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大学物理实验, 2026, 39(3): 124-130     https://doi.org/10.14139/j.cnki.cn22-1228.2026.03.020
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新工科背景下太阳能电池实验教学创新研究#br#
刘 维 1 ,李兴鳌 1,楚亮 2*
1.南京邮电大学 理学院,江苏 南京 210003; 2.杭州电子科技大学 电子信息学院,浙江 杭州 310018
Innovative Exploration of Solar Cell Experiment Teaching under the Background of New Engineering Education#br#
LIU Wei 1 ,LI Xing'ao 1 ,CHU Liang 2*
 1.School of Science,Nanjing University of Posts and Telecommunications,Nanjing 210003 Jiangsu,China; 2.School of Electronic and Information Engineering,Hangzhou Dianzi University,Hangzhou 310018 Zhejiang,China
下载:  PDF (1887KB) 
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摘要  太阳能光伏电池实验是近代物理实验课程的重要组成部分,融合了半导体物理与材料科学的核心知识,既契合国家“双碳”战略目标,也蕴含丰富的课程思政价值。然而,对于多数高校而言,大规模开展此类实验教学仍面临设备昂贵、条件受限等挑战。传统教学模式在引导学生理解光电器件结构与性能关系方面,依然存在理论与实践脱节的问题。基于此,将仿真模拟软件 SCAPS-1D 融入大学物理实验与新能源材料课程,不仅具有较高的可行性,也为教学创新提供了新思路。借助虚拟实验平
台,学生能够在仿真环境中构建太阳能电池模型,调控关键参数并分析其性能变化,从而在直观理解物理原理的基础上,实现对科研前沿的初步探索。为评估该教学模式的有效性,本文对比分析了未引入数值模拟教学与在课前及课堂中引入仿真讲解后的学生成绩分布,结果表明低分段( <60 分) 比例由33.3%降至 16.7%、高分段( ≥80 分) 比例由 16.7%升至 43.3%,说明仿真模拟辅助教学能够显著提升学生对光伏效应与伏安特性等核心概念的理解,从而有效提高教学质量与学习效果。
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刘 维
李兴鳌
楚 亮
关键词:     新工科  太阳能电池  仿真模拟  教学创新  光伏效应    
Abstract:  The experiment of solar cell is an essential component of modern physics laboratory courses,
integrating core concepts from semiconductor physics and materials science.It not only aligns with the national
" dual carbon" strategy,but also embodies rich ideological and educational value. However,for most
universities,large-scale implementation of such experimental teaching still faces challenges such as high
equipment costs and limited experimental conditions. Moreover,traditional teaching approaches exhibit a
disconnect between theory and practice in guiding students to understand the relationship between device
structure and performance.To address these issues,the simulation software SCAPS-1D was introduced into
university physics experiments and new energy materials courses,providing a feasible approach and a new
pathway for teaching innovation.With the aid of a virtual simulation platform,students can construct solar cell
models,adjust key parameters,and analyze performance variations,thereby achieving an intuitive understanding
of physical principles and enabling preliminary exploration of cutting-edge research topics. To evaluate the
effectiveness of this teaching approach,a comparative analysis of student performance distributions before and
after the introduction of simulation-based instruction( both pre-class and in-class) was conducted.The results
show that the proportion of low-performing students ( < 60) decreased from 33. 3% to 16. 7%,while the
proportion of high-performing students( ≥80) increased from 16.7%to 43.3%.These findings indicate that
simulation-assisted teaching significantly enhances students' understanding of key concepts such as the
photovoltaic effect and current-voltage characteristics,thereby effectively improving teaching quality and
learning outcomes.
Key words:  emerging engineering education    solar cells    simulation modeling    educational innovation    photovoltaic effect
                    发布日期:  2026-06-25     
ZTFLH:     
  O 4-34  
基金资助: 南京邮电大学校教改项目资助( JG00725JX40)
引用本文:    
刘 维 , 李兴鳌 , 楚 亮 . 新工科背景下太阳能电池实验教学创新研究#br#[J]. 大学物理实验, 2026, 39(3): 124-130.
LIU Wei , LI Xing'ao , CHU Liang . Innovative Exploration of Solar Cell Experiment Teaching under the Background of New Engineering Education#br#. Physical Experiment of College, 2026, 39(3): 124-130.
链接本文:  
https://dawushiyan.jlict.edu.cn/CN/10.14139/j.cnki.cn22-1228.2026.03.020  或          https://dawushiyan.jlict.edu.cn/CN/Y2026/V39/I3/124
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