張?zhí)煊?王 雷,顧大偉,吳高建

(南京工業(yè)大學(xué) 數(shù)理科學(xué)學(xué)院,南京 211816)

2020年5月,教育部印發(fā)了《高等學(xué)校課程思政建設(shè)指導(dǎo)綱要》,強(qiáng)調(diào)全面推進(jìn)課程思政建設(shè)是落實(shí)立德樹人根本任務(wù)的戰(zhàn)略舉措,課程思政建設(shè)是全面提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的重要任務(wù)。綱要還指出,廣大一線教師要明確課程思政建設(shè)目標(biāo)要求和內(nèi)容重點(diǎn),科學(xué)設(shè)計(jì)課程思政教學(xué)體系,結(jié)合專業(yè)特點(diǎn)分類推進(jìn)課程思政建設(shè),并將課程思政融入課堂教學(xué)建設(shè)全過程[1]。

一、《光電顯示技術(shù)》課程介紹

《光電顯示技術(shù)》是針對(duì)光電信息科學(xué)與工程(光電)和應(yīng)用物理學(xué)(應(yīng)物)等相關(guān)專業(yè)本科生開設(shè)的專業(yè)課程,是從事光學(xué)工程、儀器儀表、測(cè)量與控制研究人員所必須具備的專業(yè)基礎(chǔ),是一門與現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)緊密相連的正在發(fā)展的新興學(xué)科。課程學(xué)時(shí)數(shù)為32學(xué)時(shí),其中16學(xué)時(shí)為理論課程,16學(xué)時(shí)為實(shí)驗(yàn)課程。理論授課主要內(nèi)容包括:輻射度學(xué)參量、光色度學(xué)參量、顯示器性能參數(shù)、陰極射線管(CRT)顯示技術(shù)、液晶概念和分類及物理性質(zhì)、液晶顯示器件(LCD)基本結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)、無(wú)機(jī)電致發(fā)光器件(LED)結(jié)構(gòu)和原理、有機(jī)電致發(fā)光器件(OLED)結(jié)構(gòu)和原理、OLED激發(fā)態(tài)動(dòng)力學(xué)過程、低溫多晶硅(LTPS)性能特點(diǎn)、LTPS工藝流程及關(guān)鍵技術(shù)等。實(shí)驗(yàn)課內(nèi)容主要包括:光色度學(xué)參量測(cè)量、LCD和LED及OLED光譜和響應(yīng)時(shí)間測(cè)量、LCD器件制備和電光特性曲線測(cè)量、LCD視角測(cè)試、LED器件電流—電壓—亮度曲線測(cè)量和OLED器件制備與表征等[2]。

《光電顯示技術(shù)》課程的特點(diǎn)包括:1.授課內(nèi)容繁雜,課時(shí)偏少,需要對(duì)授課內(nèi)容進(jìn)行量身裁剪。2.與產(chǎn)業(yè)技術(shù)息息相關(guān),要求授課教師實(shí)時(shí)關(guān)注科技前沿動(dòng)態(tài)。3.課程內(nèi)容主線清晰,在講解基礎(chǔ)知識(shí)后按照顯示技術(shù)發(fā)展歷程依次介紹不同時(shí)代的主流顯示技術(shù)。4.課程內(nèi)容涉及將先修課程中所學(xué)的光學(xué)原理、半導(dǎo)體物理和固體物理知識(shí)、電子線路及光電技術(shù)等課程內(nèi)容的綜合應(yīng)用,涉及復(fù)雜的工藝流程,技術(shù)整合性較強(qiáng)。

課程目標(biāo)如下:1.掌握光色度學(xué)基本參量的物理意義和顯示器件的基本性能參數(shù)。2.掌握各光電顯示器件的基本結(jié)構(gòu)和工作原理及各項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)和局限,對(duì)工藝流程設(shè)計(jì)中涉及的各方面現(xiàn)實(shí)約束條件有比較全面、系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)和考慮,具備設(shè)計(jì)、開發(fā)、分析和解決光電信息領(lǐng)域相關(guān)工程技術(shù)問題的能力。3.能針對(duì)光電顯示器件方向工程問題,基于現(xiàn)代儀器、信息技術(shù)、工具、軟件等,正確設(shè)計(jì)光電顯示器件并對(duì)現(xiàn)有工藝進(jìn)行改進(jìn)。

