特殊時期下“太陽能電池材料與器件”課程在線教學與改革

宋健 朱磊 顧修全 趙宇龍

摘 要 為了應對延遲開學的特殊情況，大部分高校都開展了“線下”轉“線上”的教學活動。然而，線上教學與線下授課有本質區別，這一轉變對授課教師以及上課學生均提出了較高要求。“太陽能電池材料與器件”是一門新能源材料與器件專業必修課程，本學期是首次開展線上教學。針對線上教學難點以及課程改革要求，作者改變了原有教學設計并著重強化了師生互動，取得了令人滿意的教學效果。本論文是對這次線上教學活動的總結與分析，也可為后續開展“線上-線下”混合式教學打下一定的理論與實踐基礎。由于線上教學是首次在我國大規模開展，而不同課程間又有許多共性問題，因此該論文也可為其他課程線上教學提供些許參考。

關鍵詞 線上教學 教學設計 師生互動 太陽能電池材料與器件

中圖分類號：G424 ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ?DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2020.09.064

Abstract In order to cope with the special situation of delayed start of school， most colleges and universities have carried out "offline" to "online" teaching activities. However， there are essential differences between online teaching and offline teaching， which puts forward higher requirements for teachers and students. Solar cell materials and devices is a required course for the major of new energy materials and devices. In view of the difficulties of online teaching and the requirements of curriculum reform， the author changed the original teaching design and focused on strengthening the interaction between teachers and students， and achieved satisfactory teaching results. This paper is the summary and analysis of this online teaching activity， and also can lay a certain theoretical and practical foundation for the follow-up "online offline" hybrid teaching. Because online teaching is the first large-scale development in China， and there are many common problems among different courses， this paper can also provide some reference for online teaching of other courses.

Keywords online teaching; teaching design; teacher-student interaction; solar cell materials and devices

2020年初，全國高校延遲開學，在教育部提出的“停課不停教，停課不停學”號召下，全國高校都積極開展線上教學活動及研究。[1-2] 據不完全統計，全國開展在線教學的普通高校達1400余所，近百萬教師開展了線上教學，而在線學習的學生達10余億人次，其規模前所未有。[3]中國礦業大學在教務部的統一部署下，也于第一時間開始備戰線上教學以保證本學期教學活動按計劃正常開展。除了學習使用線上教學必需的軟硬件，任課教師思考的更多的是如何保障線上教學效果，甚至是利用線上教學的優點，實現比線下課堂教學更好的教學效果。

1 “太陽能電池材料與器件”線上教學難點

“太陽能電池材料與器件”主要講述太陽能電池器件物理、商業化硅太陽能電池、化合物薄膜太陽能電池以及幾種新型太陽能電池器件。課程內容既有固體物理等基本理論知識，又包含材料制備加工、器件集成等工藝學，還涉及光伏領域研究前沿。在2018年中國礦業大學教改項目支持下，“太陽能電池材料與器件”課程開始了厚基礎、強實踐式教學改革。課程改革主要圍繞兩個方向展開：（1）加強基礎支撐，重點講解固體物理以及半導體器件物理中與太陽能電池密切相關的知識。為此，課程增加了“太陽能電池基礎”一章，共計6學時。包含半導體能帶及電學性質、半導體光吸收、PN結、光伏效應、載流子輸運機理和太陽能電池性能。（2）通過參觀科研實驗室和太陽能電池生產企業增強課程實踐性。利用課余時間帶領學生參觀了我院鈣鈦礦太陽能電池實驗室以及江蘇華恒新能源的單晶PERC電池產線，讓學生重點了解太陽能電池研發與生產過程中涉及的工藝、設備及原理，將現場與課本所學知識有機結合。另外，邀請經驗豐富的企業專家現場授課2學時，從企業生產的角度向同學們講解光伏行業的管理、技術與生產。

按照教學改革進程，本學年應繼續優化上述構想，但延遲開學的特殊情況打斷了原定計劃。在線教學條件下，如何高質量完成課程教學并繼續深化教學改革，筆者認為有以下幾點需要重點關注：（1）如何吸引學生注意力。線上教學過程缺乏有效的實時監督手段，而理論知識聽起來枯燥且理解困難，學生注意力將難以集中。（2）如何開展課程研討。研討課是“太陽能電池材料與器件”課程的常規項目，不僅能夠讓學生有效參與課堂，還能鍛煉學生搜集前沿研究成果以及學術表達的能力。連續幾年的堅持與改進，收到了不錯的效果。但是，在線教學情況下，如何組織研討是研討課成敗的關鍵。（3）如何保證師生互動。學生在線下課堂參與感并不強，如何利用線上教學激發學生的提問熱情？另外，學生手頭沒有教材，對于細節問題，如何與我有效溝通？（4）如何體現課程實踐性改革。在此期間，去實驗室或者生產企業顯然不現實，如何讓同學們在課程進行期間有機會接觸到科學前沿或企業生產？

