数学科技论文
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数学科技论文范文第1篇
设计主要针对基础教育课程改革背景和教师专业发展的课程内容体系，包括学科教育理论、新课程、学科教育研究三个模块。各模块具体内容如下:学科教育理论模块包括学科教学理论、学科课程理论、学科学习理论;新课程模块包括课程标准解读、新课程典型课例分析———兼谈新课程学科教学设计、新课程专题研究;学科教育研究模块包括教育研究的基本方法、学科教育研究简介、优秀学科教育研究介绍、教育论文写作。这三个模块分别承担着不同的课程功能。
其中，学科教育理论实现在职教师理论素养的提高，学习本学科领域的教学理论、课程理论和学习理论;新课程模块针对基础教育课程改革对教师提出的新要求而设计，旨在使教师领会新课程标准中蕴涵的课改理念，提升相应的学科教学设计能力，“新课程专题研究”环节依据新课程中增设的学科专题开设，帮助教师解决在新增学科内容方面带来的困难;学科教育研究是在职教师普遍感到困难的薄弱环节，也是制约教师专业发展的瓶颈问题，在经过大学阶段的专业学习以及多年教学实践的磨练后，这一环节的具体内容设计对有效教学将起到极大的专业提升和引领作用。
职后高师“学科教学论”的课程内容设置应遵循以下几条原则:贴近时代脉搏，体现新课程要求职后高师“学科教学论”的课程内容设置必须敏感于时代对课程培养目标的要求，也就是要“与时俱进”。在目前基础教育课程改革背景下，就是要关注新课程、反映新课程、体现新课程。关注学习者，突出职后特点任何课程设计如果脱离学习者的具体特点，都很难较好地实现课程内容的适切性。教师学习是成人学习的一种，既有成人学习的一般共性，又有教师学习的专业特性。因此，在课程内容选择、呈现方式、评价以及教与学的方式等诸多方面都应对此特点做出回应。重难攻坚，把握教师专业化发展薄弱环节职后学习作为教师继续教育诸多形式中的一种，必须依据教师专业化发展的特点和规律，针对薄弱环节，设计、选择、实施学科教学论课程，把握教师职业发展进程中的关键要素，在课程内容选择和设计上，为教师的职后学习搭建适宜平台，很好地起到专业提升与引领作用。
在前面的论述中，我们针对职后社会需求的变化和教育对象的发展特征分析，设计了主要针对新课程和教师专业发展的课程内容体系，包括学科教育理论、新课程、学科教育研究共三个模块。在数学学科中，结合学科具体特点，设计各模块的具体内容如下:
模块一。数学教育理论，含三个分支，分支一数学教育基本理论:一般教育理论对数学教育的影响;弗赖登塔尔的数学教育理论;波利亚的解题理论;建构主义的数学教育理论;“目标教学”理论与中国高考;中国的“双基”数学教育。分支二数学课程理论:课程的基本概念;数学课程理论研究概说;古代外国数学课程概况;中国古代数学课程概况与突出成就;欧洲数学课程的发展;中国近现代中学数学课程的演变。分支三数学学习理论:“学习”与“数学学习”概说;基于行为主义的数学学习理论;基于认知主义的数学学习理论;基于人本主义的数学学习理论;基于建构主义的数学学习理论。
数学科技论文范文第2篇
难道我们还不应该反思我们当前的信息技术学科的教学出现了什么问题并有针对性地化解这些问题？
第一个原因就是计算机已由神秘事物变成一件“家用电器”，学生对计算机的新鲜感逐渐降低。总的来说，在二十一世纪之前，计算机通常还是昂贵的代名词，往往学生在接触信息技术学科以前几乎没使用过计算机，计算机对于学生来说还是一个令他们陌生，感到神秘的新鲜事物，学生对于学习计算机充满了好奇心，那时的计算机课成为学生神往的一门课，条件虽差但学得很认真，课堂纪律好。但二十一世纪以来，随着社会经济的进一步发展和人民生活水平的提高，计算机走下“神坛”，在社会和家庭日益普及，学生对计算机的新鲜感逐渐降低，现在不少学生在学习信息技术学科之前已经玩了多年电脑，电脑用的早的甚至可以追溯到幼儿时期。按照人的认知原理，在计算机日渐普及的年代，“计算机”已不是他们头脑中的新鲜事物，因此也不再是学生学习信息技术课的脑神经刺激源，学生学习信息技术课的主观能动性在无形中消失了，不少学生几乎不听信息技术学科的理论课，而去做其它学科作业、看课外书、听MP3、做小动作等，只是等到上机课的时候才会向机房 “发起冲锋”，但其主观上是还去玩游戏、聊天、上网等等，信息技术课学科老师对信息技术课的教学感到很是无奈。
