陳瑩

摘要：為了培養(yǎng)符合社會(huì)經(jīng)濟(jì)需求的光伏人才，需要對(duì)電氣工程中新能源方向的重要專業(yè)課程《光伏發(fā)電技術(shù)》進(jìn)行改革，尤其是《光伏發(fā)電技術(shù)》實(shí)驗(yàn)課程部分。成果導(dǎo)向教育（簡稱OBE）是一種先進(jìn)的教育理論，文章對(duì)《光伏發(fā)電技術(shù)》實(shí)驗(yàn)課程進(jìn)行了基于OBE理論的改革探索，首先明確了實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)的預(yù)期目標(biāo)成果，然后按照成果目標(biāo)制訂教學(xué)計(jì)劃，通過對(duì)鈣鈦礦太陽能電池系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)、制備、結(jié)果分析討論和考核等環(huán)節(jié)，調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生的分析實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力和團(tuán)隊(duì)合作能力，鼓勵(lì)和幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)目標(biāo)成果。

關(guān)鍵詞：成果導(dǎo)向教育;實(shí)驗(yàn)教學(xué);《光伏發(fā)電技術(shù)》

中圖分類號(hào)：G642.0 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? 文章編號(hào)：1674-9324（2020）01-0200-02

一、引言

隨著人類社會(huì)發(fā)展和進(jìn)步，化石能源日益枯竭。新能源、綠色能源的開發(fā)和高效利用成為人類迫在眉睫的新課題。太陽能作為一種分布廣、可持續(xù)、環(huán)境友好能源得到了人們的青睞。目前，我國乃至世界新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，對(duì)專業(yè)技術(shù)應(yīng)用型人才的需求日益增大[1]。傳統(tǒng)的《光伏發(fā)電技術(shù)》實(shí)驗(yàn)課程已經(jīng)無法緊跟光伏相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展動(dòng)態(tài)，難以培養(yǎng)出符合社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的光伏人才。因此，我系對(duì)《光伏發(fā)電技術(shù)》實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程進(jìn)行了基于成果導(dǎo)向教育（OBE）理論的改革探索，本文主要從實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)設(shè)計(jì)兩個(gè)方面對(duì)改革的思路和實(shí)踐過程展開討論。

二、實(shí)驗(yàn)教學(xué)的預(yù)期目標(biāo)成果

成果導(dǎo)向教育（Outcome based education，簡稱OBE）又稱“產(chǎn)出導(dǎo)向教育”或“目標(biāo)導(dǎo)向教育”，是一種以學(xué)生為中心，以成果為導(dǎo)向而設(shè)計(jì)的教育模式。其基本思想起源于西方教育鼻祖蘇格拉底倡導(dǎo)的“精神助產(chǎn)術(shù)”式教學(xué)和中國教育先師孔子提倡的啟發(fā)式教學(xué)[2]，他們認(rèn)為教育的最終目標(biāo)是“授人以魚不如授人以漁”，教學(xué)是一個(gè)雙向互動(dòng)的過程，教師的主導(dǎo)作用固然重要，學(xué)生的主觀能動(dòng)性卻是關(guān)鍵所在。

傳統(tǒng)的《光伏發(fā)電技術(shù)》實(shí)驗(yàn)課程是根據(jù)教材進(jìn)行組織和考核的，內(nèi)容陳舊，理論性強(qiáng)。即使是實(shí)驗(yàn)課，也多是教師講或者做，學(xué)生跟著教師做，學(xué)生被動(dòng)跟從，目標(biāo)含糊，過程乏味。而且實(shí)驗(yàn)平臺(tái)缺乏，大多數(shù)學(xué)生沒有條件親手做實(shí)驗(yàn)，實(shí)踐和分析能力都無法得到鍛煉。成果導(dǎo)向教育（OBE）理論是以成果為導(dǎo)向設(shè)計(jì)教育環(huán)節(jié)的，只有目標(biāo)明確，讓學(xué)生知其然且知其所以然，才能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，積極地參與學(xué)習(xí)，學(xué)得新知識(shí)和新技能。因此，我系在制訂實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱時(shí)，經(jīng)過反復(fù)研究討論，確定了以下的《光伏發(fā)電技術(shù)》實(shí)驗(yàn)課程的成果目標(biāo)。

