几何教学论文

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几何教学论文范文第1篇

视听教学实际上就是通过各种视觉和听觉的刺激，发挥学生的个人学习能力，将教学资源与知识融合起来，形成更好的认知体系．知识和经验从认知角度可以分为抽象经验、感觉经验和体验．抽象经验就是书面语言经验，只有符号含义而没有具象化;感觉经验就包括视觉听觉等，具象化的内容对感官直接刺激形成经验;体验就是综合化感受，可能包括抽象和具体的联系，是理解和积累层面的．从视听教学理论看几何画板的运用，应当是感觉经验和体验，所以在课堂教学中可以从动态展示和学生动手操作来强化学生的知识学习．

二、初中数学几何教学特征

1．逻辑思维和推理能力发展．

初中数学内容上更多的加入了平面几何和解析几何内容，主要针对学生归纳、推理和论证能力进行培养．数学学习更多的是通过观察、类比和证明来获得知识，要求学生在学习过程中有清晰的思路，能够形成数学思想．

2．注重学习兴趣的调动．

初中数学概念性内容多，对于学生的逻辑思维能力要求也更高．在初接触初中数学时，学生容易因为衔接不上或者思路不通而产生困惑，久而久之，学生会失去学习兴趣和学习信心，这种挫败感干扰了学生对于数学知识的接受能力．在初中数学教育过程中，教师要不断鼓励学生，运用更加适合学生形成数学思想的教学方法进行教学，引导学生更好地走入数学世界．

3．探索性和实践性．

新课标对初中教育提出了新的要求，义务教育阶段要突出知识的基础性和发展性，数学作为工具性学科具有较为广泛的应用价值，在初中数学教育阶段也要融入适当的实践性教学内容．利用几何画板的可操作性，让学生动手探究，培养学生的创新能力，并在实践过程中体验，学生能够结合概念形成经验性知识．

三、几何画板在初中数学教学中的应用

1．绘图应用．

几何画板最基础的功能就是快速画图，利用这一点可以减轻课堂上教师手绘范例的压力，更多的时间用来展示和讲解，提高课堂教学效率．几何画板提供了对应于实物的直尺、量角器等测量工具，也有对应于圆规等制图工具，无论是绘制平面图形还是立体图形都能较为精准地完成．几何画板还提供了几何图形的参数设置，图形与数据结合更加直观，这也是将抽象和具象联系起来最直观的表达．例如，平面几何勾股定理，斜边的平方等于直角边的平方和，这个规律看似容易，但是如何验证一致都是比较困扰学生的问题．用直尺量从数值上可以验证，但是对于图形上的关系还是没有具体的认识，这时就可以利用几何画板的绘图功能，从图形关系角度入手，更好地验证这一定律．绘制直角三角形时，可以利用不同颜色将各条边标示出来，用直尺功能对数据进行测量，运算即可验证数值关系．图形关系可以将直角三角形拆分开，以每条边绘制正方形(正方形的体积对应各边的平方)，将斜边构成的正方形按照七巧板式切割成不同形状的分块，直角边形成的两个正方形按照已切割的分块形状进行切分，最终通过细节填补，我们会发现形成了两套同样的分块组，这也就说明斜边构成的正方形的面积与斜边构成的两个正方形的总面积是一致的，也就从图形的角度验证了斜边的平方等于直角边的平方和这一定律．通过面积这种具体的对象表达边的平方关系，学生有更加深刻的记忆和理解，从认知和记忆两个角度形成了图形与抽象概念的联系，来自视觉刺激的认识帮助抽象概念形成了更好的知识认知．

2．动画应用．

初中数学中无论是平面几何还是解析几何，都可以很好地利用动画功能．动画是对过程的一个良好诠释，学生对于过程的观察实际上也是在思维逻辑中形成知识，对于过程的感官刺激直接将感性认识和理性认识连接起来，是抽象与具体之间最直接的关系．

四、结语

几何教学论文范文第2篇

关键词：统计学教学模式EXCEL

引言

进入21世纪，随着我国市场化步伐的加快，社会对新知识的需求日益增加，无论是国民经济管理，还是公司企业乃至个人的经营、投资决策，都越来越依赖于数量分析，依赖于统计方法，统计方法已成为管理、经贸、金融等许多学科领域科学研究的重要方法。

一、《统计学》课程教学面临的挑战

1.1内容日益丰富。长期以来，在我国存在两门相互独立的统计学——数理统计学和社会经济统计学，分别隶属于数学学科和经济学学科。统计学是一门通用方法论的科学，是一种定量认识问题的工具。统计方法只有与具体的实质性学科相结合，才能够发挥出其强大的数量分析功效。这些分支学科的存在主要不是为了发展统计方法，而是为了解决实质性学科研究中的有关定量分析问题，统计方法是在这一应用过程中得以完善和发展的。随着大统计学思想的建立和统计学在实质学科中的应用的需要，大多数学校和老师在财经类专业的本、专科专业《统计学》教学过程中，除了保留社会经济统计学原理中仍有现实意义的内容，如统计学的研究对象方法、统计的基本概念、统计数据的搜集整理、平均及变异指标、总量指标、相对指标、抽样调查、时间序列、统计指数等；同时也系统的充实了统计推断的内容，如：统计数据的分布特征、假设检验、方差分析、相关与回归分析、统计决策等。

1.2学生的学习难度加大。首先、结合《统计学》的课程特点——概念多而且概念之间的关系十分复杂、公式多且计算有一定难度等。如果学生不做必要的课外阅读、练习和实践活动，是很难理解和掌握的。对于财经类专业的本、专科专业的学生来说，由于其本专业的课程体系要求，使得学生的数学或者数理统计的基础不是特别好，对于专科学生来说更不用说，推断统计将是他们学习的困难。

1.3教师的教学难度加大。授课内容越来越丰富；课程难度太大可能导致学生兴趣下降；传统教学方法的主要目的是让学生了解、掌握知识，其一成不变的教学内容和模式，学生味同嚼蜡，学生只是被动地吸收知识，最后得到的效果就是使其不思进取缺乏新意。高等教育扩招后，大多数学校，授课班级学生人数越来越多，一个教师跨越不同专业授课。这要求授课教师必须深刻领会授课内容的核心和相互关系，学会控制和驾驭课堂教学，注重统计学在不同专业领域的具体应用等等。教师和学生之间不再只是简单的知识“单向”传递，而是师生之间思想、心得、智慧的“双向”交流，教师和学生都承担了更多的教与学的责任。

二、《统计学》教学的发展趋势分析

2.1统计学从数学技巧转向数据分析的训练。在计算机及计算机网络非常普及的今天，统计计算技术不再是统计学教学的重点了。统计思想、统计应用才应该是重点。现代统计方法的实际应用离不开现代信息处理技术。统计软件的使用，不仅使统计数据的计算和显示变得简单、准确，而且使统计教学由繁琐抽象变得简单轻松、由枯燥乏味变得趣味盎然。所以，在统计教学过程中，大量的内容只需要给学生讲清楚统计基本思想、计算的原理和正确应用的条件、正确解读计算的结果，而对大量复杂具体的计算可以交给计算机去完成。注重引导学生运用所学知识来解决实际问题，给学生多做一些教学案例，教学案例与教科书上的例题不同，例题的作用是单一的、有限的，通过例题只是掌握和熟练所学的统计方法及计算公式，而案例的作用是多方面的，它让学生了解了分析问题的思路，要解决什么问题，如何解决，应用什么理论和方法，需要什么数据，怎样解读计算结果，并根据分析结果，提出针对性的对策和措施，训练学生综合运用所学知识去解决实际问题的能力，激发学生学习的兴趣和求知的欲望。

