技术教学论文

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技术教学论文范文第1篇

21世纪是科学技术迅猛发展,电脑普及的信息时代,把握计算机已经是科学发展、未来信息时代的必然需要了.我院2007年护理专业学生的人数大约是800多人,16个教学班级,在一年级开设了信息技术课程,但班级每周的电脑课时量少,才两节课.在以前的护理专业信息技术教学中都是一刀切的现象,这就造成了无论是哪个层次的学生都是为了参加全国计算机一级B等级考试而学习,都是为了课本而学习,从来都没有运用到实际中去.鉴于此,我在这里做了一个大胆的尝试,把传统的传授式教学演化到分层教学模式,让每个学生在把握了基本的知识技能后,都有自己发挥才能的空间.

一、学生的分层

在我所任教的两个班级中,实施了分层教学.在进行这种教学模式之前,我曾经思索过,分层教学应该照顾到所有学生的认知过程,使每个学生都学有所得根据学生对计算机机本操作的把握程度将全班学生相对分为三个层次，既熟练、相对熟练、不熟练三个组。熟练组为优生，即对计算机有很强的操作能力，能达到熟练操作的水平，分一小组。相对熟练组为中等生，对计算机只有简单操作水平，不能熟练操作，分一大组。不熟练组为差生，对计算机很不了解，不能进行任何基础操作，分一小组。因为信息技术课是在计算机机房进行上课的，排位置时首先让不熟练组坐在中间位置，方便老师经常对这些同学进行指导。相对熟练组同学挨着不熟练组同学，坐在靠中间的位置。熟练组同学坐在两边的位置。分组后有利于教师上课组织教学，有利于教师上课辅导，有利于学生信息的反馈，充分调动了不同层次学生的学习积极性和主动性，使不同层次的学生在把握知识的同时，智力都得到不同程度的提高。

二、教学目标的分层

信息技术教学的分层教学的目的是让学生把握处理信息的基本技能，培养学生的综合能力。由于学生个体差异，每个学生把握的基本技能以及能力培养的程度都不径相同，所以对于不同层次的学生，必须制定不同程度的目标。

1.对于信息技术操作熟练的学生，除了通过教学巩固他们的基础知识和基本技能以外，更拓展教学思路，从信息技术教学的目的出发，利用网络等现实有效的手段提升他们的信息素养，培养并提高他们的知识综合能力、应用能力、实验能力和创新能力。如引入护士工作站管理系统的应用、计算机二级等级考试的相关内容。

2.大多数的学生对信息技术操作处于相对熟练的状态，针对这部分学生，在确保可以通过全国计算机一级B等级考试的同时，必须在使把握课标规定得知识和技能以外，还需培养他们的学习能力和学习喜好，适当增加教学内容、习题练习等环节的深度，从而最大程度的促使其向上一层次迈进。

3.教学中处于底层的学生人群存在两种情况，一是基础薄弱，甚至有的学生在整个中学阶段都没有接触过信息技术（主要是计算机），另一种是学习态度和习惯存在一定新问题。对于前一类学生，再按照教材教法、进度进行教学的过程中，对于讲解、实践等环节需要再加工，适当降低难度，增加趣味性，一则培养喜好，二则增强信心。对于后一类学生，就要求教师在信息技术课堂教学中渗透德育过程，加强思想教育、心理教育，严格要求，热情关怀，转变他们的学习态度，培养良好的学习习惯，调动他们的学习积极性，努力使他们把握最基本的知识和技能，提高学习质量。在此过程中，教师可以充分利用信息技术教学的多种手段和设施，如各种媒体、网络等。

三、课堂教学的分层

课堂教学的分层就是教师在课堂教学中，针对不同层次的学生开展有差异的教学活动。实施课堂教学分层的基本要求是摘要：教学要做到分合有序、动静结合，让学生全员参和，使不同层次的学生在每一节课都能有所得。这就要求教师在备课时要根据分层教学的目标，预备难易程度不同的课堂练习。根据教学内容和教学目标的不同，实行全班教学、分层教学和个别教学相结合的策略。

