王蓓蓓，卢保通
（1.东南大学 电气工程学院，江苏 南京 210096；2.东南大学 软件学院，江苏 南京 211189）
充分认识综合实践活动课程的重要意义，确保综合实践活动课程全面开设到位。组织教师认真学习纲要，切实加强对综合实践活动课程的精心组织、整体设计和综合实施，不断提升课程实施水平［1］。综合实践教学活动作为一门新的学科，在实际教学过程中面临很多挑战。就实际的教学实施情况而言，学校、学生、家长对这门课程的认识还有待提升。本文以探究南京中心城区光伏发电潜力为例，针对学校综合实践活动课程实施过程中存在的问题进行探讨，并提出一些解决方法。
一、综合实践活动课程实施过程中存在的问题及解决方法
（一）教学过程中存在的问题
1.教师对综合实践课程的理解有偏差，教学实施出现“位移”。新课改对实践教学提出了新的要求，要注重学科知识与综合实践课程相结合的教学模式，注重学生学科核心素养的培养［2］，注重发挥学科知识对学生的价值和作用。部分教师在综合实践课的开展过程中，适应了传统的教学理念，过度重视教师的“教”和学生的分数，忽略了学生与实践活动课程的内在联系，仍然采用教师出题—学生搜集相关资料—学生课堂交流—教师总结的教学模式，这样程序化的教学流程不符合综合实践活动课教学理念，不能很好地发挥综合实践活动课程对学生应有的价值和作用。
2.综合实践活动课程内容空洞，难以培养学生的学习兴趣。教师在综合活动实践课的开展过程中，多数仍然以获取知识为重要目标，将综合实践活动课程与学科内容相结合，在实际的教学过程中，学科知识的教学更加突出，导致综合实践课的教学内容变得更加单一，没有抓住综合实践活动课程的本质，没有真正地实现让学生亲身体会，学生情感体验不足。
3.综合实践活动课程内容未能基于地域文化资源开展实践。现实教学活动中，特定的地域文化资源是教育活动不可或缺的资源，然而某些学校的实践课程中讲解的案例是学生难以实践和接触的地域资源，学生就难以在富有地域文化的氛围中实现“玩中学、学中玩”，进而难以实现促进学生全面发展的教育目的。更难以拓宽实践活动的深度和宽度，在潜移默化中将富有特色的地域文化作为显着推进自身健康成长的重要力量，提升自身竞争力。
4.综合实践活动课程的内容和呈现形式较为陈旧。课程的品质不仅体现在教学内容的丰富和合理性，也体现在特定内容需要用特定呈现载体来呈现。目前，很多实践类的教学课程不仅教学内容过时无趣，还采用传统的教学形式，难以吸引学生的学习和探索兴趣，甚至可能会让学生产生厌学心理，综合实践活动课程内容和呈现形势迫切需要改革创新。
（二）教学过程存在问题的解决方法
1.教师树立全新的实践课程教学理念。从综合实践活动课程的教学功能来看，教师在这门课程实施过程中的引导作用非常重要，教师要充分发挥自己引导者的角色，通过言行感染学生，让学生形成积极主动探索的习惯。同时，可以为学生提供充足的课外实践时间与空间，放手让学生去做，大胆实践并积极探索。
2.丰富综合实践活动课程内容和创新实践课程呈现形式。在实际教学过程中，教师需要不断地学习，改变自身教学观念，丰富教学手段。因为教师是综合实践活动的指引者，教师不断提升自己，学生才能在课程中不断吸收养分，丰富自己。
国家并没有规定每个地区综合实践课程具体的课本版本和教学形式，在教学过程中，教师要在符合学生的基本认知的前提下，大胆创新并展开丰富的联想［3］，这对新时代下开展综合实践课程的教师提出了更高的要求。
在综合实践课程活动开展的过程中，要重视并尊重学生的独特个性［4］，尽量照顾大多数学生的兴趣点，让每名学生都能找到自己的兴趣点，进而以活动为载体，激发学生的探索欲望，从而保证综合实践活动教学的有效性。
3.基于地域文化资源开展综合实践活动课程。基于地域文化资源，开发综合实践活动课程，主要从以下两点着手进行：一是挖掘本地文化内涵，通过结合学生的兴趣点与本地的特色场景拓展课程体系，同时发扬教师间的协作精神和个性追求。二是在指导教师的帮助下，围绕综合实践活动课程的主题，深入地方文化核心区开展综合实践活动。
