淺析太陽能利用案例教學(xué)的教學(xué)設(shè)計

劉昌宇 王忠華 李棟

[摘 要] 太陽能的開發(fā)利用技術(shù)是一門新興交叉學(xué)科，承擔(dān)著為社會培養(yǎng)開發(fā)利用太陽能的專業(yè)人才的重任。人才的培養(yǎng)需要相關(guān)高校積極實施教學(xué)創(chuàng)新，按照OBE教育理念與社會需求的要求來進行教學(xué)設(shè)計，鼓勵教師進行教學(xué)創(chuàng)新，完善教學(xué)方法，充分利用課上、課后兩個課堂，讓學(xué)生全面、準(zhǔn)確地認識太陽能開發(fā)技術(shù)的相關(guān)原理，并做好科普工作，讓這些學(xué)生以后都能順利成為太陽能開發(fā)利用行業(yè)的專業(yè)人才。

[關(guān) 鍵 詞] 太陽能開發(fā)利用技術(shù)；案例教學(xué)；教學(xué)設(shè)計

[中圖分類號] G642 [文獻標(biāo)志碼] A [文章編號] 2096-0603（2019）01-0092-02

能源是全球經(jīng)濟與社會生活中不可缺少的資源要素之一，電力、熱力、動力能源的生產(chǎn)與開發(fā)不僅僅是重要的經(jīng)濟行為，更是一種社會行為，傳統(tǒng)的能源生產(chǎn)方式導(dǎo)致了大量的能源消耗，帶來了嚴(yán)重的環(huán)境問題與空氣污染，已經(jīng)引起了包括我國在內(nèi)的多個國家的高度重視，全球?qū)π履茉吹拈_發(fā)與利用，尤其是太陽能的開發(fā)呼聲越來越高。太陽能的開發(fā)利用技術(shù)是一門新興交叉學(xué)科，承擔(dān)著為社會培養(yǎng)開發(fā)利用太陽能的專業(yè)人才，人才的培養(yǎng)需要相關(guān)高校積極實施教學(xué)創(chuàng)新，按照OBE教育理念與社會需求的要求來進行教學(xué)設(shè)計，培養(yǎng)出滿足太陽能行業(yè)發(fā)展需要的應(yīng)用型技術(shù)人才。

一、太陽能利用案例教學(xué)實施教學(xué)設(shè)計的重要性

我國相關(guān)高校能源學(xué)院的太陽能利用技術(shù)專業(yè)承擔(dān)著為社會培養(yǎng)技術(shù)人才的重任，隨著太陽能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展變化，對人才質(zhì)量要求也不斷提升，加之國際國內(nèi)太陽能開發(fā)利用技術(shù)產(chǎn)業(yè)也不斷成熟、完善，新產(chǎn)品的研發(fā)周期不斷縮短，我國這些高校應(yīng)緊緊結(jié)合社會需求與行業(yè)發(fā)展，不斷優(yōu)化教學(xué)設(shè)計。

（一）有助于夯實專業(yè)知識基礎(chǔ)

一提到太陽能開發(fā)與利用，大家印象最深的就是太陽能熱水器，以至于在外界的眼里，我國高校能源學(xué)院開設(shè)的太陽能利用技術(shù)專業(yè)，主要就是為太陽能熱水器服務(wù)的，其實這種看法是極其片面的，我國相關(guān)高校就應(yīng)在教學(xué)設(shè)計領(lǐng)域來向社會普及“何為太陽能開發(fā)利用技術(shù)”。根據(jù)相關(guān)學(xué)院的教學(xué)設(shè)計，除了基本的太陽能制熱這個方向，還有太陽能能量轉(zhuǎn)換、光伏發(fā)電、熱能利用、太陽能制冷、太陽能溫度調(diào)節(jié)等專業(yè)方向，需要講授光學(xué)、物理學(xué)、數(shù)學(xué)、電力學(xué)、制圖學(xué)等課程知識，學(xué)生通過系統(tǒng)的專業(yè)知識的學(xué)習(xí)，熟悉太陽能開發(fā)利用技術(shù)的基本原理，從事一些基礎(chǔ)的太陽能利用裝置的原件設(shè)計，為最終成為太陽能技術(shù)開發(fā)利用、太陽能利用技術(shù)產(chǎn)品的設(shè)計研發(fā)與推廣、太陽能利用設(shè)備的調(diào)試、保養(yǎng)與維護的高級型專業(yè)技術(shù)人才。