在课堂教学中，对优生以“放”为主，“放”中有“扶”，重在指导学生自学；对中等生和后进生以“扶”为主，“扶”中有“放”，重在带领学生学习。这样引导不同层次的学生在各不相同的“最近发展区”前进，后进生必须基本上达到大纲的要求，优生尽其所能拔尖提高。尽量满足不同层次学生的学习需要，激发他们的学习喜好，调动全体学生非智力心理因素的积极功能。如摘要：在“创建图表”这一课中，在讲解完柱形图的创建后，对不熟练类的学生要求能模拟完成柱形图的创建；相对熟练的学生要求能完成饼图的创建；操作熟练类学生要求充分发挥所学。制作的图表能更精确具体的反应表格数据，更符合美学。又如在文件属性的教学中，对于基础差的学生只要求理解只读和隐藏的含义。而对于学有余力的同学则要求探索将隐藏的文件找出来的方法和要修改只读文件的做法，触类旁通，探索逆向操作。总之，通过练习让各层次学生都能心得到成功的快乐。

四、作业的分层

信息技术课程的作业一般是学习了每一模块或某几个模块后，让学生综合所学知识进行的综合性练习或作品制作。可以给出不同层次的作业供学生选做。比如，在学完Word后，可以针对不同不同层次的学生，布置以下三种类型的作业摘要：

操作技能不熟练的组摘要：提供一个图文混排的样张及样张中所需的素材，让学生模拟着做出样张的内容。

操作技能一般的组摘要：提供一个内容丰富的素材库，再提供几个样张，让学生根据自己的喜好喜好选择合适的素材，参考教师提供的样张，完成自己的作品。

操作技能熟练组摘要：给学生提供或让学生自己确定一个具体的任务，如出一份班级学习园地的彩报，并提出格式上的技术要求，如要有分栏、艺术字、插图、三种及以上的字形、字体等，并让学生根据任务独立收集素材，编辑出版一份属于自己的报纸。

在作业完成的过程中，教师要不断鼓励学生在把握基础操作的基础上尽量完成高一层次的作业，从而不断提高信息技术的应用水平。

五、教学评价的分层

对教学评价的分层也就是按照学生实际的学习情况做出客观的反馈，然后在做出不同的调整，从而巩固学生的知识水平和能力，让他们体验到成功的喜悦。

技术教学论文范文第2篇

信息技术以其独特的应用优势正在改变着学生的学习方法，以多样化的手段激发学生的学习兴趣，特别是就美术教学来说，小学生通过对其他优秀作品的欣赏，更容易激发自己的创作热情，这种任务的驱使与传统的说教教学方法不同，小学生在教师为其创设的愉悦情境中可以积极、快乐地进行探索与学习，以任务驱动式教学为前提的这种整合顺应了小学生的学习习惯，利用课程的性质积极进行情境的创设，为小学生充分营造了良好的创作空间。例如欣赏《各民族朋友》时，如若只看课本中的图片，很可能会影响到小学生对美术作品的鉴赏，如若将信息技术利用进来，多下载一些关于我国各个民族有代表性的图片、视频，引导学生进行观察，使学生感受到多民族的生活差异，让自己的情感融入于其中，帮助小学生深入理解教学内容，总结各个民族的代表性，使其在自己的创作作品中展现出来。另外，教师再通过收集一些成功之作与失败之笔，通过举一反三说明成败的因素，使小学生继而掌握其绘画的深层内涵。

二、注重自主学习与合作探究

小学美术教学与信息技术的有效整合必须要注重对小学生自主学习与合作探究能力的培养，在此过程中教师需要尊重学生个体差异的表现，因人而异地进行教学活动，引导小学生在实现自主学习的基础上，与其他学生进行合作探究，继而通过美术教学与信息技术的整合培养学生的创造及团队协作能力，提高学生的美术素养。想方设法实现学生在教学活动中主观能动性的发挥，同时在合作学习中，形成学生之间的良性竞争，形成较好的学习习惯。例如，在进行《来画虫》这一节课程的教学时，教师先利用计算机收集相关虫的图片与资料，再引导学生通过信息技术来查找这些虫虫的绘画方法，并收集相应的资料，可以通过视频或者图片分组教学的方法指导学生进行绘画，引导学生进行合理地分组，通过协作来完成虫的绘制，并实现学生之间的相互评价，增强学生的绘画能力。

