基于研究应用型人才培养的现代光电显示技术课程混合式教学模式的探索与实践

秦振兴 李 坤 王 静 王志社 吕播瑞

太原科技大学应用科学学院物理系，山西 太原 030024

太原科技大学是新中国第一所重型机械本科院校，是一所办学特色鲜明的研究应用型大学，也是我国重大技术装备领域重要的人才培养和科技研发基地。秉承“负重奋进，笃行求实”的办学精神，开展研究应用型本科教育教学工作。现代光电显示技术课程是太原科技大学光电信息科学与工程专业学生专业选修课程之一，面向该专业四年级学生。该课程作为校级教改项目，在2019—2021 学年期间围绕课程教学模式和考核环节进行了多层面的教学改革和实践［1］。

现代光电显示技术课程覆盖的知识面较广，涉及电子技术、光学、光电技术，甚至材料学等学科的内容，教材［2］中选择现代社会随科技发展先后出现的几种光电显示技术及设备，围绕其基础知识和原理、结构和工作原理、驱动和控制、性能指标以及发展史进行论述。因此，该课程具有内容错综复杂和知识天马行空的特点，对教师的“教”与学生的“学”都提出了较高的要求。然而，课堂教学注重于各显示器件的基本理论知识的传授，“纸上谈兵”式的教学渐渐让学生在课堂上出现“神游”，导致学习缺乏动力，从学习的“主角儿”变为“看戏的观众”，最终对知识的掌握仅仅知晓而已。此外，光电显示技术已经成为当今多个国家的支柱产业之一，我国对光电显示技术方面的人才需求巨大［3-5］。在国家高质量本科教学、新工科建设等政策［6-7］指引下，该课程目前的教学内容和教学模式必须改革，以期提高学生对产业问题的解决能力。另一方面，光电显示技术的发展日新月异，新兴的光电显示设备更新换代的速度很快，课本中仅有的几种显示器件已经“过时”。因此，对新型光电显示技术及设备的补充是对教学内容进行改革的重要一环。

一、教学内容的知识重构

以突出显示技术和设备的产业应用为目标，对课本中各显示技术的知识进行重构，引入应用型闭环教学。现代光电显示技术课程的核心主线是“基础知识—设备结构和工作原理—设备的驱动和控制—设备的性能指标及评价”，即光电显示设备的基本结构大体上已经决定了其最终的性能指标。然而，每种显示技术和设备的出现都是该时代科技发展的产物，市场需求的应用性决定了其存在发展的必然性，而其性能指标又制约着应用性，即“设备结构和工作原理—设备的性能指标—设备的产业应用”。因此，在教学设计中，从显示设备在国计民生中的产业应用出发，引出各显示设备的性能指标和优劣，进而分析和深挖该显示设备的基本结构和工作原理。通过“倒推”，不仅抓住了学生听课的注意力，并且为了解决显示设备的实际应用转而深刻理解了其背后复杂且枯燥的理论知识，也锻炼了学生解决问题的能力。化被动变主动，激发了学生对学习知识的兴趣。同时，在教学过程中适当补充背景知识，帮助学生深入理解基本工作原理。对驱动和控制部分，除了讲授课本中各显示设备对应的技术外，增加新技术的拓展学习，让学生具备发展的思维理解各种显示技术和设备，进而形成应用型的闭环教学模式，如图1 所示。

图1 现代光电显示技术课程应用型闭环教学

以液晶显示技术为例，为了理解液晶显示设备的结构，教材中从液晶的发现讲起，围绕液晶的相变和物理性质开展分析，以获得对液晶的电气光学效应的理解，这是液晶实现显示功能的基础。然而，学生对这些复杂的相变和光学现象难以理解，进而影响对液晶结构及工作原理的学习。采用应用型闭环教学模式，首先引入笔记本电脑显示设备。基于旧式的笔记本电脑都是液晶屏幕，液晶是典型的被动发光型显示设备，其视野较差的事实，提问：液晶电脑屏幕怎么发光？屏幕显示的视野如何？可以做成大屏幕吗？在问题的启发下，从液晶显示设备的性能指标寻找答案，进而通过讲解液晶显示设备的结构和工作原理找到这些问题的根源，并通过背景知识的学习加深对液晶显示设备结构和工作原理的理解。通过对液晶显示设备的驱动和控制技术的学习，丰富了对液晶显示设备性能指标的理解，并且有助于了解液晶显示技术的发展史和应用中的优缺点。这种闭环教学模式，使学生充分理解了目前液晶显示技术的关键点，清楚明了地知道液晶显示技术产业目前的问题所在，达到该课程的教学目的。