二、光伏发电实施项目化教学的课程实施方案设计
将综合实践课程活动项目化是本论文重点讨论的问题，综合实践活动的目的是培养学生的综合实践能力，在培养过程中需要重点把握具体活动细节，然后使基本任务模块化、独立化和个性化，但要保证各部分具体实践任务彼此之间是紧密联系的。以学生为本，探索新型教学实践模式，教师教授和学生自主探索模式相结合，最终实现理论教学与实践教学相互融合的效果，课程实施方案总体设计见图1。
图1 课程实施方案总体设计
（一）城市用地分区、分类
依据城市总体规划指标，对目标城市的土地进行分区和分类，通过城市用地分区和分类，可以将城市建筑进行大致分类，有利于进一步分析目标城市的建筑物屋顶面积。
（二）确定屋顶总面积
根据城市总体规划指标的城市用地分区、分类标准，同时利用城区建筑密度和规划建筑面积的相关关系，确定城区建筑屋顶面积，并对建筑屋顶面积进行分区、分类。
（三）确定屋顶光伏可利用面积
选取目标城市建筑群样本，考虑城市规划中建筑和街区的相关影响，计算建筑屋顶的可利用面积。在实践中可以考虑简化计算过程，引入阈值的相关计算方式，在保证计算结果准确的前提下，让学生更好地理解此部分内容计算的目的和方式。
（四）PV安装倾角与有效面积
在考虑不同倾角下光伏组件表面接受的辐射量时，可以通过数学公式或软件模拟的方式计算斜面太阳辐射值。其中，使用数学公式计算的方式需要大量不易获得的基础数据，且计算过程复杂，实际情况中更多使用带有气象数据库的专业软件进行模拟计算。
（五）预测城市建筑屋顶光伏发电潜力
分析目标城市地域的光伏资源条件，确定光伏系统组件的最佳安装倾角和太阳能光伏组件的有效面积，最后，在太阳能光伏评估软件中输入所需要的相关参数，从而计算预测光伏装机容量和年总发电量。
三、光伏发电实施项目化教学的课程实施过程
本项目以南京中心城区为研究实例，先进行光伏潜力评估场景量化因素分析，再进行光伏潜力评估场景量化实例分析，在实例化分析过程中需要使用ArcGIS软件、PVsyst软件和Excel软件，最后可预测南京中心城区的建筑屋顶光伏发电潜力。
（一）光伏发电实施项目化教学流程
光伏发电实施项目化教学流程如下：（1）在ArcGIS软件中加载南京建筑轮廓数据，利用南京各区行政边界矢量范围选中鼓楼、玄武、建邺、秦淮和雨花台五个区的建筑轮廓数据，导出后即可得到本文研究范围的南京城区建筑轮廓矢量数据。（2）PVsyst 是光伏系统仿真模拟软件，主要用于光伏发电系统的建模仿真，能够分析影响光伏发电量的各种因素，并得出对应的光伏系统发电量［5］。同时，PVsyst 内部含有MeteoNorm 和NASA-SEE 等各类的气象数据库，并集成了部分实用的定量定性分析工具，包括斜面辐射量计算、阴影遮挡分析［6］等功能。因此，PVsyst 不仅适用于具体光伏电站项目的建模，还可以直接利用其数据库和工具对城市的太阳能资源进行分析。（3）通过Excel 软件计算可得南京城区建筑屋顶光伏组件在水平安装［7］时的总装机容量和年总发电量；也可计算在25°倾角安装时的总装机容量和对应的年总发电量。项目化教学流程总体设计见图2。
图2 项目化教学流程总体设计
（二）光伏发电实施项目化实践结果
1.南京主城区光伏可利用面积评估。通过ArcGIS软件的空间分析工具中的太阳辐射功能，可以实现南京城区建筑屋顶的太阳辐射量分布情况仿真，该功能在模拟太阳辐射时充分考虑了建筑物［8］高度落差带来的阴影遮挡所导致的辐射量变化。以南京城区局部（新街口地区）为例，其太阳辐射分布情况和建筑屋顶光伏可利用程度分布情况见图3和图4。
图3 新街口局部地区的太阳辐射分布情况
图4 南京城区局部（新街口地区）建筑屋顶光伏可利用程度分布情况
2.南京主城区光伏发电潜力预测。通过PVsyst 软件计算可以得知，南京城区建筑屋顶光伏组件［9］在水平安装时的总装机容量为2 838.32 mW，年总发电量为3 069.52 GW·h；在按照25°的最佳倾角安装时总装机容量为1 951.35 mW，对应的年总发电量为2 169.25 GW·h。南京城区各行政区建筑屋顶光伏发电电力贡献率见图5。
