以《光伏技术与应用》为例的“金课”课堂教学模式研究

王娜，杨秋云，樊晓宇，左绪忠，章毛连

（安徽科技学院电气与电子工程学院，蚌埠233000）

0 引言

上个世纪90 年代以后，教学研究从课堂教学的规范性转向课堂教学的实践性；研究主题则从关注课堂教学过程的实效性转向关注课堂教学过程的合理性[1-2]。进入本世纪以后，发达国家和新兴国家不断加强对教育体系的反思和关注，其研究内容转向关注学习和学习者。

2018 年8 月份，教育部专门印发了《关于狠抓新时代全国高等学校本科教育工作会议精神落实的通知》，教育部部长陈宝生提出“各高校要全面梳理各门课程的教学内容，淘汰‘水课’、打造‘金课’，合理提升学业挑战度、增加课程难度、拓展课程深度，切实提高课程教学质量”[3-5]。课程作为教育最微观部分，其改革却是一项复杂而细致的系统工程。课程实施的基本途径是课堂教学，所以，课堂教学改革是课程改革的重要环节。但是，对于课堂教学改革应该改什么、怎么改、以及谁来改等问题还需要进行深入思考，才能使课堂教学改革的思路更加清晰。

太阳能资源分布广泛而且取之不尽、用之不竭。光伏发电是目前最具可持续发展的能源，目前我国的光伏产业位居世界第一。《光伏技术及应用》是介绍光伏技术基础知识及其应用的重要课程，是光电专业的专业拓展课程，但是关于其“金课”课堂教学模式改革未见报道。

1 “金课”课堂教学模式转型研究思路

目前，我校光电专业开设的专业基础课有8 门，其中《通信原理》为省级智慧课堂试点项目；专业核心课程有6 门，其中《工程光学》为省级精品开放课程，《光电探测与信号处理》为省级精品资源共享课程。这为我们开展《光伏技术及应用》课程课堂教学改革打下了坚实的基础，为此开展以下研究内容：推进教师的“金课”课程意识的培养。因为不同教师不同的教育认知对应不同的教育实践，所以在推动“金课”课堂教学改革时，必须培养教师在课堂中的“金课”教学思维。如何追求生命课堂、课堂教学如何有灵魂和如何让学生身心在课堂改革中成长都是教师要考虑的问题。推进有关课程的创新创业教育改革实践活动。革新教育教学理念，将创新创业教育的基本要素深度融入专业课程教学全过程，加强产学研合作，并将产学研合作成果作用于专业课程的创新创业改革。推进智慧学习空间建设。基于长江雨课堂、超星泛雅和QQ 屏幕分享大平台建构开放服务模式；利用学习工具、协作交流工具等教育软件，构建本专业课程资源；基于大数据进行学习分析与评估；基于大数据进行学习分析，可以描述和解释过去的现象、预警和干预正在发生的学习、推断发展趋势和预测将来；精准地向学习者推送符合其特征的学习资源，激发学习者的学习热情、提高学习效率。

2 《光伏技术与应用》“金课”课堂教学模式转型研究内容

2.1 “金课”课堂教学模式转型研究基础

在首届（2019 届）安徽省电子类专业水平测试赛，我专业学生表现突出，5 名同学全部获奖，其中二等奖1 名，三等奖4 名。我校获奖率远远高于省平均水平。我院一直重视学生的创新精神和创新能力的培养，目前校内外创新基地有8 个，以我院精英大舞台为载体，指导学生积极开展创新实践活动。光电信息科学与工程专业创新创业教育成效显著，学生参加创新活动积极性高，近三年来，报名参加互联网+活动和创新创业活动的同学的年均比例分别为60%和63%。目前，光电信息科学与工程专业学大生共主持省级及以上大学生创新基金项目18 项（其中国家级4 项、省级14 项）；各级各类大学生竞赛是提升学生创新创业能力、培育学生创新创业精神的优质载体。学校、学院和光电工程系以学科竞赛为持续抓手，积极稳步推进大学生电子设计竞赛、安徽省机器人大赛、单片机与嵌入式系统应用技能竞赛、飞思卡尔智能车竞赛、“互联网+”等各级各类竞赛，同事注重竞赛对学生创新能力和创业精神的过程性影响。近三年来，在各种技能及科技竞赛活动中获省部级以上奖励22 项（其中国家级英语竞赛奖2 项，全国管理模拟大赛2 项，全国大学生电子设计竞赛3 项，大学生环保知识竞赛1 项，全国大学生智能汽车竞赛1 项）；包含安徽省单片机与嵌入式应用竞赛一等奖在内的各类省级奖项13 项。因此，以培养高层次应用型人才教育为目标，结合本校光电信息科学与工程专业实际情况，探究《光伏技术及应用》课程课堂教学如何优化，以实现打造具有示范作用的“互联网+光电”的“金课”是切实可行的。