其次就是教学内容重复单一，知识老化，跟不上时代步伐。当今的信息技术课，比较一下从小学到初中再到高中的教材，就可以发现教学内容几乎是重复单一，知识老化，缺乏创新，还在重复地学习：计算机发展史、计算机组成、Window98、“文件的复制、移动、删除、更名、建立文件夹”、Word97或Word 2000等，软件版本和知识体例远远不能反映近一、两年计算机的发展情况。教材再怎么不好也比没有教材好，老师不能不用，但往往照本宣科，无奈地按教材内容授课，学生学得乏味。可以说，高中信息技术课的教学是最是无奈的一件事了。现在试作如下比较：小学的信息技术课教学强调动手、淡化理论，小学生未知的东西较多，所以对信息技术课还是比较有兴趣的。初中的信息技术课，开始对学生理论知识和动手操作都有要求，由于学生年龄不大，比较听话，课堂纪律也不错，也比较好按教材教学，但教育资源分配不均，一些学校机房设备落后，教学效果其实是难以保证的。对于高中的信息技术课来说，高一新生的现状基本上是这样的：学生大多是见过或用过计算机，较多学生有上网或用电脑的经历，计算机已不是他们心目中的新鲜事物，到了高一再来重复学习过去基本上学过、听过的信息技术内容就比较反感，他们自认为只要能到机房上网就可以了，教材上的内容已经没有多大的意思了。但事实上，往往他们对计算机知识是一知半解，也有很多误解和无知，但却自以为是，并养成了一些不良的计算机操作习惯。由于高中信息技术教材缺乏新颖性、时效性，高中信息技术教材的内容被学生认为是最没有意思的东西，因而理论课也就成了 “没有意思”的课了。
第三个原因就是信息技术教师的教学方法古板，死守教材，缺乏灵活性、创新性和时代性。我们信息技术教师不妨进行如下自我反思，高中信息技术教学是这样的一个现状：教师常常对可引入教学的时代元素缺少挖掘，对教材内容缺乏推陈出新和全局安排，没有站在学生的角度去考虑你所教的东西到底对学生有什么用处，对于所教学生的总体情况和心理特征缺乏了解和研究，教学就是被动地授课，课堂语言没有诱导性设计，所讲内容没有发散性、延展性和反映计算机最新发展成果的时效性，甚至连教师自己授课的精力都不充沛。试想，这么枯燥的信息技术教学方式又怎能激发起学生的学习兴趣呢？
第四个原因就是教育行政主管部门和学校领导对信息技术学科重视不够。一是对信息技术教师缺乏人文关怀和业绩激励机制及科研创新奖励机制。学校未能出资鼓励他们对学生开展兴趣培养，未能支助他们指导学生参加计算机应用水平或技能的培训、竞赛，未能开展教师多媒体课件水平竞技比赛，未能发挥计算机教师的专长向校园网提供为其他学科制作的公用课件和便于拿来就播的理化生实验动画元件和人文学科的音视频合成动画元素，未能建立起信息技术教师的业绩竞争机制去激励信息技术教师对业务进行科研和教学研究。二是不重视硬件投入，缺乏必要的资金用于设备维护和硬件升级。不少学校机房的现状是：计算机数量不够，配置落后（计算机机房设施往往比主流配置平均晚五年左右），计算机运行又慢又卡，硬件的投入应该引起教育行政部门和学校的重视。现在频频出现上机课学生逃课的现象，有学生认为理论课没意思，上机课机子（计算机）又不够，就算有机子又不能流畅运行，操作快一点话就卡了。一些学生就干脆不去机房，呆在教室里干别的事，对信息技术课很是失望，觉得信息技术课可有可无。
信息技术学科应如何走出死胡同，如何让信息技术课焕然一新？这是摆在大家面前的一件大事，新时代的信息技术学科及教学应该具有什么样的特征、采用什么方法呢？我们不妨尝试作如下设想。
