浅析太阳能利用案例教学的教学设计

刘昌宇 王忠华 李栋

[摘 要] 太阳能的开发利用技术是一门新兴交叉学科，承担着为社会培养开发利用太阳能的专业人才的重任。人才的培养需要相关高校积极实施教学创新，按照OBE教育理念与社会需求的要求来进行教学设计，鼓励教师进行教学创新，完善教学方法，充分利用课上、课后两个课堂，让学生全面、准确地认识太阳能开发技术的相关原理，并做好科普工作，让这些学生以后都能顺利成为太阳能开发利用行业的专业人才。

[关 键 词] 太阳能开发利用技术；案例教学；教学设计

[中图分类号] G642 [文献标志码] A [文章编号] 2096-0603（2019）01-0092-02

能源是全球经济与社会生活中不可缺少的资源要素之一，电力、热力、动力能源的生产与开发不仅仅是重要的经济行为，更是一种社会行为，传统的能源生产方式导致了大量的能源消耗，带来了严重的环境问题与空气污染，已经引起了包括我国在内的多个国家的高度重视，全球对新能源的开发与利用，尤其是太阳能的开发呼声越来越高。太阳能的开发利用技术是一门新兴交叉学科，承担着为社会培养开发利用太阳能的专业人才，人才的培养需要相关高校积极实施教学创新，按照OBE教育理念与社会需求的要求来进行教学设计，培养出满足太阳能行业发展需要的应用型技术人才。

一、太阳能利用案例教学实施教学设计的重要性

我国相关高校能源学院的太阳能利用技术专业承担着为社会培养技术人才的重任，隨着太阳能产业的发展变化，对人才质量要求也不断提升，加之国际国内太阳能开发利用技术产业也不断成熟、完善，新产品的研发周期不断缩短，我国这些高校应紧紧结合社会需求与行业发展，不断优化教学设计。

（一）有助于夯实专业知识基础

一提到太阳能开发与利用，大家印象最深的就是太阳能热水器，以至于在外界的眼里，我国高校能源学院开设的太阳能利用技术专业，主要就是为太阳能热水器服务的，其实这种看法是极其片面的，我国相关高校就应在教学设计领域来向社会普及“何为太阳能开发利用技术”。根据相关学院的教学设计，除了基本的太阳能制热这个方向，还有太阳能能量转换、光伏发电、热能利用、太阳能制冷、太阳能温度调节等专业方向，需要讲授光学、物理学、数学、电力学、制图学等课程知识，学生通过系统的专业知识的学习，熟悉太阳能开发利用技术的基本原理，从事一些基础的太阳能利用装置的原件设计，为最终成为太阳能技术开发利用、太阳能利用技术产品的设计研发与推广、太阳能利用设备的调试、保养与维护的高级型专业技术人才。

（二）有助于达成OBE教育理念规定的培养目标

OBE教育理念是国际上通行的对工程专业人才培养目标的一个衡量标准。OBE教育理念其实际就是产出导向理论，就是通过学生的培养质量来衡量办学情况与教学目标的实现情况，具体而言，高校培养目标应该围绕着能给学生带来什么样的能力、如何提升学生的这些能力来制定，同时还得考虑学生毕业后五年的发展情况来不断修订培养目标。培养目标的调整就会落实在教学设计中，教学设计就是培养目标的直接体现。我国相关高校能源学院太阳能利用技术案例的教学设计，就可以有效满足OBE教育理念规定的培养目标，应按照为学生灌输太阳能利用技术知识提升他们开发利用太阳能资源的研制与动手能力为教学设计，同时兼顾学生毕业后五年的发展情况，不断调整教学设计，使之与不断发展变化的行业需求紧密结合。

