时间：2023-06-02 09:22:48
关键词：太阳能；光伏发电；课程改革
中图分类号：TM615 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）49-0131-02
面临21世纪能源短缺和环境问题，国家将新能源产业列入国家战略性新兴产业。北京市中长期科学和技术发展规划纲要（2008―2020）科技发展重点任务之一是新能源利用。2012年，财政部、科技部、国家能源局联合下发“金太阳”政策及“金屋顶”政策，两大政策均支持分布式光伏发电示范项目。太阳能是能源领域的新兴重点发展方向，开设太阳能发电技术课程对提高学生的就业机会，增强学生服务社会的能力有非常重要的作用。北京信息科技大学2012级培养计划将电气工程及其自动化专业特色定位于新能源及节能技术应用。新能源特色系列课程主要有《太阳能发电技术》等5门课，其中1门必修课，3门选修课及1门实践课，《太阳能发电技术》是必修课和重要特色课，要发挥特色课程的作用，非常有必要进行课程改革。
一、太阳能光伏发电技术课程改革的意义
目前，国家需要大量的光伏发电相关的技术型人才和研究型人才，人才缺口较大。北京市重视“太阳能”学科点建设和人才培养，建议有条件的院校建立太阳能培训试验中心，以培养一大批能胜任太阳能开发需要的中高级专业技术人才和管理人才。在此形势下，开设《太阳能发电技术》课程，讲述国内外太阳能光伏发电基本理论和基本概念，从实际应用和工程设计角度，分析装置、系统和应用，介绍太阳能光伏发电的最新技术、最新成果，为学生以后从事太阳能电池研究、光伏技术应用、光伏电站建设与管理，打下坚实的基础。加强《太阳能发电技术》课程改革，对培养学生的专业素质，提高学生学习专业课的能力，增强学生的就业机会，提高学生服务于社会的能力具有十分重要的作用。《太阳能光伏发电技术》共计32学时，其中讲课24学时，实验8学时。该课程属于专业课，必修课。本课程教学目的是使学生掌握太阳能光伏发电的基本理论和方法。通过对该门课程的学习，使学生了解太阳能资源的状况，理解太阳能光伏发电的基本原理及系统的构成，掌握光伏电池、蓄电池、充放电控制器、逆变器及相关电力电子变换电路的工作原理及控制方法，熟悉最大功率跟踪的概念及常用算法，最后介绍典型小光伏发电系统的设计。
二、太阳能光伏发电技术课程存在的问题
1.教材问题。太阳能光伏发电技术的实际应用越来越多，需要大量的应用技术型人才和研究型人才，但人才培养需要有针对性的教材和相关的参考书。太阳能光伏发电技术是近年来发展迅速的一门新技术，其知识内容更新速度非常快。目前这方面的书籍很多，但实用教材却很少，有些书针对光伏发电的某一点，过于专业，有些书只是简单的科普，多数不适合作高校教材。
2.实践教学问题。实验教学对工科学生掌握所学课程的内容，灵活运用所学知识去解决实际问题的方法至关重要，太阳能发电技术更是如此。目前太阳能光伏发电实训装置相对匮乏。国内有一两家教学仪器公司开发了太阳能光伏发电实训平台，价格昂贵，能开设的实验很少，且操作性差，对锻炼学生的手动实操能力帮助不大。
3.教学案例太少，教学案例建设薄弱。工程实践部门主要完成工程设计及施工，科研院所专注于技术提升与创新，能用于教学的工程案例资料很难查询，即使能找到少许资料，技术资料也不完备，缺乏演示行和可复制性。
三、太阳能光伏发电技术课程改革的主要内容
1.教材建设。本课程没有固定的教材，参考《太阳能光伏发电及其应用》、《太阳能光伏并网发电及其逆变控制》等章节内容，有些内容借鉴网上资源、科技文献的资源，经过加工整理，形成自编讲义。
2.教学内容更新。本课程内容丰富，涉及面广。涉及到光学、电工学、电力电子学、软件工程、单片机等基础知识，涵盖了供配电技术、自动控制原理等基本理论。既包含太阳能电池、蓄电池、逆变器、控制器等组成部分的基本原理，又有包含系统设计、应用、安装、检查与试验等基本技能；既包含电力电子变换电路及控制电路等硬件内容、也包含最大功率跟踪等软件内容。随着新技术新材料的出现，这些内容会不断更新，并将更新的内容添加到课堂上。
3.实验装置研制及实验内容更新。太阳能光伏发电实验平台主要由太阳能电池板、太阳能控制器、逆变器等组成，测试仪器主要用到万用表、电流表、功率仪、温度计、照度计、辐照计等仪表，能够进行太阳能电池板伏安特性实验、太阳能电池板不同入射角影响特性实验、太阳能电池板输出功率与负载特性实验、最大功率跟踪特性实验四个必做实验。该实验平台上还可以进行太阳能电池板开路电压和短路电流随光强变换实验、太阳能电池板暗特性曲线实验、太阳能电池串并联特性实验、太阳能电池板发电原理实验、太阳能控制器性能实验以及独立光伏发电系统实验凳选作实验。
4.教学方法改革。根据本课程的特点，上课时采用案例式教学、讨论式教学以及太阳能发电系统设计等实战教学。上课过程中，讲到一些基本理论后，举一些相关的、具有一定前沿性和趣味性的例子，加深对基础理论的理解，激发学生的学习兴趣。讲到太阳能最大功率跟踪时，可以找些太阳能最大功率跟踪的图片，视频。图片是单轴跟踪还是双轴跟踪？也可以让学生思考，除了这两种跟踪方式，还有没有别的跟踪方式？结合电力电子技术和单片机等课程，启发学生思考如何设计太阳能最大功率跟踪器。另外，在举例讲解时，也可以适当介绍本研究领域的最新动态和最新发展成果。教科书出版周期长，往往不能及时介绍学科最新、最有价值的学术成果。教师把最前沿技术引入课堂，不仅扩展了学生知识面，吸引学生学习兴趣，培养学生关注本学科发展的习惯，同时也了解学生的发展潜力，以便选拔学生。讨论式教学鼓励学生积极参加课堂讨论，帮助学生建立系统的知识结构，同时也锻炼学生的语言表达能力，将学习过程转变为师生共同学习、共同探索提高的过程。太阳能发电系统设计等实战教学是为某地区设计一套10kw太阳能光伏发电系统，要求列出当地的太阳能资源状况，光伏板的性能参数、连接方式、倾斜角，控制器的主要功能及实现功能的方案，逆变器工作原理及逆变电路，蓄电池容量等，最后给出系统的经济预算及经济效益评价。
5.学生开放实验。开放实验是以学生为主体的创新性实验，能够调动学生的主动性、积极性和创造性，激发学生的创新思维和创新意识，逐渐掌握思考问题、解决问题的方法，提高其创新实践的能力。每年选拔对太阳能光伏发电技术有浓厚兴趣的学生参加。在兴趣驱动下，在导师指导下完成实验过程，参与计划项目的学生要自主设计实验、自主完成实验、自主管理实验。先后完成太阳能节能洒水控制系统设计、太阳能多功能休闲椅控制系统设计、基于太阳能的教室灯光节能控制系统、太阳能智能温湿度控制器等开放实验项目。
6.教师队伍建设。“教师有一桶水，才能给学生一杯水”，说的是教师要有丰富的知识，练就一身过硬的功夫，才能把课上好。教师要不断学习，提高自身的素质和储备知识，特别是科学知识迅速发展的今天，学生获取知识的途径很多，知识面较宽广，对教师的要求也就越来越高，这就需要老师要不断的扩展自身的业务水平，提高业务素质，才能在讲台上站稳。近年来，电气工程系每年都派老师参加教学能力提高项目、国内访问学者项目，到重点大学进行进修学习、交流，每年参加教学会议。通过与国内高校教师的交流学习，找到了差距，少走了弯路，增强了信心，锻炼了沟通交流能力，更加注重团结协作，主动参与社会活动，勇于承担责任。通过交流与合作能获得心理支持，共同分享成功，分担问题；通过交流与合作获取教学信息和灵感，产生新的想法；教师在合作过程中，潜移默化地影响着学生，用无声的语言告诉学生合作很有益，教师也在身体力行他们所倡导的信念。课程组定期组织教研活动，就教材、实验内容、授课内容、考核方式、教学方法和手段等问题进行探讨。
四、结论
《太阳能光伏发电技术》是近年来发展起来的一门新课程，没有现成的经验可以借鉴，本着多学习多探索的原则，本文从教材建设、教学内容选择及更新、实验装置设计及实验内容更新、教学方法改革、开设开放实验、教师队伍建设等方面进行了改革初探，并将这些改革应用到电气工程教学实践中，收到了良好的效果。
参考文献：
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[3]张发云，李水根，李玲，等.光伏专业太阳电池多晶硅绒面创新实验设计[J].新余学院学报，2010，15（5）：73-75.
