，就應按照由淺入深的原則，先準備一些簡單的理論知識、圖形模型、安裝圖紙、動畫動態模型圖等比較淺顯的知識，引導學生順利入門，然后再加大難度，講解流體力學、傳熱學理論性較深的知識，順便使用CAD工程制圖軟件和多媒體軟件進行授課，設計出一些動態效果圖，展示出一些太陽能產品的內部機構圖、安裝圖紙等，幫助學生全面把握與理解這些比較深奧的知識點。

（二）師生互動原則

這門課程難度較大，單憑教師的講授與灌輸很難達到相應的教學效果，故此，這門課程的教學設計應遵循師生互動原則，鼓勵教師與學生進行教學互動，讓學生從單純被動的聽講演變為參與到課堂教學之中，通過師生的有效結合提升教學效果。具體而言，教師在講授完一些基礎理論知識之后，就可以布置一些討論專題，把學生分成小組，鼓勵這些學生根據小組的任務來查詢相應的資料，然后制作成PPT課件，在課堂上進行展示發言，互相交流，互相學習，教師再根據這些課件的制作情況，進行適當的完善，讓學生完全掌握、鞏固這些知識點，同時還能培養學生的自學能力、口頭表達能力與團隊協力能力，達到多重效果。

（三）案例講授原則

太陽能開發利用技術的課程內容十分豐富，有著豐富的知識體系，每一個知識點都是一個獨立的章節，這些章節就可以用專題講座、案例教學、專題討論等形式進行授課，讓學生快速掌握這些知識點，對太陽能開發利用技術有一些明確認知。例如，講授太陽能熱發電技術這個專題時，教師就可以利用三個案例進行講授——塔式太陽能熱發電案例、槽式太陽能熱發電案例及碟式太陽能熱發電案例，讓學生結合實際、形象的案例來學習這些抽象、深奧的理論知識。

（四）理論、實踐相結合原則

太陽能開發利用技術是一門理論聯系實際的課程，教師除了理論授課之外，還應進行一定的實踐指導，學生才可以培養相應的實踐技能。這門課程在進行教學設計時一定要遵循理論、實踐相結合的原則，相關院系應重視實踐教學，可以建立太陽能熱利用技術實驗室，讓學生可以開展相應的實驗操作；建立太陽輻射觀測站，讓學生在現場進行太陽輻射測量實驗，讓學生進行實驗測試的基本操作等，讓學生在實驗中鞏固所學知識，提升教學效果。

（五）課上、課后相結合原則

太陽能利用開發技術課程的知識點過于龐大，單憑一個學期的課堂上的理論講授與實踐指導，教師很難講完所有的知識點，也很難滿足學生的求知欲與探究精神，故此，這門課程的教學設計還應遵循課上、課后相結合的原則，鼓勵教師與學生充分利用課后時間進行自主學習。具體而言，教師可以利用微博、微信群、QQ群等途徑，實施線上授課、線上答疑、布置作業等學習活動，學生也可以利用互聯網資源進行在線學習，遇到不明白的知識點可以通過互聯網向教師請教，通過課后復習、自主學習、在線學習等方式，來開闊知識視野，為以后的發展打下基礎。

三、太陽能利用案例教學設計的具體實施策略

對教師和學生而言，太陽能開發利用技術課程最佳的授課方式就是案例教學，相關院系在進行案例教學設計時，就應鼓勵教師進行教學創新，完善教學方法，充分利用課上、課后兩個課堂，讓學生全面、準確地認識太陽能開發技術的相關原理，并做好科普工作，讓這些學生以后都能順利成為太陽能開發利用行業的專業人才。

（一）明確教學目的，拓寬教學內容

太陽能開發利用技術課程所選用的參考教材、授課內容應包括四大部分：太陽能資源及中國太陽能熱利用的發展和產業；流體力學及傳熱學基礎；各種類型太陽能集熱器介紹，包括真空管太陽能集熱器、平板式太陽能集熱器、聚光太陽能集熱器、空氣太陽能集熱器等；太陽能熱利用系統及設計，包括太陽能熱水系統、太陽能熱發電、太陽能采暖、太陽能制冷空調、太陽能干燥、太陽能工業用熱等。其中重點、難點內容為各種類型的太陽能集熱器結構及性能、太陽能熱水系統的設計及太陽能熱發電系統。這門課程的教學目的要求學生了解我國的太陽能資源及特點；了解中國太陽能熱利用產業發展現狀及未來發展趨勢；掌握真空管太陽能集熱器結構及性能；掌握平板集熱器的結構及性能；掌握太陽能熱水系統的組成及設計；掌握太陽能熱發電系統及原理。太陽能開發利用技術課程的教學目標就是使學生對太陽能利用技術有全面且清晰的認識，了解太陽能利用技術的現狀和發展趨勢，并能利用所學技術設計簡單的太陽能綜合利用系統和相關的太陽能利用產品，為學生從事太陽能熱利用方面的工作打下堅實的技術基礎。

（二）實施項目教學，豐富教學設計

太陽能開發技術課程教學任務的完成、教學設計中，還應有課程設計環節，不過，從以往的實踐情況來看，學生對課程設計有的重視力度不夠，作業完成的情況也不太理想。故此，這門課程的教學設計中應加大對課程設計的學分比重，把課程設計作為一個項目，從而實施項目教學。教師在布置課程設計任務時，不再局限于理論原理設計，而是著眼于布置實踐性的課程設計，教師可以根據地理條件和國家電網的分布情況，選擇合適的地點，讓學生嘗試自主設計掛光伏發電站，包括太陽能電站地點選擇、可行性分析、電站規模及組成、蓄電池容量、光伏電站年發電量及其經濟效益分析、光伏電站整體布局等環節，讓學生從事光伏發電站的設計、開發、利用、效益分析的模擬操作。完成這樣的課程設計，對學生而言肯定受益匪淺，也會大大提升他們的學習興趣與參與興趣。

（三）把培養學生的創新能力納入教學設計中

創新教育是當前高等教育的重中之重，當前我國每所高校都重視學生創新能力的培養，也都組織了大量的學科競賽、創新訓練、模型構建等活動，給學生提供了創業創新訓練機會，激發了他們的創新潛質，鼓勵他們從事簡易的創業活動。太陽能開發是一個新興行業，這一行業就需要技術人才的創新精神，故此，這門課程把培養學生的創新能力納入教學設計中，也可以把教師承擔的科研項目作為教學素材、作為授課內容，并把學生引入科研活動之中，鼓勵他們進行創新實驗。這門課程的內容涵蓋太陽輻射、電池制造、組件制造、控制器原理等知識點，這些知識點都為學生創新能力的培養提供了平臺。學生在教師的指導下開展太陽能電池及發電技術的研究，查閱資料，進行光伏發電方案的設計，有助于調動學生的學習積極性，激發他們的科技創新興趣，培養他們分析問題與解決問題的能力。

參考文獻：

[1]趙書安.太陽能光伏發電及應用技術[M].南京：東南大學出版社，2011.

[2]賈傳磊，尋之朋.《能量轉換與應用》課程建設的探索與思考[J].技術物理教學，2013（5）.

[3]蘇文佳，王謙，何志霞.面向新能源專業的“可再生能 源”課程教學探討[J].中國電力教育，2013（9）.

編輯 馬燕萍