太阳能电池原理与组件工艺研讨式教学探索

王林青 王军军

针对太阳能电池原理与组件工艺课程的特点，分析了在太阳能电池原理与组件工艺课程中采取研讨式教学的可行性，初步探索了其实践思路和步骤，取得了良好的教学效果。

随着人类社会的全面进步、工业经济的高速发展，人类对能源的需求量越来越大。与此同时，常规能源（如煤炭、石油等）的存储量却日趋减少，且使用常规能源带给人类文明与进步的同时，却因能源需求消耗的大幅提高以及随之带来的环境污染，给人类生存环境造成灾难。能源危机与环境污染问题已经成为当今人类发展所面临的重大问题。研究和开发新能源技术已经成为许多国家发展的重大战略。随着新能源相关产业的迅猛发展，对新能源科学与工程专业人才的需求也大幅上升。因此，设立相关专业培养新能源科学与工程专业人才是新能源产业发展的重中之重。鉴于此，2011年教育部正式批准了新能源科学与工程专业的设置，我校新能源科学与工程专业获准于2015年首次招生，旨在培养具有良好综合素质的光伏新能源和LED照明工程领域人才。为使学生对太阳能电池及光伏组件从理论到工艺，从设计到应用有全面的了解，我校新能源科学工程专业开设了太阳能电池原理与组件工艺课程。作为新能源科学与工程专业的专业核心课程，太阳能电池原理与组件工艺课程在光伏发电技术中应用广泛、涉及面广，对培养学生的创新能力和科研意识有至关重要的作用。研讨式教学是培养学生创新能力和科研意识的有效途径，该方法是指在教师的启发引导下，围绕教学中的重点难点内容、疑难问题、有争议的学术问题或学科前沿问题，通过学生查阅资料、独立思考，展开课堂讨论和交流，在不同观点相互交流补充、碰撞交锋中实现教学目标的一种教学方法。研讨式教学法改变了以往主要以教师“满堂灌”的方法，在教师的指导下将学生作为主体，有效的带动了学生学习的主动性、积极性，由学生被动学习变为主动学习。研讨式教学法在历史、政治、经济等学科实践中已经取得了一些成果，并积累了一些经验，这些成果和经验对于工科专业课程也具有一定的见解意义。鉴于此，针对研讨式教学在太阳能电池原理与组件工艺课程中的探索与实践，说明如何实现教师引导，学生占据课堂教学主体的初步经验和体会。

1 在太阳能电池原理与组件工艺课程中开展研讨式教学的可行性分析

一门课程是否能够采用研讨式教学主要取决于课程的知识特点以及学生的基础知识。我校太阳能电池原理与组件工艺课程是在学习完成高等数学、普通物理学（力、热、电、光等）、半导体物理与器件等专业基础知识后安排在全日制本科生大三上学期的一门专业核心课程，通过本课程的学习，要求学生掌握太阳能电池的基本原理和最新发展动向，理解光伏电池和组件的制造工艺、基本特性和测试方法，具备利用相关知识设计基本光伏组件、分析解决相关问题的能力，为光伏组件的设计、运行与维护等打下良好的基础。该课程的知识基础在已经完成高等数学、普通物理学（力、热、电、光等）、半导体物理与器件等课程的学习之后学生很容易通过自己学习掌握，且该课程所涉及的内容—太阳能电池基本原理和最新发展动向、光伏电池和组件的制造工艺、基本特性和测试方法等与本学科的热点、学科前沿问题紧密相关，学生可以通过信息检索收集到相关知识并理解和掌握。该课程从知识点的难度和广度上都非常适合研讨式教学。

2 在太阳能电池原理与组件工艺课程中实施研讨式教学的步骤

太阳能电池原理与组件工艺课程内容主要包括太阳能电池概述、太阳能电池的工作原理及其特性、晶体硅太阳能电池、其他太阳能电池、光伏组件等，该课程中除太阳能电池的工作原理及其特性为基本知识需由教师精讲外，其他部分都可由学生利用图书馆、互联网等资源进行自主学习和研讨。鉴于此，本课程安排为教师按照传统课堂精讲太阳能电池概述及太阳能电池的工作原理及其特性部分，学生按照在教师的指导下通过自主学习和研讨的形式学习剩余部分。研讨式教学的课程学习部分主要由教师给出主题、提纲及思考题等，然后由主讲小组学生做成PPT讲解相关内容，讲解完成后其余学生对主讲小組提问，最后教师针对此次课程的内容进行总结和分析并对难点和重点进行讲解。下面以其他太阳能电池中太阳能电池高转换效率技术为例来说明研讨式教学在该课程中是如何实施的。

2.1 主题、提纲及思考题

在这门课程开始时，教师按照所需掌握的知识点和内容，将课程分为不同的主题并列举出相应的提纲以及与该主题相关的思考题等。以“太阳能电池高转换效率技术”为主题的这一部分需包含制约光电池转换效率的因素、下一代太阳电池技术及其设计思想（叠层太阳电池、中间能带太阳电池、热光伏太阳电池等）等内容。思考1、如何获得高效太阳电池？2、设计一款高转换效率太阳能电池，并说明其设计思想？

2.2 学生主讲及提问

将学生按照2-3人分为一组，一个小组选择一个主题作为主讲，在主讲1～2周之前，给学生布置相关的参考文献，要求学生自己检索和阅读，并提取相关的知识点，总结成PPT给其他学生讲解，整个过程由学生自己完成，在这个过程中，教师将对主讲小组进行课外辅导，包括知识点答疑、文献检索、PPT制作等。其他同学在该小组讲完之后必须向该小组提问，所提问题如果学生回答不了教师可帮助回答。每组同学都必须在课下完成思考题部分并于课堂上讨论。为增加学生的积极性，这个过程占学生期末考评成绩的20%。针对“太阳能电池高转换效率技术”这一主题，主讲学生采用PPT讲解：1、制约光电池转换效率的因素，如光损失、电损失、结区损失等，并说明这些因素是如何影响光电池转换效率的。2、下一代太阳电池技术及其设计思想，如叠层太阳电池使用不同禁带宽度的材料来吸收不同波长的光子（要求学生讲清楚电池的结构、技术发展、设计思想等等）。问答：其余学生必须就该内容向主讲小组提问。思考题讨论环节：学生就如何获得高效太阳电池以及高转换效率太阳能电池的设计进行讨论。

2.3 教师点评

在完成学生讲解及互动环节之后，首先，教师将对此次课程的内容进行总结，并对相关的重难点进行讲解。其次，对学生在互动环节提出的观点和疑问，指出需要注意的地方，以加深学生对问题的理解。最后，将学生所提到的新观点和新材料留存，以备后续使用。

3 研讨式教学在太阳能电池原理与组件工艺课程中的应用效果

在太阳能电池原理与组件工艺课程中实践研讨式教学模式，确实培养了学生查阅、收集资料并从中提取有用的知识的能力，培养了学生独立思考、分析和解决问题的能力，培养了学生的表达能力和科研意识等，这在后续的课程设计课程中见到了效果。但是，该教学模式对优秀的学生更有利，优秀的学生在这个过程中参与更多、表现更好，而学习不太主动的学生容易变得更被动。另外，该教学模式不适合大班教学。

（作者单位：重庆理工大学）