黄冈科技职业学院是经湖北省人民政府批准成立、教育部备案的一所全日制普通高等院校，隶属湖北省教育厅主管。教育部代码：13799，湖北省代码：9235。
学院位于黄冈市中心，毗邻遗爱湖风景区；教师中副高以上职称教师占31%，硕士、博士学历教师占26%，双师素质教师占72%，聘请的企业专家占35%；建有现代汽车实训中心、现代机械加工中心、模拟企业实战中心、校企共建动漫设计制作中心、太阳能技术实训中心等，学生平均教学仪器设备值在同类院校中名列前茅；与数十家大中型企业集团合作，建成校外实习实训基地140余个；图书馆恢宏别致，藏书100余万册，建成标准化塑胶运动场以及开水、热水，空调进寝室工程，为学生提供优越的条件。
学院是国家示范计算机实训基地、全国品牌高职院校建设单位，被省政府授予“先进高职院校”、“平安校园”、“园林式单位”和黄冈市政府“文明单位”等荣誉称号。学院人才培养水平得到了教育部及湖北省教育厅专家和社会的高度评价，被誉为高水平人才培养基地。仅2012年度，学院师生在省级以上各项比赛中累计获得一、二等奖达150人次。
学院坚持“质量立校，特色兴校，品牌强校”的发展战略，全面加强内涵建设和管理，已经发展成为一所育人环境优越，办学理念先进，办学特色鲜明，综合实力强的高职院校。
新能源学院[与华中科技大学联合]
黄冈科技职业学院新能源学院是湖北省首家也是唯一一家太阳能专业学院，又是与华中科技大学能源人才联合培养共建的学院，重点面向太阳能光电全产业链技术人才培养，包括：太阳能原料、晶体硅太阳电池组件、非晶硅/微晶硅薄膜太阳电池组件、太阳能光电建筑专用构件研发、生产和销售，太阳能光电建筑一体化电站咨询、设计、施工、运营、管理及投融资服务等环节。
学院拥有太阳能应用技术实训中心、电工电子与自动化技术、模具和数控加工、金工实训、光电建筑一体化等实验实训中心，可进行太阳观测、硅材料检测、太阳能电池检测、太阳能发电系统检测、太阳能电池组件生产实训。
该院立足于太阳能产业，联合华中科技大学及用人单位，力争几年内将该院打造成为全省乃至全国的新能源人才培养基地，培养更多高素质高技能的应用型人才，实现学生高质量就业。
本专业第一年在本校学习，第二年在华中科技大学进修，第三年在名企带薪实习。
地址：湖北省黄冈市东坡大道62号 邮编：438000 电话：0713-8118571 招生QQ：2359491999 1973719555
《太阳光的利用》是北师大版二年级下册《品德与生活》第四单元《奇妙的光》中的第三个主题。本单元从影子探索开始，引导儿童探索和认识光的一般特性，激发儿童对光的好奇心和探究兴趣，本课内容是在前两个主题的基础上，进一步认识太阳光。通过活动让儿童初步懂得光与人类生活的密切关系以及人类利用太阳光取得的成果。
[学情分析]
对于二年级学生来说，太阳光是非常熟悉的自然现象，但是由于儿童的生活经验与年龄的特点，对太阳光利用的了解却不多，容易造成熟视无睹。他们对太阳光利用的认识，仅仅是太阳光照在身上暖和。因此本次活动设计，从儿童自身的生活经验入手，引导儿童通过调查、记录、讨论太阳光在生活中的利用，使儿童感受到太阳与我们生活的密切关系，激发儿童探索太阳光的热情。
[设计思路]
新课标中要求学生能初步了解生活中的自然常识，热爱自然，热爱科学。本课体现课程标准中对自然现象或生活中的问题有探究的兴趣这一点，从学生的生活实际出发，引导他们通过探索了解更多的来自生活的科学知识，扩大他们的知识点。密切联系学生的生活，通过课前调查、生活资料的收集启发儿童在生活中体验太阳光的种种用途。在活动课中，采用自主、合作和探究学习方式；让学生动手操作研究古时候“日晷”的原理，设计图画，满足了学生体验的需求，培养学生动手能力。
[活动目标]
知识与技能：知道人类利用太阳光为自己服务，太阳光是地球上的主要能源之一。
过程与方法：在调查、探究过程中体验太阳光的奥秘；经历与他人合作的过程，并能与他人交流思维的过程和结果。
情感态度价值观：让学生积极尝试在生活中利用太阳光做一些有益的事情，培养学生观察思考能力、搜集整理资料的能力，养成和他人协作学习的习惯。
[重点难点]
（1）知道能利用太阳光来为人类的生活服务。（2）积极尝试在生活中利用太阳光做一些有益的事。
[活动课程]
一、猜谜激趣，揭示课题
1、猜谜导入。同学们，你们喜欢猜谜语吗？今天老师带来一则谜语，有位老公公，一副圆面孔，有朝一日不见它，不是下雨就刮风。你们知道这是什么吗？
2、 揭示活动主题。很早以前，人们就懂得利用太阳光为自己服务。今天我们一起来学习《太阳光的利用》。（大屏幕出示课题——太阳光的利用）
（设计意图：在猜谜语中导入新课，激发学生的学习兴趣，在启迪学生思考的同时，将学生带进探究太阳光奥秘的氛围中。）
二、自主探究，发现奥秘
活动一：师生探讨，发现利与弊。
1、小组互动交流太阳光的作用。
（1）太阳会发光发热，它和我们的生活有着密切的关系，课前，老师布置你们回去搜集一些关于太阳公公的资料，现在我们一起来交流，你知道了什么？
（2） 小组交流资料。学生结合资料把自己了解到的知识在全班交流。
（设计意图：通过课前资料调查活动，使学生对太阳光的利用产生了极大的兴趣，激发了探究的愿望，在课堂的交流中表现出很大的积极性）
（3）你们是从哪里收集到这些资料的？（网上查资料、看书、看电视、问家长、听同学交谈……）
小结：搜集资料的办法很多，以后我们都要在生活中多搜集资料，学到更多课本上学不到的知识。
（设计意图：指导搜集资料的方法，培养搜集整理资料的能力。）
2、认识太阳能及其作用。
（1）太阳公公为我们带来的光和热叫太阳能。你知道人们是怎样利用太阳能的呢？（太阳能计算器、太阳能热水器、太阳能计算机……）
（2）师出示图片与视频，引导认识太阳能的作用强大。
师补充资料——①太阳能路灯、太阳能炉灶、太阳能发电站、太阳能大楼、太阳能电池汽车图片。②播放：奥运圣火采集的视频
学生欣赏图片，观看奥运圣火采集的视频
师：你们看到什么了？
（设计意图：老师呈现学生不了解的资料，展示师生共同学习的过程，同时也拓宽学生的视野，明白太阳在我们生活中的作用非常强大）
3、联系实际谈发现。师：太阳公公是一位非常高明的魔术师，给我们带来很多好处，但也有发脾气的时候，比如什么呢？
学生讨论，小组代表汇报。
4、师生感悟，升华主题：看来太阳公公的本领真的非常强大。它的使用不但没有污染环境，还帮人们节省了许多其他的能源。所以太阳光是地球上重要的能源之一。我们在生活中要更好地利用阳光，避免被强烈的阳光所伤害，学会保护自己。
（设计意图：活动中教师及时总结与点拨，教学生学会保护自己，避免强光的伤害。）
活动二：动手探究，认识日晷
1、师介绍日晷。
2、提问：古时候的人是怎么利用日晷计时的呢？
3、分小组操作探究，师巡视指导。
4、学生上台演示。
5、通过刚才的演示，你有什么感受？
（设计意图：小组动手研究古时候“日晷”的原理，动手操作是学生喜欢的学习形式，通过演示探究古人对太阳光的运用，培养学生主动探索的兴趣和能力，体验在生活中如何学科学、用科学的乐趣。）
活动三：创意表达，展示才能
1、师：“请同学们利用太阳公公的能量来做一个太阳能的展示会。”
课件出示要求：大家发挥想象，小组合作，创造出更多在生活中利用太阳能做的东西。把你们所想到的画下来，然后派一名代表上台展示给全班同学看，汇报时要注意说清几个问题：你们这种产品是什么，有哪些开关，怎样使用，优点是什么。选出最有创意小组。
2、学生小组合作动手策划，师巡视。
3、师打开实物投影仪，各小组上台交流自己的奇思妙想。
4、共同评出最佳创意小组，颁布证书。
（设计意图：让学生创作，培养学生的想象力。新课程评价更关注学生丰富多彩的体验和个性化的创意和表现，针对低年级学生有强烈的集体荣誉感和自我表现欲的特点，评出最佳创意小组，使每一个学生更具有自信心和参与活动的积极性。）
师：同学们很聪明，你们的想像力很丰富。希望将来你们中间会有研究太阳能的专家，解决现在能源危机，让太阳更好地为人类造福。
三、总结延伸、升华认识
（1）师生总结。
今天的学习中，你有什么收获呢？
学生说出自己的想法。
（设计意图：在谈感受中了解学生学习的情况，培养学生整理、归纳知识的能力。）
（2）活动拓展。
①太阳公公的学问可大了，它身上还有好多的知识等着我们去探索。课后请同学们把在课堂上利用太阳光的创意画下来的画贴在“艺术长廊”上展示。
②在生活中利用太阳光进行小发明、小实验、小制作，准备参加学校科技节的比赛。