針對(duì)課程學(xué)時(shí)數(shù)有限的特點(diǎn),重點(diǎn)參考了清華大學(xué)出版社出版的李文峰等編寫的《光電顯示技術(shù)》一書[3]。該教材內(nèi)容精簡(jiǎn),但用于32學(xué)時(shí)課程仍需適當(dāng)裁剪。結(jié)合課程與時(shí)俱進(jìn)的特點(diǎn),增加了OLED顯示技術(shù)和LTPS晶體管陣列的內(nèi)容。該部分內(nèi)容參考了清華大學(xué)出版社出版的應(yīng)根裕等編寫的《光電顯示原理及應(yīng)用》一書[4]?？紤]到增加課程的時(shí)代性和開放性,參考了Springer出版的Jianglin Chen等編寫的《Handbook of Visual Display Technology》一書,并根據(jù)需要選擇部分內(nèi)容作為學(xué)生翻譯作業(yè)[5]。實(shí)驗(yàn)講義由授課教師根據(jù)實(shí)際開展實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,結(jié)合科研背景編寫,并作為內(nèi)部資料發(fā)放給學(xué)生[6]。

二、踐行課程思政

(一)增加課程人文性,提升引領(lǐng)性、時(shí)代性和開放性

《光電顯示技術(shù)》課程介紹不同類型的顯示技術(shù),涉及將晦澀的半導(dǎo)體物理知識(shí)和固體物理知識(shí)應(yīng)用在顯示技術(shù)領(lǐng)域的具體問題。在講解具體理論知識(shí)時(shí),相關(guān)人文素材的引入可以幫助活躍學(xué)生學(xué)習(xí)氛圍,緩解學(xué)生壓力,充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣并調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性。比如,牛頓和麥克斯韋及格拉斯曼對(duì)光度學(xué)的貢獻(xiàn)、萊尼茨爾發(fā)現(xiàn)液晶相的過程、日本科學(xué)家研究藍(lán)光LED的艱辛歷程等。

《光電顯示技術(shù)》是一門與時(shí)俱進(jìn)的課程,學(xué)習(xí)內(nèi)容從CRT到LCD,再到LED和OLED顯示技術(shù),將各技術(shù)的興衰歷程完整地呈現(xiàn)在學(xué)生面前。教師一方面從技術(shù)層面引領(lǐng)學(xué)生分析技術(shù)更迭的內(nèi)在原因,另一方面補(bǔ)充當(dāng)前最為先進(jìn)的OLED顯示技術(shù)和LTPS技術(shù)。讓學(xué)生體會(huì)到每次技術(shù)革新都需要站在現(xiàn)有顯示技術(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)行。外文教材的參考閱讀可以幫助學(xué)生了解國(guó)際技術(shù)行情,明晰國(guó)內(nèi)外顯示領(lǐng)域技術(shù)差異。在原有課件基礎(chǔ)上完善專業(yè)術(shù)語(yǔ)和理論過程的配套外文素材,在考察環(huán)節(jié)增加外文教材翻譯內(nèi)容,提升了學(xué)習(xí)的時(shí)代性和開放性[7]。

(二)注重學(xué)思結(jié)合、知行合一

《高等學(xué)校課程思政建設(shè)指導(dǎo)綱要》強(qiáng)調(diào),專業(yè)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐課程要注重學(xué)思結(jié)合、知行合一,增強(qiáng)學(xué)生勇于探索的創(chuàng)新精神、善于解決問題的實(shí)踐能力[8]?！豆怆婏@示技術(shù)》課程涉及光色度學(xué)參量、液晶電光特性等基本概念和性質(zhì),LCD、LED、OLED器件結(jié)構(gòu)和LTPS陣列結(jié)構(gòu)等復(fù)雜工藝結(jié)構(gòu),電子束偏轉(zhuǎn)、偏振光偏振態(tài)的轉(zhuǎn)變、電致發(fā)光過程和發(fā)光動(dòng)力學(xué)過程等復(fù)雜機(jī)理過程,及光刻技術(shù)、磁控濺射技術(shù)、真空熱蒸發(fā)技術(shù)、準(zhǔn)分子激光技術(shù)等高端技術(shù)。這些概念、結(jié)構(gòu)、過程和技術(shù)無(wú)法通過課堂講解和書本描述讓學(xué)生獲得良好的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。因此結(jié)合現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)資源開展了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,具體如下:

1.針對(duì)光色度學(xué)參量,將單色儀與光纖光譜儀結(jié)合,測(cè)量不同單色光的光亮度、色純度和色坐標(biāo),測(cè)試白光的色溫和顯色指數(shù),加深學(xué)生對(duì)基本概念的理解。測(cè)量LED、LCD和OLED器件單色光和白光光譜參量,讓學(xué)生充分理解混色原理在光電顯示技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用。

2.LCD器件工作原理涉及電控光偏振態(tài)變化的過程,課堂講解流于形式,難以被學(xué)生接受。讓學(xué)生親自動(dòng)手制備簡(jiǎn)單液晶盒,并測(cè)試液晶盒的偏光性和電光特性曲線,充分發(fā)揮學(xué)生主體地位效能,使學(xué)生走出書本理論知識(shí),投身實(shí)踐環(huán)節(jié),實(shí)現(xiàn)知行合一。

3.響應(yīng)時(shí)間是顯示器件關(guān)鍵參數(shù)之一,將函數(shù)信號(hào)發(fā)生器、示波器與高速光電探測(cè)器結(jié)合,利用方波信號(hào)驅(qū)動(dòng)LCD、LED和OLED器件,讓學(xué)生測(cè)試并利用軟件分析得到器件的響應(yīng)時(shí)間。一方面讓學(xué)生了解測(cè)試快速過程的方法,深刻認(rèn)識(shí)不同顯示技術(shù)的響應(yīng)時(shí)間差異對(duì)產(chǎn)品性能的影響;另一方面可以培養(yǎng)學(xué)生分析研究問題的科學(xué)素養(yǎng)和解決問題的實(shí)踐能力[9]。

4.OLED是新興最具潛力的顯示技術(shù)之一,學(xué)生親自動(dòng)手制備并測(cè)試OLED器件的光色度學(xué)參量和電學(xué)性能,可以實(shí)現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)效果的全面提升和學(xué)生能力的全面培養(yǎng):首先,教材固定知識(shí)無(wú)法展現(xiàn)科技進(jìn)步的日新月異,課本外的知識(shí)拓展增加了OLED技術(shù)的學(xué)習(xí)難度,學(xué)生需要走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行看得見摸得著的知識(shí)學(xué)習(xí),這樣才能做到知其然并知其所以然;其次,OLED制備涉及透明電極的刻蝕和清洗工藝、真空熱蒸發(fā)工藝和復(fù)雜器件參數(shù)器件測(cè)試過程。這些環(huán)節(jié)將課堂介紹的工藝流程穿插組合在一起,可以讓學(xué)生深刻理解工藝過程和半導(dǎo)體物理知識(shí)的具體應(yīng)用;最后,很多大型公司企業(yè)都積極拓展OLED業(yè)務(wù),實(shí)驗(yàn)室OLED器件制備是OLED屏幕工藝的重要組成部分,為學(xué)生就業(yè)進(jìn)行了技術(shù)熱身,方便技術(shù)接軌。

學(xué)生通過以上的實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐過程,可以體會(huì)到紙上得來(lái)終覺淺并深刻理解實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)涵。書本知識(shí)只是專業(yè)技術(shù)的語(yǔ)言描述,只有在實(shí)驗(yàn)室動(dòng)手操作才可以真正得到全面的鍛煉和成長(zhǎng)。

(三)培養(yǎng)大國(guó)工匠精神

《光電顯示技術(shù)》是光電和應(yīng)物專業(yè)學(xué)生接觸到少有的涉及復(fù)雜工藝流程的課程之一。課程涉及較為復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容有:器件響應(yīng)時(shí)間測(cè)試與對(duì)比,LCD和OLED器件制備與表征。

