特殊时期下“太阳能电池材料与器件”课程在线教学与改革

来源:用户上传      作者:宋健 朱磊 顾修全 赵宇龙

　　摘 要 为了应对延迟开学的特殊情况，大部分高校都开展了“线下”转“线上”的教学活动。然而，线上教学与线下授课有本质区别，这一转变对授课教师以及上课学生均提出了较高要求。“太阳能电池材料与器件”是一门新能源材料与器件专业必修课程，本学期是首次开展线上教学。针对线上教学难点以及课程改革要求，作者改变了原有教学设计并着重强化了师生互动，取得了令人满意的教学效果。本论文是对这次线上教学活动的总结与分析，也可为后续开展“线上-线下”混合式教学打下一定的理论与实践基础。由于线上教学是首次在我国大规模开展，而不同课程间又有许多共性问题，因此该论文也可为其他课程线上教学提供些许参考。
　　关键词 线上教学 教学设计 师生互动 太阳能电池材料与器件
　　中图分类号：G424                               文献标识码：A    DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2020.09.064
　　Abstract In order to cope with the special situation of delayed start of school， most colleges and universities have carried out "offline" to "online" teaching activities. However， there are essential differences between online teaching and offline teaching， which puts forward higher requirements for teachers and students. Solar cell materials and devices is a required course for the major of new energy materials and devices. In view of the difficulties of online teaching and the requirements of curriculum reform， the author changed the original teaching design and focused on strengthening the interaction between teachers and students， and achieved satisfactory teaching results. This paper is the summary and analysis of this online teaching activity， and also can lay a certain theoretical and practical foundation for the follow-up "online offline" hybrid teaching. Because online teaching is the first large-scale development in China， and there are many common problems among different courses， this paper can also provide some reference for online teaching of other courses.
　　Keywords online teaching; teaching design; teacher-student interaction; solar cell materials and devices
　　2020年初，全國高校延迟开学，在教育部提出的“停课不停教，停课不停学”号召下，全国高校都积极开展线上教学活动及研究。[1-2] 据不完全统计，全国开展在线教学的普通高校达1400余所，近百万教师开展了线上教学，而在线学习的学生达10余亿人次，其规模前所未有。[3]中国矿业大学在教务部的统一部署下，也于第一时间开始备战线上教学以保证本学期教学活动按计划正常开展。除了学习使用线上教学必需的软硬件，任课教师思考的更多的是如何保障线上教学效果，甚至是利用线上教学的优点，实现比线下课堂教学更好的教学效果。
　　1 “太阳能电池材料与器件”线上教学难点
　　“太阳能电池材料与器件”主要讲述太阳能电池器件物理、商业化硅太阳能电池、化合物薄膜太阳能电池以及几种新型太阳能电池器件。课程内容既有固体物理等基本理论知识，又包含材料制备加工、器件集成等工艺学，还涉及光伏领域研究前沿。在2018年中国矿业大学教改项目支持下，“太阳能电池材料与器件”课程开始了厚基础、强实践式教学改革。课程改革主要围绕两个方向展开：（1）加强基础支撑，重点讲解固体物理以及半导体器件物理中与太阳能电池密切相关的知识。为此，课程增加了“太阳能电池基础”一章，共计6学时。包含半导体能带及电学性质、半导体光吸收、PN结、光伏效应、载流子输运机理和太阳能电池性能。（2）通过参观科研实验室和太阳能电池生产企业增强课程实践性。利用课余时间带领学生参观了我院钙钛矿太阳能电池实验室以及江苏华恒新能源的单晶PERC电池产线，让学生重点了解太阳能电池研发与生产过程中涉及的工艺、设备及原理，将现场与课本所学知识有机结合。另外，邀请经验丰富的企业专家现场授课2学时，从企业生产的角度向同学们讲解光伏行业的管理、技术与生产。