2.2通过统计实践学习统计。它要求统计教师不仅要融会贯通统计理论和方法，而且要对案例中问题的解决思路和方法有熟练的把握。在教学中学生是主角，教师起引导作用，针对不同的统计教学案例，教师只有事先亲自采用各种方法进行计算和分析，才能对学生使用哪些统计方法和统计分析软件进行计算和分析提出建议，并对学生采用不同的分析方法和得到的分析结果作出比较透明的比较和评价。通过课堂现场教学，引导学生利用课余时间完成项目，利用假期时间，通过参加学校组织的某些团队、小组或自己组织去开展一些与专业有关的活动，全方位地激发学生的学习兴趣、培养学生的专业能力、方法能力和社会能力。

三、基于EXCEL的《统计学》教学设想

如何从烦琐的数理统计技巧转向数据处理的训练，教师的导向是第一位的，必须选择容易获得而且普及性比较强的统计分析软件，并在课堂教学和引导学生实践中广泛采用。

3.1微软公司开发的EXCEL软件无疑是我们最好的选择专业的统计分析软件SPSS、SAS、BMDP、SYSTAT其功能固然强大，统计分析的专业性、权威性不可否认，但是对于没有开设统计学专业的院校这些软件并不常用，微软公司开发的EXCEL软件作为一款优秀的表格软件，其提供的统计分析功能虽然比不上专业统计软件，但它比专业统计软件易学易用，便于掌握。对于《统计学》这门课程而言，利用EXCEL提供的统计函数和分析工具，结合电子表格技术，已能满足统计方面的要求。

3.2基于EXCEL的《统计学》教学设想

3.2.1在教学内容上，依据EXCEL的函数功能、电子表格功能、数据分析功能，结合统计学原理的基本理论和方法，对统计数据的搜集主要强调统计报表制度，在EXCEL环境应该更注重抽样推断，EXCEL提供的随机抽样工具使得抽样调查不再是十分复杂的技术，统计图也可以被广泛运用于对数据的描述。

3.2.2案例教学成为《统计学》课程的重要内容。案例教学法不仅可以将理论与实际紧密联系起来，使学生在课堂上就能接触到大量的实际问题，而且对提高学生综合分析和解决实际问题的能力大有帮助。结合学生所学专业精选案例教学，比如对于金融专业的学生可以设计用几何平均数计算投资的平均收益率、运用标志变异指标考察投资组合的风险大小等。对于经管专业的学生，精选抽样推断、假设检验、方差分析对于控制产品质量，经营决策等方面的案例，深入浅出地介绍这些方法的基本思想、并用EXCEL进行分析。

3.2.3改革考试方式和内容，合理评定学生成绩。对于《统计学原理》的考试，多年以来一直沿用闭卷笔试的方式。这种考试方式对于保证教学质量，维持正常的教学秩序起到了一定的作用，但也存在着缺陷。在过去的《统计学》教学中，基本运算能力被认为是首要的培养目标，教科书中的各种例题主要是向学生展示如何运用公式进行计算。这样导致了学生在学习《统计学》课程的过程中，为应付考试把精力过多的花在了概念、公式的死记硬背上。这与财经类专业培养新世纪高素质的经济管理人才是格格不入的。为此，需要对《统计学》考试进行了改革，主要包括两个方面：一是考试内容与要求不仅体现出《统计学》的基本知识和基本运算以及推理能力，还注重了学生各种能力的考查，尤其是创新能力。二是考试模式不居一格，除了普遍采用的闭卷考试外，还在教学中用讨论、答辩和小论文的方式进行考核，采取灵活多样的考试组织形式。学生成绩的测评根据学生参与教学活动的程度、学习过程中提交的读书报告、上机操作和卷面考试成绩等综合评定。这样，可以引导学生在学好基础知识的基础上，注重技能训练与能力的培养。

参考文献：

[1]谢安邦.高等教育学[M].北京：高等教育出版社.1999.

[2]贾俊平.统计学[M].北京：中国人民大学出版社.2000.

几何教学论文范文第3篇

根据教育系统对中职语文教学的要求，新入学要求每届学生上台进行自我介绍。有的学生很大方、得体地跟学生作自我介绍，甚至妙趣横生，表达得很流利；而有的学生上了台则是憋红了脸，一头雾水，语无伦次，不知从何说起。这明显是由于心理障碍影响造成的。因此要培养学生的口语交际能力，首先要帮助学生克服心理障碍，做到：不断鼓励，消除学生的畏惧感。通常给予学生更多的锻炼机会，在交流中可以避免这种怯场的现象。中职语文教师在课堂中要采用心理辅导的手段，引导学生积极面对，控制好学生的情绪，不断进行自我暗示，提升自信心，让紧张的思想松弛下来，平静之后，整理自己的思绪然后大胆说话。在鼓励中，消除学生的畏惧感；营造宽松的交流环境。语文课堂中，教师要与学生建立融洽、和谐的关系，为学生提供一个相对宽松的思维空间，才能大胆地表达内心的想法。另外，教师还可以根据语文教学内容设置问题，让学生思考，在合作和探究中创造更多的交流机会，表达自己的意见和想法。

2设置专门的口语训练项目，增强口语交际的途径

中职语文教学过程中，为了提高学生的口语交际能力，可以从课堂的训练中增进学生的交流机会。这就要求教师根据教学内容，为学生创造更多“说”的机会，另外在课外，延伸教学，设置更多的活动，总之，教师要抓住一切可利用的机会，将课堂内外相互结合。具体做到：第一，在阅读部分，设置口语训练。语文教学中，遇到深层次、艺术性较强的文章，教师要引导学生多进行默读，体会文章的中心意思，了解作者的写作思路。在默读中让学生思考、理解，培养学生提升口语的中心意思以及逻辑感。另一种方式是朗读。在朗读的过程中，让学生总结语序、停顿以及读文章的感情。还可以采用演讲、辩论的形式，为学生创造更多的说话机会，提高阅读能力的同时提升口语交际能力。第二，在作文部分，注重对学生口语交际能力的培养。训练学生作文的方式可以采用口头作文叙述，也可以采用相互探究想法的方式。在口头作文中，教师利用课前几分钟，让学生随意阐述，学生可以根据自己的观察以及对某一事件的看法，发表自己的感受，这样为提高作文储备了更丰富的知识储备，同时调动了学生的口语能力。在探究作文中，教师可以让学生自行分组讨论，根据事先设置好的题目，自己去寻找切入点，将各自的想法相互讨论，形成可行的素材，在整理后形成书面作文。教师批改了作文之后，可以选一些优秀的作品，让大家欣赏作者的思维，课堂上让学生互相讨论，这样在提升学生思维意识的同时，提高了创造性能力，在口语表达中改善了交际的能力，提高了学生学习语文的综合能力。第三，提供丰富的教学模式，注重课外教学活动。为了提高中职学生的语文综合实践教学水平，加强其口语交际能力，还需要教师采用多形式的教学模式，增强教学手段，注重课外教学活动。例如可以组织一些演讲比赛或者是辩论会等形式，教师在课外活动中，带领学生做好活动规划，积极引导、认真点评，让学生在这些活动中学会对语文进行深敲，增强对文字的斟酌和取舍。在恰当的词句组合中，加强了对语文学习的语感培养，深层次地改善了语文口语交际能力。