三、注重信息技术的平台作用

技术教学论文范文第3篇

流媒体技术属于网络传输技术的一种新的发展形式，这一技术所涉及的领域是比较广泛的，比如解码、传输、数据采集等，在网络教学中应用流媒体技术能够使教学过程更加灵活，它不再受网络宽带的限制，使学生在学习中能够随时随地地进行视频或者音频的点播，通过网络进行答疑解惑以及作业的批复也会更加方便，中职网络教学也应该对这一技术进行更加积极的应用。

二、流媒体技术概述

流媒体是基于流式传输技术进行传输的一种连续实时媒体数据流，主要包含音频及视频数据流等内容，流式传输技术是流媒体得以顺利应用的关键技术。在以往的网络应用中，多媒体文件需要先下载然后进行播放，这属于非实时的播放，也就是说播放与下载是分开进行的，两者所要求的速率也是不同的，相互之间不存在联系；文件传输与播放在时间上也是不相等的，如果网速慢，下载的时间就会相应的加长，而播放的时间则取决于文件自身的大小，这种网络传输方式，需要用户在文件下载完成之后在进行播放，对音频或视频的直播是没有办法完成的。而流媒体技术就与这种传统的方式存在很大的差别，它可以实现文件的边下载边播放，这样就大大减少了用户的等待时间，使网络文件的传输效率得到了非常显著的提升。在中职网络教学中应用流媒体技术能够使教学过程更加灵活，在教学中上传到网络的视频或者音频能够进行直播，也可以进行点播，这样使教学在时间上更加自由，学生在学习时如果遇到没有掌握的部分也可以进行重复的观看或收听，对自身需要巩固的知识也可以再次进行点播，这样教学过程就会更好地满足不同学生的学习需求，实现单播、组播以及广播等形式的自由切换，促进网络教学质量的提升。

三、流媒体技术在中职网络教学中应用的必要性

（一）增强网络教学的多样性。在以往的网络教学过程中，教学方式显得比较单调，通常所呈现的模式就是文本资料与部分静态图片的搭配组合，这种教学内容对学生来说缺少吸引力，长期单一的学习也会使学生感到枯燥乏味，其所包含的信息内容也不能很好地表达出来，教学效果较差。另外，利用多媒体制作的课件存在体积大的特点，这就阻碍了其在网络上进行流畅的传输，使教学价值得不到有效的发挥。一部分多媒体课件能够通过网络进行下载播放，但在实际的交互上还存在很大的困难，学生在学习中也只能被动地获得其中的知识内容，这对学生的积极性、主动性的发展是不利的，也限制了学生创造能力的发展。在流媒体技术的应用基础上，上述问题能够得到较好的解决。将原有的多媒体资料转变为流媒体文件，而且利用相关的采集设备还能够实现音频、视频的现场采集，在存储到流媒体服务器上之后，就能够进行随时的点播或者广播了，不会占用很大的缓存区就能够对多媒体进行播放了。（二）增强师生之间的交互性。在传统的教学中，师生之间进行的交互是比较贫乏的，仅有的交互方式也已经变得比较落后。经过长期的教学积累，教师手中已经掌握了较多优秀的网络教学资源，而网络传输的不通畅阻碍了这些优秀资源的传播与推广，使这些资源难以发挥其自身真正的价值，师生之间也不能很好地进行知识信息的交互。现代学校教学中发展起来的教育网络也已经比较完善，带宽也符合信息传输的要求，但是在实际的教学中，其具备的网络教学优势还没有得到很好的开发。在流媒体技术的支持下，相应服务器与播放器之间能够实现双向的交流，能够接收数据，也能实时收到相关的反馈，这样在网络教学中，师生之间就能够进行第一时间的交互沟通，在相关的文件播放过程中，还可以对其播放的流程进行操控，对已经掌握的部分快进或者直接跳过，对理解较为困难的部分则可以选择后退进行重复播放学习。