（三）有助于提升学生的学习兴趣

太阳能开发利用技术专业具有广阔的市场空间，也具有明确的发展前景，这个专业对学生有着良好的吸引力，学习这个专业的学生，毕业后通常拥有良好的发展前景。但是这个专业是一个交叉型的专业，又跟当前的行业发展情况紧密结合，学生不仅仅要学习物理、高数、化学、电力等领域的知识，还要学习这一行业的前沿动向，学习起来存在一定的难度。在这种客观环境中，我国高校相关学院太阳能开发利用技术专业的教学设计应进行优化、调整，实施多媒体教学、慕课教学、CAD辅助教学等多种形式的教学，组织理论教学与实践环节和进入实训基地训练相结合，不断提升学生的学习兴趣。

二、太阳能利用案例教学实施教学设计的指导原则

我国高校能源院系的教育管理工作人员应结合社会行业的发展需求，参考OBE教育理念的相关要求，按照相关院系的实际情况，按照以下几个指导原则，做好太阳能利用开发技术专业的教学设计。

（一）由浅入深原则

太阳能开发利用技术这门课程，涉及多个领域的知识，除了基础的高数、物理、电工电子、制图等领域的知识外，还需要具备流体力学、热力学方面的知识，学生学习起来肯定十分吃力。教务管理工作人员在进行课程设计时，就应按照由浅入深的原则，先准备一些简单的理论知识、图形模型、安装图纸、动画动态模型图等比较浅显的知识，引导学生顺利入门，然后再加大难度，讲解流体力学、传热学理论性较深的知识，顺便使用CAD工程制图软件和多媒体软件进行授课，设计出一些动态效果图，展示出一些太阳能产品的内部机构图、安装图纸等，帮助学生全面把握与理解这些比较深奥的知识点。

（二）师生互动原则

这门课程难度较大，单凭教师的讲授与灌输很难达到相应的教学效果，故此，这门课程的教学设计应遵循师生互动原则，鼓励教师与学生进行教学互动，让学生从单纯被动的听讲演变为参与到课堂教学之中，通过师生的有效结合提升教学效果。具体而言，教师在讲授完一些基础理论知识之后，就可以布置一些讨论专题，把学生分成小组，鼓励这些学生根据小组的任务来查询相应的资料，然后制作成PPT课件，在课堂上进行展示发言，互相交流，互相学习，教师再根据这些课件的制作情况，进行适当的完善，让学生完全掌握、巩固这些知识点，同时还能培养学生的自学能力、口头表达能力与团队协力能力，达到多重效果。

（三）案例讲授原则

太阳能开发利用技术的课程内容十分丰富，有着丰富的知识体系，每一个知识点都是一个独立的章节，这些章节就可以用专题讲座、案例教学、专题讨论等形式进行授课，让学生快速掌握这些知识点，对太阳能开发利用技术有一些明确认知。例如，讲授太阳能热发电技术这个专题时，教师就可以利用三个案例进行讲授——塔式太阳能热发电案例、槽式太阳能热发电案例及碟式太阳能热发电案例，让学生结合实际、形象的案例来学习这些抽象、深奥的理论知识。

（四）理论、实践相结合原则

太阳能开发利用技术是一门理论联系实际的课程，教师除了理论授课之外，还应进行一定的实践指导，学生才可以培养相应的实践技能。这门课程在进行教学设计时一定要遵循理论、实践相结合的原则，相关院系应重视实践教学，可以建立太阳能热利用技术实验室，让学生可以开展相应的实验操作；建立太阳辐射观测站，让学生在现场进行太阳辐射测量实验，让学生进行实验测试的基本操作等，让学生在实验中巩固所学知识，提升教学效果。

（五）课上、课后相结合原则

太阳能利用开发技术课程的知识点过于庞大，单凭一个学期的课堂上的理论讲授与实践指导，教师很难讲完所有的知识点，也很难满足学生的求知欲与探究精神，故此，这门课程的教学设计还应遵循课上、课后相结合的原则，鼓励教师与学生充分利用课后时间进行自主学习。具体而言，教师可以利用微博、微信群、QQ群等途径，实施线上授课、线上答疑、布置作业等学习活动，学生也可以利用互联网资源进行在线学习，遇到不明白的知识点可以通过互联网向教师请教，通过课后复习、自主学习、在线学习等方式，来开阔知识视野，为以后的发展打下基礎。