3注重方法、让学生掌握口语交际的技巧

教师在正确的引导下，让学生掌握正确的口语技巧，可以借助于多媒体，规范口语交际的技巧。培养学生口语交际能力的同时，一方面要加强训练，另一方面要做好点评。整个教学活动中，教师要抱有严谨教学态度，及时发现问题，进行精辟总结，及时纠正，从多个角度分析，做好交际内容、表达方式、情感投入等技巧性的指导，让学生在口语交际中不断受益。

4总结

几何教学论文范文第4篇

在西方，教学设计伴随着教学研究在20世纪上半叶进入科学化时期以后而广受关注。20世纪上半叶，对教学设计的研究起源于杜威、桑代克等人，试图把心理科学成果运用于教育情境。杜威提出建立“桥梁学科”（linking　science）的主张，试图建立一座能够沟通学习理论与教育教学实践的知识的桥梁，从而更好地实现教育目的。桑代克在其联结主义学习理论基础上建立起来的包括任务分析、教学方法、教学评价、教学测量等内容的教学设计体系为后来的研究奠定了基础和框架。

20世纪50、60年代，美国社会出现几大特点：首先，伴随着人口出生率迅速增加而出现学龄儿童的剧增；其次，国际科技领域的竞争激化了美国对其教育科学化的关注；再者，西方科学技术的迅速发展和在社会各个方面的渗透带动了把自然科学研究范式移植到社会科学领域的风潮。在这些社会背景的影响下，人们在追求教学设计的科学化时就自然地把当时盛行的行为主义心理学的研究成果和研究范式应用过来，于是行为主义教学设计理论开始兴起。行为主义教学设计的基本思路是开发一种教学程序系统，通过准确分析学习者的行为表现，确定要达到的行为目标，然后根据心理学原理设计教学活动程序，以达到预先确定的具体学习结果。这一时期，斯金纳的程序教学理论、马杰的行为目标理论、布卢姆的教育目标分类学理论等在推动教学设计走上技术理性道路中发挥了重要作用。其突出的特点是全面分解教学目标、内容和实践活动，力图通过合规则的行为设计而对教学活动加以控制。在这分解控制的过程中，完整的教学消失了，作为完整生命个体的学生和教师，都被排除在了关注范围之外。当作为教育目的承载者的学生消失在教学设计者的视野中时，教学设计就走上了自己的教育背离之路。

到20世纪70年代，行为主义的发展势头逐渐减弱，以认知主义理论为基础的教学设计开始受到重视。与行为主义理论相比，认知主义理论考虑到人的内部心理过程对人的影响，重视认知因素的作用，主要研究人难以观察的内部心理活动机制和过程，如注意、知觉、表象、记忆、思维和语言等。这在很大程度上克服了行为主义心理学把人简单化和机械化的弊端，关注了个体的内部认知结构特点及动机对学习的作用。然而，即使如此，认知主义教学设计也没有把人作为一个有情感、有个性差异的鲜活生命，而是作为知识的容器，他们研究的重点是采用什么样的策略方法，可以把尽可能多的外在于个体的客观知识灌输到这个容器中去。而且，在很多方面，认知主义教学设计并不是对以往行为主义教学设计的全盘否定，而是一种对原有做法的超越。例如，行为主义教学设计的关键策略是“任务分析”，70年代的认知主义教学设计仍然应用这一策略，不过从过去分析人的行为表现以确定行为目标，转到理解不同知识和技能领域中“能力表现”的发展阶段，运用“任务分析”确定一个学科领域中能够把新手和专家区分开来的不同学习水平。在这一过程中，即使有对学生动机情感的关注，也是作为实现其知识灌输目的的条件和手段。至于这些知识是否真正能为学生所用，是否有利于学生的成长和发展，认知主义教学设计甚少考虑。

20世纪90年代以来，建构主义学习理论开始兴起。该理论认为知识不是外在于个体而客观存在的，知识是个人经验的合理化。学习是学习者主动建构个人意义的过程，强调在具体情境中进行探究、发现对学习的重要作用。这一理论很快影响到教学设计领域，并通过“以学生为中心，以问题为导向”的教学设计模式体现出来。这种教学设计有效避免了以往教学设计中把知识绝对化，学生客体化的弊端，但它对学生的重视并不是着眼于学生发展，而是工具性的，要充分利用学生学习的特点达到外在于学生的目的。所以，这种以学生为中心的教学设计与前面的教学设计思想和做法并没有价值取向上的根本区别。

在近30年来，西方教学设计研究出现了一种整合化趋向，其基本思路是把各有所长的多种理论组合起来，形成一种大规模的、富有变化的、包容许多可能的策略的系统。教学设计者能够从这些经过大规模整合的教学理论中选择某些具体环节，直接运用于他们所需要的教学实践中，从而使教学设计具有较大的灵活性。但是，这一思路与教学设计教科书中经常提到的媒体选择流程图的思路基本一致，而且，因为真正的教学要比单纯客观的媒体复杂得多，当人们需要照顾到多方面的需求和标准时，往往并不能从中找到一个完美方案。

在我国，对教学设计的关注和研究是在20世纪80年代中期以后，主要有三个领域的研究者。一是教育技术学领域的研究者。他们多从技术的视角分析教学设计，研究的内容结构相对固定，相关著作或教材一般采用首先概述教学设计内涵和历史，然后介绍国外比较典型的教学设计模型，再就教学设计过程中的基本要素分别进行阐述和分析的结构框架，其中的基本内容也大体一致，主要是国外比较成熟的相关理论、策略的介绍。因为如上所述西方教学设计在很大程度上存在着背离教育的问题，我国教学设计研究的这一分支也具有比较明显的重技术轻教育的倾向。二是教学论领域的研究者。他们从教学论的视角，用教学论的术语来分析和表述教学设计问题。虽然他们在努力追求“通过系统有效的教学设计帮助学习者达到学习的目标”，但在具体内容和做法上仍然有突出的模式化和把完整教学原子化的倾向。三是心理学领域的研究者，主要以学习理论研究者为代表。这些研究者把心理学中关于学习理论的研究成果与教学设计紧密联系起来，以学习的分类和学习的外部条件为主要依据建构教学设计研究的基本框架，结构相对新颖。但其外在目标导向的教学设计观，前提性地假定了教育教学活动的预成性，同样忽略了真正的教育教学活动所具有 的不确定性、情境性、偶然性、非线性等特点。

近10年来我国进行的基础教育课程改革实践，是反映我国教学设计研究立场的重要舞台。在课程实践中，以学生为中心的教学设计被广泛宣传和强调。全国各地的许多课堂上，从学生的桌椅摆放，到技术手段的运用程度，到教学内容的曲折呈现，再到师生各自主讲时间的控制，等等，都为了凸显学生的中心地位。然而，因为课堂上的这一切都要归结于统一的评价，尤其是地位稳固的同一内容与形式的考试，所以，很多课堂里展现的以学生为中心的教学不过是舞台上的表演，是“戴着镣铐跳舞”，实质是另一种技术控制的形式，并不具有“育人”的实质价值。