2 線上教學授課方式及策略

“太陽能電池材料與器件”線上教學采用雨課堂+騰訊課堂+騰訊會議+QQ群相結合的方式開展。雨課堂主要用來布置課前預習，將課件資料提前2天發布至雨課堂，學生可在不明白的課件上做標記，為課堂講解重點選擇提供依據。騰訊課堂因其強大的網絡支撐能力，是我們線上課堂教學的主選工具，本次教學全程采用視頻直播教學。騰訊會議主要用于課程研討，而QQ群是平時信息發布以及課后交流探討的主場地。四個線上教學軟件配合使用，可以實現課前預習、課程講解、課程研討、答疑解惑的基本功能。

研究表明，在線教學條件下，教學設計和師生互動是影響學生學習效果的兩個重要方面。[4] 針對上述問題，本次在線教學主要策略如下：（1）改變原有教學設計，強化知識點之間的邏輯關系與連接性。在線教學過程中，教師無法看到學生聽課時的表情。而在線下課堂教學，教師正是基于學生反饋表情來判斷學生對某一知識點的理解情況，進而選擇是否再次強調本知識點。若學生遇到不懂的地方，但老師未再次強調而開始下一個問題的講解，學生的思維可能就無法跟上教師節奏，最后失去了聽課的興趣。所以，在每個知識點間均加了一些銜接的課件，始終抓住學生的注意力，延續學生的思維，保持課堂的緊湊感。（2）以答題和提問的方式加強師生互動。在每次課開講前或者課程主要內容講完后，留出5-10分鐘時間來討論。學生將問題寫在答題區，我依次回答。另外，針對每個關鍵知識點設計若干選擇題，讓學生作答。（3）從考核環節入手，加強學生課堂交流積極性。在平時成績考核中，設置了一個提問得分考核點，即每位同學必須在課堂上提問超過5個問題才可以拿到相應的平時成績。同學們提問的問題由課程助教負責記錄，提問可以在老師上課過程中提出，也可以在課堂研討環節提出，課后提問不計。（4）使用騰訊會議開展課程研討。課程研討分成7個小組，每組9-10人，小組組員分工明確，分別負責搜集資料、整理制作演示稿、講解，各自發揮自己的長處。研討時，每組15分鐘講解時長，5分鐘提問時間。各小組研討成績根據研討內容、演講情況、回答同學們提問情況等三個方面綜合評定。（5）依靠網絡資源加強課程實踐性。雖然線下參觀實驗室或者企業不現實，但是在此期間，無論是企業界還是科研界，都興起了直播交流。很多著名科研工作者、企業科研人員都會在線授課，這些網絡資源是對這門課程實踐性的一個很好的補充。

3 線上授課與線下授課對比

本次線上教學已經結束，課程考核也已經完成。課程成績分為平時成績和卷面成績，分別占比40%和60%，平時成績包括作業/小論文成績、研討成績、課堂表現。線上教學下，學生可以上交電子版作業/小論文，因此這部分成績受教學方式的影響較小，線上模式反而可以促使學生學習畫圖軟件。另外，在騰訊會議平臺上開展研討課，學生明顯不再緊張，研討效果比線下更好。值得一提的是，學生在線上課堂的表現要明顯好于線下課堂，從表1可見，此次學生提問問題數量要遠大于線下課堂。總之，在平時表現方面，線上教學相較于線下教學表現得更為突出。

卷面成績是檢查學生課程學習優劣的最直接體現，本次考試并沒有因延遲開學而降低考試難度。從表1統計數據看，采用線上或線下教學對于學生考試成績影響并不大，各分數段占比并沒有大幅變動，特別是低分段比例并沒有升高，反而有所降低。因此，線上教學下，學生對關鍵知識點的掌握程度并不會變差。相反，他們可以通過回看上課視頻，反復研究某個難以理解的知識點，進而更好地掌握。從學生在考前復習過程中的問題可以看出，大家都在使用課程視頻回放功能復習。

4 總結

雖然此次國內大范圍開展線上教學是形勢所迫，但是線上教學無疑是未來教學的主流形式，讓學生可以隨時隨地學習。從“太陽能電池材料與器件”教學結果看，線上教學并沒有拉低學習效果，反而在課堂互動、課程研討方面表現出優于傳統線下課堂教學的勢頭。因此，根據線上教學特點調整教學設計，努力拉近與學生距離，講解重點突出，知識點邏輯關系加強，是可以提升教學質量的。當然，如果可以改善線上教學條件，如建設智慧教室、設計優美的教學素材、引入更多科技手段，一定可以將“太陽能電池材料與器件”線上教學推向更高水平。

參考文獻

[1] 章文偉，呂煒，黃偉.充分利用優質網絡資源和教學立方平臺，助力配位化學線上教學[J].大學化學，2020（35）：1-9.

[2] 王丁，王平，王現英.《現代材料分析方法》在線課程建設及網絡教學改革初探[J].中國多媒體與網絡教學學報（上旬刊），2020（06）：147-148.

[3] 黃榮懷，汪燕，王歡歡，逯行，高博俊.未來教育之教學新形態：彈性教學與主動學習[J].現代遠程教育研究，2020.32（3）：3-14.

[4] 李爽，鐘瑤.在線教師教學投入對學生學習績效的影響——基于教師和學生的視角[J].開放教育研究，2020.26（3）：99-110.