2.2 “金课”课堂教学模式转型研究内容

最新科研前沿的介绍。我系目前博士教师9 名，比如我系教师杨秋云博士2018 年毕业于中国科学技术大学凝聚态物理专业。杨秋云博士以国产铜箔为衬底，通过化学气相沉积(CVD)法成功制备大面积单层石墨烯。实验发现在进行石墨烯生长之前，对铜箔进行正压退火可以显著拓宽大面积单层石墨烯的生长窗口，进而提高国产商业铜箔上生长的大面积单层石墨烯的质量，并通过制备石墨烯-硅太阳能电池对石墨烯的品质进行了验证。实验制备的大面积石墨烯单层率达到95%以上，面电阻约500Ω/sq，载流子迁移率为2000-3000cm2/V·s，光透过率达到97.24%。以此制作的石墨烯-硅(Gr/Si)太阳能电池的光电转换效率为4.99%-5.62%。如图1 所示，国产铜箔上生长石墨烯的光学图片，在上面随机选取一些地方剪裁出一定面积的小块，然后将铜箔刻蚀掉，把石墨烯薄膜转移到目标Si 衬底上，制造了六个Gr/Si 太阳能电池。图2 显示了制备的Gr/Si 太阳能电池的电流密度J-电压V 特性曲线。从图中可以看出，六个Gr/Si 太阳能电池的曲线彼此相似。曲线与水平/垂直坐标的交点数据浮动在一个很小的范围内，封闭区域几乎相同。说明制备的石墨烯薄膜的性质相对均匀，且层数相对均一。杨秋云博士的工作一方面与本课程教学内容密切相关，另一方面也可以让学生了解课程相关的科研热点。太阳能光伏发电是利用半导体材料的光生伏特效应将光能直接转变为电能的一种发电技术。核心器件是太阳能光伏电池，即将光能转化为电能的器件，其效率决定了整个系统的性能。有关光伏发电的薄膜材料的制备和表征是现在研究的热点，也是广大研究生研究的热门课题。如果将薄膜技术、发光技术和异质结等技术介绍给同学，一方面扩展了课程内容紧密联系实际，另一方面为学生将来的就业指明方向。科研工具的运用插入实际教学过程。光伏电池的伏安特性曲线类似二极管，即指数关系。普通实验要求同学们测量伏安数据，但是缺乏直观的曲线图像表征。科学工具的运用，在实验数据的基础上拟合出指数曲线，科学直观地表征光伏电池的伏安特性，学生印象深刻，能学以致用。有关课程创新创业项目的申请。《光伏技术及应用》课程的内容涉及电路、数电、模电和单片机技术等，是一门综合性课程。结合课程特点，指导学生申报有关的大学生创新创业项目，例如光伏路灯、光伏玩具小车、光伏电动车等。在创新创业项目的实践过程中学以致用。

2.3 “金课”课堂教学模式转型研究的预期效果

在“金课”和“智慧教学”建设背景下，认真分析光电专业课程教学现状及问题，给出专业课程定位和改革思路，从教学理念、教学内容、教学方法/手段、考核方式、教学资源、师资队伍、创新创业实践等7 个方面设计课程改革方案并在安徽科技学院电气学院进行教育改革实践。以安徽科技学院为例，给出“以学为中心”背景下光电专业课堂教学模式转型实践并申报校级以上大规模在线开放课程（MOOC）示范项目1-2 项；申报校级以上高水平教学团队1 项；申报校级以上校企合作实践教育基地项目1 项；申报校级以上智慧课堂1-2项；组建1-2 个教师团队参加2020 年的联盟高校第四届移动教学大赛；积极参报校级以上教师水平教学竞赛。指导学生参加安徽省大学生物理实验设计与创新竞赛2-6 人次；指导学生申请省级以上创新创业项目3-7 项；指导学生参加校级以上“互联网+”大赛2-5项；积极组织学生参加全国大学生智能汽车竞赛、安徽省大学生电子设计大赛和安徽省单片机与嵌入式应用竞赛。

图1 生长有石墨烯薄膜的无氧铜箔

图2 六个太阳能电池的J-V 特性曲线图

3 结语

根据当前“金课”和“以学为中心”建设要求，进行《光伏技术及应用》课堂教学改革，通过科研热点介绍、教师科研工作内容介绍、科研工具运用和创新创业项目申报等提升课堂教学质量，借助大数据平台分析学生的学习特点，最终创造适合学生学习程度《光伏技术及应用》“金课”场域。