太陽能電池原理與組件工藝研討式教學探索

王林青 王軍軍

針對太陽能電池原理與組件工藝課程的特點，分析了在太陽能電池原理與組件工藝課程中采取研討式教學的可行性，初步探索了其實踐思路和步驟，取得了良好的教學效果。

隨著人類社會的全面進步、工業經濟的高速發展，人類對能源的需求量越來越大。與此同時，常規能源（如煤炭、石油等）的存儲量卻日趨減少，且使用常規能源帶給人類文明與進步的同時，卻因能源需求消耗的大幅提高以及隨之帶來的環境污染，給人類生存環境造成災難。能源危機與環境污染問題已經成為當今人類發展所面臨的重大問題。研究和開發新能源技術已經成為許多國家發展的重大戰略。隨著新能源相關產業的迅猛發展，對新能源科學與工程專業人才的需求也大幅上升。因此，設立相關專業培養新能源科學與工程專業人才是新能源產業發展的重中之重。鑒于此，2011年教育部正式批準了新能源科學與工程專業的設置，我校新能源科學與工程專業獲準于2015年首次招生，旨在培養具有良好綜合素質的光伏新能源和LED照明工程領域人才。為使學生對太陽能電池及光伏組件從理論到工藝，從設計到應用有全面的了解，我校新能源科學工程專業開設了太陽能電池原理與組件工藝課程。作為新能源科學與工程專業的專業核心課程，太陽能電池原理與組件工藝課程在光伏發電技術中應用廣泛、涉及面廣，對培養學生的創新能力和科研意識有至關重要的作用。研討式教學是培養學生創新能力和科研意識的有效途徑，該方法是指在教師的啟發引導下，圍繞教學中的重點難點內容、疑難問題、有爭議的學術問題或學科前沿問題，通過學生查閱資料、獨立思考，展開課堂討論和交流，在不同觀點相互交流補充、碰撞交鋒中實現教學目標的一種教學方法。研討式教學法改變了以往主要以教師“滿堂灌”的方法，在教師的指導下將學生作為主體，有效的帶動了學生學習的主動性、積極性，由學生被動學習變為主動學習。研討式教學法在歷史、政治、經濟等學科實踐中已經取得了一些成果，并積累了一些經驗，這些成果和經驗對于工科專業課程也具有一定的見解意義。鑒于此，針對研討式教學在太陽能電池原理與組件工藝課程中的探索與實踐，說明如何實現教師引導，學生占據課堂教學主體的初步經驗和體會。

1 在太陽能電池原理與組件工藝課程中開展研討式教學的可行性分析

一門課程是否能夠采用研討式教學主要取決于課程的知識特點以及學生的基礎知識。我校太陽能電池原理與組件工藝課程是在學習完成高等數學、普通物理學（力、熱、電、光等）、半導體物理與器件等專業基礎知識后安排在全日制本科生大三上學期的一門專業核心課程，通過本課程的學習，要求學生掌握太陽能電池的基本原理和最新發展動向，理解光伏電池和組件的制造工藝、基本特性和測試方法，具備利用相關知識設計基本光伏組件、分析解決相關問題的能力，為光伏組件的設計、運行與維護等打下良好的基礎。該課程的知識基礎在已經完成高等數學、普通物理學（力、熱、電、光等）、半導體物理與器件等課程的學習之后學生很容易通過自己學習掌握，且該課程所涉及的內容—太陽能電池基本原理和最新發展動向、光伏電池和組件的制造工藝、基本特性和測試方法等與本學科的熱點、學科前沿問題緊密相關，學生可以通過信息檢索收集到相關知識并理解和掌握。該課程從知識點的難度和廣度上都非常適合研討式教學。

2 在太陽能電池原理與組件工藝課程中實施研討式教學的步驟

太陽能電池原理與組件工藝課程內容主要包括太陽能電池概述、太陽能電池的工作原理及其特性、晶體硅太陽能電池、其他太陽能電池、光伏組件等，該課程中除太陽能電池的工作原理及其特性為基本知識需由教師精講外，其他部分都可由學生利用圖書館、互聯網等資源進行自主學習和研討。鑒于此，本課程安排為教師按照傳統課堂精講太陽能電池概述及太陽能電池的工作原理及其特性部分，學生按照在教師的指導下通過自主學習和研討的形式學習剩余部分。研討式教學的課程學習部分主要由教師給出主題、提綱及思考題等，然后由主講小組學生做成PPT講解相關內容，講解完成后其余學生對主講小組提問，最后教師針對此次課程的內容進行總結和分析并對難點和重點進行講解。下面以其他太陽能電池中太陽能電池高轉換效率技術為例來說明研討式教學在該課程中是如何實施的。

2.1 主題、提綱及思考題

在這門課程開始時，教師按照所需掌握的知識點和內容，將課程分為不同的主題并列舉出相應的提綱以及與該主題相關的思考題等。以“太陽能電池高轉換效率技術”為主題的這一部分需包含制約光電池轉換效率的因素、下一代太陽電池技術及其設計思想（疊層太陽電池、中間能帶太陽電池、熱光伏太陽電池等）等內容。思考1、如何獲得高效太陽電池？2、設計一款高轉換效率太陽能電池，并說明其設計思想？

2.2 學生主講及提問

將學生按照2-3人分為一組，一個小組選擇一個主題作為主講，在主講1～2周之前，給學生布置相關的參考文獻，要求學生自己檢索和閱讀，并提取相關的知識點，總結成PPT給其他學生講解，整個過程由學生自己完成，在這個過程中，教師將對主講小組進行課外輔導，包括知識點答疑、文獻檢索、PPT制作等。其他同學在該小組講完之后必須向該小組提問，所提問題如果學生回答不了教師可幫助回答。每組同學都必須在課下完成思考題部分并于課堂上討論。為增加學生的積極性，這個過程占學生期末考評成績的20%。針對“太陽能電池高轉換效率技術”這一主題，主講學生采用PPT講解：1、制約光電池轉換效率的因素，如光損失、電損失、結區損失等，并說明這些因素是如何影響光電池轉換效率的。2、下一代太陽電池技術及其設計思想，如疊層太陽電池使用不同禁帶寬度的材料來吸收不同波長的光子（要求學生講清楚電池的結構、技術發展、設計思想等等）。問答：其余學生必須就該內容向主講小組提問。思考題討論環節：學生就如何獲得高效太陽電池以及高轉換效率太陽能電池的設計進行討論。

2.3 教師點評

在完成學生講解及互動環節之后，首先，教師將對此次課程的內容進行總結，并對相關的重難點進行講解。其次，對學生在互動環節提出的觀點和疑問，指出需要注意的地方，以加深學生對問題的理解。最后，將學生所提到的新觀點和新材料留存，以備后續使用。

3 研討式教學在太陽能電池原理與組件工藝課程中的應用效果

在太陽能電池原理與組件工藝課程中實踐研討式教學模式，確實培養了學生查閱、收集資料并從中提取有用的知識的能力，培養了學生獨立思考、分析和解決問題的能力，培養了學生的表達能力和科研意識等，這在后續的課程設計課程中見到了效果。但是，該教學模式對優秀的學生更有利，優秀的學生在這個過程中參與更多、表現更好，而學習不太主動的學生容易變得更被動。另外，該教學模式不適合大班教學。

（作者單位：重慶理工大學）