如上所述，纵观教学设计发展的整个历程，虽然最初以优化教育教学为出发点，但在借助现代科学技术媒体和自然科学的研究成果与方法迅速发展的过程中，逐渐淡化甚至忽略了作为主体的教育者和被教育者及其所从事的教育教学活动的复杂性，逐渐偏离了教育“育人”的根本目标，走上利用技术，乃至依赖技术去控制教育教学活动，让教育教学活动削足适履地适应技术需要的技术理性道路。这在我国表现得尤为明显。在这一过程中，教育的目的始终聚焦于“培养客观知识的掌握者”，而这正是我国当今教育所要批判和摈弃的恶疾。

二、教育立场下的教学设计之品性

教学设计的发展历程也是教学设计逐渐偏离“育人”宗旨，走上技术理性的过程。技术化的教学设计把师生的教学活动看做可以预设和有效控制的程序，试图通过对教学程序的预先设计而控制师生的教学行为并获得预期的教学效果。这种教学设计采用原子化的层层分解的方式把整体的教学系统、完整的学生解剖为一个个独立的元素，认为教学活动的开展就如计算机执行程序命令一样，可以通过严密的逻辑顺序和结构控制而准确地获得预期结果。然而，这种技术化的教学设计忽略了教师和学生的主体个性，无视教学活动的不确定性。正如有人说，当把科学作为一种信仰时，科学也就成了伪科学，教学设计在不断追求科学化的过程中，也逐渐背离了初衷，成为有效教学的阻碍，师生生命成长的藩篱。

要寻求教学设计的有效发展之路，必须脱离几十年来形成的技术化立场，重新站在其发展的原点，以教育的视野和情怀审视教学设计，以“育人”为根本目的思考教学设计，从而确立起教学设计的教育立场。教育立场下的教学设计不仅是一种技术实现，更是一种价值反映；不仅是一种程序预设，更是一种过程开放；不仅体现教学共识，更展现个性特色；不仅关注知识传授，更看重生命成长。对教育立场下的教学设计品性进行概括，可以归结为以下几点。

1、主体视野中的价值选择

“教育的根本问题是‘成人’，教育学乃‘成人之学’。”人是教育的根本价值所在，是教育的本真目的。教学是教育的核心环节，教学设计的好坏是教学成败的重要影响因素。在以往的教育实践中，经常存在的现象是：在宏观层面的教育价值和目的上，人们能把关注点放在“育人”上面，而一旦具体到微观的教学环节或实践活动中，人们就不知不觉把对人的培养窄化、片面化，甚至物化成了对知识、对活动、对技术、对物质设备等的关注。在探讨教学设计的价值时，也多沿用“关系说”的基本思路，分析客体满足主体需要的关系，强调教学设计在促进教师有效教学、知识传播、教学手段现代化等方面的价值。本来，强调这些价值也没有错，但这些价值，都是使用价值或者工具价值，是相对的价值，只有被人选用时才具有的价值。教学设计从根本上来说，不是为了这些外在的物化价值服务的，过分突出这些相对价值，就把教学设计的真正价值所在一一人（包括教师和学生）排除在了价值视野之外。

当教学设计脱离“育人”的立场探讨价值时，那些清晰、条理的价值明细不过是技术理性的思维模式和实践规范强加于教学设计主体的，这时的主体是缺乏自主、丢失自由的所谓主体，所标榜的价值并非主体自我选择的价值，或者说，这些价值根本不成其为价值，因为，“不以自由为基础，不经自由选择的东西没有价值”。真正的价值“不过就是人作为人所追求的那个目的物，而这个目的物就是人的自身本质”。所以，教学设计的价值，并不存在于教师与学生自身之外，恰恰是他们的存在与发展，以及基于自身存在与发展需要对教学设计所做出的自由选择，才是根本的、绝对的价值，也只有由此确定的教学设计才是立足教育立场的教学设计。换句话说，教育立场下的教学设计，其价值总存在于基于主体自身需要的自由选择中。

2、个性视野中的生命成长

当教学设计的价值着眼于主体自身时，“成为自己想成为的人”也就成了作为主体的教师与学生在教学设计中的不懈追求。对于个体的存在而言，相对于他人的独特个性是其存在的关键价值。实际上，教育对人的个性的尊重就是对人的价值的尊重。

然而，长久以来形成的技术理性的思维模式和实践习惯使教学设计走上了个体个性发展的对立面，把促进人的发展理解为对每个人一视同仁，却忽略了真正促进人的发展的教育是适合个人特点的教育。《学会生存》中分析传统教育有两个根本弱点，“第一个弱点是它忽视了（不是单纯地否认）个人所具有的微妙而复杂的作用，忽视了个人所具有的各式各样的表达形式和手段。第二个弱点是它不考虑各种不同的个性、气质、期望和才能。”这两个弱点在教学设计理论与实践中广泛存在。今天的教学设计，仍然把规范过程与追求效率作为其重要的目标，而实现这些目标的主要手段就是严格控制和整齐划一，这与20世纪初资本主义社会兴起的“社会效率运动”如出一辙，教师与学生具有了与企业生产线上的产品同样的性质。在这种效率视野中，个性化的教师与学生是不存在的，他们都等同于无生命的产品。而数十种周密规范的教学设计模式也凸显出教学设计活动作为一种线性的、既成的、确定的程序与步骤的特色，不论选择哪一种模式，都是选择了一个封闭的系统，一个排除了个性发展的独特性和过程不确定性的系统。而这无疑是对作为主体的教师与学生个性生命成长的漠视，甚至扼杀。

教育立 场下的教学设计要找回个体生命在教学设计中的存在。德国教育家克拉夫基曾经说，“衡量一个教学计划是否具有教学论质量的标准，不是看实际进行的教学是否能尽可能与计划一致，而是看这个计划是否能够使教师在教学中采取教学论上可以论证的、灵活的行动，使学生创造性地进行学习，借以为发展他们的自觉能力做出贡献一一即使是有限的贡献。”所以，一个真正关注人的发展的教学设计，会为师生在教学过程中发挥创造性提供条件；会关注学生的个体差异（不仅是认知的）和为每个学生提供主动积极活动的保证；会促使课堂中多向、多种类型信息交流的产生和对及时反馈提出要求。这样，教学设计就会脱去僵硬的外衣而显露出生机。教育立场下的教学设计正是要追求这种充满生命活力的教学，它从教师与学生个性发展的视角出发，以促进彼此的生命成长为根本依据。

3、实践视野中的过程生成

教学设计研究的发展，在很大程度上体现了人们对教学预成性的认可，即认为在教学之前预先规划设计好教学的目标、内容、活动过程，形成具体细致的教学设计方案，教学实践就可以依据方案，自然而然地达到目标。这种预成观把教师实施教学的过程看做是忠实执行教学设计方案的过程，认为越是严格按照设计方案实施教学，教学就越有成效。于是，“上课是执行教案的过程，教师的教和学生的学在课堂上最理想的进程是完成教案。教师期望的是学生按教案设想做出回答，教师的任务就是努力引导学生，直至得出预定答案。学生在课堂上实际扮演着配合教师完成教案的角色。于是，我们就见到这样的景象：课堂成了演出“教案剧”的“舞台”，教师是“主角”，学习好的学生是主要的“配角”，大多数学生只是不起眼的“群众演员”，很多情况下只是“观众”与“听众”。诚然，就如马克思所说，人的活动都是有目的的活动，依据预先的设计蓝图行动是人优越于其他动物的重要特征之一。在正式教学活动开始之前进行必要的设计规划是人的活动有目的、有计划的表现。然而，这种预先规划一旦追求具体详尽，试图包含教学实践过程的一切，它就不再是实践活动的有益参照和指导，而是成为禁锢人手脚的镣铐，成为控制教师与学生身心的工具。在这种教学设计方案的牢笼中，教师与学生都成为被动的知识消费者，他们就如被动执行程序指令的机器，完全丧失了自主选择的权力，就如生产线上的产品，沉默地被塑造。在这一过程中，教学设计逐渐被技术化，并逐渐从解放人的力量转变为奴役人的工具，成为剥夺人的主体价值选择权、抹杀人的生命个性的凶手。