第一、从小学到高中的信息技术学科的教材有发展性、整体性、时效性，是经过总体
规划形成的激发科学创新的认知体系。建议出版社至少每两年对教材进行一次修订，作一些新的增补和必要的删除及勘误。信息技术学科大致分为记忆理解类和手动操作类两类知识。教材应对记忆理解类知识建立单独的学习框题，但不同阶段的教材的用语要符合不同阶段的学生，力求准确无误。比如：计算机应用?发展?组成、文件扩展名与文件类型、文件名通配符、同名文件相关知识、剪贴板作用与特点、算法设计、各个编程语句和函数的用法等，是理解认识类；有的直接记，有的要理解，教材的讲解就不能含糊不周，应作到科学准确。手动操作类知识，如：键盘指法、鼠标操作、Windows窗口操作、文件操作、制作Word电子小报、电脑绘画、编辑程序上机调试等，教材应根据学生年龄特点以任务驱动方式引导学生动手实践，引导学生采用多种方法去完成同一任务，并对各项任务的基本的、常用的操作方法和操作过程进行必要的小结。电脑操作中常有一些没写入教材中的小技巧，教材也可以鼓励学生查阅电脑报刊杂志或上网搜索，开展信息技术的探究性学习活动。第二、学校重视信息技术学科的地位，注意发挥信息技术教师的作用，保障对信息技术学科的投入。学校不应只抓升学科目，而要实施素质教育，用信息技术的工具性、发散性、时代性培养学生的探索精神、创新精神，并鼓励信息技术教师指导学生参加计算机水平技能培训/竞赛和信息教师开展计算机多媒体软件/课件制作水平竞赛，或给信息技术教研组一些有偿的项目去做，如：维护校内计算机，开发一些校内实用软件，帮助其它学科制作课件和动画元件，建立校本资源库等等，奖励对学校有贡献、创新有实绩的信息技术教师。学校应改善信息技术教师的待遇，提高他们的工作积极性，促进他们主观上改进教学方法，提高授课水平。
第三、信息技术教师自身提高了对信息技术课的认识，勇于对信息技术学科的教学方法进行改革。根据本人的研究，信息技术教师应具备如下三个要求：
1、精研专业，通备教材。这就是要不断充实新的知识和技能，专业水平要与时俱进，不吃老本，要对教材拉通备课，抓住教材知识体系，看到教材的优点与不足，对教材讲述的不完善、落后和疏漏进行合理地修订和增补。
2、分析学生，了解学生，根据情况设计教学。搞清楚什么是学生普遍知道的？什么是一知半解的？什么是第一次接触的？等等。教师只需问一问，学生普遍知道的就由学生完整地讲出来，教师用重复学生的话来表示知识点通过，比如鼠标的操作。学生一知半解但认识不清的，一种就是多让学生来谈，也许将多个学生的认识和观点归纳起来就完整了，比如改变窗口大小的操作，复制文件的操作。另一种就是学生经多次还言而不清、言而不尽的由教师就把这个“秘密”公布出来，提醒学生要搞清楚，比如，文件扩展名有关知识及重要性（Windows系统为什么要默认隐藏已知类型文件扩展名等）。对于学生第一次要接触的知识，教师要学会从其它学科或生活中发现学习素材或知识基础。比如：循环结构的程序设计，为什么要学它，有什么好处，可从数学中找一些指数函数、数列等经典习题来引入，并随着学习的深入逐渐解决它。如：高斯的神算、病毒的繁殖、印度国王的棋盘、趣味作图等等。
3、丰富教学语言，创建情境教学，打造“活”的信息课堂。“情境教学”本是英语情境会话教学的简称，但我认为，信息技术学科也必须借鉴英语的情境教学方法，努力在课堂教学中创设信息技术学科必备知识的学习情境与氛围，全力打造灵动的信息技术学科教学，让课堂活起来。下面以事例对比说明我的这个思想。
比如，以文件复制的教学为例，我们来对比分析一下传统教学与情境教学的区别。
“同学们，我们今天的学习的内容是文件的复制，这是必考的内容，大家要认真去学哈，那么什么是文件的复制呢？或者文件复制的作用是什么呢？我们来看，教材上这样说的……”。“接下来，我们再来学习文件复制的方法，文件复制的方法大致有菜单法、工具按钮法、鼠标右键快捷菜单法、快捷键法和鼠标拖动法（还一边说一边在黑板上写操作方法分类），我们将分别学习。现在先来学习菜单法，请大家认真听，作好笔记……”——这就是传统教学模式，看似没有什么错误，内容到位，态度也很认真，但其实是有问题的，该教学没有创设教学情境，没有以学生为主体，学生根本没有兴趣听下去。