（二）有助于達成OBE教育理念規(guī)定的培養(yǎng)目標(biāo)

OBE教育理念是國際上通行的對工程專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)的一個衡量標(biāo)準(zhǔn)。OBE教育理念其實際就是產(chǎn)出導(dǎo)向理論，就是通過學(xué)生的培養(yǎng)質(zhì)量來衡量辦學(xué)情況與教學(xué)目標(biāo)的實現(xiàn)情況，具體而言，高校培養(yǎng)目標(biāo)應(yīng)該圍繞著能給學(xué)生帶來什么樣的能力、如何提升學(xué)生的這些能力來制定，同時還得考慮學(xué)生畢業(yè)后五年的發(fā)展情況來不斷修訂培養(yǎng)目標(biāo)。培養(yǎng)目標(biāo)的調(diào)整就會落實在教學(xué)設(shè)計中，教學(xué)設(shè)計就是培養(yǎng)目標(biāo)的直接體現(xiàn)。我國相關(guān)高校能源學(xué)院太陽能利用技術(shù)案例的教學(xué)設(shè)計，就可以有效滿足OBE教育理念規(guī)定的培養(yǎng)目標(biāo)，應(yīng)按照為學(xué)生灌輸太陽能利用技術(shù)知識提升他們開發(fā)利用太陽能資源的研制與動手能力為教學(xué)設(shè)計，同時兼顧學(xué)生畢業(yè)后五年的發(fā)展情況，不斷調(diào)整教學(xué)設(shè)計，使之與不斷發(fā)展變化的行業(yè)需求緊密結(jié)合。

（三）有助于提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

太陽能開發(fā)利用技術(shù)專業(yè)具有廣闊的市場空間，也具有明確的發(fā)展前景，這個專業(yè)對學(xué)生有著良好的吸引力，學(xué)習(xí)這個專業(yè)的學(xué)生，畢業(yè)后通常擁有良好的發(fā)展前景。但是這個專業(yè)是一個交叉型的專業(yè)，又跟當(dāng)前的行業(yè)發(fā)展情況緊密結(jié)合，學(xué)生不僅僅要學(xué)習(xí)物理、高數(shù)、化學(xué)、電力等領(lǐng)域的知識，還要學(xué)習(xí)這一行業(yè)的前沿動向，學(xué)習(xí)起來存在一定的難度。在這種客觀環(huán)境中，我國高校相關(guān)學(xué)院太陽能開發(fā)利用技術(shù)專業(yè)的教學(xué)設(shè)計應(yīng)進行優(yōu)化、調(diào)整，實施多媒體教學(xué)、慕課教學(xué)、CAD輔助教學(xué)等多種形式的教學(xué)，組織理論教學(xué)與實踐環(huán)節(jié)和進入實訓(xùn)基地訓(xùn)練相結(jié)合，不斷提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

二、太陽能利用案例教學(xué)實施教學(xué)設(shè)計的指導(dǎo)原則

我國高校能源院系的教育管理工作人員應(yīng)結(jié)合社會行業(yè)的發(fā)展需求，參考OBE教育理念的相關(guān)要求，按照相關(guān)院系的實際情況，按照以下幾個指導(dǎo)原則，做好太陽能利用開發(fā)技術(shù)專業(yè)的教學(xué)設(shè)計。

（一）由淺入深原則

太陽能開發(fā)利用技術(shù)這門課程，涉及多個領(lǐng)域的知識，除了基礎(chǔ)的高數(shù)、物理、電工電子、制圖等領(lǐng)域的知識外，還需要具備流體力學(xué)、熱力學(xué)方面的知識，學(xué)生學(xué)習(xí)起來肯定十分吃力。教務(wù)管理工作人員在進行課程設(shè)計時，就應(yīng)按照由淺入深的原則，先準(zhǔn)備一些簡單的理論知識、圖形模型、安裝圖紙、動畫動態(tài)模型圖等比較淺顯的知識，引導(dǎo)學(xué)生順利入門，然后再加大難度，講解流體力學(xué)、傳熱學(xué)理論性較深的知識，順便使用CAD工程制圖軟件和多媒體軟件進行授課，設(shè)計出一些動態(tài)效果圖，展示出一些太陽能產(chǎn)品的內(nèi)部機構(gòu)圖、安裝圖紙等，幫助學(xué)生全面把握與理解這些比較深奧的知識點。

