基于研究應用型人才培養的現代光電顯示技術課程混合式教學模式的探索與實踐

秦振興 李 坤 王 靜 王志社 呂播瑞

太原科技大學應用科學學院物理系，山西 太原 030024

太原科技大學是新中國第一所重型機械本科院校，是一所辦學特色鮮明的研究應用型大學，也是我國重大技術裝備領域重要的人才培養和科技研發基地。秉承“負重奮進，篤行求實”的辦學精神，開展研究應用型本科教育教學工作?，F代光電顯示技術課程是太原科技大學光電信息科學與工程專業學生專業選修課程之一，面向該專業四年級學生。該課程作為校級教改項目，在2019—2021 學年期間圍繞課程教學模式和考核環節進行了多層面的教學改革和實踐［1］。

現代光電顯示技術課程覆蓋的知識面較廣，涉及電子技術、光學、光電技術，甚至材料學等學科的內容，教材［2］中選擇現代社會隨科技發展先后出現的幾種光電顯示技術及設備，圍繞其基礎知識和原理、結構和工作原理、驅動和控制、性能指標以及發展史進行論述。因此，該課程具有內容錯綜復雜和知識天馬行空的特點，對教師的“教”與學生的“學”都提出了較高的要求。然而，課堂教學注重于各顯示器件的基本理論知識的傳授，“紙上談兵”式的教學漸漸讓學生在課堂上出現“神游”，導致學習缺乏動力，從學習的“主角兒”變為“看戲的觀眾”，最終對知識的掌握僅僅知曉而已。此外，光電顯示技術已經成為當今多個國家的支柱產業之一，我國對光電顯示技術方面的人才需求巨大［3-5］。在國家高質量本科教學、新工科建設等政策［6-7］指引下，該課程目前的教學內容和教學模式必須改革，以期提高學生對產業問題的解決能力。另一方面，光電顯示技術的發展日新月異，新興的光電顯示設備更新換代的速度很快，課本中僅有的幾種顯示器件已經“過時”。因此，對新型光電顯示技術及設備的補充是對教學內容進行改革的重要一環。

一、教學內容的知識重構

以突出顯示技術和設備的產業應用為目標，對課本中各顯示技術的知識進行重構，引入應用型閉環教學?，F代光電顯示技術課程的核心主線是“基礎知識—設備結構和工作原理—設備的驅動和控制—設備的性能指標及評價”，即光電顯示設備的基本結構大體上已經決定了其最終的性能指標。然而，每種顯示技術和設備的出現都是該時代科技發展的產物，市場需求的應用性決定了其存在發展的必然性，而其性能指標又制約著應用性，即“設備結構和工作原理—設備的性能指標—設備的產業應用”。因此，在教學設計中，從顯示設備在國計民生中的產業應用出發，引出各顯示設備的性能指標和優劣，進而分析和深挖該顯示設備的基本結構和工作原理。通過“倒推”，不僅抓住了學生聽課的注意力，并且為了解決顯示設備的實際應用轉而深刻理解了其背后復雜且枯燥的理論知識，也鍛煉了學生解決問題的能力?；粍幼冎鲃?，激發了學生對學習知識的興趣。同時，在教學過程中適當補充背景知識，幫助學生深入理解基本工作原理。對驅動和控制部分，除了講授課本中各顯示設備對應的技術外，增加新技術的拓展學習，讓學生具備發展的思維理解各種顯示技術和設備，進而形成應用型的閉環教學模式，如圖1 所示。

圖1 現代光電顯示技術課程應用型閉環教學

以液晶顯示技術為例，為了理解液晶顯示設備的結構，教材中從液晶的發現講起，圍繞液晶的相變和物理性質開展分析，以獲得對液晶的電氣光學效應的理解，這是液晶實現顯示功能的基礎。然而，學生對這些復雜的相變和光學現象難以理解，進而影響對液晶結構及工作原理的學習。采用應用型閉環教學模式，首先引入筆記本電腦顯示設備?；谂f式的筆記本電腦都是液晶屏幕，液晶是典型的被動發光型顯示設備，其視野較差的事實，提問：液晶電腦屏幕怎么發光？屏幕顯示的視野如何？可以做成大屏幕嗎？在問題的啟發下，從液晶顯示設備的性能指標尋找答案，進而通過講解液晶顯示設備的結構和工作原理找到這些問題的根源，并通過背景知識的學習加深對液晶顯示設備結構和工作原理的理解。通過對液晶顯示設備的驅動和控制技術的學習，豐富了對液晶顯示設備性能指標的理解，并且有助于了解液晶顯示技術的發展史和應用中的優缺點。這種閉環教學模式，使學生充分理解了目前液晶顯示技術的關鍵點，清楚明了地知道液晶顯示技術產業目前的問題所在，達到該課程的教學目的。