图5 南京城区各行政区建筑屋顶光伏发电电力贡献率
通过以上计算和分析可知，南京城区太阳能资源充足，当地建筑屋顶光伏发电的开发潜力巨大。目前，许多城市都在追求更高水平的发展，屋顶光伏发电技术的应用可以有效提高城市空间资源的利用率，在为城市供电的同时创造了良好的生态效益。太阳能对煤炭的替代符合我国对碳排放总量和强度“双控”［10］的要求。此外，太阳能资源的开发利用可以有效减少煤炭资源的使用，从而缓解或避免开采和利用化石能源的过程中产生的各类环境问题。南京城区建筑屋顶光伏发电二氧化碳减排量及标准煤替代量见表1。
表1 南京城区建筑屋顶光伏发电二氧化碳减排量及标准煤替代量
四、教学效果与教学评价
本项目以南京中心城区为研究实例，先进行光伏潜力评估场景量化因素分析，再进行光伏潜力评估场景量化实例分析，在实例化分析过程中需要使用ArcGIS软件、PVsyst软件和Excel软件，最后可预测南京中心城区的建筑屋顶光伏发电潜力。
（一）教学效果
经过实践验证，综合实践课程项目化在南京市主城区光伏发电潜力评估教学中有效创新了教学导入形式，学生在进行项目设计的过程中大多都能积极主动地参与，在项目实践过程中，学生不仅收获知识还提高了自学能力。这种教学方式极大地调动了学生的实践积极性和学习主动性，教师也根据学生的兴趣点进行项目化教学的调整，改变了以往死板化、标准化及“填鸭式”的教学模式。另外，本项目以南京主城区为实践地点，故综合实践活动课程内容设置基于南京地域文化资源开展实践，结合学生生活中的熟悉场景，这样可以拓宽实践活动的深度和宽度，在潜移默化中将富有特色的地域文化作为显着推进自身健康成长的重要力量，提升自身竞争力。
（二）光伏发电项目化教学考核与评价
综合实践项目化课程的教学考核与评价要重点考核学生的实践能力、社会能力和团队协作等能力，简而言之就是考查学生的综合能力。在考查项目设置方面坚决杜绝唯分数论，要从项目整体设置角度考虑，同时参考学生思维的创新性，进一步提高后续学生学习的兴趣。最后采用小组汇报形式，对实践项目的创新性理解占本次教学考核的45%，实践操作的规范性与科学性占本次考查的40%，组内考勤率占本次考查的5%，团队协作和沟通能力占10%。在评分方面采用多教师评分的机制，分项目阶段进行多次评分，最后根据项目设置得出加权平均成绩，保证了成绩的公平性和合理性。
结语
本文综合运用文献理论研究，结合计算机仿真和数据统计与分析方法，以南京城区的建筑屋顶为研究对象，对其光伏开发潜力进行了系统评估。本研究利用ArcGIS软件以及PVsyst的气象数据库，分析并研究了南京城区的建筑屋顶光伏发电效益。本研究的主要工作和结论如下：（1）通过分析现有中小学综合实践活动课程实施过程中存在的问题，提出了相应问题的具体解决方法。（2）根据城市总体规划指标的城市用地分区、分类标准，同时利用城区建筑密度和规划建筑面积的相关关系，确定城区建筑屋顶面积，并对建筑屋顶面积进行分区、分类，总结了城市尺度下评估建筑光伏潜力的常见方法，并应用该方法对南京城区的建筑屋顶进行相关分析。（3）利用ArcGIS分析了南京城区建筑屋顶的太阳辐射分布情况，并通过阈值对光伏可利用程度进行评估，将屋顶可利用面积分为光伏的不可利用区域、较适宜利用区域和适宜利用区域，同时，计算了光伏可利用面积，发现当地具有较大的屋顶光伏发电开发潜力。（4）分析了影响光伏组件有效面积的主要因素，预测了在25°的最佳倾角下南京城区建筑屋顶的光伏发电量，并进一步量化了光伏发电带来的效益。结果显示，通过南京城区建筑屋顶光伏发电可以满足当地全社会约9.49%的用电量，平均每年可减少约46.86万吨的碳排放量。实践证明，本文设计的理实一体的项目化教学，对于实现学生的德智体美劳全面发展有较为突出的优势。
致谢
感谢南京外国语学校2021级初中部唐嘉璘、张格瑄、姚昌元三位同学在本文撰写过程中给予的帮助。