作者/潘 莹
课堂应是向未知方向挺进的旅程，随时都有可能发现意外的通道和美丽的图景，而不是一切都必须遵循固定线路而没有激情的行程。——叶澜
那天，我们学习的是第一册中的《阳光》一课。在教学“阳光是大家的，谁也捉不住阳光”这一段时，我感慨万千地说：“是啊，阳光是公正无私的，它给予每一个人都一样多，谁也无法捉住它占为己有。”没想到，我的话音刚落，教室里却出现了不和谐的声音——有人嘀咕了一句：“我可以捉住阳光。”
特级教师沈大安老师曾经说过，在课程的实施过程中，预设的教学计划同课堂的真实情境间经常性地存在着某种偏差，其实这种“偏”正是学生个人知识、直接经验、生活世界等“儿童文化”的外显，正是学生对文本教材碰撞的自我解读，其中应该不乏有价值的成分。由此想来，课堂中那个嘀咕的声音不正是这种“儿童文化”的外显吗？其他学生的真实思想中是不是也存在着这样的想法呢？
我再一次对教材进行了认真钻研，于是在第二课时中就有了这样的对话：
师：（轻轻地）上节课谁说可以捉住阳光？
生：老师，周筱说她可以捉住阳光。
师：周筱同学真棒，有自己的看法。周筱，来说说你怎样捉住阳光，好吗？
生：（大声）我家有一个太阳能热水器，利用它，我可以捉住阳光，
教室里爆发出—阵笑声。这—下，其他学生的思路也被打开了，有的说：“我家有太阳灶，利用它可以捉住阳光来烧饭。”有的说：“我家有太阳能蓄电池，利用它我可以捉住阳光，想什么时候用电就什么时候用。”……
“大家都说的很有道理，我们来修改一下课文，让它更科学，好吗？”这一下，学生的兴致更高了！“太阳能热水器、太阳灶等都是科学家发明的，改为‘科学家能捉住阳光，阳光是科学家的’。”“聪明的人可以捉住阳光，阳光是属于聪明人的。”“妈妈晒东西时捉住了阳光，阳光是妈妈的。”……当有人说出“我们捉住了阳光，阳光是我们的”时，学生完全在愉悦、自豪中领会了阳光的宝贵，人类的伟大。我也被学生的灵动所感染，所折服。
课后，兴奋之余，我也有了更加深刻的反思。
长期以来，我们总认为“端上桌子的都是好菜”，习惯了分析作品中的成功之处，缺乏批判的眼光，我们在呼唤师生民主平等的同时，往往忽略了教师与教材、学生与教材之间的平等，教师“跪”着教书，学生便习惯了“跪”着学习。
课堂上发现亮点后，教师及时予以关注和引导，并进行放大，让所有学生都来关注，推敲课文中的语言，改变句子的说法。学生的智慧得以催生，情感得以撞击，视界得以敞亮，也更好地理解了课文。我想，这是比任何设定的所谓知识目标更为可贵的资源。
学生发明引领低碳生活
用废报纸制作一棵小树，然后加装太阳能电路、插座和适配手机的充电器，就成了一棵天然的手机充电“树”。郭颖媛介绍，目前太阳能充电“树”可以为三星、苹果等多个品牌的手机充电。
“学校已经初步计划将太阳能充电‘树’摆放在操场边上，供同学使用。”郭颖媛说，以后她还要继续改进创新，争取能让太阳能充电“树”走上大街，为老百姓服务。
太阳能充电“树”只是“未来科学家可持续成长计划”中期总结展示的一项科技发明之一。将废旧的木质箱子加装有机玻璃板、向下倾斜的水槽、热水壶等就构成了一个实用节水的高温高压水蒸气刷勺机，方便同学们在校午餐后清洗餐具。还有利用太阳能制作的清洗皮鞋机、水面清污船、图书自动翻阅书架等，都是学生来源于生活的小发明。
学生建言首都城市建设
“北京提出了‘绿色出行’，而我在调查中却发现，北京市市民缺少自行车泊车车位。”北京八中学生洪家慧对西城区两条干道，44个场所进行了实地考察后发现，自行车停车空间不足严重影响了市民绿色出行的热情，而且现有的自行车泊车架设计也有待完善。
据此，洪家慧提出了四条改进意见，并整理成了文字，“将来我准备将这些材料递交给北京市市政市容管理委员会等相关单位，为北京‘绿色出行’贡献自己的力量。”洪家慧说。
北京六十五中学张肖尧的“对现有节水龙头的调查实验及改进建议”、北京交通大学附属中学王子峤的“工业废弃物建造绿色生态园”、北京市西城外国语学校邵嘉琳的“太阳能水面清污船”等调查研究及科技发明都对城市建设有一定的借鉴意义。中国少年科学院专家腾保华认为，“学生对社会的关注很好地反映出了学生的社会责任感。”
发现未来身边的小科学家
为引导学生关注身边生活，从实际出发开展科学研究，北京市可持续发展教育协会启动了“未来科学家可持续成长计划”，该项目通过科学的教育，培养青少年树立为人类可持续发展贡献力量的志向，帮助青少年获得可持续发展需要的科学知识、学习能力、价值观念与生活方式，为培养未来科学家提供更多更好的人才准备，进而促进社会、经济、环境与文化的可持续发展。
对此,LED领域业类专家、大力倡导推进太阳能LED应用的清华大学电子工程系教授茅玉海日前曾专门撰文《发展太阳能LED路灯是发展我国光伏发电的头等大事》,以表明自己的观点。
文章指出:据保守估计,“十城万盏”计划的总数将会超过200万盏,但也只不过是每年新增路灯总数的十分之一而已。假如每年新增的2000万盏都采用太阳能,那么其总功率将达到400万千瓦――其实还远不止此数,因为通常太阳能LED路灯所采用的的太阳能板功率是实际路灯功率的3-4倍。如假定为3倍,那么总的太阳能板的装机容量将会达到1200万千瓦,而中国2008年太阳能电池板总产量为178万千瓦(1780兆瓦),还远远不能满足太阳能路灯的需要。由此可见太阳能LED路灯的市场,决不是一个可有可无的市场,而是一个举足轻重的大市场。
日前,我们专诚联系了远在上海的茅玉海教授,迫于时间关系,茅教授书面回答了本刊记者的提问。
《十城万盏参考》:太阳能LED技术的探索,国际上有哪些国家正在进行?我国是起于什么时候?其初衷是怎样的?
茅于海:从1954年美国贝尔实验室研制成实用型硅太阳电池算起,太阳能的光伏发电业也只有50多年的历史。而LED作为一种新光源,则要从日本的日亚化工在1993年提出的蓝光专利算起,而高亮度白光LED则是有赖于日本丰田合成在1998年推出氮化物LED。把太阳能和LED相结合则还是本世纪初的事,我国和世界上其他国家的差距不到3-5年,而生产量则早在2005年以后就已经名列前茅了。早期主要是太阳能草坪灯,因为这种灯带有点缀性、观赏性,要求不是太高,国外需求量很大,中国主要是浙江省的中小企业大量出口。直到最近几年才开始用到路灯中,但也主要是政府的示范性工程,而没有实用价值。从今年开始,由于太阳能电池板价格的降低,太阳能路灯开始显示出其实用价值,从而进入其快速发展的成长期。
《十城万盏参考》:目前来讲,太阳能光伏与LED的集成技术领域成熟度如何?我国在推广太阳能光伏LED方面有什么优势和劣势?
茅于海:应该说其基本技术都已经成熟,单晶硅和多晶硅的太阳能电池板早已大量出口,随着国际市场的价格降低和国内企业的产能过剩,目前是大力发展国内的太阳能路灯的大好时机;另一方面,随着LED发光效率的提高(130lm/w已经成为商品)、散热技术的普及,LED灯具本身已经进入其成熟期。作为储能的重要部件――蓄电池,也有胶体铅蓄电池、磷酸铁锂电池等性能更好的电池出现。而太阳能LED路灯的核心部件-恒流源和控制器,也有很大的突破。我们公司研发成功的节能型调光控制器可以根据交通流量来调节路灯的亮度,从而可以减少太阳能电池板的面积50%以上,大大降低了太阳能电池板的成本,提高了阴雨天的待机天数,使得太阳能LED路灯更加现实可行。
我国在推广太阳能光伏LED产业上的优势是有地方政府的大力支持,可以在某些地区快速启动。劣势则主要是技术上很多核心技术都没有掌握。例如太阳能电池板,我们还是主要采用国外淘汰的生产技术来生产既耗能又污染的单晶硅、多晶硅,而国外都已经进入采用铜铟镓硒CIGS(CIS中掺入Ga)的第三代薄膜太阳能电池板了。美国硅谷有一家企业NanoSolar 公司开发出一种印刷型太阳能电池,可以用一种“油墨(铜铟镓二硒)”像印报纸一样来“印刷”太阳能电池,用一分钟时间便可以“印刷”出上百尺的太阳能电池,硅材料也节省70%以上,其成本只有现有太阳能电池板的1/10。2008年就生产出430兆瓦这种太阳能电池。
印刷出来的太阳能电池
至于LED芯片技术也都掌握在外国企业手里,中国的芯片光效只有80-100lm/W,比国外芯片差50%,所以目前大功率LED芯片80%以上都是进口,国内主要是封装厂家而已。
《十城万盏参考》:当前来讲LED产业正热,太阳能光伏和LED的集成照明成本问题在大规模推进过程中不容忽视,其成本的降低主要有哪些途径?相较国际经验,国内的企业是如何进行这方面探索的?有哪些特点?