“同学们，你们好多同学有了MP3、MP4、音乐手机了，有的家里还有数码相机等。其实他们对于电脑来说都是一样的，你们知识吗？”学生一下就有了精神。个别学生在窃窃私语：“U盘”。教师马上抓住并放大声音说出来：“对，U盘，即Usb存储器”。教师问：“你们通过电脑向这些数码产品里面存些照片、音乐、电子书、电影等文件，用了些什么方法？这种操作在计算机里叫什么？”然后，教学按前面本人所讲的方法，对一知半解或知而不全的，在教师的引导下，唤起学生自己对复制文件情境的回忆，教师激励学生站起来交流操作“经验”，体会在同学面前贡献经验的成功感，教师主要作归纳总结，对讲的正确方法进行表扬，不足或不够的继续鼓励其他学生再补充。如果学生再也说不出来了但知识、技能还有没讲完整的，教师可以故作神秘，比如：作悄悄状地说：“这个秘密，一般人我不轻意告诉他，快用笔记下来”。——这就是情境教学法。信息技术情境教学法要根据学生现状，站在学生的“实用主义”角度，从学生身边的事物说起，以学生生活经验创设学习情境，让学生感到这个内容确实有用武之地。教师积极引导，学生自主交流，充分利用学生的“表现欲”由学生完成知识的归集，不足的和遗漏的再由教师“隆重”揭秘，而不是传统教法的由教师一个人唱独角戏，事无巨细，把学生灌得头昏脑胀。
数学科技论文范文第3篇
接触科技创新项目“超高分子量聚乙烯基公路护栏材料及结构的力学评估”初期，学生认为对于非本专业的项目不会得出理想的创新成果，不是很有信心能完成此项目。正是由于此原因，在准备方案时，学生能够花费大量的时间和精力查阅相关资料、调研、准备方案。积极主动地收集工程实际问题相关资料，反复进行研究，开讨论会，最终能够结合工程实际提出较为理想的试验方案。举例如下，方案：把相同的两行波改为两边高中间低的三行波。虽然波形结构已经能很好地起到缓冲的作用，不过二次缓冲应该会更有效果。如果一层波没有完全奏效的话，再使用二层波去进行缓冲，可以更好地保证车辆的安全。两行一层波可相当于现在通用的波形结构，当它们没能阻止车辆的撞击时，新加的二层波就可以发挥它的作用。另外，因为波和波并不是一体，而是相互连接起来的，所以当一层波受损而二层波完好时，可以只更换一层波，尽量节约资源。此外，该方案还考虑了附加的“二级缓冲”波的方向问题（上页图为外凸，内凹型在下面ansys建模时会提到），将内凹与外凸效果与原结构进行比较。（后面的支撑柱，只是凭借“三角形最稳定”而加上的，不过会用到更多的材料。）
由于学生意识到自己工科背景知识的不足，所以在准备方案时，为保证能够获得理想的试验结果，学生积极思考，充分调动积极性，设计了多种用于对比研究的护栏截面用于Ansys的计算指导中，然后通过对比来讨论各种方案的优缺点。在数值模拟分析方面，学生发挥了数学专业的优势，能够较为全面、迅速地进行模拟分析。在分析缓冲吸能特性方面，能够不受常规工科思维模式的限制，从侧面分析所设计的护栏结构的缓冲吸能特性。比如，从冲击物的冲击速度与时间的关系、冲击物的冲击加速度与时间的关系、冲击物的最大位移、最大冲击力；被冲击物（护栏）的冲击速度与时间的关系、被冲击物（护栏）冲击加速度与时间的关系、被冲击物（护栏）最大位移等方面来反映所设计的护栏结构的缓冲吸能特性，获得理论分析与ansys模拟分析结果较为吻合的结论。通过模拟分析结果确定最佳方案，学生根据试验结果可以得出理论分析和模拟结果相结合而得出来的分析结论。在项目实施过程中，学生完成了一个与工程相关的项目从查阅资料、实践调研，综合分析，直至提出最终解决方案的全过程。对于具有工程背景的项目如何着手进行研究有了很好的锻炼。另一方面突显较强的分析能力，体现了数学专业学生对于力学的数值模拟计算与分析能力的优势。学生能够从纯数学理论研究过渡到结合相关文献、市场调研和所学理论对工程实际问题进行分析。能够提出问题、分析问题和解决问题。经过这一阶段的学习，学生对于自己所要解决的问题产生了浓厚的兴趣与信心。