三、太阳能利用案例教学设计的具体实施策略

对教师和学生而言，太阳能开发利用技术课程最佳的授课方式就是案例教学，相关院系在进行案例教学设计时，就应鼓励教师进行教学创新，完善教学方法，充分利用课上、课后两个课堂，让学生全面、准确地认识太阳能开发技术的相关原理，并做好科普工作，让这些学生以后都能顺利成为太阳能开发利用行业的专业人才。

（一）明确教学目的，拓宽教学内容

太阳能开发利用技术课程所选用的参考教材、授课内容应包括四大部分：太阳能资源及中国太阳能热利用的发展和产业；流体力学及传热学基础；各种类型太阳能集热器介绍，包括真空管太阳能集热器、平板式太阳能集热器、聚光太阳能集热器、空气太阳能集热器等；太阳能热利用系统及设计，包括太阳能热水系统、太阳能热发电、太阳能采暖、太阳能制冷空调、太阳能干燥、太阳能工业用热等。其中重点、难点内容为各种类型的太阳能集热器结构及性能、太阳能热水系统的设计及太阳能热发电系统。这门课程的教学目的要求学生了解我国的太阳能资源及特点；了解中国太阳能热利用产业发展现状及未来发展趋势；掌握真空管太阳能集热器结构及性能；掌握平板集热器的结构及性能；掌握太阳能热水系统的组成及设计；掌握太阳能热发电系统及原理。太阳能开发利用技术课程的教学目标就是使学生对太阳能利用技术有全面且清晰的认识，了解太阳能利用技术的现状和发展趋势，并能利用所学技术设计简单的太阳能综合利用系统和相关的太阳能利用产品，为学生从事太阳能热利用方面的工作打下坚实的技术基础。

（二）实施项目教学，丰富教学设计

太阳能开发技术课程教学任务的完成、教学设计中，还应有课程设计环节，不过，从以往的实践情况来看，学生对课程设计有的重视力度不够，作业完成的情况也不太理想。故此，这门课程的教学设计中应加大对课程设计的学分比重，把课程设计作为一个项目，从而实施项目教学。教师在布置课程设计任务时，不再局限于理论原理设计，而是着眼于布置实践性的课程设计，教师可以根据地理条件和国家电网的分布情况，选择合适的地点，让学生尝试自主设计挂光伏发电站，包括太阳能电站地点选择、可行性分析、电站规模及组成、蓄电池容量、光伏电站年发电量及其经济效益分析、光伏电站整体布局等环节，让学生从事光伏发电站的设计、开发、利用、效益分析的模拟操作。完成这样的课程设计，对学生而言肯定受益匪浅，也会大大提升他们的学习兴趣与参与兴趣。

（三）把培养学生的创新能力纳入教学设计中

创新教育是当前高等教育的重中之重，当前我国每所高校都重视学生创新能力的培养，也都组织了大量的学科竞赛、创新训练、模型构建等活动，给学生提供了创业创新训练机会，激发了他们的创新潜质，鼓励他们从事简易的创业活动。太阳能开发是一个新兴行业，这一行业就需要技术人才的创新精神，故此，这门课程把培养学生的创新能力纳入教学设计中，也可以把教师承担的科研项目作为教学素材、作为授课内容，并把学生引入科研活动之中，鼓励他们进行创新实验。这门课程的内容涵盖太阳辐射、电池制造、组件制造、控制器原理等知识点，这些知识点都为学生创新能力的培养提供了平台。学生在教师的指导下开展太阳能电池及发电技术的研究，查阅资料，进行光伏发电方案的设计，有助于调动学生的学习积极性，激发他们的科技创新兴趣，培养他们分析问题与解决问题的能力。

参考文献：

[1]赵书安.太阳能光伏发电及应用技术[M].南京：东南大学出版社，2011.

[2]贾传磊，寻之朋.《能量转换与应用》课程建设的探索与思考[J].技术物理教学，2013（5）.

[3]苏文佳，王谦，何志霞.面向新能源专业的“可再生能 源”课程教学探讨[J].中国电力教育，2013（9）.

编辑 马燕萍