茅于海:降低成本,主要有两个方面,一是降低原材料成本,二是降低生产成本。国内企业在生产组织方面有一定经验,但是,我国的企业主要靠生产组织的提高实现效率,顶多降低几个点。至于搬迁到工资更低的地区或直接降低工人工资,则更不足可取了。可以说,只有采用技术创新才能从根本上降低成本,国外企业主要就是靠技术创新降低成本。例如上面提到的采用“印刷”太阳能板,其成本可以降低90%。
其实对于光伏发电来说,其潜力还很大。因为目前的光伏发电的效率只有百分之十几,后面还有百分之几十的发展空间。例如美国麻省理工学院的教授就提出了一种2微米厚的表面抗反射和背面反射式衍射光栅,有可能把太阳能光伏发电的效率提高50%以上,也就是比现在的效率提高3倍左右。还没有什么理论证明,这就是太阳能电池效率的最高值了,说不定有一天太阳能电池的效率可以提高到90%。LED也是这样,现在的发光效率是130lm/W,据说最后可以提高到300lm/W,所以也还有很大的发展空间。遗憾的是,国内企业很少进行基础性的研究。
《十城万盏参考》:保定是我国太阳能综合应用示范城市,在保定的“十城万盏”工程的推进中,主抓太阳能LED方向,其得益于前期形成的太阳能光伏产业基础,而当前很多城市省份也开始猛上太阳能LED产业项目,诸如山东。您如何看待国内涌现的新能源产业泡沫下的太阳能光伏LED产业的未来发展?
茅于海:当前各个城市猛上太阳能LED项目,当然是好事,但是也的确有可能形成新的产业泡沫。不过,相信经过严酷的现实考验,一定会大浪淘沙,淘汰一些不合格的产品和产业,留下一些经得起考验的产业。不过,这个过程也会浪费大量的国家财富和资源,形成一批高级废品和垃圾。其实,关键是技术。不合格的产品和产业一定是不重视技术,因而技术上不过关。
但是,各地的政府应当起主导作用。因为现在的“十城万盏”是计划经济,不是市场经济,所以是政府在主导的。例如政府在采购时,就应当强调质量优先、技术领先,而不是价格越低越好。就像前段时间,深圳对二十几家的LED路灯产品进行了严格的测试,各家产品的质量就暴露无遗,很容易从中挑选出质量过关的产品。
再进一步,各级政府不应当把这个“十城万盏”看成是简单的采购任务,更应当看作是发展一个巨大的高科技产业的机遇,好好进行长期规划,重点扶持几个高科技产业,加强基础研究,掌握核心技术,做大做强,使我们不只是生产大国,而且还要成为科技强国。
《十城万盏参考》:作为具有明显优势完全节能的太阳能LED灯,相较于纯LED灯在现实推广上有哪些局限和问题?
茅于海:纯LED灯比较容易实现,所以现在“十城万盏”计划不少城市都是以改造原有高压钠灯为LED路灯,这样当然比较简单,原来的供电系统不用改变就可以用。但是其节能效果也有限,不像采用太阳能LED路灯,所有的电费都可以节省下来。但是太阳能LED路灯要在城市中推广也有它的局限性。一个原因是城市中高楼大厦林立,阳光常被遮挡,另外也可能被高大的树木所遮挡。还有就是我国的大城市大多在东南沿海地区,那里的阳光照射不及西北部,阴雨天比较多,大城市的公安部门为了防盗又要求路灯彻夜通明,无法采用半夜降功率的方法来节能。这些都是太阳能LED路灯在“十城万盏”计划中的局限性。
《十城万盏参考》:当前国家大力推进节能减排、创建低碳社会的大背景下,这种完全节能的太阳能光伏LED,在技术得以全面提升后,是否可能一步到位,作为半导体照明试点城市的推广首选方式?有哪些具体问题?
茅于海:前面已经提到了太阳能LED路灯在城市推广中的局限性,所以过去一直认为太阳能LED路灯只能在城市郊区的非主干道中推广,这就可以避免前面说到的一些局限性。不过随着LED光效的提高,随着太阳能电池板效率的提高,随着控制器性能的提高(例如采用最大功率跟踪),太阳能LED路灯也已经有可能进入主干道。应该说太阳能LED的主要应用场所不是在城市,而是在农村;不是在非主干道,而是在高速公路。因为,高速公路远离城市,要铺设供电电缆更加困难,耗费也更大,这时太阳能LED路灯的优越性就可以充分发挥。铺设太阳能LED路灯根本不需要挖地沟,埋设电缆,而只要像种树一样,挖一个洞,埋一根杆,远比交流电路灯的铺设要简单。
《十城万盏参考》:在共同面对诸如在采购上,来自传统高压钠灯方面的部门利益等问题上,太阳能光伏LED和纯LED灯将如何打开局面,更好地进入政府采购中?
茅于海:对于涉及到既得利益的问题,我们不好回答,相信今后的廉政建设能够解决这些问题。
《十城万盏参考》:当前很多传统灯具企业对LED产品还处于观望中,企业作为半导体照明产业的主体,他们将如何接受来自科技创新趋势带动下的照明产业变革?
茅于海:对于那些持观望态度的企业,希望他们能够认识到,LED势必将取代一 切电光源,所有的白炽灯、节能灯都将会被淘汰。这是大势所趋。迟进不如早进。
《十城万盏参考》:您对包括保定在内的试点城市,结合自身产业优势推进太阳能LED产业发展,走低碳城市发展的路径,有什么建议或意见?
茅于海:节能减排是我们国家乃至全世界的长期目标,不是一个短期国策。一定要做好长远打算,从基础做起。尤其是要发展科学技术,因为科学技术才是最先进的生产力。
关键词：太阳能建筑一体化 节能环保建筑 建筑学变革
中图分类号： TE08 文献标识码： A 文章编号：
1 前言：
近期全国各地不同程度出现雾霾天气，严重影响了居民的正常生活和出行。加强环境保护、推进节能减排已刻不容缓。建筑是耗能大户，约占整个耗能的三分之一左右。《十二五建筑节能专项规划》明确提出：“十二五”期末，力争新增可再生能源建筑（主要为光电一体化建筑）应用面积25亿平方米。在“十一五”约4000万平方米示范面积的基础上提高60多倍。
从原始社会开始，我们的祖先就懂得利用太阳的光和热来选址和建造房屋。房屋尽可能坐北朝南布置，重要的房间布置在南面，争取更多的日照。尽管这些只是低级的、感性的、原始的利用太阳能的方式。目前经济飞速发展，各国尤其是能源消耗大国逐渐意识到非再生能源越来越少，开发难度越来越大，可再生能源尤其是太阳能又逐渐受到人们的重视。特别是20 世纪70 年代以来，世界各国将太阳能建筑的研究、应用、开发推向了新阶段。
2 太阳能建筑一体化
太阳能建筑一体化是将太阳能利用设施与建筑有机结合, 利用太阳能集热器替代屋顶覆盖层或替代屋顶保温层, 即部分立面外墙、护栏、窗玻璃与建筑融为一体的完美结合, 既消除了太阳能对建筑物立面的影响, 又减少了重复投资, 降低了成本。
太阳能建筑一体化包括太阳能光热建筑一体化和太阳能光伏建筑一体化。
太阳能光热建筑一体化发展较早，主要是常见的太阳能热水器、采暖器等，但太阳能利用率较低。太阳能光伏建筑一体化，是指光伏发电与建筑物相结合，在建筑物的结构表面上布设光伏器件产生电力，从而使建筑物产生再生能源。
3 国内外现状
国外从上个世纪初就开始研究太能能建筑，我国相对较晚。美国早在上个世纪40 年代，麻省理工学院就开始进行了利用太阳能集热器作为热源的供暖、空调系统研究，先后建成了一些实验太阳房。这些实验太阳房，即是最早的主动式太阳房。到70 年代以后，又有华盛顿近郊的托马森太阳房和科罗拉多州丹佛市的洛夫太阳房等主动式太阳房的示范建筑的建成。直到进入90 年代，由于开发出更加高效的太阳能集热器和吸收式制冷机、热泵机组，应用范围才得以扩大。日本在主动式太阳房的研究应用领域也处于世界前列。
太阳光热建筑技术与应用相对成熟，太阳能光伏建筑成为各国发展的重点。各国都出台了一系列的政策，鼓励建设太阳能建筑。德国是最先提出这个计划的，然后是日本和美国。欧盟可再生能源白皮书和“起飞运动”是欧洲太阳光发电的里程碑；德国政府的 “十万个光伏屋顶计划”和德国新的“可再生能源法”保证私人的太阳光发电系统里用不完的电，可以上电力网卖给国家电力公司；美国政府的“克林顿总统百万太阳光发电屋顶计划”即在2001年前将要为100万个美国家庭的每一户安装3~5KW太阳光发电屋顶；日本目前推出的“绿色经济和社会变革计划”，提出到2020年太阳能光电安装量比现在扩大20倍，实现70％新建住宅安装太阳能光伏发电设备。
