馮曉琴 彭 征

☆實(shí)驗(yàn)室專用教室建設(shè)☆

新能源創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室在中學(xué)的建設(shè)模式

馮曉琴1彭 征2

當(dāng)今世界新能源的革命，給中國的蓬勃發(fā)展帶來了契機(jī)，同時(shí)也帶來了挑戰(zhàn)。在新能源革命來臨之際，中國已經(jīng)在形勢政策、資金物資等方面做好了準(zhǔn)備。但是，由于能源產(chǎn)業(yè)是一個(gè)國家的命脈產(chǎn)業(yè)，我們不能單依靠進(jìn)口國外的設(shè)備、技術(shù)，而是要大力發(fā)展自主研發(fā)和自主創(chuàng)新。因此，我們?cè)诖舜渭夹g(shù)變革中，還缺乏大量具有可再生能源技術(shù)知識(shí)的人才。所以，對(duì)于各學(xué)校開設(shè)可再生能源專業(yè)課程，以及這些課程對(duì)學(xué)習(xí)研究實(shí)驗(yàn)設(shè)備的需求日益迫切了。

本文初探新能源實(shí)驗(yàn)室在中學(xué)的建設(shè)模式及其對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)的促進(jìn)作用。新能源創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室建設(shè)模式，首先以趣味性吸引學(xué)生，利用理論與實(shí)際并存的實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí)和應(yīng)用能力，再利用研究性實(shí)驗(yàn)強(qiáng)化學(xué)生在可再生能源科技方面的競爭力，并進(jìn)而持續(xù)累積更大的研發(fā)能量，為學(xué)校培養(yǎng)出符合時(shí)代發(fā)展的人才。通過理論與實(shí)驗(yàn)操作相結(jié)合，鼓勵(lì)學(xué)生創(chuàng)新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，使學(xué)生學(xué)習(xí)更加有效率，讓他們具備將來進(jìn)入社會(huì)所需的基本素質(zhì)；也讓他們達(dá)到更高一級(jí)的學(xué)習(xí)追求。

一、實(shí)驗(yàn)室的構(gòu)建規(guī)劃

在實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的過程中，根據(jù)學(xué)習(xí)知識(shí)難易程度不同與新能源的種類不同，系統(tǒng)地將學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)區(qū)進(jìn)行分類。規(guī)劃結(jié)構(gòu)如圖1所示：

二、利用實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行綜合的科學(xué)教育，在理論聯(lián)系實(shí)際的過程中培養(yǎng)學(xué)生

通過實(shí)驗(yàn)室的規(guī)劃可以看出，新能源創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室中以氫能、風(fēng)能、太陽能3種新能源知識(shí)學(xué)習(xí)為主，在學(xué)習(xí)利用3種能源發(fā)電的原理知識(shí)的同時(shí)，還可以學(xué)習(xí)3種能源相關(guān)的物理、化學(xué)知識(shí)(電化學(xué)、空氣動(dòng)力學(xué)、光-電學(xué))。

新能源創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室集成了可再生能源科學(xué)、電工電子學(xué)科、機(jī)電學(xué)科、信息科學(xué)、自動(dòng)控制學(xué)、傳感器及檢測學(xué)以及通信技術(shù)等眾多領(lǐng)域的科學(xué)與技術(shù)知識(shí)，是一個(gè)綜合型的教學(xué)實(shí)驗(yàn)室。教師可以教授學(xué)生們各種類型的科學(xué)知識(shí)。

如圖2所示可以對(duì)涉及的學(xué)科知識(shí)有總體認(rèn)識(shí)。

在學(xué)習(xí)科學(xué)知識(shí)內(nèi)容的同時(shí)，還可以利用實(shí)驗(yàn)設(shè)備模擬實(shí)際生活中的可再生能源電力系統(tǒng)，以理論結(jié)合實(shí)際的仿真分析實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生聯(lián)系實(shí)際學(xué)習(xí)，使學(xué)校培養(yǎng)出應(yīng)用型人才。并且在實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中設(shè)置一些實(shí)驗(yàn)——既提供了理論計(jì)算公式，也提供了實(shí)際測量推導(dǎo)的方法，讓學(xué)生通過對(duì)比兩種方法，從而使學(xué)生生動(dòng)地了解理論計(jì)算與實(shí)際測量實(shí)驗(yàn)間的差別。

三、通過靈活的實(shí)驗(yàn)室設(shè)置，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)