教育立场下的教学设计不再把关注重点放在对教学过程的预先严密规划上，而是在尊重实践的情境性、不确定性的基础上，给予教师和学生充分的自由与权力，让他们在教学活动过程中积极寻求和努力创造自我发展的机遇和条件，让自己的生命在实践过程中不断生成。教育立场下的教学设计着眼于实践，关注实践过程中教师与学生的发展变化。首先，教育立场下的教学设计不把教学目标停留在学生“仅仅基于认知层面对表层符号知识的‘知道’”，而是强调师生在具体教学情境中围绕特定知识主题相互交流、探讨、反思，从而获得对知识的个性化意义与创造性结果，并最终体现为学生生命智慧的生长。其次，教育立场下的教学设计把一切预设的目标、过程、方法等都看做是真实教学实践的参考，而不是要执行的权威，教学实践过程中的偶然性、不确定性因素是教学的根本特征之一，也往往是重要的“成人”时机，所以作为预设的教学设计方案要大方地给真实的教学实践“留白”，给教师和学生提供一定的时空，使之可以依据自身存在与发展的需要而在实践中自由选择、自主生成。

三、明确教育立场，走上“育人”之路

近年来，有不少学者在意识到教学设计的教育偏离或技术化倾向之后，提出以加强技术主义和人文主义的融合作为解决当前问题的策略。然而，技术主义与人文主义各是什么，它们是否有融合的可能，两个完全不同的东西融合，得到的结果只能是哪个也不是了。而且很多时候，我们在强调技术主义与人文主义的融合时，总是一边欣赏着技术主义的优点，一边眷恋着人文主义的好处，却从来没有想到这两种主义也各有自己的不足和缺陷。对于一种观点或者事物，我们习惯了用二分的思维方式去分解其优缺，却没有想过，这只是一种一厢情愿的假想。因为对一种观点和事物来讲，其优缺并不是分装在两个盒子里的不同的东西，而恰恰是一种东西的两面而已。虽然优缺不同，却是唇齿相依，共损共荣。所以，那种提倡对一种观念或做法取其精华，弃其糟粕的言论更多是一种“表面文章”，强调不同理论与观点融合的意图也难以在现实中找到平衡点。我们真正所能做的，是确定一种明确的立场和观点，并依此为标准去选择、组织和落实整个系统中的一切。而在教学设计中，这种明确的立场和观点，既不可能是技术主义，也不可以是人文主义，而是教育的根本，既教育“育人”的立场。

1、确立“育人”的根本方向

正如教学设计最早萌芽于军队和工业培训领域，致力于利用现代技术提高外显绩效一样，对教学设计的传统认识，人们从过程方面突出了其作为设计学科的技术性，而从效果方面突出了其作为应用学科的功利性，这两种倾向无论是在对教学设计进行学科性质的理论探讨中，还是在教学设计的实践应用中都表现得非常明显。这两种倾向支配下的教学设计者，往往把设计技术应用的非常熟练，把绩效的提高作为追求的最终目标，这种教学设计看起来似乎有效而充实，实则是有形而无神。因为他们把本属于手段的技术和绩效与真正的目的混淆，把作为根本价值的人的存在与发展，排除在教学设计考虑的范畴之外，从而使其行为成为缺少价值追求和精神引领的“空心人”的行为。而这些行为又反作用于人，成为限制和压抑人的牢笼。

把教学设计从无人的桎梏中解放出来，从复杂实践的角度重新诠释，意味着要重新思考和建构教学设计的价值规范。正如前文所述，教学设计是服务于教学的，教学是为了更好地教育，而“育人”是教育的根本意蕴。所以，虽 然教学设计是整个教育系统的一个小环节，但“育人”仍然是其真正的价值所在，是其所有活动的精神和灵魂。

“育人”作为教学设计的根本方向和标准，不是一种远离实践的抽象理论或者口号标语，而是如一种性格反映在一个人一言一行的方方面面，如一种文化渗透在一群人生活的点点滴滴一样，渗透在教学设计的理念和行动中。如果把教学设计看作一个人，“育人”就是这个人的精气神，是这个人成为他自己的精髓所在。当人们以“育人”的标准重新审视和关照教学设计时，虽然仍要借助于技术，也要看外在的绩效，但这些都成为供选择和被利用的手段，都要经过“育人”这一最终标准的审核和检验。只有为“育人”这一根本目标服务，有助于这一目标实现的手段，才会被选用。也只有确立了“育人”的根本方向，教学设计者才能一滴水里看世界，做到既着眼微观的具体设计，同时又胸怀远大的目标，把对独特个体生命的关怀浸润到教学设计的每一细节中去，使无形的“育人”追求转化为有形的教学行为。

2、实现教学设计的整体优化

一个人总是一个整体的人，当我们把他划分成四肢、躯干、腰身、发型，或者专门分析他的鼻梁、下巴、眼睛、牙齿的时候，他就不成其为他，而只是不同身体部件的符号而已。教育立场下的“育人”也是如此，培养的人应该是整体的人，不是只培养身体健壮的人，或者学识渊博的人，而是培养在身体与心理的各方面都协调均衡、身心统一的完整人。所以，对人的教育，应该站在教育的立场给人以完整的人文关怀。同样道理，虽然教学设计的研究一直采用分解的方法，把教学设计系统划分为若干要素和环节，然后对每一要素和环节的特点、要求、设计方法等进行分析论述，但教学设计的各要素和环节之间绝不像西瓜，切开一看，皮囊分明。一个完整的教学设计系统是一个有机的整体，各要素与环节相辅相成，稍有考虑不周，就可能发生蝴蝶效应，对育人效果产生极大损害。同时，把复杂的整体划分为孤立的部分，也容易遮蔽整体存在的随机性、新事物和创造性。可以说，只有当你始终以一种整体的眼光去观照教学设计的各部分时，你做的才是真正的教学设计，你才能感受到真实的教学，你的眼中才会有教师，有学生，有对他们个性特点和鲜活生命的实时关照，才会真正触及教学设计的“育人”核心。所以，基于教育“育人”立场的教学设计，必然是整体优化的教学设计。

几何教学论文范文第5篇

关键词：纳米科学纳米技术纳米管纳米线纳米团簇半导体

NanoscienceandNanotechnology–theSecondRevolution

Abstract:Thefirstrevolutionofnanosciencetookplaceinthepast10years.Inthisperiod,researchersinChina,HongKongandworldwidehavedemonstratedtheabilitytofabricatelargequantitiesofnanotubes,nanowiresandnanoclustersofdifferentmaterials,usingeitherthe“build-up”or“build-down”approach.Theseeffortshaveshownthatifnanostructurescanbefabricatedinexpensively,therearemanyrewardstobereaped.Structuressmallerthan20nmexhibitnon-classicalpropertiesandtheyofferthebasisforentirelydifferentthinkinginmakingdevicesandhowdevicesfunction.Theabilitytofabricatestructureswithdimensionlessthan70nmallowthecontinuationofminiaturizationofdevicesinthesemiconductorindustry.Thesecondnanoscienceandnantechnologyrevolutionwilllikelytakeplaceinthenext10years.Inthisnewperiod,scientistsandengineerswillneedtoshowthatthepotentialandpromiseofnanostructurescanberealized.Therealizationisthefabricationofpracticaldeviceswithgoodcontrolinsize,composition,orderandpuritysothatsuchdeviceswilldeliverthepromisedfunctions.Weshalldiscusssomedifficultiesandchallengesfacedinthisnewperiod.Anumberofalternativeapproacheswillbediscussed.Weshallalsodiscusssomeoftherewardsifthesedifficultiescanbeovercome.