四、流媒体技术的网络教学特点分析

流媒体技术在中职网络教学中的应用，主要包含四个方面的特点：（1）实现了教学信息的实时性，通过网络能够实现教学视、音频教学信息的实时直播。这样学生就能够及时地获取教学的第一手资料，学生可以根据自己的需求在网络上进行教学资源的点播，满足学习中的各种需要。（2）教学信息具有了更强的交互性特点。在流媒体技术的支持下，学生在网络教学过程中能够进行相关信息的点播与广播，对服务器上传输的音、视频进行随意的进退选择，也能够暂停或者重复，包含的交互性操作更加灵活多样，通过这些方面的功能，能够实现师生之间、生生之间以及学生与媒体之间的多层面互动，对学习效率与教学质量的提升是非常有帮助的。（3）增强了教学资源的多样性，流媒体技术的应用使网络教学中包含的相关资源更加多样，学生在进行学习的时候可以利用其具备的直播或者点播的功能，在终端上不受时间地点限制地获得自己想要的知识内容，更好地实现了教学资源的共享。（4）教学系统会变得更加开放，通过网络进行的教学与学习不再受时空的约束，学生能够按照自身的时间安排去选择学习段，只要能够连接网络，学生就能够打破地点的限制，而且教学内容也能根据自身的学习需要进行灵活的选择，这样学习过程更加自由，学习效率也会更高。

五、流媒体技术在中职网络教学中的实际应用

（一）流媒体系统的实现技术。网络教学的发展是对构建主义理论的体现，也是现代学习体系得以构筑的支撑，它能够实现教育机会的均等。流媒体技术的应用首先需要缓存置换功能的支持，服务器的缓存所具备的空间是有限的，在空间装满的情况下难以进行新内容的缓存，而通过缓存置换则可以及时将原有的缓存清除或者移走，实现对资源更合理的应用，优秀的置换策略能够实现对网络流量的节省，实现服务器效率的提升。在流媒体技术应用中还需要选择合适的算法，需要在实际的应用中根据技术上的要求对原有的算法进行改进或者综合。最后就是前缀缓存技术的应用，一般的多媒体文件所占的内存都比较大，而磁盘所具备的容量又是有限的，将一些不必要的文件保存下来实际上是一种资源的浪费，分段缓存能够解决这一问题，对媒体文件进行切割，对其中的部分片段进行缓存，就能够留出很多的磁盘空间了，对文件分割后前面的连续片段进行缓存就是所谓的前缀缓存，在实际的资源播放中能够显著地减少启动过程中的延时。（二）实现网络教学的同步性。通过流媒体技术的应用能够实现教学的实时性，它属于网络教学过程中的一个重要组成部分，主要是借助现代化通信技术对现场的授课进行实时的上传，让学生可以通过网络对正在进行的教学进行收听或者观看，就像身临现场一样，实现了教学资源的共享，获得的教学效果也是非常不错的。而在一些热门的课程教学中，这一方法能够带来更大的便利，热门课程往往师资比较紧缺，通过网络实时授课就能够解决这一问题，学生通过流媒体技术就能够接收到优秀师资传授的专业课程了。另外，在这一授课体系中主要包含有双向交互及单向广播这两种形式的系统，双向交互顾名思义就是教师能够在教学中、能够在现场与学生进行直接的交流，听到、看到学生的声音及表情、动作，这种模式获得的效果会更好，而单向的广播则具有比较广的涉及范围，但是交互性不足，所以在教学效果上比双向系统要差。（三）形成交互的协作学习环境。在流媒体技术中应用其具备的音、视频交互功能，处于不同位置的师生能够利用摄像头与麦克风实现直接的探讨与沟通，进而完成协作学习。流媒体技术所具备的这种文件信息的交互性，为师生创造了一种交互协作学习的可能，学生可以在网络教学中选择一个问题进行集体探讨，还能够就自身的学习体会进行互相交流，在学习中遇到不懂的地方也可以及时地进行求助，学生之间实现了对知识的探求与分享，达到了互相学习的效果，每一位学生也都成为知识的生产者及传播者，更是知识的享受者，在整个协作交流的过程中，学生的知识能够得到更好的重构，在原有知识的基础上生成新的知识，达到不断学习的目的，促进学生学习能力的提升。

六、结束语

流媒体技术在中职网络教学中的应用能够使教学内容及形式更加丰富多彩，为网络教学注入新的活力。现代人的工作生活已经与网络紧密地联系在了一起，因此，在中职教育的发展中也应该认识到网络教学的重要性，将流媒体技术应用其中，使教学过程更加多样化，促进教学质量的提升，使广大学生在学习中能更快、更好地获得更加先进的知识，成为优秀的新型社会人才。

参考文献：

［1］李春源.浅谈流媒体技术在中职网络教学中的应用［J］.湖北成人教育学院学报，2011（3）：114-115.