1.夯實(shí)理論基礎(chǔ)。在開始《光伏發(fā)電技術(shù)》實(shí)驗(yàn)課程之前，已經(jīng)開設(shè)了《光伏發(fā)電技術(shù)》理論課程，對(duì)主要的光伏發(fā)電技術(shù)及其工作原理進(jìn)行了系統(tǒng)的講解學(xué)習(xí)。本實(shí)驗(yàn)課程的目的主要是對(duì)其中鈣鈦礦太陽能電池部分的實(shí)踐，可以讓學(xué)生加深對(duì)理論知識(shí)的理解，培養(yǎng)學(xué)生將理論與實(shí)踐相結(jié)合的能力，提高學(xué)習(xí)效果。

2.提升實(shí)踐能力?！豆夥l(fā)電技術(shù)》實(shí)驗(yàn)課程中，從FTO玻璃的預(yù)處理、電子傳輸層、鈣鈦礦層、空穴層和電極層的制備，到太陽能電池性能測試，都需要學(xué)生動(dòng)手參與，需要小組成員之間的鼎力合作。在這個(gè)過程中，學(xué)生的動(dòng)手能力、團(tuán)隊(duì)合作能力、創(chuàng)新實(shí)踐能力都能得到鍛煉和提升。在實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析環(huán)節(jié)，學(xué)生需要通過自主分析、小組討論、綜合評(píng)估等方式，探討實(shí)驗(yàn)中可能出現(xiàn)的問題，從而解決問題，學(xué)生在理論知識(shí)得到鞏固的同時(shí)，分析解決問題能力也得到了鍛煉。

3.提高學(xué)習(xí)興趣。學(xué)生通過自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)計(jì)劃，完成實(shí)驗(yàn)，主觀能動(dòng)性明顯提高，通過自我評(píng)價(jià)、小組互評(píng)、組間互評(píng)和教師點(diǎn)評(píng)等多種考核方式，自我定位明確，通過自主思考、團(tuán)隊(duì)合作和教師鼓勵(lì)幫助，順利完成預(yù)期成果目標(biāo)，自信心變強(qiáng)，輕松將理論知識(shí)和實(shí)踐相結(jié)合，開啟“玩中學(xué)學(xué)中玩”的“樂學(xué)”模式。

三、實(shí)驗(yàn)教學(xué)的設(shè)計(jì)

《光伏發(fā)電技術(shù)》作為電氣工程之新能源方向的重要專業(yè)課程，主要講述光伏發(fā)電技術(shù)的基本原理及應(yīng)用。作為一門專業(yè)實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)尤為重要。太陽能電池種類繁多，經(jīng)過幾十年已經(jīng)發(fā)展到第三代，第一代太陽能電池是以單晶硅和多晶硅為主的硅基太陽能電池，且已經(jīng)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。其中利用效率最高、技術(shù)最成熟、產(chǎn)業(yè)化最好的是單晶硅太陽能電池，效率可到達(dá)25%。但是，硅基太陽能電池對(duì)硅的純度要求非常高，成本過高且轉(zhuǎn)化效率趨近極限;第二代太陽能電池是以硫化鎘、碲化鎘、銅銦硒等為代表的半導(dǎo)體薄膜太陽能電池，其中砷化鎵（GaAs）電池的能量轉(zhuǎn)化效率可以達(dá)到28%，但是存在其成本昂貴等缺點(diǎn)，且鎘等材料具有毒性、存儲(chǔ)量少等缺點(diǎn)，導(dǎo)致半導(dǎo)體薄膜太陽能電池難以普及[3，4];第三代太陽能電池包括染料敏化太陽能電池、鈣鈦礦太陽能電池和量子點(diǎn)太陽能電池等，其中鈣鈦礦太陽能電池自從2009年被提出以來得到科研人員的廣泛關(guān)注，短短幾年時(shí)間，其能量轉(zhuǎn)化效率從3.8%提升至超過22%，被《Science》評(píng)為2013年十大科學(xué)突破之一[5，6]?？紤]到目前的研究熱點(diǎn)、師資特點(diǎn)、實(shí)驗(yàn)室條件等方面的因素，本課程選擇鈣鈦礦太陽能電池為載體開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程。