二、新型显示技术的课堂翻转

信息显示作为当今社会信息传递的重要媒介，其新型显示技术和设备层出不穷，技术更新日新月异。在课堂上讲授各种显示技术和设备的同时，新的显示设备已经在市面上出现。有的显示技术也正在紧锣密鼓地研发中，成为世界各经济发达国家科技竞争的热点之一。为了拓展该课程的教学内容，凸显课程的应用性和时代性，以期达到“新工科”对该课程教学内涵的课标要求，我们进行课堂翻转教学，把当下市面上和研究报道中的新式显示技术，通过班级小组汇报讨论的形式进行学习。（如表1 所示）

表1 新型显示技术的分组情况及要求

通过教学实践发现，学生对新式的光电显示技术充满兴趣，能够对选择的显示技术按照要求进行详尽汇报分享，并且其他同学在汇报后能够积极提问和展开讨论。通过课堂翻转，把“唱”主角儿的授课教师变成学生，有效调动了学生学习的积极性，既拓展了学生对光电显示技术和行业的视野，也培养了学生寻找问题、分析问题、解决问题以及表达的能力。也充分证明这种课堂翻转教学模式对培养“主动学习型”学生较为适宜，为提高学生的就业竞技能力奠定了良好的基础。

三、科研成果的教学提升

上文提到，光电显示技术产业领域关系国家的经济发展，多国在光电显示行业均加大了研发投入。最近，我国在青岛市举行了2023 青岛国际显示大会暨第五届全球显示产业行业趋势发布会。会上，中国光学光电子行业协会液晶分会常务副理事长兼秘书长梁新清认为：“跌宕起伏的显示市场，日益扩大的显示应用，日新月异的显示技术，方兴未艾的显示投资，构成了全球新型显示产业的新特征，创新发展需要全球同行携手合作，共同推动”，这为光电显示技术研发和产业推广提足了信心。因此，每年都会公开发表大量的该领域的国内外学术论文。以中国知网收录的数据为例，我们统计了2018—2022 年间VR（虚拟现实）显示、OLED 显示和液晶显示三种显示技术的研究成果（如图2 所示）。可以看出，液晶和OLED 显示技术，这些课本中已经详细论述的内容依旧是研究的热点。这为我们开展“以研促教”，即通过最新的研究成果的学习，延伸课堂上讲授的各显示技术，掌握其最新的技术发展，这不仅锻炼了学生的科研能力，更为学生接触产业第一线提供了充足的准备工作。再者，VR 显示和OLED 显示这些新式的显示技术随着年份的临近呈现出增多的趋势，这足见新式光电显示技术研发的潜力。因此，作为即将步入社会的毕业班学生，该课程中尽早了解并跟上新式光电显示技术发展的脚步，无疑是赢在了起跑线。可见，通过光电显示技术的最新研发成果的学习，科研反哺于教学，不仅有助于课堂知识的深化，更能践行太原科技大学研究应用型人才培养的目标。

图2 2018—2022 年间三种显示技术的研究成果（中国知网数据的统计）

为了提高学生研究的积极性，该环节通过课程论文的形式进行教学考核。课程论文要求，选择课程中的或者新式的光电显示技术和设备作为对象，通过学习相关的最新研究成果进行课程论文的撰写，论文中能够总结出所选显示技术及设备最新的技术发展，如设备的结构、驱动和控制的电路设计以及对应的性能指标的改进，最后给出自己对这些新技术的评判。通过两轮课程的实践，绝大部分学生能够对所选择的研究成果进行归纳总结，能够理解其核心思路和关键问题，并且对比各研究成果的优劣，提出自己的见解，这证实了该环节教学模式对强化课堂知识和提高学生科研能力的成功。

四、实践环节的教学拓展

通过实验或者实习的形式，让学生目之所及地认识光电显示设备的内部结构，按照操作规范设身处地进行实操，从而深刻认识其工作原理，把“纸上谈兵”的课堂理论教学在实验室真正实现，这一实践环节无疑是对该课程教学的直接拓展。按照学校2021 版专业培养方案修订的指导意见，该课程增加了16 学时实践环节的教学。因此，该课程教学大纲也作出相应的修订。在这16学时教学时间段内，选择2 ～4 种光电显示技术进行实操，增强学生对各显示设备的实操能力。为了补足实践教学的短板，我们联合武汉麦斯威科技有限公司进行产学合作，获批教育部产学合作协同育人项目，为该课程的教学改革提供了有力的支撑。

五、结语

以培养光电信息与科学工程专业研究应用型人才为目标，强调现代光电显示技术课程知识的产业应用性，通过应用型闭环教学、新式显示技术的翻转教学、前沿科研成果的反哺教学和实践环节的拓展教学，进行该课程的混合教学模式的探索和实践，让学生多维度对课堂知识深化学习，激发学生的求知欲。依据学生教学评价以及小组汇报和课程论文的成绩数据可以看出，该混合教学模式能够促进学生的课堂参与度，能够团队协作开展新式显示技术的调研工作，能够利用最新的研究成果找到显示技术的发展方向，有效提高了教学效率和学生的科研能力，为学生在光电显示领域的就业和研发奠定了良好的基础。