Keywords:Nanoscience,Nanotechnology,Nanotubes,Nanowires,Nanoclusters,“build-up”,“build-down”,Semiconductor

I.引言

纳米科学和技术所涉及的是具有尺寸在1-100纳米范围的结构的制备和表征。在这个领域的研究举世瞩目。例如，美国政府2001财政年度在纳米尺度科学上的投入要比2000财政年增长83%，达到5亿美金。有两个主要的理由导致人们对纳米尺度结构和器件的兴趣的增加。第一个理由是，纳米结构（尺度小于20纳米）足够小以至于量子力学效应占主导地位，这导致非经典的行为，譬如，量子限制效应和分立化的能态、库仑阻塞以及单电子邃穿等。这些现象除引起人们对基础物理的兴趣外，亦给我们带来全新的器件制备和功能实现的想法和观念，例如，单电子输运器件和量子点激光器等。第二个理由是，在半导体工业有器件持续微型化的趋势。根据“国际半导体技术路向（2001）“杂志，2005年前动态随机存取存储器（DRAM）和微处理器（MPU）的特征尺寸预期降到80纳米，而MPU中器件的栅长更是预期降到45纳米。然而，到2003年在MPU制造中一些不知其解的问题预期就会出现。到2005年类似的问题将预期出现在DRAM的制造过程中。半导体器件特征尺寸的深度缩小不仅要求新型光刻技术保证能使尺度刻的更小，而且要求全新的器件设计和制造方案，因为当MOS器件的尺寸缩小到一定程度时基础物理极限就会达到。随着传统器件尺寸的进一步缩小，量子效应比如载流子邃穿会造成器件漏电流的增加，这是我们不想要的但却是不可避免的。因此，解决方案将会是制造基于量子效应操作机制的新型器件，以便小物理尺寸对器件功能是有益且必要的而不是有害的。如果我们能够制造纳米尺度的器件，我们肯定会获益良多。譬如，在电子学上，单电子输运器件如单电子晶体管、旋转栅门管以及电子泵给我们带来诸多的微尺度好处，他们仅仅通过数个而非以往的成千上万的电子来运作，这导致超低的能量消耗，在功率耗散上也显著减弱，以及带来快得多的开关速度。在光电子学上，量子点激光器展现出低阈值电流密度、弱阈值电流温度依赖以及大的微分增益等优点，其中大微分增益可以产生大的调制带宽。在传感器件应用上，纳米传感器和纳米探测器能够测量极其微量的化学和生物分子，而且开启了细胞内探测的可能性，这将导致生物医学上迷你型的侵入诊断技术出现。纳米尺度量子点的其他器件应用，比如，铁磁量子点磁记忆器件、量子点自旋过滤器及自旋记忆器等，也已经被提出，可以肯定这些应用会给我们带来许多潜在的好处。总而言之，无论是从基础研究（探索基于非经典效应的新物理现象）的观念出发，还是从应用（受因结构减少空间维度而带来的优点以及因应半导体器件特征尺寸持续减小而需要这两个方面的因素驱使）的角度来看，纳米结构都是令人极其感兴趣的。

II.纳米结构的制备———首次浪潮

有两种制备纳米结构的基本方法：build-up和build-down。所谓build-up方法就是将已预制好的纳米部件（纳米团簇、纳米线以及纳米管）组装起来；而build-down方法就是将纳米结构直接地淀积在衬底上。前一种方法包含有三个基本步骤：1）纳米部件的制备；2）纳米部件的整理和筛选；3）纳米部件组装成器件（这可以包括不同的步骤如固定在衬底及电接触的淀积等等）。“build-up“的优点是个体纳米部件的制备成本低以及工艺简单快捷。有多种方法如气相合成以及胶体化学合成可以用来制备纳米元件。目前，在国内、在香港以及在世界上许多的实验室里这些方法正在被用来合成不同材料的纳米线、纳米管以及纳米团簇。这些努力已经证明了这些方法的有效性。这些合成方法的主要缺点是材料纯洁度较差、材料成份难以控制以及相当大的尺寸和形状的分布。此外，这些纳米结构的合成后工艺再加工相当困难。特别是，如何整理和筛选有着窄尺寸分布的纳米元件是一个至关重要的问题，这一问题迄今仍未有解决。尽管存在如上的困难和问题，“build-up“依然是一种能合成大量纳米团簇以及纳米线、纳米管的有效且简单的方法。可是这些合成的纳米结构直到目前为止仍然难以有什么实际应用，这是因为它们缺乏实用所苛求的尺寸、组份以及材料纯度方面的要求。而且，因为同样的原因用这种方法合成的纳米结构的功能性质相当差。不过上述方法似乎适宜用来制造传感器件以及生物和化学探测器，原因是垂直于衬底生长的纳米结构适合此类的应用要求。

“Build-down”方法提供了杰出的材料纯度控制，而且它的制造机理与现代工业装置相匹配，换句话说，它是利用广泛已知的各种外延技术如分子束外延(MBE)、化学气相淀积（MOVCD）等来进行器件制造的传统方法。“Build-down”方法的缺点是较高的成本。在“build-down”方法中有几条不同的技术路径来制造纳米结构。最简单的一种，也是最早使用的一种是直接在衬底上刻蚀结构来得到量子点或者量子线。另外一种是包括用离子注入来形成纳米结构。这两种技术都要求使用开有小尺寸窗口的光刻版。第三种技术是通过自组装机制来制造量子点结构。自组装方法是在晶格失配的材料中自然生长纳米尺度的岛。在Stranski-Krastanov生长模式中，当材料生长到一定厚度后，二维的逐层生长将转换成三维的岛状生长，这时量子点就会生成。业已证明基于自组装量子点的激光器件具有比量子阱激光器更好的性能。量子点器件的饱和材料增益要比相应的量子阱器件大50倍，微分增益也要高3个量级。阈值电流密度低于100A/cm2、室温输出功率在瓦特量级（典型的量子阱基激光器的输出功率是5-50mW）的连续波量子点激光器也已经报道。无论是何种材料系统，量子点激光器件都预期具有低阈值电流密度，这预示目前还要求在大阈值电流条件下才能激射的宽带系材料如III组氮化物基激光器还有很大的显著改善其性能的空间。目前这类器件的性能已经接近或达到商业化器件所要求的指标，预期量子点基的此类材料激光器将很快在市场上出现。量子点基光电子器件的进一步改善主要取决于量子点几何结构的优化。虽然在生长条件上如衬底温度、生长元素的分气压等的变化能够在一定程度上控制点的尺寸和密度，自组装量子点还是典型底表现出在大小、密度及位置上的随机变化，其中仅仅是密度可以粗糙地控制。自组装量子点在尺寸上的涨落导致它们的光发射的非均匀展宽，因此减弱了使用零维体系制作器件所期望的优点。由于量子点尺寸的统计涨落和位置的随机变化，一层含有自组装量子点材料的光致发光谱典型地很宽。在竖直叠立的多层量子点结构中这种谱展宽效应可以被减弱。如果隔离层足够薄，竖直叠立的多层量子点可典型地展现出竖直对准排列，这可以有效地改善量子点的均匀性。然而，当隔离层薄的时候，在一列量子点中存在载流子的耦合，这将失去因使用零维系统而带来的优点。怎样优化量子点的尺寸和隔离层的厚度以便既能获得好均匀性的量子点又同时保持载流子能够限制在量子点的个体中对于获得器件的良好性能是至关重要的。