1.教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)。一般情況下鈣鈦礦太陽能電池結(jié)構(gòu)為平面層狀結(jié)構(gòu)，從下往上依次是：玻璃襯底（FTO玻璃）、電子傳輸層、鈣鈦礦層、空穴傳輸層和電極層。其工作原理大致如下：光線透過透明導(dǎo)電玻璃，照射到鈣鈦礦吸收層。能量大于鈣鈦礦禁帶寬度的光子被吸收，激發(fā)產(chǎn)生電子和導(dǎo)電空穴。載流子由鈣鈦礦層分離，電子經(jīng)過電子傳輸層到達(dá)FTO，導(dǎo)電空穴經(jīng)空穴傳輸層達(dá)到金屬電極，再經(jīng)過外電路構(gòu)成回路。

目前電子傳輸層最常用的材料為TiO2，而且TiO2電子傳輸層的物相和形貌與最終電池性能息息相關(guān)。本實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要是首先帶領(lǐng)學(xué)生了解鈣鈦礦太陽能電池制備過程，然后要求學(xué)生以小組為單位，每組設(shè)計(jì)3種或以上不同的TiO2電子傳輸層制備參數(shù)，并按照參數(shù)合成不同的電子傳輸層，通過XRD和SEM檢測，分別對(duì)其進(jìn)行物相和形貌的鑒別觀察，最后制備基于不同電子傳輸層的鈣鈦礦太陽能電池，并對(duì)太陽能電池的主要性能參數(shù)進(jìn)行測試和分析，包括開路電壓、短路電流、填充因子、能量轉(zhuǎn)換效率等，總結(jié)分析出TiO2電子傳輸層的物相、形貌與鈣鈦礦太陽能電池性能之間的內(nèi)在聯(lián)系，優(yōu)化TiO2電子傳輸層制備參數(shù)。另外，學(xué)生還可以進(jìn)行太陽能電池方陣的容量設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，將制備的單個(gè)鈣鈦礦太陽能電池通過串聯(lián)或者并聯(lián)的形式，組裝成目標(biāo)太陽能電池方陣，用于驅(qū)動(dòng)小功率電器工作，如LED燈泡、太陽能小車等，實(shí)現(xiàn)小型應(yīng)用。

2.實(shí)驗(yàn)考核方式。學(xué)生以小組的形式完成實(shí)驗(yàn)，一般4—5人為一組。按照OBE理論設(shè)置預(yù)期成果目標(biāo)，根據(jù)目標(biāo)進(jìn)行考核。主要考核學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)理論和基本技能、創(chuàng)新意識(shí)、團(tuán)隊(duì)合作能力和自主學(xué)習(xí)的意識(shí)?？己诵问蕉鄻?，分為自評(píng)、小組內(nèi)互評(píng)、組間互評(píng)和教師點(diǎn)評(píng)、成果展示和最終答辯等?？己藘?nèi)容主要包括：實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)和實(shí)施、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析、創(chuàng)新點(diǎn)總結(jié)、成果展示和最終答辯。

四、總結(jié)

在OBE理論中，學(xué)生可以清晰地預(yù)見學(xué)習(xí)成果，明確需要掌握哪些知識(shí)點(diǎn)和技能，教師的教學(xué)和考核方式可以靈活多變。為了培養(yǎng)符合社會(huì)經(jīng)濟(jì)需求的光伏類新興人才，本文以鈣鈦礦太陽能電池制備實(shí)驗(yàn)為模板，探索了成果導(dǎo)向教育理論（OBE）在《光伏發(fā)電技術(shù)》實(shí)驗(yàn)課教學(xué)中的應(yīng)用，可以為類似課程改革提供借鑒，為培養(yǎng)光伏人才提供新思路。

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Practical Exploration of Outcome Based Education （OBE） Concept in "Photovoltaic Technology" Experimental Teaching

CHEN Ying

（School of Electrical and Electronic Engineering，Hubei University of Technology，Wuhan，Hubei 430068，China）

Abstract：According to the needs of the social and economic，it is necessary to reform the "Photovoltaic Technology"，which is an important professional course in the new energy direction of electrical engineering，especially the experimental courses of "Photovoltaic Technology".Outcome Based Education （OBE） is a kind of advanced education concept.In this paper，we reformed the photovoltaic technology experiment courses based on Outcome Based Education （OBE） concept to cultivate photovoltaic talents.Firstly，we defined an expected achievement goal of the experimental course.Secondly，we made the teaching plan according to the achievement goal.We try to mobilize students' subjective initiative，raise students' analysis and practice ability，innovation ability and the team cooperation ability through the perovskite solar cell system experiment design，preparation，results analysis，discussion and examination.

Key words：Outcome Based Education;experiment teaching;"Photovoltaic Technology"