太阳能建筑的发展极为迅速，无论是对太阳能建筑的研究、设计优化，还是材料、房屋部件结构的产品开发、应用，以及真正形成商业运作的房地产开发，并形成了完整的太阳能建筑产业化体系。
我国具有非常丰富的太阳能资源，这为我国太阳能建筑产业的发展提供了良好的资源保障。我国太阳能建筑应用研究相对于国外发达国家来说是比较晚的，基本开始于上个世纪70 年代末。目前虽然我国太阳能光伏组电池板和组件产量几乎占据世界总量的一半，但太阳能光伏建筑面积却比发达国家少之又少。由于能源危机和环境恶化也在不断加剧，我国出台了一系列的推进太阳能建筑研究与应用的政策和措施。2006年我国成立了建筑环境与能源研究院，主要工作是研究新能源或可再生能源产品如何和建筑匹配，从而节省建筑的耗能；2010年我国实施《民用建筑太阳能光伏系统应用技术规范》；2011年4月，新修订的《可再生能源法》中明确规定，国家鼓励单位和个人安装及使用太阳能热水系统、太阳能供热采暖和制冷系统；2012年2月我国工信部制定并正式了《太阳能光伏产业“十二五”发展规划》；同时我国在“可再生能源建筑应用示范工程”中专门为太阳能光伏设计了一个项目，进行专门的补贴，建造了一些示范性太阳能建筑，如青岛客运站、北京奥体中心体育场等。
4 我国太阳能建筑一体化存在的问题
研发缺乏整体性
在西方发达国家，对太阳能与建筑一体化的技术研发以及应用已不再局限于住宅体或单体建筑本身，而是扩展到厂区、社区、城市，是一个系统的、全方位的太阳能与建筑一体化的过程。德国弗莱堡太阳船小区，是欧洲最先进的太阳能住宅小区之一，小区共有建筑面积1.1万平方米，顶部太阳能电池板在阳光的照耀下熠熠生辉，绿色的花园草坪点缀其间，建筑外墙色彩缤纷，周边环境浑然一体。在我国，对太阳能与建筑一体化技术的应用还没有形成一个系统，更多时候，是单个或者几个技术的简单堆砌，实用性不强，而大多企业以生产太阳能集热器和光伏组件为主，研发能力弱。
实施缺乏同步性
目前大多都是建筑完成后再加装太阳能设备，既加大成本，又影响建筑外观，造成城市视角污染。太阳能的利用应纳入建筑的总体设计，把建筑、技术和美学融为一体，使太阳能设施成为建筑的一部分，相互间有机结合，防止太阳能的结构影响建筑外观。同时政府应制订太阳能应用激励机制，调动开发商的积极性；采用同步设计、同步施工、同步管理的方式，促进太阳能建筑一体化的发展。
人才缺乏交叉性
我国既有庞大的建筑设计队伍，也有为数不少的太阳能技术人员，但缺乏真正既懂建筑设计又熟悉太阳能技术的具有交叉性的复合型人才。太阳能建筑一体化发展，建筑是根本。但目前开展太阳能建筑一体化研究的院校或科研机构较少，并且大多处于太阳能建筑一体化研究的初级阶段。复合型人才的缺乏阻碍了太阳能建筑一体化的发展。 加强太阳能企业与建筑设计部门和研究机构的交流，对于培养太阳能建筑一体化人才是十分必要的。
5 建筑学变革
我国目前城镇化发展较快，每年的建筑总量达20亿平方米之多，超过了世界发达国家同期建筑面积之和。并且此阶段还将持续30年以上，总的建设量十分可观。建筑能耗将决定我国能耗和二氧化碳排放的水平。如此之大的建设量和太阳能建筑一体化的推广必将引发建筑学的变革。
我国传统的建筑指导方针“实用、经济、美观”中，“实用”将要求大规模地在建筑设计中应用各种成熟的太阳能技术，即以太阳能技术“实用化”引领新建筑设计的“实用”。“经济”就要求所采用的太阳能应用技术和产品具有经济性和高效能。“美观”则指的是建筑的传统美观要有所变革，崇尚阳光、太阳能的直接利用或间接利用将成为“建筑自然美”的主流。
随着建筑学的变革，建筑师再教育培训成为当务之急，应加强建筑师关于建筑节能、太阳能应用知识的再教育培训。建筑学教育体系也将随之发生变革，应培养出合格的既具备建筑设计能力又了解太阳能技术的建筑人才。
6 结束语
太阳能建筑一体化是建筑节能的重要途径，也是未来太阳能技术和节能环保建筑发展的方向。虽然我国太阳能建筑一体化发展迅速, 但是在研发、实施、和专业人才等方面还存在诸多障碍, 任重而道远，同时也引发了建筑学的变革。
参考文献
1 住房和城乡建设部，《建筑业发展“十二五”规划》[Z];2011年8月
2 李明亮;光伏组件在公共建筑中的整合设计[D];山东建筑大学;2011年
语文教学的核心是语言的学习，它的基本任务是提高学生理解和运用祖国语言文字的能力，这种能力的形成必须借助必要的、理性的语言训练。因此加强语言训练，使学生科学、快捷地学会运用规范的语言表情达意是语文课的主旋律，教师作为这一主旋律的演绎者，在平时的语文教学中应时时留心挖掘教材的语言学习因素，抓住语言训练的契机，巧妙设计练习，为学生提供语言实践的机会，让学生学会“说”。
一、迁移运用，活化语言内存
学生只有在大脑中储备足够数量的语言材料，才能保证运用时随意支取，保证语言表达的准确、生动。语文教材作为传承祖国文字文化和文明的权威载体，是学生学习语言的典范，课文中有许多值得感悟、积累的语言材料。教学中，教师要注意引导学生在理解的基础上将新的语言内化为自己的语言。如教学《太阳》一课时，我设计了这样一个说话情境：太阳公公喜欢小朋友，希望能和小朋友们交朋友，可是征友启事发出了很久，就是没有人来应征，你知道这是为什么吗？请同学们自由读课文1―3自然段，找出原因。科普说明文用拟人化的手段进行教学，学生感到非常新鲜，兴趣倍增。学生充分阅x文本后，让学生运用课文中的语言进行交流，在学生交流的过程中，教师适当点拨，引导学生明白列数字、打比方、举例子等说明方法。学习第二部分，我继续将这个话题进行到底听了小朋友们的话，太阳公公知道因为自己的特点交不到朋友，非常难过，他决定天天躲在家里不出门了，请同学们自读课文4―7自然段，，找理由劝太阳公公出来。在学生充分朗读感受课文第二部分“太阳与人类的关系”后，我让学生用“太阳公公您虽然离我们很远，但是您和我们的关系却非常密切……”对太阳进行劝说。此时，学生在课文中感知到的信息，一下子就有了抒发平台，学生将课文中的内容实现迁移，都自然流露到自己的语言中。接着我又让学生联系生活，谈谈课文中没写到的知识。学生的思路被充分拓开，纷纷畅谈太阳能在生活中的作用。如此，老师的一个说话练习，将太阳与我们人类的关系展现地淋漓尽致，课文的语言已发展为学生的语言，课文的情感转化为学生的情感，既深化了学生对课文的理解，又内化了课文语言。
二、转换角色，让学生有“话”可说
在阅读教学过程中，对于课文中刻画的人物、描绘的场景、阐述的道理乃至写作的方法，巧妙地转换角度去体会、去思考、去叙述，往往学生更有话说，因此，教师必须充分发掘一切有利因素，设法引导学生突破常规，沿着不同的思路，多角度探索、学习。如学习《威尼斯的小艇》介绍船夫的驾驶技术好这一部分时，我设计让学生先自由练读这一段，再请学生当船夫上台夸夸自己的驾驶技术，老师和同学当游人，谁的驾驶技术好，游人就上谁的小艇去游玩。这一做法使学生从一个旁观者转换成文本中的主人公，学生兴致盎然，纷纷积极投入练读准备之中，学生有效地吸纳文本鲜活的语句和巧妙的句式，接收大作家典范语言的潜移默化后，在教师创设的情景里，学生迅速将课文的“符号语言”“感于内而发于外”，在一次次的“王婆卖瓜”中，口语能力得到了训练。转换角色，学生的话匣子打开了，这样的说话训练，深化了学生的阅读理解，让学生体悟了作者的情思，同时也让学生有话可说。
三、顺学而导，指导学生“会说”
学生在口语训练中有话可说了，这还不够，要想让学生说得好，还需要教师在引导学生说的过程中，教给学生说的方法和技巧，指导学生学会“说”。例如，我在教学《太阳》一课时，为学生创设好了说话的情境：为什么小朋友不与太阳公公交朋友？
学生自读完课文前三自然段后，一学生回答，“因为太阳公公离我们太远了，所以小朋友不与太阳公公交朋友。”