這種通過知識(shí)“模塊化”設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)室結(jié)構(gòu)，便于教師根據(jù)自身需求、學(xué)校經(jīng)費(fèi)和實(shí)驗(yàn)室面積等因素自行選擇建設(shè)。教師也可以根據(jù)教學(xué)需求和學(xué)生水平以階段性建設(shè)方式，逐年升級(jí)實(shí)驗(yàn)室設(shè)備；也可以一次性根據(jù)學(xué)校需求以最佳的性價(jià)比建成實(shí)驗(yàn)室。同時(shí)，這種“模塊化”的教學(xué)實(shí)驗(yàn)室結(jié)構(gòu)，十分便于教師提出需求和靈活規(guī)劃與擴(kuò)建實(shí)驗(yàn)室。

在教學(xué)過程中，在不同學(xué)習(xí)內(nèi)容的教學(xué)模塊中，學(xué)生可以利用相關(guān)的設(shè)備進(jìn)行饒有趣味的學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)，并且進(jìn)行外部應(yīng)用擴(kuò)展。教師可以組織學(xué)生們進(jìn)行科技競賽，利用各種創(chuàng)新型的競賽激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。在這個(gè)過程中，鼓勵(lì)學(xué)生自主創(chuàng)新。在自主學(xué)習(xí)、體驗(yàn)和創(chuàng)新的過程中，教師可以進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生們的動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力、綜合能力、協(xié)作能力和進(jìn)取精神等。

例如，以當(dāng)下主流的3種新能源技術(shù)(燃料電池、風(fēng)能、太陽能)為學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)課題。在基礎(chǔ)學(xué)習(xí)區(qū)域中，3種新能源實(shí)驗(yàn)箱設(shè)備可以組合成一套“風(fēng)海鷗”系統(tǒng)(如圖3所示)—利用風(fēng)能、太陽能制氫，再進(jìn)一步利用氫氣發(fā)電提供穩(wěn)定的電能供給。這種系統(tǒng)是目前較為先進(jìn)的純綠色環(huán)保的能源系統(tǒng)。利用基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)裝置中的幾套氫能燃料電池實(shí)驗(yàn)箱，將其中的燃料電池裝置進(jìn)行串聯(lián)或并聯(lián)組合，以此達(dá)到和燃料電池堆能量輸出相近，但結(jié)合更為靈活、搭建更加便捷的效果。針對(duì)節(jié)能減排和合理進(jìn)行室內(nèi)設(shè)計(jì)的課題，安排了利用各種能量檢測設(shè)備對(duì)室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行檢測、分析以及合理化改進(jìn)的實(shí)驗(yàn)。學(xué)生在上述等課題的深入研究過程中，逐漸培養(yǎng)了自主研究的興趣，并逐漸對(duì)生活，對(duì)環(huán)境都有了更深入的了解和認(rèn)識(shí)，從而開發(fā)自己的研究課題，比如針對(duì)節(jié)能、室內(nèi)空調(diào)、室內(nèi)光源、用水量與用電量等相關(guān)節(jié)能項(xiàng)目設(shè)計(jì)出最佳測量方案及測量設(shè)備等。所以，一定意義上，我們的學(xué)生在創(chuàng)新的征程中也是經(jīng)歷了一個(gè)“風(fēng)海鷗”的過程。

圖3

[1] 濱川圭弘(日).太陽能光伏電池及其應(yīng)用[M].北京：科學(xué)出版社，2008

稿件編號(hào)：P1110040

馮曉琴，博士，中教一級(jí)。彭征，博士，高級(jí)編輯。

1.北京師范大學(xué)附屬中學(xué)。2.人民教育出版社。

這樣系統(tǒng)性地區(qū)域規(guī)劃有3個(gè)方面好處：

(1)便于教師安排實(shí)驗(yàn)教學(xué)的課程和教室。

(2)在同一個(gè)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，學(xué)生們可以一目了然地看到將來要學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)的各個(gè)區(qū)域，教師也能以此激勵(lì)學(xué)生學(xué)習(xí)。

(3)隨著學(xué)生們知識(shí)廣度、深度的增加，他們可以從最初的基礎(chǔ)學(xué)習(xí)區(qū)轉(zhuǎn)換到中、高階的實(shí)驗(yàn)區(qū)域，甚至實(shí)驗(yàn)室中還有符合專業(yè)研究層面的區(qū)域及設(shè)備；這樣的實(shí)驗(yàn)室能伴隨一批學(xué)生幾年的學(xué)習(xí)，是為學(xué)校提供高性價(jià)比的實(shí)驗(yàn)室方案。