二、数学专业的学生实施本项目时的劣势
数学科技论文范文第4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
数学科技论文范文第5篇
一、全面学习与把握学科建设“四要素”，以质量求生存
任何事情要办好，都有它的规律，有它的基本要素。笔者以为，从创建第一个专业起，就应站在学科发展制高点来把握学科方向、学术梯队、基地平台、项目成果四要素。笔者所在院校从1987年开设第一个专业——“工业设计”起，看准了它是“一种创造”，要狠抓创新意识教育，不断从理论与实践结合的高度，强化学生的实践能力与实干精神，这关系到学科与专业的生存和发展。
面对市场对人才培养的挑战，高校设计人才培养的质量应突出表现为人才特质上的“三重”和“三性”，即“重素质、重能力、重实践”和“适应性、可塑性、创造性”。设计艺术院校需要着重培养出一大批“创新意识强、适应能力强、实干精神强”的“三强”人才，以适应国家和社会的需要，这是设计艺术教育的趋势。具体而言，教学应该根据社会对各专业人才培养的特殊要求，在主干专业教学内容设置、实验条件建设、在思想政治教育和校园文化建设方面充分考虑设计行业所需的素质教育，使培养的学生有振兴各设计专业所需的知识、能力和素质。设计艺术学院的发展加强与行业的共建合作、产学研结合，强化实践教学，坚持把解决行业发展中的共性关键技术问题、输送行业所需要的高级设计专门人才放在办学的首要位置。
“三强”型人才把创新意识强摆在首位。在竞争中，特别是面对创意产业的迅猛发展，创新意识与原创意识更具优势，充满艺术与个性气息的产品必将成为消费新追求。具有感性形象创造性的设计师和善于推理与分析进行技术结构创新的设计师，都是所需要的。设计教育努力培养具有两种综合素质的人才，这需要以搭建扎实的知识结构交叉平台为基础，奠定学生将来进行“越界”设计、“越界”沟通的能力。只有具备学科交叉的知识结构和善于“越界”设计的能力，才是成为合格设计人才的基础。
“三强”型人才把适应性摆在关键的基础位置，这与设计工作本身的性质紧密相关，设计工作具有灵活、协调和市场的偶然性，设计开发过程就是一个了解市场——调整适应市场——改进适应市场的过程。此过程可以借用设计原理中的“适应性系统”概念，设计艺术适应性系统是处于内在因素与外在环境之间的交界面处、具有一定目标与功能的系统。这个适应性系统需要从内外环境、因素两个方面去考察，系统的复杂行为主要是其所处外部环境的复杂性表现，同时也受内在因素少量限定性质的制约。它的理论根据是人为创造的第二自然与第一自然协调形成天人合一的系统，这个系统针对环境规定具体的目的或意图，具有适应环境的根本特征。适应性系统的行为具有复杂多变性，但这种复杂多变的行为主要是其所处外在环境复杂性的反映。它运用规范性、限定性的描述方法，即：从目的、手段适应环境的角度去讨论“应当是何种方式”的问题。产品的内部因素、外部因素及目标也是适应性系统的三大组成要素。该系统的目的成功与否取决于它对内外环境之间的关系——特定方式的理解程度。因此，设计专业学生必须从入学就逐步建立“适应性系统”意识，无论是适应社会的强化协作意识，还是具体的设计开发和改良工作的开展本身，都要重视“适应力”。
现代社会真正需要的设计艺术人才是能吃苦、肯实干的人，设计工作与市场紧密相连，从市场调研开始就有大量繁重且要求细致严格的工作要做，而且在专业和社交技能上对设计人员提出了很实际的要求：现代社会需要的是能与他人合作、能不断地发现市场中的空缺点并根据市场需求灵活地运用设计程序与方法；利用理性的设计思维分析和引导产品设计、熟练运用现代表现技能进行产品设计的设计人才，这些能力也都建立在实干精神的基础上才能充分发挥，为企业认可。