（二）師生互動原則

這門課程難度較大，單憑教師的講授與灌輸很難達到相應(yīng)的教學(xué)效果，故此，這門課程的教學(xué)設(shè)計應(yīng)遵循師生互動原則，鼓勵教師與學(xué)生進行教學(xué)互動，讓學(xué)生從單純被動的聽講演變?yōu)閰⑴c到課堂教學(xué)之中，通過師生的有效結(jié)合提升教學(xué)效果。具體而言，教師在講授完一些基礎(chǔ)理論知識之后，就可以布置一些討論專題，把學(xué)生分成小組，鼓勵這些學(xué)生根據(jù)小組的任務(wù)來查詢相應(yīng)的資料，然后制作成PPT課件，在課堂上進行展示發(fā)言，互相交流，互相學(xué)習(xí)，教師再根據(jù)這些課件的制作情況，進行適當(dāng)?shù)耐晟疲寣W(xué)生完全掌握、鞏固這些知識點，同時還能培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力、口頭表達能力與團隊協(xié)力能力，達到多重效果。

（三）案例講授原則

太陽能開發(fā)利用技術(shù)的課程內(nèi)容十分豐富，有著豐富的知識體系，每一個知識點都是一個獨立的章節(jié)，這些章節(jié)就可以用專題講座、案例教學(xué)、專題討論等形式進行授課，讓學(xué)生快速掌握這些知識點，對太陽能開發(fā)利用技術(shù)有一些明確認知。例如，講授太陽能熱發(fā)電技術(shù)這個專題時，教師就可以利用三個案例進行講授——塔式太陽能熱發(fā)電案例、槽式太陽能熱發(fā)電案例及碟式太陽能熱發(fā)電案例，讓學(xué)生結(jié)合實際、形象的案例來學(xué)習(xí)這些抽象、深奧的理論知識。

（四）理論、實踐相結(jié)合原則

太陽能開發(fā)利用技術(shù)是一門理論聯(lián)系實際的課程，教師除了理論授課之外，還應(yīng)進行一定的實踐指導(dǎo)，學(xué)生才可以培養(yǎng)相應(yīng)的實踐技能。這門課程在進行教學(xué)設(shè)計時一定要遵循理論、實踐相結(jié)合的原則，相關(guān)院系應(yīng)重視實踐教學(xué)，可以建立太陽能熱利用技術(shù)實驗室，讓學(xué)生可以開展相應(yīng)的實驗操作；建立太陽輻射觀測站，讓學(xué)生在現(xiàn)場進行太陽輻射測量實驗，讓學(xué)生進行實驗測試的基本操作等，讓學(xué)生在實驗中鞏固所學(xué)知識，提升教學(xué)效果。

（五）課上、課后相結(jié)合原則

太陽能利用開發(fā)技術(shù)課程的知識點過于龐大，單憑一個學(xué)期的課堂上的理論講授與實踐指導(dǎo)，教師很難講完所有的知識點，也很難滿足學(xué)生的求知欲與探究精神，故此，這門課程的教學(xué)設(shè)計還應(yīng)遵循課上、課后相結(jié)合的原則，鼓勵教師與學(xué)生充分利用課后時間進行自主學(xué)習(xí)。具體而言，教師可以利用微博、微信群、QQ群等途徑，實施線上授課、線上答疑、布置作業(yè)等學(xué)習(xí)活動，學(xué)生也可以利用互聯(lián)網(wǎng)資源進行在線學(xué)習(xí)，遇到不明白的知識點可以通過互聯(lián)網(wǎng)向教師請教，通過課后復(fù)習(xí)、自主學(xué)習(xí)、在線學(xué)習(xí)等方式，來開闊知識視野，為以后的發(fā)展打下基礎(chǔ)。

三、太陽能利用案例教學(xué)設(shè)計的具體實施策略

對教師和學(xué)生而言，太陽能開發(fā)利用技術(shù)課程最佳的授課方式就是案例教學(xué)，相關(guān)院系在進行案例教學(xué)設(shè)計時，就應(yīng)鼓勵教師進行教學(xué)創(chuàng)新，完善教學(xué)方法，充分利用課上、課后兩個課堂，讓學(xué)生全面、準(zhǔn)確地認識太陽能開發(fā)技術(shù)的相關(guān)原理，并做好科普工作，讓這些學(xué)生以后都能順利成為太陽能開發(fā)利用行業(yè)的專業(yè)人才。