在響應(yīng)時(shí)間測(cè)試實(shí)驗(yàn)中,學(xué)生需要學(xué)習(xí)使用函數(shù)信號(hào)發(fā)生器,設(shè)置方波信號(hào)的頻率、電平和占空比等參數(shù),將同步信號(hào)分別輸入示波器進(jìn)行觀察和連接器件進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。示波器的熟練使用是完成測(cè)試的必要前提,學(xué)生需掌握利用示波器捕捉微弱信號(hào)的操作要領(lǐng),涉及采樣、獲取、存儲(chǔ)和觸發(fā)等高階技能的應(yīng)用。最后,利用高速光電探測(cè)器將方波信號(hào)驅(qū)動(dòng)的顯示器件響應(yīng)時(shí)間呈現(xiàn)在示波器上。這一環(huán)節(jié)要求測(cè)試所使用儀器的基本性能都要顯著高于測(cè)試響應(yīng)時(shí)間的技術(shù)要求。因此,學(xué)生需要先測(cè)試并證明所使用的示波器、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器和光電探測(cè)器的性能都足以勝任響應(yīng)時(shí)間測(cè)試的任務(wù)。授人以魚不如授人以漁,該環(huán)節(jié)是學(xué)生在光電技術(shù)課程中學(xué)習(xí)測(cè)試技術(shù)的具體應(yīng)用,同時(shí)兼顧數(shù)字電路課程所學(xué)的RC時(shí)間對(duì)測(cè)試的影響,可以說(shuō)是一次“真槍實(shí)彈”的演練。培養(yǎng)了學(xué)生求真務(wù)實(shí)、去偽存真科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶I(yè)素養(yǎng)。

LCD和OLED器件制備與表征實(shí)驗(yàn)涉及襯底刻蝕和清洗、材料沉積等復(fù)雜過程的操作。長(zhǎng)達(dá)數(shù)小時(shí)的實(shí)驗(yàn)和測(cè)試過程可以顯著提升學(xué)生的耐心和細(xì)心。不僅融合了理論課講述的各種技術(shù),還涉及很多專業(yè)知識(shí)的具體應(yīng)用,提升了學(xué)生的動(dòng)手能力和專業(yè)信心。光學(xué)知識(shí)和半導(dǎo)體物理知識(shí)的具體應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)了學(xué)以致用的效果。復(fù)雜工藝的組合,提升了學(xué)生解決復(fù)雜工程和技術(shù)問題的能力。這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中,有些環(huán)節(jié)直接決定了器件制備的性能和成敗。比如,襯底的清洗決定了器件制備過程中功能層生長(zhǎng)的微觀結(jié)構(gòu),微觀結(jié)構(gòu)又決定了器件的性能。襯底是透明的,如果用反了會(huì)直接導(dǎo)致器件制備失敗,這些實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)培養(yǎng)了學(xué)生謙虛謹(jǐn)慎和精益求精的工匠精神[10]。在OLED器件制備過程中,需要用到高真空熱蒸發(fā)沉積設(shè)備,真空的維護(hù)、工作區(qū)域的更換和掩膜版的循環(huán)使用都具有一定的錯(cuò)誤風(fēng)險(xiǎn)性。理論講解過程中向?qū)W生介紹操作不當(dāng)導(dǎo)致儀器損毀的后果和實(shí)際案例,并要求學(xué)生細(xì)化操作流程,小組內(nèi)部多次確認(rèn)后才可以請(qǐng)示操作。這些復(fù)雜的環(huán)節(jié)培養(yǎng)了學(xué)生團(tuán)結(jié)協(xié)作、直面困難和勇于攀登的職業(yè)精神[11]。

(四)激發(fā)科技報(bào)國(guó)的家國(guó)情懷和使命擔(dān)當(dāng)