二、“三强”人才培养的教学改革措施
为了多培养出“三强”人才，设计艺术教育和管理可采用以下措施。
1.以学术梯队建设为关键，造就人才培养的高质量教师队伍
坚持“人才强校”的原则，设立高水平教师队伍建设专项，运行“高层次拔尖人才引进和培养工程”“中青年学术骨干培养工程”“中青年教师博士化工程”，支持杰出人才和创新团队建设。通过与国际知名大学和科研机构建立合作关系，每年派出教学科研人员出国留学、学术访问和参加国际学术会议，邀请外国专家、学者短期来校访问、讲学及合作研究，发起和主办高水平国际学术会议，推动师资培养国际化。实现教师队伍“四个转变”，即以科研项目和教学为纽带的松散组合转变为以学术带头人为核心并具有内生凝聚力的科研和教学团队为主体；以本科学历为主体转变为以博士学历为主体；以中老年教师为主体转变为以中青年教师为主体；偏单一血缘教师为主体转变为血缘结构合理的教师为主体。梯队的建设要做到：一方面，授课老师要有全面的知识结构、先进的教学程序和方法、实践的经验及能力，并能明晰有效地引导学生进入设计的殿堂；另一方面，教师要懂得因材施教，克服传统中国教育的学生被动学习模式，激发学生智慧、创造能力，挖掘潜力，运用科学的方法活跃教学思想，启发学生专业学习的热情，释放教与学的创造性能量。
2.以条件建设为基础，实施人才培养的高起点教学质量工程
例如，武汉理工大学加大本科教学条件建设力度，在预算编制上“重点向教学倾斜”，2004至2006年用于教学4项经费总计达1.7亿元，2006年4项经费占学费的比例达到31.31%，校园基本建设累计投资达到24亿元以上。网络学堂、网络教学平台为重点的数字化校园等基本办学条件指标均超过国家规定标准。
与此同时，学校制定了一系列提高课堂教学质量、强化工程实践能力训练等教学质量标准和规范教学环节、规范教学管理的文件和规章制度，实施高起点的教学质量工程，使良好的教学条件充分发挥应有的效益，推行教学名师制度，启动多级本科品牌专业建设，加强教学研究与改革，实施多级精品课程建设工程，支持精品教材建设。因此，笔者所在院校设计艺术学科的平台建设有了明显进展，拥有该学科本、硕、博和博士后层次，工业设计、动画等专业成为国家特色专业，“设计概论”等课程成为国家级精品课程。
3.建设新的课程体系和培养模式创新
首先是按社会的需求安排教学内容和培养着重点，建设新的课程体系。以学科建设为核心，构建人才培养的高水平学科专业体系，通过制订发展规划、开展教育思想大讨论、召开“两代会”，确立学科建设在学校办学中的核心地位。优化学科结构与专业布局，整体推动学科、专业建设，着力构建人才培养的高水平学科专业体系。
其次是培养模式创新，积极探索教改试点班，从教学内容、教学方式、评价方式和管理模式上强调因材施教、个性发展和综合素质的培养，建立了“2+2”“3+1”等多种培养模式；同时营造创新氛围，积极引导教师参与教育创新，开展教学研究，积极引导大学生课外科技活动，培养创新能力和实践能力。学生在全国各类设计大赛中居先进水平，并率先在全国设立500万元的研究生创新能力培养基金，培养学生的动手能力和创新能力。
4.积极共建合作，建立校外“三强”人才培养运行模式
在设计艺术教学中，实践是产品设计的最好教学方法，设计艺术教学应以实践环节教学来带动理论教学，只有实践才能带动创新，走学院与企业相结合的教学路线，可以较好地解决设计脱离实际的问题。设计院校应开拓社会办学资源，优化“三强”人才培育环境，重视搭建科研合作、教学交流、学生互换的国际合作人才培养平台，引进国外优质资源开展国际合作教育。坚持科研促进教学的原则，广泛开展科技合作，利用教学与科研的有机融合培养学生的创新意识。2006年笔者所在院校的学生毕业设计（论文）选题数中，科研课题或来源于生产实际的课题占毕业设计（论文）选题总数的90%以上。科研时间增强了学生创新意识和团队意识，增强了学生解决实际问题的能力，进一步培养了学生的创新意识。