（一）明確教學(xué)目的，拓寬教學(xué)內(nèi)容

太陽能開發(fā)利用技術(shù)課程所選用的參考教材、授課內(nèi)容應(yīng)包括四大部分：太陽能資源及中國太陽能熱利用的發(fā)展和產(chǎn)業(yè)；流體力學(xué)及傳熱學(xué)基礎(chǔ)；各種類型太陽能集熱器介紹，包括真空管太陽能集熱器、平板式太陽能集熱器、聚光太陽能集熱器、空氣太陽能集熱器等；太陽能熱利用系統(tǒng)及設(shè)計，包括太陽能熱水系統(tǒng)、太陽能熱發(fā)電、太陽能采暖、太陽能制冷空調(diào)、太陽能干燥、太陽能工業(yè)用熱等。其中重點、難點內(nèi)容為各種類型的太陽能集熱器結(jié)構(gòu)及性能、太陽能熱水系統(tǒng)的設(shè)計及太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)。這門課程的教學(xué)目的要求學(xué)生了解我國的太陽能資源及特點；了解中國太陽能熱利用產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢；掌握真空管太陽能集熱器結(jié)構(gòu)及性能；掌握平板集熱器的結(jié)構(gòu)及性能；掌握太陽能熱水系統(tǒng)的組成及設(shè)計；掌握太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)及原理。太陽能開發(fā)利用技術(shù)課程的教學(xué)目標(biāo)就是使學(xué)生對太陽能利用技術(shù)有全面且清晰的認識，了解太陽能利用技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，并能利用所學(xué)技術(shù)設(shè)計簡單的太陽能綜合利用系統(tǒng)和相關(guān)的太陽能利用產(chǎn)品，為學(xué)生從事太陽能熱利用方面的工作打下堅實的技術(shù)基礎(chǔ)。

（二）實施項目教學(xué)，豐富教學(xué)設(shè)計

太陽能開發(fā)技術(shù)課程教學(xué)任務(wù)的完成、教學(xué)設(shè)計中，還應(yīng)有課程設(shè)計環(huán)節(jié)，不過，從以往的實踐情況來看，學(xué)生對課程設(shè)計有的重視力度不夠，作業(yè)完成的情況也不太理想。故此，這門課程的教學(xué)設(shè)計中應(yīng)加大對課程設(shè)計的學(xué)分比重，把課程設(shè)計作為一個項目，從而實施項目教學(xué)。教師在布置課程設(shè)計任務(wù)時，不再局限于理論原理設(shè)計，而是著眼于布置實踐性的課程設(shè)計，教師可以根據(jù)地理條件和國家電網(wǎng)的分布情況，選擇合適的地點，讓學(xué)生嘗試自主設(shè)計掛光伏發(fā)電站，包括太陽能電站地點選擇、可行性分析、電站規(guī)模及組成、蓄電池容量、光伏電站年發(fā)電量及其經(jīng)濟效益分析、光伏電站整體布局等環(huán)節(jié)，讓學(xué)生從事光伏發(fā)電站的設(shè)計、開發(fā)、利用、效益分析的模擬操作。完成這樣的課程設(shè)計，對學(xué)生而言肯定受益匪淺，也會大大提升他們的學(xué)習(xí)興趣與參與興趣。

（三）把培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力納入教學(xué)設(shè)計中

創(chuàng)新教育是當(dāng)前高等教育的重中之重，當(dāng)前我國每所高校都重視學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，也都組織了大量的學(xué)科競賽、創(chuàng)新訓(xùn)練、模型構(gòu)建等活動，給學(xué)生提供了創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新訓(xùn)練機會，激發(fā)了他們的創(chuàng)新潛質(zhì)，鼓勵他們從事簡易的創(chuàng)業(yè)活動。太陽能開發(fā)是一個新興行業(yè)，這一行業(yè)就需要技術(shù)人才的創(chuàng)新精神，故此，這門課程把培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力納入教學(xué)設(shè)計中，也可以把教師承擔(dān)的科研項目作為教學(xué)素材、作為授課內(nèi)容，并把學(xué)生引入科研活動之中，鼓勵他們進行創(chuàng)新實驗。這門課程的內(nèi)容涵蓋太陽輻射、電池制造、組件制造、控制器原理等知識點，這些知識點都為學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)提供了平臺。學(xué)生在教師的指導(dǎo)下開展太陽能電池及發(fā)電技術(shù)的研究，查閱資料，進行光伏發(fā)電方案的設(shè)計，有助于調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，激發(fā)他們的科技創(chuàng)新興趣，培養(yǎng)他們分析問題與解決問題的能力。

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編輯 馬燕萍