科技興則國(guó)興,科技強(qiáng)則國(guó)強(qiáng)。光電和應(yīng)物專業(yè)本科生畢業(yè)后在光電顯示技術(shù)領(lǐng)域就業(yè)扎根,為國(guó)家貢獻(xiàn)力量。這是一個(gè)國(guó)際技術(shù)角逐的領(lǐng)域,要求從業(yè)者具有強(qiáng)烈的使命擔(dān)當(dāng)和科技報(bào)國(guó)的堅(jiān)定信念。在課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)深入挖掘思政資源,恰當(dāng)利用思政載體,介紹國(guó)際技術(shù)發(fā)展歷史和形勢(shì),鞭策學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)時(shí)立足國(guó)家技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀,牢記初心、堅(jiān)定前行。在CRT顯示技術(shù)理論課程中,向?qū)W生介紹了國(guó)際CRT顯示技術(shù)發(fā)展歷程和我國(guó)黑白電視機(jī)與彩色電視機(jī)的崛起過程。在液晶顯示器件發(fā)展歷程中介紹了美國(guó)率先研制液晶顯示器件,日本搶占先機(jī)的歷史競(jìng)爭(zhēng)過程,以及近期LCD顯示技術(shù)的追趕過程。在顯示器件響應(yīng)時(shí)間講解過程中,向?qū)W生介紹我國(guó)西安光機(jī)所生產(chǎn)條紋相機(jī)的進(jìn)展以及與日本先進(jìn)技術(shù)的差異。分析對(duì)比實(shí)驗(yàn)室所用示波器和函數(shù)信號(hào)發(fā)生器與國(guó)際先進(jìn)產(chǎn)品的技術(shù)和性能差異。在OLED器件制備實(shí)驗(yàn)過程中,向?qū)W生分享國(guó)內(nèi)外分子泵的價(jià)格和技術(shù)差異,介紹膜厚監(jiān)測(cè)儀工作原理及國(guó)內(nèi)外產(chǎn)品的發(fā)展?fàn)顩r。在OLED和LED電流—電壓—亮度曲線測(cè)試過程中,結(jié)合納安級(jí)電流測(cè)試情況,介紹國(guó)內(nèi)數(shù)字源表產(chǎn)品的開發(fā)現(xiàn)狀,討論國(guó)外芯片封鎖對(duì)我國(guó)數(shù)字源表發(fā)展的限制。在OLED器件和LCD器件襯底清洗環(huán)節(jié),以及LTPS技術(shù)學(xué)習(xí)過程中,介紹我國(guó)光刻工藝取得的突破性進(jìn)展,并與國(guó)際先進(jìn)水平進(jìn)行對(duì)比分析。在OLED器件工藝環(huán)節(jié),以大國(guó)重器視頻題材作為載體,介紹近年我國(guó)OLED顯示技術(shù)實(shí)現(xiàn)彎道超車的飛速發(fā)展。

這些相關(guān)素材的引入,介紹了與學(xué)生學(xué)習(xí)和工作息息相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀。融入課堂教學(xué)后,激發(fā)了學(xué)生科技報(bào)國(guó)的家國(guó)情懷和使命擔(dān)當(dāng)[12]。

三、結(jié)語(yǔ)

《高等學(xué)校課程思政建設(shè)指導(dǎo)綱要》指出,全面推進(jìn)課程思政建設(shè),教師是關(guān)鍵。要推動(dòng)廣大教師進(jìn)一步強(qiáng)化育人意識(shí),找準(zhǔn)育人角度,提升育人能力,確保課程思政建設(shè)落地落實(shí),見功見效。結(jié)合物理類專業(yè)課程的特點(diǎn),我們深入挖掘了課程內(nèi)容的思政來(lái)源,拓展課程思政建設(shè)的方法和途徑,將一系列思政元素融入課堂教學(xué),把控了課堂建設(shè)“主戰(zhàn)場(chǎng)”,拓寬了課堂教學(xué)“主渠道”[13]。物理類專業(yè)課程的特點(diǎn)是以理論和技術(shù)為教學(xué)主要內(nèi)容,而對(duì)方法論的討論相對(duì)較少。因此我們側(cè)重結(jié)合技術(shù)發(fā)展規(guī)律和國(guó)內(nèi)國(guó)際形勢(shì),進(jìn)行了課程思政建設(shè),避免了生搬硬套的“兩張皮”現(xiàn)象的出現(xiàn),基本可以達(dá)到潤(rùn)物無(wú)聲的教學(xué)效果。

通過本課程的課程思政建設(shè)和教學(xué)實(shí)踐,教師的課程思政水平、傳道情懷、授業(yè)和解惑能力均得到了顯著提升。結(jié)合專業(yè)特點(diǎn)設(shè)計(jì)了課程思政教學(xué)體系,深度挖掘了課程思政元素,并將課程思政教學(xué)工作落實(shí)到了課堂教育,獲得了較為理想的教學(xué)效果。將價(jià)值觀引導(dǎo)工作與知識(shí)傳授和能力培養(yǎng)融為一體,落實(shí)了立德樹人根本任務(wù)。