很清楚纳米科学的首次浪潮发生在过去的十年中。在这段时期，研究者已经证明了纳米结构的许多崭新的性质。学者们更进一步征明可以用“build-down”或者“build-up”方法来进行纳米结构制造。这些成果向我们展示，如果纳米结构能够大量且廉价地被制造出来，我们必将收获更多的成果。

在未来的十年中，纳米科学和技术的第二次浪潮很可能发生。在这个新的时期，科学家和工程师需要征明纳米结构的潜能以及期望功能能够得到兑现。只有获得在尺寸、成份、位序以及材料纯度上良好可控能力并成功地制造出实用器件才能实现人们对纳米器件所期望的功能。因此，纳米科学的下次浪潮的关键点是纳米结构的人为可控性。

III.纳米结构尺寸、成份、位序以及密度的控制——第二次浪潮

为了充分发挥量子点的优势之处，我们必须能够控制量子点的位置、大小、成份已及密度。其中一个可行的方法是将量子点生长在已经预刻有图形的衬底上。由于量子点的横向尺寸要处在10-20纳米范围（或者更小才能避免高激发态子能级效应，如对于GaN材料量子点的横向尺寸要小于8纳米）才能实现室温工作的光电子器件，在衬底上刻蚀如此小的图形是一项挑战性的技术难题。对于单电子晶体管来说，如果它们能在室温下工作，则要求量子点的直径要小至1-5纳米的范围。这些微小尺度要求已超过了传统光刻所能达到的精度极限。有几项技术可望用于如此的衬底图形制作。

—电子束光刻通常可以用来制作特征尺度小至50纳米的图形。如果特殊薄膜能够用作衬底来最小化电子散射问题，那特征尺寸小至2纳米的图形可以制作出来。在电子束光刻中的电子散射因为所谓近邻干扰效应（proximityeffect）而严重影响了光刻的极限精度，这个效应造成制备空间上紧邻的纳米结构的困难。这项技术的主要缺点是相当费时。例如，刻写一张4英寸的硅片需要时间1小时，这不适宜于大规模工业生产。电子束投影系统如SCALPEL（scatteringwithangularlimitationprojectionelectronlithography）正在发展之中以便使这项技术较适于用于规模生产。目前，耗时和近邻干扰效应这两个问题还没有得到解决。

—聚焦离子束光刻是一种机制上类似于电子束光刻的技术。但不同于电子束光刻的是这种技术并不受在光刻胶中的离子散射以及从衬底来的离子背散射影响。它能刻出特征尺寸细到6纳米的图形，但它也是一种耗时的技术，而且高能离子束可能造成衬底损伤。

—扫描微探针术可以用来划刻或者氧化衬底表面，甚至可以用来操纵单个原子和分子。最常用的方法是基于材料在探针作用下引入的高度局域化增强的氧化机制的。此项技术已经用来刻划金属（Ti和Cr）、半导体（Si和GaAs）以及绝缘材料（Si3N4和silohexanes），还用在LB膜和自聚集分子单膜上。此种方法具有可逆和简单易行等优点。引入的氧化图形依赖于实验条件如扫描速度、样片偏压以及环境湿度等。空间分辨率受限于针尖尺寸和形状（虽然氧化区域典型地小于针尖尺寸）。这项技术已用于制造有序的量子点阵列和单电子晶体管。这项技术的主要缺点是处理速度慢（典型的刻写速度为1mm/s量级）。然而，最近在原子力显微术上的技术进展—使用悬臂樑阵列已将扫描速度提高到4mm/s。此项技术的显著优点是它的杰出的分辨率和能产生任意几何形状的图形能力。但是，是否在刻写速度上的改善能使它适用于除制造光刻版和原型器件之外的其他目的还有待于观察。直到目前为止，它是一项能操控单个原子和分子的唯一技术。

—多孔膜作为淀积掩版的技术。多孔膜能用多种光刻术再加腐蚀来制备，它也可以用简单的阳极氧化方法来制备。铝膜在酸性腐蚀液中阳极氧化就可以在铝膜上产生六角密堆的空洞，空洞的尺寸可以控制在5-200nm范围。制备多孔膜的其他方法是从纳米沟道玻璃膜复制。用这项技术已制造出含有细至40nm的空洞的钨、钼、铂以及金膜。

—倍塞（diblock）共聚物图形制作术是一种基于不同聚合物的混合物能够产生可控及可重复的相分离机制的技术。目前，经过反应离子刻蚀后，在旋转涂敷的倍塞共聚物层中产生的图形已被成功地转移到Si3N4膜上，图形中空洞直径20nm，空洞之间间距40nm。在聚苯乙烯基体中的自组织形成的聚异戊二烯（polyisoprene）或聚丁二烯（polybutadiene）球（或者柱体）可以被臭氧去掉或者通过锇染色而保留下来。在第一种情况，空洞能够在氮化硅上产生；在第二种情况，岛状结构能够产生。目前利用倍塞共聚物光刻技术已制造出GaAs纳米结构，结构的侧向特征尺寸约为23nm,密度高达1011/cm2。

—与倍塞共聚物图形制作术紧密相关的一项技术是纳米球珠光刻术。此项技术的基本思路是将在旋转涂敷的球珠膜中形成的图形转移到衬底上。各种尺寸的聚合物球珠是商业化的产品。然而，要制作出含有良好有序的小尺寸球珠薄膜也是比较困难的。用球珠单层膜已能制备出特征尺寸约为球珠直径1/5的三角形图形。双层膜纳米球珠掩膜版也已被制作出。能够在金属、半导体以及绝缘体衬底上使用纳米球珠光刻术的能力已得到确认。纳米球珠光刻术（纳米球珠膜的旋转涂敷结合反应离子刻蚀）已被用来在一些半导体表面上制造空洞和柱状体纳米结构。

—将图形从母体版转移到衬底上的其他光刻技术。几种所谓“软光刻“方法，比如复制铸模法、微接触印刷法、溶剂辅助铸模法以及用硬模版浮雕法等已被探索开发。其中微接触印刷法已被证明只能用来刻制特征尺寸大于100nm的图形。复制铸模法的可能优点是ellastometric聚合物可被用来制作成一个戳子，以便可用同一个戳子通过对戳子的机械加压能够制作不同侧向尺寸的图形。在溶剂辅助铸模法和用硬模版浮雕法（或通常称之为纳米压印术）之间的主要差异是，前者中溶剂被用于软化聚合物，而后者中软化聚合物依靠的是温度变化。溶剂辅助铸模法的可能优点是不需要加热。纳米压印术已被证明可用来制作具有容量达400Gb/in2的纳米激光光盘，在6英寸硅片上刻制亚100nm分辨的图形，刻制10nmX40nm面积的长方形，以及在4英寸硅片上进行图形刻制。除传统的平面纳米压印光刻法之外，滚轴型纳米压印光刻法也已被提出。在此类技术中温度被发现是一个关键因素。此外，应该选用具有较低的玻璃化转变温度的聚合物。为了取得高产，下列因素要解决：