我马上追问“太阳离我们有多远呢？说得具体些。”
“太阳离我们有1.5亿公里远。”
“你用一个具体的数字清楚地告诉我们太阳离我们有多远，这在说明文里叫作用例数字的说明方法，说得真棒！你再完整地说一遍这个原因吧”
“因为太阳离我们太远了，有1.5亿公里远，所以小朋友不能与太阳公公交朋友。”
“你说得很清楚，先概括太阳的特点――离我们很远，再具体说明太阳离我们有多远，说得很明白。下面交流的同学，要向他这样具体地回答原因。”
有了老师这样指导性的评价，学生很快明白，在说明一个事物时要抓住事物的特点，并且把特点介绍具体。
“小朋友不与太阳公公交朋友是因为太阳公公太热了，太阳是个大火球，太阳的温度很高，表面温度有6000摄氏度……”
“小朋友不与太阳公公交朋友是因为太阳公公太大了，130万个地球才抵得上一个太阳……”
“哦，真厉害，你在说清太阳太大这个原因的时候，还运用了作比较的说明方法，把地球和太阳作比较，130万个地球才抵得上一个太阳，太阳实在太大了。”
“因为太阳公公实在太大、太热，离我们太远了，所以小朋友们不能与太阳公公交朋友。”
“你是把三个特点概括起来说的，说得很棒。”
……
关键词：月-地检验；万有引力定律；引力常量；
中图分类号：O4 文献标识码：A 文章编号：1674-3520（2014）-04-00117-02
教学器材：多媒体
教学方法：猜想―理论推导―实验检验―进一步猜想
三维目标：
一、知识与技能
（一）了解万有引力定律得出的思路和过程，知道重物下落和天体运动的统一性。
（二）理解万有引力定律的含义并会用万有引力定律公式解决简单的引力计算问题。
（三）知道万有引力定律公式的适用范围，理解万有引力定律常量的意义。
二、过程与方法
（一）通过万有引力定律发现的科学过程，发展学生的科学思维能力。
（二）培养学生研究问题时，抓住主要矛盾、简化问题、建立理想模型的处理问题的能力。
三、情感、态度与价值观
（一）通过对牛顿等科学家发现万有引力定律过程的介绍和体验，让学生领略科学家对自然奥秘不屈不挠的探索精神和一丝不苟的科学研究态度，感悟科学的结论总是在顽强曲折的科学实践中获得。
（二）培养学生的科学意识，科学精神，科学价值观，通过科学探究的教学方法，激发学生的求知欲，鼓励学生勇于探索。
三、教学重点
（一）月-地检验的推到过程。
（二）万有引力定律的内容及表达公式。
四、教学难点
（一）对万有引力定律的理解。
（二）使学生能把地面上的物体所受重力与其他星球与地球之间存在的引力是同性质的力联系起来。
课前准备：收集素材，制作课件。
五、教学过程
（一）回顾知识
课件展示：1、行星围绕太阳运动。2、月球围绕地球运动。3、人造卫星围绕地球运动。学生观看课件。
（设计意图：创设情境，激发学生热情与兴趣。）
师问：行星为什么能够绕太阳运动而不会飞离太阳？
（预设）答：太阳对行星的引力提供了行星绕太阳做近似圆周运动的向心力，使行星不离开。
（设计意图：提出问题，回顾已学过的知识，做到前后衔接，导入新课。）
师问：行星与太阳间的引力与哪些因素有关？
（预设）答：行星质量m，太阳质量M，行星与太阳间的距离r。
师问：太阳与行星间的引力遵从什么规律？根据哪些规律推导出来的？
（预设）答：依据开普勒第一定律、第二定律和牛顿第三定律推出太阳与行星间的引力规律是F=GMm/r2。
六、引入新课
通过以上的分析，已经可以诠释行星绕太阳运动的规律，但牛顿并未停止思考，我们继续沿着牛顿等人的探索足迹，体验万有引力的发现过程。学生观看《历史上最著名的苹果》短片。
（设计意图：感悟科学家对自然奥秘不屈不挠的探索精神，引起学生探索兴趣。）
课件展示：地面上的人向上抛出物体，物体总落回地面。
现场演示：准备一个苹果又静止释放。
师问：苹果为什么会落下而不向空中运动？
（预设）答：地球对苹果有引力，苹果受到竖直向下的重力，在重力作用下做竖直向下的自由落体运动。
（设计意图：发现问题，引发学生思考讨论后作答。）
师问：地球对苹果的引力和太阳对行星的引力是同一种力吗？
（预设）答一：不是同一种力，因为在受力情况下，运动情况不同。
（预设）答二：可能是同一种力，苹果回到地面，是因为受到重力，而把苹果放在高山上也是如此，说明重力必定延伸到很远的地方。 鼓励学生大胆猜想，激发学生兴趣和想象能力。
月----地检验
课件展示：牛顿猜想――地球对月球的力、地球对地面上物体的力和太阳对地球的力及其他众行星间的力，也许真的是同一种力，它们之间应该 遵循相同的规律。
师问：猜想是否成立要进行检验，当时是怎样检验的呢？ （设计意图：进一步设问，引起学生思考，重在培养学生逻辑思维能力。）
课件展示：月―地检验：用事实来验证这个大胆的想法。
事实1：当时已经知道月球轨道半径约为地球半径的60倍。
假设维持月球绕地球运动的力与使苹果下落的力真是同一种力，同样遵循“平方反比”规律，那么由于月球轨道半径约为地球半径的60倍，所以月球轨道上的一个物体受到的引力，比它在地面附近受到的引力要小，前者只有后者的1/602.
事实2：在牛顿时代，重力加速度g，月球到地球的距离r，月球公转周期T都已经精确的测定。
根据牛顿第二定律，物体在月球轨道上运动的加速度（月球公转的向心加速度）也就是它在地面附近下落时的加速度的1/602.
创设情境：在牛顿时代，重力加速度g、月球到地球的距离r、月球的公转周期T都能精确的确定，已知r=3.8×108m，T=27.3天，g=9.8m/s2，月球轨道半径即月球到地球的距离r为地球半径R的60倍。请大家通过计算验证这一个问题
（预设）答：①设物体的质量为m，在物体轨道上的物体受到的引力
物体在地面附近受到的力F2=GMm/R2，则有：F1/F2=R2/r2=1/602
②a=ω2r=4π2r/T2≈2.7×10-3m/s2
a/g=1/3600=1/602
（设计意图：根据事实思维，可以给学生创设情境，给定具体的当时已知数据，用已有知识通过计算来验证问题。）
师生共同总结：用事实检验了牛顿设想的正确性，即地球对月球的力和地球对地面物体的力真是同一种力。至此，平方反比律已扩大到太阳与行星间，地球与月球间，地球与地面物体间。
（设计意图：让学生了解到伟大的猜想必须经过事实的验证，用事实证明猜想的正确性，增强学生的理性思维。）
万有引力定律
师问：通过以上内容的学习，我们知道：在“天上”太阳与行星间有引力作用，地球与月球间有个引力作用，地球与月球间有引力作用，地球与地面上物体间有引力。那“人间”，地面上的物体是否存在引力作用？
（预设）答一：不存在，因为太阳对行星的引力使行星做围绕太阳的圆周运动，地球对月球的引力使月球做围绕地球的圆周运动，地球对地面上的物体的引力使物体靠近地面，上抛后还要落后地面，若两个物体间有引力，即没使一个物体围绕另一个物体转动，也没有使两个物体紧靠在一起，故此引力不存在。
（预设）答二：存在，因为太阳、行星、地球、月球、物体，均是有质量的物体。说明这种引力是有质量的物体普遍存在的，故两物体间应该有引力。
让学生讨论后阐述自己的观点和依据，分析不同的观点。提高学生处理问题的综合能力。
七、总结：
“天上”“人间”的力是同性质的力，地面上的物体比起天体来说质量太小，这个力我们根本察觉不到。两个物体不会紧靠在一起的原因也是因为引力太小，不足以克服阻力。 请同学们阅读教材回答课件上的问题，课件展示：
①万有引力定律怎么样反映物体之间相互作用的规律？其数学表达式如何？注明每个符号的单位和物理意义。
②万有引力定律的适用条件。③你认为万有引力定律的发现有何深远意义？
（设计意图：学生阅读教材，讨论后回答。引导学生自主学习，做到有的放矢。）
在学生回答的基础上，教师引导总结如下：①万有引力定律的内容是：宇宙间一切物体都是相互吸引的。两物体间的引力大小，跟它们的质量的乘积成下比，跟它们间的距离平方成反比.
