基于翻转课堂的光伏发电系统设计类课程的教学探索*

（上海第二工业大学工学部环境与材料工程学院 上海 201209）

引言

信息技术的持续发展以及与教育的深度融合，大大推动了教育信息化的进程，传统课堂教学已无法满足信息化社会人们对教育的需求，时代发展亟需教学上的“创新”，实践类课程教学更是材料专业学生走向社会的重要桥梁，其重要性可见一斑。[1]“翻转课堂”充分发挥了学生的主观能动性，作为一种技术促进教学的典范，为处于“深水区”的课堂教学改革不断深化提供了一种新的选择。[2]

一、《太阳能发电系统》简况

《太阳能发电系统》二级项目是我校材料科学与工程专业（节能与能源方向）的一门主干课程的实践环节。与该课程密切相关的先修课程主要有《新能源技术》、《光伏发电技术及应用》，其主要目的是培养学生综合运用《光伏发电技术及应用》课程中所学的理论知识，对具体的光伏系统进行设计、制作的能力，使得理论教学与工程实践紧密结合、相互支撑，训练学生的专业能力、沟通能力、团队精神与领导能力。学生在课程设计时，以3-4个学生为一组，要求利用已学的薄膜太阳能电池相关的知识，设计以染料敏化太阳能电池或钙钛矿太阳能电池为主的电池的设计与制作方案，包括（1）太阳能电池的设计与制作；（2）从某个技术点对太阳能电池的性能进行优化；（3）太阳能发电系统关键性能参数及电化学阻抗的测试与分析。要求学生在24个课时内确定实验方案，撰写设计说明书等内容，与之配套的实践实施课时为48。一方面学生通过以上内容的设计，可以很好地巩固掌握太阳能电池的工作原理、理解各类优化工艺对电池性能的影响，同时学生也可以通过电化学阻抗测试，理解电池工作时各个界面性能对电池性能的影响，从而由点及面，对太阳能光伏系统的工作有系统深入的掌握。另一方面，该课程是实践课，每个老师面对30人以上的学生的课堂设计难免力不从心，且每个学生对各类电池的兴趣点不同，避免灌输式教育和“手把手”指导，实现“因材施教”，提高学生的参与度与积极性。

二、翻转课堂的内涵

翻转课堂是相对于传统的课堂教学而言的，起源于美国。[3]相比于传统教学，翻转课堂将学习的决定权从教师转移给学生，学生变被动为主动。在这种教学模式下，学生在课下通过视频、 图书馆、自学笔记或网络上一切可用资源，或以与他人讨论的方式完成实验方案的制定，并针对有疑惑的部分带入课堂，与老师分析讨论以取得更好的学习效果。相比于传统的统一规划的实践教学，在《太阳能发电系统》二级项目翻转课堂中，学生可以充分复习掌握先修课程的知识，并学以致用，且学习的时间、地点、节奏全在自己的掌握之中，针对有疑问的部分，也可以通过网络资源或与老师讨论得以解决，通过学生反复仔细的思考，学生能更好的运用知识解决实际问题，增加师生之间的互动，且所实施的实验方案是由学生自主设计的，在实施过程中，通过实践实现更真实的学习，锻炼学生解决问题的能力。

三、《太阳能发电系统》翻转课堂改革内容

1．录制染料敏化太阳能电池及钙钛矿太阳能电池的常规制作流程，并就其中的环节中常规的优化方法进行相应的解释说明，为学生提供多种优化方案的雏形，可为学生的实验方案的优化节约大量的设计时间，并提高实验方案的设计质量，从而激发学生对太阳能电池制备的兴趣，实现寓教于乐的效果。

2. 实验方案的讨论与制定。小组成员在充分观看教学视频及调研之后，形成互动小组，采用对话、商讨、争论等形式充分论证实验方案的科学性与可行性，并利用已学知识对实验结果进行预期与初设。为学生提供与同学之间进行知识交流的机会，以达到集思广益的目的。

确定实验方案初稿后，学生将设计的实验内容、实验及优化方案等内容，在课堂上进行汇报和交流学习体验，当老师和同学观看完汇报视频后，可在课堂上进行讨论、评价和必要的修改。

3．实践内容实施。

（1）实验方案实施。学生根据预定实验方案进行电池的制作，并就实验中遇到的难题在小组内讨论解决；组内没解决的问题提交老师解决。（2）分析与优化。根据实验结果进行分析，如果实验未能实现预期要根据情况及时分析可能的原因，并对实验方案进行相应的调整；（3）探究。教师把一些基础规律之外的特殊情况，结合实际案例提出，以真实复杂问题提出，引导学生对实验方案进行探讨学习。（4）个别辅导。教师对实验方案设定中有困难的学生、实验进行中难于下手的环节等进行特别的辅导。

四、课程评价

将翻转课堂教学后学生参与设计的实验方案所达到的实施效果与往届学生执行统一实验方案的情形进行比较分析，评价学生的知识和技能的掌握程度；通过调查问卷方式，调查翻转课堂教学中的教师和学生对翻转课堂教学过程的评价。

结语

《太阳能发电系统》二级项目是我校材料科学与工程专业的一门必修的实践课。对其实施翻转课堂的研究，对高校课程评估、专业认证及实现本专业“能胜任新能源等战略新兴产业中新型材料与器件的生产、管理、研发、设计、营销等方面的一线复合型应用技术人才”的培养具有积极促进作用。而且，该研究对于实践性课程改革具有探索意义和借鉴价值，能够真正促进学生主动式学习，对实现高效课堂有重要的意义。