　　按照教学改革进程，本学年应继续优化上述构想，但延迟开学的特殊情况打断了原定计划。在线教学条件下，如何高质量完成课程教学并继续深化教学改革，笔者认为有以下几点需要重点关注：（1）如何吸引学生注意力。线上教学过程缺乏有效的实时监督手段，而理论知识听起来枯燥且理解困难，学生注意力将难以集中。（2）如何开展课程研讨。研讨课是“太阳能电池材料与器件”课程的常规项目，不仅能够让学生有效参与课堂，还能锻炼学生搜集前沿研究成果以及学术表达的能力。连续几年的坚持与改进，收到了不错的效果。但是，在线教学情况下，如何组织研讨是研讨课成败的关键。（3）如何保证师生互动。学生在线下课堂参与感并不强，如何利用线上教学激发学生的提问热情？另外，学生手头没有教材，对于细节问题，如何与我有效沟通？（4）如何体现课程实践性改革。在此期间，去实验室或者生产企业显然不现实，如何让同学们在课程进行期间有机会接触到科学前沿或企业生产？ 　　2 线上教学授课方式及策略
　　“太阳能电池材料与器件”线上教学采用雨课堂+腾讯课堂+腾讯会议+QQ群相结合的方式开展。雨课堂主要用来布置课前预习，将课件资料提前2天发布至雨课堂，学生可在不明白的课件上做标记，为课堂讲解重点选择提供依据。腾讯课堂因其强大的网络支撑能力，是我们线上课堂教学的主选工具，本次教学全程采用视频直播教学。腾讯会议主要用于课程研讨，而QQ群是平时信息发布以及课后交流探讨的主场地。四个线上教学软件配合使用，可以实现课前预习、课程讲解、课程研讨、答疑解惑的基本功能。
　　研究表明，在线教学条件下，教学设计和师生互动是影响学生学习效果的两个重要方面。[4] 针对上述问题，本次在线教学主要策略如下：（1）改变原有教学设计，强化知识点之间的逻辑关系与连接性。在线教学过程中，教师无法看到学生听课时的表情。而在线下课堂教学，教师正是基于学生反馈表情来判断学生对某一知识点的理解情况，进而选择是否再次强调本知识点。若学生遇到不懂的地方，但老师未再次强调而开始下一个问题的讲解，学生的思维可能就无法跟上教师节奏，最后失去了听课的兴趣。所以，在每个知识点间均加了一些衔接的课件，始终抓住学生的注意力，延续学生的思维，保持课堂的紧凑感。（2）以答题和提问的方式加强师生互动。在每次課开讲前或者课程主要内容讲完后，留出5-10分钟时间来讨论。学生将问题写在答题区，我依次回答。另外，针对每个关键知识点设计若干选择题，让学生作答。（3）从考核环节入手，加强学生课堂交流积极性。在平时成绩考核中，设置了一个提问得分考核点，即每位同学必须在课堂上提问超过5个问题才可以拿到相应的平时成绩。同学们提问的问题由课程助教负责记录，提问可以在老师上课过程中提出，也可以在课堂研讨环节提出，课后提问不计。（4）使用腾讯会议开展课程研讨。课程研讨分成7个小组，每组9-10人，小组组员分工明确，分别负责搜集资料、整理制作演示稿、讲解，各自发挥自己的长处。研讨时，每组15分钟讲解时长，5分钟提问时间。各小组研讨成绩根据研讨内容、演讲情况、回答同学们提问情况等三个方面综合评定。（5）依靠网络资源加强课程实践性。虽然线下参观实验室或者企业不现实，但是在此期间，无论是企业界还是科研界，都兴起了直播交流。很多著名科研工作者、企业科研人员都会在线授课，这些网络资源是对这门课程实践性的一个很好的补充。
　　3 线上授课与线下授课对比
　　本次线上教学已经结束，课程考核也已经完成。课程成绩分为平时成绩和卷面成绩，分别占比40%和60%，平时成绩包括作业/小论文成绩、研讨成绩、课堂表现。线上教学下，学生可以上交电子版作业/小论文，因此这部分成绩受教学方式的影响较小，线上模式反而可以促使学生学习画图软件。另外，在腾讯会议平台上开展研讨课，学生明显不再紧张，研讨效果比线下更好。值得一提的是，学生在线上课堂的表现要明显好于线下课堂，从表1可见，此次学生提问问题数量要远大于线下课堂。总之，在平时表现方面，线上教学相较于线下教学表现得更为突出。
　　卷面成绩是检查学生课程学习优劣的最直接体现，本次考试并没有因延迟开学而降低考试难度。从表1统计数据看，采用线上或线下教学对于学生考试成绩影响并不大，各分数段占比并没有大幅变动，特别是低分段比例并没有升高，反而有所降低。因此，线上教学下，学生对关键知识点的掌握程度并不会变差。相反，他们可以通过回看上课视频，反复研究某个难以理解的知识点，进而更好地掌握。从学生在考前复习过程中的问题可以看出，大家都在使用课程视频回放功能复习。
　　4 总结
　　虽然此次国内大范围开展线上教学是形势所迫，但是线上教学无疑是未来教学的主流形式，让学生可以随时随地学习。从“太阳能电池材料与器件”教学结果看，线上教学并没有拉低学习效果，反而在课堂互动、课程研讨方面表现出优于传统线下课堂教学的势头。因此，根据线上教学特点调整教学设计，努力拉近与学生距离，讲解重点突出，知识点逻辑关系加强，是可以提升教学质量的。当然，如果可以改善线上教学条件，如建设智慧教室、设计优美的教学素材、引入更多科技手段，一定可以将“太阳能电池材料与器件”线上教学推向更高水平。
　　参考文献
　　[1] 章文伟，吕炜，黄伟.充分利用优质网络资源和教学立方平台，助力配位化学线上教学[J].大学化学，2020（35）：1-9.
　　[2] 王丁，王平，王现英.《现代材料分析方法》在线课程建设及网络教学改革初探[J].中国多媒体与网络教学学报（上旬刊），2020（06）：147-148.
　　[3] 黄荣怀，汪燕，王欢欢，逯行，高博俊.未来教育之教学新形态：弹性教学与主动学习[J].现代远程教育研究，2020.32（3）：3-14.
　　[4] 李爽，钟瑶.在线教师教学投入对学生学习绩效的影响——基于教师和学生的视角[J].开放教育研究，2020.26（3）：99-110.
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