F=Gm1m2/r2式中各物理量的含义及单位：F为两个物体间的引力，单位：N.m1、m2分别表示两个物体的质量，单位：kg，r为两个物体间的距离，单位：m。②只适用于两个质点间的引力，当物体之间的距离远大于物体本身时，物体可看成质点；当两物体是质量分布均匀的球体时，它们间的引力也可直接用公式计算，但式中的r是指两球心间的距离。强调学生注意A、普遍性：万有引力存在于任何两个物体之间，只不过一般物体的质量与星球相比太小了，他们之间的万有引力也非常小，完全可以忽略不计。B、相互性：两个物体相互作用的引力是一对作用力与反作用力。C、特殊性：两个物体间的万有引力和物体所在的空间及其他物体存在无关。D、适用性：只适用于两个质点间的引力，当物体之间的距离远大于物体本身时，物体可看成质点；当两物体是质量分布均匀的球体时，它们间的引力也可直接用公式计算，但式中的r是指两球心间的距离。③万有引力定律的发现有着重要的物理意义：它对物理学、天文学的发展具有深远的影响；它把地面上物体运动的规律和天体运动的规律统一起来；对科学文化发展起到了积极的推动作用，解放了人们的思想，给人们探索自然的奥秘建立了极大信心，人们有能力理解天地间的各种事物。
引力常量的测量
牛顿发现了万有引力定律，却没有给出引力恒量的数值。由于一般物体间的引力非常小，用实验测定极其困难。直到一百多年之后，才由英国的卡文迪许用精巧的扭秤测出。
课件展示：教材中没有，补充给学生，如右图，并介绍构造、演示实验过程，引导学生一起分析原理。
师问：万有引力常量的测定有何实际意义？ 学生观看课件，阅读教材，思考问题。
（预设）答：卡文迪许在测定引力恒量G，表明万有引力定律适用于地面的任何两个物体，用实验方法进一步证明了万有引力定律的普适性；同时使得包括计算星体质量在内的关于万有引力定律的定量计算成为可能。
（设计意图：使学生体会到卡文迪许扭称实验精巧的方法。）
布置作业
关键词：太阳能；建筑设计；一体化
中图分类号：TK519 文献标识码：A
太阳能是可再生的资源，它有着不污染环境的特点。从目前我国的情况来看，太阳能主要应用在热水器上，而应用在建筑的其他方面比较少。因此，如何把太阳能应用到建筑设计中是比较关注的问题。太阳能若能够和建筑进行很好地结合，那么势必将会给国家带来非常可观的效益。
1、太阳能应用在建筑设计中的作用
与其它资源相比，太阳能在我国是非常丰富的、可再生的，并且是不污染环境的资源。若要在建筑设计中，考虑到太阳能的用处，那么将会给建筑带来很大的方便。诸如在建筑设计中，设计一些光电玻璃等等，将太阳能照射过来的光能变为热能，方便居民生活的使用，诸如洗澡等等。这太阳能的使用在一定程度上减轻了国家的压力负担，并且给国家带来非常好的效益。
2、太阳能与建筑设计相结合存在的一系列问题
目前，在我国太阳能的应用主要限制在采暖问题上。它给人们的生活带来了很大的方便，太阳能热水器就是典型的例子。但是，建筑设计人员的远光不够长远，他们在设计过程中，只会应用被动式太阳能的技术问题，而太阳能的生产厂商把自己的重心放在了创新经营上，诸如开发等等。
3、对于上述问题的存在，提出的建议
3.1对建筑师的建议
建筑师在建筑设计中，具有着非常重要的作用。建筑师的理念、思想将会影响到建筑设计。在太阳能这个问题上，若建筑师能正确地贯彻国家的政策和思想，并且理解和掌握了太阳能的设计要点，那么太阳能将会和建筑设计很好地结合起来。这也会推广建筑设计和太阳能的一体化进程。所以，相关的培训是必须的；在考核建筑师中，有关太阳能的内容需要添加进去；在课堂上，这方面的内容需要引起老师和同学的注意。
3.2健全国家的建筑法律和法规
关于建筑设计和太阳能一体化结合的相应法律法规并不是很健全。这些法律法规的制定需要相关方面的专家的共同参与，这样才能会将各方面内容考虑进去。目前的标准不是很多，我们比较熟悉的有建筑物配制太阳能热水器标准图集等等。因此，现在面临的主要问题就是健全法规，将建筑设计和太阳能一体化设计走上标准化道路。
3.3开发多样性产品，以提高太阳能的应用性
作为厂商，一方面需要将自己的重心应用到工厂的经营上去，另一方面，需要开发自己的产品，使自己的产品具有创新性。因此，厂商需要将自己的部分资金投入到科研方面。对于科研的投入，一方面使在太阳能目前在应用中出现的难关进行解决，另一方面，使相关的太阳能产品体现出创新性以及在性能的各个方面都有所提高。
3.4国家以及社会各方的参与
为了倡导节约能源，国家可以制定一些关于这方面的优惠政策。比如政府提倡在建筑物上使用太阳能。太阳能的使用不仅在一定程度上降低了建筑物的污染程度，还在一定程度上提高了国家的各个方面的效益。另外，国家还要大力地培养相关这方面的建筑人才，加强他们的专业素质。这样会使这方面的产业较快地发展起来。社会各方尤其是新闻媒体要大力地宣传使用太阳能的好处，这样的宣传会引起人们的注意。甚至在有必要的情况下，可以在电视台上做一期关于太阳能与建筑设计一体化的访谈节目，使观众对这些有所认识。
4、在太阳能与建筑设计一体化中注意的要求
若将太阳能应用到建筑节能中，那么将会给人们的生活带来诸多的好处。太阳能将会由光能转变热能以及电能。这将会节约资源的使用。但是，若将太阳能应用到建筑设计中去，作为建筑师需要注意事项有：太阳能的使用将会给建筑带来的负面影响，这负面影响包括建筑物是否能正常使用、围护结构能否正常使用等等；如何从众多的太阳能系列的产品中，选择出来的太阳能能够很好地与建筑物达到最佳的使用效果。
4.1太阳能的具体方向的要求
太阳能设置的具体方向就是能够使太阳能吸收更多的太阳光照，使光能转换为我们所需要的能量。我们知道，太阳光照最强的时间是从早晨的九点到下午的三点。因此，太阳能的位置应该尽量放在这个方向上。
4.2对建筑的的结构的要求
我国的日照资源是非常丰富的。因此，在建筑结构的围护结构的设计方面，就应该考虑到散热的问题。当太阳转到中午的位置时，建筑物的南墙就会吸收较多的热量。因此，为了使建筑物吸收的热量大于散失的热量，建筑物的南墙面积尽量较大，而其他面积要保持到尽量较小。对于建筑物的体型结构上来说，根据一些节能专家的建议来说，尽量使建筑物的位置设置成长轴方向为东西方向的，这样的摆放会使建筑的节能有很大程度的提高。
4.3对围护材料的要求
为了达到节能的目的，我国在围护结构方面已经做了一些措施。因此，对于太阳能和建筑设计一体化的过程中需要考虑到这个问题，并且要严格按照这些标准来进行。围护材料涉及到外墙、屋面、内墙以及楼梯间等等。因此，要达到较好的节能效果，就要在施工工艺的方式上、材料选择上以及相应的保温方式上都要引起重视。作为建筑设计人员，门窗洞口是建筑物里面节能最差的部位。因此，建筑设计人员要对这一块设计方面引起重视，使节能问题得到解决。若处在较为冷的地方，那在门窗洞口这一块要做好保温措施。
4.4对门窗洞口的要求
门窗洞口问题就会涉及到窗间墙的面积问题。窗间墙面积的大小会影响到室内散热量的问题。因此，作为建筑设计人员，在建筑设计的过程中，要把这些因素考虑到自己的设计中去。这些因素主要包括：窗户的得热构建问题、窗间墙的面积问题、窗户的大小问题等等。比如，在学校建造的一系列教室中，为了满足使用上的要求，往往在设计过程中，会使南面的窗户设置稍微大点，这样会使上午的教室的温度很快变得高起来。
5、结束语
太阳能在我国是非常丰富的，并且是可再生的、不污染环境的资源。因此，如何将太阳能资源引进到我们的建筑设计中，带来较好的效益，是我们目前要关注的重要事情。本文结合者自己的工作经验在介绍太阳能在建筑中重要作用的基础上，详细地介绍了太阳能与建筑设计相结合的一系列问题，并提出了相应的建议。另外，还探讨了在太阳能与建筑设计一体化中注意的要求问题。相信能随着国家倡导节约能源的力度越大，那么太阳能与建筑设计一体化的结合就会变得越好。希望本文对研究该领域的人员有所帮助，若有不足的地方，恳请指正。
参考文献
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[3]林世华,郑文崇.太阳能与建筑一体化设计――2009年台达杯国际太阳能建筑设计作品简介[J].建筑节能,2009,06:54-57.
[4]丁征,罗从杰.太阳能热水器与建筑结合的美学探讨[J].中国商界(上半月),2009,12:184.