二、新型顯示技術的課堂翻轉

信息顯示作為當今社會信息傳遞的重要媒介，其新型顯示技術和設備層出不窮，技術更新日新月異。在課堂上講授各種顯示技術和設備的同時，新的顯示設備已經在市面上出現。有的顯示技術也正在緊鑼密鼓地研發中，成為世界各經濟發達國家科技競爭的熱點之一。為了拓展該課程的教學內容，凸顯課程的應用性和時代性，以期達到“新工科”對該課程教學內涵的課標要求，我們進行課堂翻轉教學，把當下市面上和研究報道中的新式顯示技術，通過班級小組匯報討論的形式進行學習。（如表1 所示）

表1 新型顯示技術的分組情況及要求

通過教學實踐發現，學生對新式的光電顯示技術充滿興趣，能夠對選擇的顯示技術按照要求進行詳盡匯報分享，并且其他同學在匯報后能夠積極提問和展開討論。通過課堂翻轉，把“唱”主角兒的授課教師變成學生，有效調動了學生學習的積極性，既拓展了學生對光電顯示技術和行業的視野，也培養了學生尋找問題、分析問題、解決問題以及表達的能力。也充分證明這種課堂翻轉教學模式對培養“主動學習型”學生較為適宜，為提高學生的就業競技能力奠定了良好的基礎。

三、科研成果的教學提升

上文提到，光電顯示技術產業領域關系國家的經濟發展，多國在光電顯示行業均加大了研發投入。最近，我國在青島市舉行了2023 青島國際顯示大會暨第五屆全球顯示產業行業趨勢發布會。會上，中國光學光電子行業協會液晶分會常務副理事長兼秘書長梁新清認為：“跌宕起伏的顯示市場，日益擴大的顯示應用，日新月異的顯示技術，方興未艾的顯示投資，構成了全球新型顯示產業的新特征，創新發展需要全球同行攜手合作，共同推動”，這為光電顯示技術研發和產業推廣提足了信心。因此，每年都會公開發表大量的該領域的國內外學術論文。以中國知網收錄的數據為例，我們統計了2018—2022 年間VR（虛擬現實）顯示、OLED 顯示和液晶顯示三種顯示技術的研究成果（如圖2 所示）?？梢钥闯?，液晶和OLED 顯示技術，這些課本中已經詳細論述的內容依舊是研究的熱點。這為我們開展“以研促教”，即通過最新的研究成果的學習，延伸課堂上講授的各顯示技術，掌握其最新的技術發展，這不僅鍛煉了學生的科研能力，更為學生接觸產業第一線提供了充足的準備工作。再者，VR 顯示和OLED 顯示這些新式的顯示技術隨著年份的臨近呈現出增多的趨勢，這足見新式光電顯示技術研發的潛力。因此，作為即將步入社會的畢業班學生，該課程中盡早了解并跟上新式光電顯示技術發展的腳步，無疑是贏在了起跑線?？梢?，通過光電顯示技術的最新研發成果的學習，科研反哺于教學，不僅有助于課堂知識的深化，更能踐行太原科技大學研究應用型人才培養的目標。

圖2 2018—2022 年間三種顯示技術的研究成果（中國知網數據的統計）

為了提高學生研究的積極性，該環節通過課程論文的形式進行教學考核。課程論文要求，選擇課程中的或者新式的光電顯示技術和設備作為對象，通過學習相關的最新研究成果進行課程論文的撰寫，論文中能夠總結出所選顯示技術及設備最新的技術發展，如設備的結構、驅動和控制的電路設計以及對應的性能指標的改進，最后給出自己對這些新技術的評判。通過兩輪課程的實踐，絕大部分學生能夠對所選擇的研究成果進行歸納總結，能夠理解其核心思路和關鍵問題，并且對比各研究成果的優劣，提出自己的見解，這證實了該環節教學模式對強化課堂知識和提高學生科研能力的成功。

四、實踐環節的教學拓展

通過實驗或者實習的形式，讓學生目之所及地認識光電顯示設備的內部結構，按照操作規范設身處地進行實操，從而深刻認識其工作原理，把“紙上談兵”的課堂理論教學在實驗室真正實現，這一實踐環節無疑是對該課程教學的直接拓展。按照學校2021 版專業培養方案修訂的指導意見，該課程增加了16 學時實踐環節的教學。因此，該課程教學大綱也作出相應的修訂。在這16學時教學時間段內，選擇2 ～4 種光電顯示技術進行實操，增強學生對各顯示設備的實操能力。為了補足實踐教學的短板，我們聯合武漢麥斯威科技有限公司進行產學合作，獲批教育部產學合作協同育人項目，為該課程的教學改革提供了有力的支撐。

五、結語

以培養光電信息與科學工程專業研究應用型人才為目標，強調現代光電顯示技術課程知識的產業應用性，通過應用型閉環教學、新式顯示技術的翻轉教學、前沿科研成果的反哺教學和實踐環節的拓展教學，進行該課程的混合教學模式的探索和實踐，讓學生多維度對課堂知識深化學習，激發學生的求知欲。依據學生教學評價以及小組匯報和課程論文的成績數據可以看出，該混合教學模式能夠促進學生的課堂參與度，能夠團隊協作開展新式顯示技術的調研工作，能夠利用最新的研究成果找到顯示技術的發展方向，有效提高了教學效率和學生的科研能力，為學生在光電顯示領域的就業和研發奠定了良好的基礎。