1）大的戳子尺寸

2）高图形密度戳子

3）低穿刺（lowsticking）

4）压印温度和压力的优化

5）长戳子寿命。

具有低穿刺率的大尺寸戳子已经被制作出来。已有少量研究工作在试图优化压印温度和压力，但显然需要进行更多的研究工作才能得到温度和压力的优化参数。高图形密度戳子的制作依然在发展之中。还没有足够量的工作来研究戳子的寿命问题。曾有研究报告报道，覆盖有超薄的特氟隆类薄膜的模板可以用来进行50次的浮刻而不需要中间清洗。报告指出最大的性能退化来自于嵌在戳子和聚合物之间的灰尘颗粒。如果戳子是从ellastometric母版制作出来的，抗穿刺层可能需要使用，而且进行大约5次压印后需要更换。值得关心的其他可能问题包括镶嵌的灰尘颗引起的戳子损伤或聚合物中图形损伤，以及连续压印之间戳子的清洗需要等。尽管进一步的优化和改良是必需的，但此项技术似乎有希望获得高生产率。压印过程包括对准、加热及冷却循环等，整个过程所需时间大约20分钟。使用具有较低玻璃化转换温度的聚合物可以缩短加热和冷却循环所需时间，因此可以缩短整个压印过程时间。

IV．纳米制造所面对的困难和挑战

上述每一种用于在衬底上图形刻制的技术都有其优点和缺点。目前，似乎没有哪个单一种技术可以用来高产量地刻制纳米尺度且任意形状的图形。我们可以将图形刻制的全过程分成下列步骤：

1．在一块模版上刻写图形

2．在过渡性或者功能性材料上复制模版上的图形

3．转移在过渡性或者功能性材料上复制的图形。

很显然第二步是最具挑战性的一步。先前描述的各项技术，例如电子束光刻或者扫描微探针光刻技术，已经能够刻写非常细小的图形。然而，这些技术都因相当费时而不适于规模生产。纳米压印术则因可作多片并行处理而可能解决规模生产问题。此项技术似乎很有希望，但是在它能被广泛应用之前现存的严重的材料问题必须加以解决。纳米球珠和倍塞共聚物光刻术则提供了将第一步和第二步整合的解决方案。在这些技术中，图形由球珠的尺寸或者倍塞共聚物的成分来确定。然而，用这两种光刻术刻写的纳米结构的形状非常有限。当这些技术被人们看好有很大的希望用来刻写图形以便生长出有序的纳米量子点阵列时，它们却完全不适于用来刻制任意形状和复杂结构的图形。为了能够制造出高质量的纳米器件，不但必须能够可靠地将图形转移到功能材料上，还必须保证在刻蚀过程中引入最小的损伤。湿法腐蚀技术典型地不产生或者产生最小的损伤，可是湿法腐蚀并不十分适于制备需要陡峭侧墙的结构，这是因为在掩模版下一定程度的钻蚀是不可避免的，而这个钻蚀决定性地影响微小结构的刻制。另一方面，用干法刻蚀技术，譬如，反应离子刻蚀(RIE)或者电子回旋共振（ECR）刻蚀，在优化条件下可以获得陡峭的侧墙。直到今天大多数刻蚀研究都集中于刻蚀速度以及刻蚀出垂直墙的能力，而关于刻蚀引入损伤的研究严重不足。已有研究表明，能在表面下100nm深处探测到刻蚀引入的损伤。当器件中的个别有源区尺寸小于100nm时，如此大的损伤是不能接受的。还有就是因为所有的纳米结构都有大的表面-体积比，必须尽可能地减少在纳米结构表面或者靠近的任何缺陷。

随着器件持续微型化的趋势的发展，普通光刻技术的精度将很快达到它的由光的衍射定律以及材料物理性质所确定的基本物理极限。通过采用深紫外光和相移版，以及修正光学近邻干扰效应等措施，特征尺寸小至80nm的图形已能用普通光刻技术制备出。然而不大可能用普通光刻技术再进一步显著缩小尺寸。采用X光和EUV的光刻技术仍在研发之中，可是发展这些技术遇到在光刻胶以及模版制备上的诸多困难。目前来看，虽然也有一些具挑战性的问题需要解决，特别是需要克服电子束散射以及相关联的近邻干扰效应问题，但投影式电子束光刻似乎是有希望的一种技术。扫描微探针技术提供了能分辨单个原子或分子的无可匹敌的精度，可是此项技术却有固有的慢速度，目前还不清楚通过给它加装阵列悬臂樑能否使它达到可以接受的刻写速度。利用转移在自组装薄膜中形成的图形的技术，例如倍塞共聚物以及纳米球珠刻写技术则提供了实现成本不是那么昂贵的大面积图形刻写的一种可能途径。然而，在这种方式下形成的图形仅局限于点状或者柱状图形。对于制造相对简单的器件而言，此类技术是足够用的，但并不能解决微电子工业所面对的问题。需要将图形从一张模版复制到聚合物膜上的各种所谓“软光刻“方法提供了一种并行刻写的技术途径。模版可以用其他慢写技术来刻制，然后在模版上的图形可以通过要么热辅助要么溶液辅助的压印法来复制。同一块模版可以用来刻写多块衬底，而且不像那些依赖化学自组装图形形成机制的方法，它可以用来刻制任意形状的图形。然而，要想获得高生产率，某些技术问题如穿刺及因灰尘导致的损伤等问题需要加以解决。对一个理想的纳米刻写技术而言，它的运行和维修成本应该低，它应具备可靠地制备尺寸小但密度高的纳米结构的能力，还应有在非平面上刻制图形的能力以及制备三维结构的功能。此外，它也应能够做高速并行操作，而且引入的缺陷密度要低。然而时至今日，仍然没有任何一项能制作亚100nm图形的单项技术能同时满足上述所有条件。现在还难说是否上述技术中的一种或者它们的某种组合会取代传统的光刻技术。究竟是现有刻写技术的组合还是一种全新的技术会成为最终的纳米刻写技术还有待于观察。

另一项挑战是，为了更新我们关于纳米结构的认识和知识，有必要改善现有的表征技术或者发展一种新技术能够用来表征单个纳米尺度物体。由于自组装量子点在尺寸上的自然涨落，可信地表征单个纳米结构的能力对于研究这些结构的物理性质是绝对至关重要的。目前表征单个纳米结构的能力非常有限。譬如，没有一种结构表征工具能够用来确定一个纳米结构的表面结构到0.1À的精度或者更佳。透射电子显微术(TEM)能够用来研究一个晶体结构的内部情况，但是它不能提供有关表面以及靠近表面的原子排列情况的信息。扫描隧道显微术（STM）和原子力显微术（AFM）能够给出表面某区域的形貌，但它们并不能提供定量结构信息好到能仔细理解表面性质所要求的精度。当近场光学方法能够给出局部区域光谱信息时，它们能给出的关于局部杂质浓度的信息则很有限。除非目前用来表征表面和体材料的技术能够扩展到能够用来研究单个纳米体的表面和内部情况，否则能够得到的有关纳米结构的所有重要结构和组份的定量信息非常有限。

V.展望