课题摘要
学科
小学科学
学段
小学高段---六年级
年级
六年级
单元
六年级下册第三单元 《宇宙》
教材版本
科教版
课程名称
《太阳系》
一、学习内容分析
1.教材分析
星星、月亮、太阳这些天体每天都伴随着孩子们的生活，孩子们会对它们产生浓厚的兴趣，有探究的欲望。从学生认识的角度来看，这一个单元是让学生把他们的视野扩大到地球以外的宇宙空间，在科学课堂上尝试用不同于平时常用的观察、实验方法去认识宇宙中的事物，这对学生的发展具有意义和挑战性。但我们也必须清楚地意识到，本单元的学习对学生来说是有难度的，教师应有充分的心理准备和教学准备，采用合理而有效的教学方法和策略，让本单元教学内容能促进学生的多方面发展。
2.学情分析
小学阶段从三年级开始开设科学课程，也就是说从三年级到六年级，毕业班的学生已经学习了三年的科学知识。通过三年的学习，同学们的知识、技能与情感态度价值观方面都有了一定的进步。我所任教的六年级毕业班，学习氛围良好。同学们学习态度端正，对世界、对科学充满了探究的兴趣。只是还需要任课老师的指导和提点。
3.教学目标
（1）科学概念：
太阳系是以太阳为中心，由八大行星、矮行星、小天体等组成的一个天体系统；八大行星从近到远排列的顺序依次为：水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星。
（2）过程与方法：
知道组成太阳系的天体以及八大行星的排列顺序；会运用收集资料的方法来认识和了解太阳系；能对数据、信息按需求进行处理，并在此基础上用一定的材料来建立太阳系的模型；初步建立太阳系是一个较大的天体系统的概念。
（3）情感态度与价值观：
在课外能积极地从事信息收集活动；能积极地与同伴一起合作、交流有关太阳系的信息；能创造性地制作太阳系模型；意识到收集、整理和交流资料是科学学习的一种重要方式；意识到太阳系中天体的运动是有规律的并且是可以被认识的。
4.教学重点
太阳和围绕它运行的行星、矮行星和小天体组成了太阳系。
5.教学难点
根据八大行星距太阳的平均距离及各行星赤道直径数据表建立太阳系的模型。
6.教学准备
太阳系图片、课件、八大行星数据表、橡皮泥、小皮球等
二、教学环境选择
√简易多媒体教室 交互式电子白板 网络教室 移动学习环境
三、教学过程设计
一、认识太阳系
1.自学课文，思考下列问题：
（1）你知道哪些天体在围绕着太阳运动吗？
（2）你能说出课件图片中太阳系各成员的名称吗？
（3）你能向大家介绍其中一个成员的特点吗？
2.举行一次介绍太阳系交流会（提前布置，每组介绍一种天体：太阳、水星、金星、火星、木星、土星、天王星、海王星、小行星、矮行星、彗星、流星等）
3.小结：太阳系是以太阳为中心，由八大行星（包括卫星）、矮行星、小天体（包括小行星、流星、彗星）等组成的一个天体系统。
二、建立太阳系模型
1.提出任务：建一个太阳系八大行星模型
2.讨论：建立这个模型，要解决哪些问题？
（每个行星的大小、排列的顺序、绕太阳转动的轨道和方向等）
3.从书本里查找八大行星的数据资料。
4.教师提供八大行星的大小比较图，让学生进行直观比较。
5.用橡皮泥捏太阳系八大行星各成员的大小。如果把木星的直径捏成7厘米大小，那么其他行星的直径大约捏多少厘米？
6.按太阳系八大行星排列的顺序摆放在桌面上
7.思考并回答：各大行星是按什么方向绕大阳公转的？哪个行星公转周期最短，哪个行星公转周期最长？有什么规律？
8.思考并回答：各大行星在公转的同时还在自转吗？哪个自转最快？自转方向都一样吗？哪个自转方向与众不同？
9.思考并回答：如果让各大行星绕太阳公转，在桌上行吗？为什么？
三、观看一段关于介绍太阳系的视频
1.拓展性提问：太阳系是怎么形成的？
2.你还有什么疑问？
四、教学评价设计
1.评价方式与工具
√课堂提问 √书面练习 制作作品 测验 其它 建立太阳系模型
2.评价量表内容（测试题、作业描述、评价表等）
作业：课后收集关于太阳系的资料，并与全班同学交流
六、备注
技术环境下课堂教学管理思路、可能存在的教学意外及相应的应急预案等
1、准备纸质图片代替ppt
2、演示模拟实验代替视频
谈话法导入，理解故事
“还记得自己小时候的样子吗？”这一问题看似简单，实则精妙。通过这一问题的引领，幼儿纷纷回答：我小时候不会走路，我小时候很调皮，我小时候很可爱……幼儿在畅所欲言中升华情感，从而引出了下一个问题：“太阳的小时候会是什么样的？”经过前面问题的铺垫，幼儿总结出：“太阳小时候很调皮，很可爱。”教师通过适当引导，将幼儿的思绪引到绘本的主题思想中来。
第一步：阅读封面，了解故事的名字。第二步：引起兴趣，欣赏故事。教师讲述故事，讲至第四幅图后提问：“为什么太阳宝宝掉到水里，人们就活不了呢？”环节评析：联系中班孩子的实际生活展开讨论，对于幼儿的一一回应，梳理太阳与人类、动物、植物之间的关系。孩子们只有感同身受了，才能理解故事中太阳掉进了海里，世界变得黑暗给人们带来的恐慌，如此孩子们有了深刻地情感体验，对故事内容的理解就更容易，为接下来拯救太阳的环节做了很好的情绪铺垫。小结：“所以没有太阳是不行的，必须得想个办法把太阳从水里救上来。”环节评析：教师以游戏者的身份参与到幼儿的活动中去，引导他们展开想象的翅膀，激发幼儿思维的火花，运用自己的生活经验及想象进行表达，从而促进他们创造性思维的发展。第三步：观察图片，讲述故事。①出示人们救太阳的图片，请幼儿仔细观察，完整讲述：人们想了几种办法？是什么办法？你觉得这些办法哪个会成功？环节评析：问题到底如何解决？教师适时将孩子们从无限的想象再次引导到对绘本画面的观察中来。观察人们如何运用各种工具以及太阳宝宝调皮的表现，一步步帮助拓展幼儿解决问题的思路。②共同看图讲述故事，验证幼儿的猜测。
体验游戏乐趣
出示小鱼图片，提问：“小鱼这么小，没有绳子、网兜这么大的力气，也没有炸药这么大的威力，它怎么帮助人们去救太阳呢？”环节评析：教师始终以“想象猜测”这一线索，牢牢吸引幼儿兴趣点。让幼儿先欣赏图片，让他们自己去猜测想象，哪种方法能将太阳救上来，引导孩子对情节进行推测，并阐述自己的观点，判断画面之间的发展关系。游戏：找太阳。一位幼儿扮演小鱼，戴上眼罩寻找太阳，其他幼儿为小鱼指引方向（使用方位词）。环节评析：这是整个活动的难点环节，用“前、后、左、右、上、下”等方位词帮助小黑鱼指引方向去寻找太阳。那么，如何让幼儿正确地使用这些方位词呢？我们要引导孩子观察、激发孩子思考。教师在扮演小鱼的幼儿手上放置一个物品作为参照物，提醒幼儿这是小鱼的右边，让幼儿在使用方位词的时候，以小鱼为主体做出正确的判断。
活动反思
《幼儿园教育指导纲要》中指出：“要创设一个自由、宽松的语言交往环境，鼓励幼儿大胆、清楚地表达自己的想法和感受，尝试描述简单的过程，发展语言表达能力和思维能力。”太阳在我们的眼中一直都是那么高高在上、不可触摸，在活动中老师让小朋友说说自己小时候的样子，再猜猜太阳小时候的样子，一下子就拉近了孩子跟太阳的距离，对太阳产生了亲切感，自然而然就会对活动产生兴趣。
在设计提问时，一方面要考虑到问题的开放性，还要考虑问题的层次性。既要让孩子能说，还要让孩子说好。当然，要想让孩子有话说，还需注意结合孩子的生活经验。在这些“活”而“变”的活动过程中，可以充分调动幼儿多种感官，使幼儿思维的灵活性、流畅性得到最佳的发展。如在老师与幼儿讨论画面内容时，设计一些启发式的提问，如“你觉得哪一种方法比较好，为什么？”“你会用什么方法救太阳？”尊重幼儿的表达方式，让幼儿进行自由大胆地思索、想象、讲述、表达，从而促进他们创造性思维的发展。
故事的结尾幽默有趣，为孩子们的多维度思维又打开了另一扇窗，这将会激发孩子们更多有趣的想象，于是，在活动延伸部分，老师又将绘本、与之相应的图片以及空白纸、画笔投放在活动区域内，供有兴趣的孩子们继续探讨、创编故事内容。
参考文献
[1]李吉林.情境教育三部曲（3卷）[M].北京：教育科学出版社，2012.
[2]朱永新.创新教育论[M].南京：江苏教育出版社，2001.
[3]（美）Russel Jones，Dominic Wyse著.课程中的创造性[M].高旭阳译.石家庄：河北人民出版社，2007.