［2］马健.流媒体技术在网络教学中的应用［J］.中国西部科技，2011（21）：40-41.

［3］何昭青.流媒体技术在网络教学中的应用与探讨［J］.长沙大学学报，2008（2）：104-106.

［4］李杨.流媒体技术的研究及在网络教学中的应用［D］.河北科技大学，2010.

技术教学论文范文第4篇

教育信息化是国家信息化的重要组成部分，教师的信息素养和技术应用能力关系到国家基础教育的成败，关系适应信息社会人才的培养，关系到我国在未来国际竞争中的成败，关系到整个中华民族的兴衰。教育信息化离不开教师的教育信息化，教师的信息化是社会的需要、教育的需求，也是教师专业发展、教师信息素养的需求。教师应从传统的知识传授者、教学过程的主体这种观念中转变，教学既要传授知识，又要发展能力（如：学习能力、信息能力），同时还要培养品德。要把学生当作教学的对象、学习活动的主体，在教育教学中，实现学生是客体和主体的统一。教师的专业化发展是多阶段的连续过程，从技术层面讲，教师的信息化过程是数字化、网络化、智能化和多媒体化的过程；从教育层面上看，教师的信息化是开放性、共享性、交互性与协作性的过程。教师的信息素养就是指教师基于信息化的教学实践基础上，根据社会信息环境的发展，对合适信息进行检索、分析、加工处理、获取以及利用以解决教育和工作、生活等方面实际问题的能力。这就要求教师要具备信息化教学中资源的使用和开发能力，掌握信息技术与课程进行融合的能力，培养学习者在信息化环境下学习的观念、意识和能力，更有效地激发学习者的学习动力，掌握最佳的学习方法。

二、依托信息能力建设项目，提高课堂整合能力

近年来，教师参加的“英特尔未来教育”、微软“携手助学”培训项目、2014年吉林省信息技术应用能力提升工程，从各个层面对教师的信息化发展提供了强有力的平台保障。教师通过学习，不仅提高了个人的信息素养，而且学会了基于网络教学平台合理组建学习小组、学生在网络或移动学习环境中有效沟通与合作的指导策略与方法，提高了技术解决学习小组组织与管理常见问题的能力，全面支持学生自主、合作、探究学习网络教学平台等资源，这些都为以后的学科整合打下坚实理论与技术基础。在信息技术与学科的整合中，信息技术只是信息化教学的一个表面特征，在更深层面上，它涉及现念的指导和现代教学方法的应用。在信息化教学中，教师通过帮助学生获得、解释、组织和转换大量的信息来促进学习，以解决实际中的问题或教师精心设计的问题，从而使信息化教学表现出从“以教为中心”向“以学为中心”的教学理念转变。教学中是否使用信息技术、使用什么样的信息技术、如何使用信息技术都应以服务于课程、教学和学生全面发展的需要为前提，必须符合学生的发展这个终极目标。

三、发挥信息技术优势，促进学生主动学习

现代信息技术不仅具有模拟性，更能生动真实地展示原来无法直接展示的东西，会使课堂图文并茂，使学生对某件事情感兴趣时，他们就会全身心地投入。一个优秀的课件设计，不仅是一种艺术美，而且有极强的吸引力和感染力，使学生迅速进入角色，情绪高涨地学习，主动地参与教学活动。如：小学《品德与社会》学科《伸出爱的手》一课，通过视频展示“千手观音”剧组成员黄阳光、张海迪的生活和奋斗历程，不仅开阔了学生的视野，丰富了知识，也使学生学会在以后的生活中如何尊重、理解、帮助残疾人，学生关注社会，心中有他人，培养学生的社会责任感，符合学科整合的目的。

技术教学论文范文第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