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幾何教學論文范文第1篇

視聽教學實際上就是通過各種視覺和聽覺的刺激，發揮學生的個人學習能力，將教學資源與知識融合起來，形成更好的認知體系．知識和經驗從認知角度可以分為抽象經驗、感覺經驗和體驗．抽象經驗就是書面語言經驗，只有符號含義而沒有具象化;感覺經驗就包括視覺聽覺等，具象化的內容對感官直接刺激形成經驗;體驗就是綜合化感受，可能包括抽象和具體的聯系，是理解和積累層面的．從視聽教學理論看幾何畫板的運用，應當是感覺經驗和體驗，所以在課堂教學中可以從動態展示和學生動手操作來強化學生的知識學習．

二、初中數學幾何教學特征

1．邏輯思維和推理能力發展．

初中數學內容上更多的加入了平面幾何和解析幾何內容，主要針對學生歸納、推理和論證能力進行培養．數學學習更多的是通過觀察、類比和證明來獲得知識，要求學生在學習過程中有清晰的思路，能夠形成數學思想．

2．注重學習興趣的調動．

初中數學概念性內容多，對于學生的邏輯思維能力要求也更高．在初接觸初中數學時，學生容易因為銜接不上或者思路不通而產生困惑，久而久之，學生會失去學習興趣和學習信心，這種挫敗感干擾了學生對于數學知識的接受能力．在初中數學教育過程中，教師要不斷鼓勵學生，運用更加適合學生形成數學思想的教學方法進行教學，引導學生更好地走入數學世界．

3．探索性和實踐性．

新課標對初中教育提出了新的要求，義務教育階段要突出知識的基礎性和發展性，數學作為工具性學科具有較為廣泛的應用價值，在初中數學教育階段也要融入適當的實踐性教學內容．利用幾何畫板的可操作性，讓學生動手探究，培養學生的創新能力，并在實踐過程中體驗，學生能夠結合概念形成經驗性知識．

三、幾何畫板在初中數學教學中的應用

1．繪圖應用．

幾何畫板最基礎的功能就是快速畫圖，利用這一點可以減輕課堂上教師手繪范例的壓力，更多的時間用來展示和講解，提高課堂教學效率．幾何畫板提供了對應于實物的直尺、量角器等測量工具，也有對應于圓規等制圖工具，無論是繪制平面圖形還是立體圖形都能較為精準地完成．幾何畫板還提供了幾何圖形的參數設置，圖形與數據結合更加直觀，這也是將抽象和具象聯系起來最直觀的表達．例如，平面幾何勾股定理，斜邊的平方等于直角邊的平方和，這個規律看似容易，但是如何驗證一致都是比較困擾學生的問題．用直尺量從數值上可以驗證，但是對于圖形上的關系還是沒有具體的認識，這時就可以利用幾何畫板的繪圖功能，從圖形關系角度入手，更好地驗證這一定律．繪制直角三角形時，可以利用不同顏色將各條邊標示出來，用直尺功能對數據進行測量，運算即可驗證數值關系．圖形關系可以將直角三角形拆分開，以每條邊繪制正方形(正方形的體積對應各邊的平方)，將斜邊構成的正方形按照七巧板式切割成不同形狀的分塊，直角邊形成的兩個正方形按照已切割的分塊形狀進行切分，最終通過細節填補，我們會發現形成了兩套同樣的分塊組，這也就說明斜邊構成的正方形的面積與斜邊構成的兩個正方形的總面積是一致的，也就從圖形的角度驗證了斜邊的平方等于直角邊的平方和這一定律．通過面積這種具體的對象表達邊的平方關系，學生有更加深刻的記憶和理解，從認知和記憶兩個角度形成了圖形與抽象概念的聯系，來自視覺刺激的認識幫助抽象概念形成了更好的知識認知．

2．動畫應用．

初中數學中無論是平面幾何還是解析幾何，都可以很好地利用動畫功能．動畫是對過程的一個良好詮釋，學生對于過程的觀察實際上也是在思維邏輯中形成知識，對于過程的感官刺激直接將感性認識和理性認識連接起來，是抽象與具體之間最直接的關系．

四、結語

幾何教學論文范文第2篇

關鍵詞：統計學教學模式EXCEL

引言

進入21世紀，隨著我國市場化步伐的加快，社會對新知識的需求日益增加，無論是國民經濟管理，還是公司企業乃至個人的經營、投資決策，都越來越依賴于數量分析，依賴于統計方法，統計方法已成為管理、經貿、金融等許多學科領域科學研究的重要方法。

一、《統計學》課程教學面臨的挑戰

1.1內容日益豐富。長期以來，在我國存在兩門相互獨立的統計學——數理統計學和社會經濟統計學，分別隸屬于數學學科和經濟學學科。統計學是一門通用方法論的科學，是一種定量認識問題的工具。統計方法只有與具體的實質性學科相結合，才能夠發揮出其強大的數量分析功效。這些分支學科的存在主要不是為了發展統計方法，而是為了解決實質性學科研究中的有關定量分析問題，統計方法是在這一應用過程中得以完善和發展的。隨著大統計學思想的建立和統計學在實質學科中的應用的需要，大多數學校和老師在財經類專業的本、專科專業《統計學》教學過程中，除了保留社會經濟統計學原理中仍有現實意義的內容，如統計學的研究對象方法、統計的基本概念、統計數據的搜集整理、平均及變異指標、總量指標、相對指標、抽樣調查、時間序列、統計指數等；同時也系統的充實了統計推斷的內容，如：統計數據的分布特征、假設檢驗、方差分析、相關與回歸分析、統計決策等。

1.2學生的學習難度加大。首先、結合《統計學》的課程特點——概念多而且概念之間的關系十分復雜、公式多且計算有一定難度等。如果學生不做必要的課外閱讀、練習和實踐活動，是很難理解和掌握的。對于財經類專業的本、專科專業的學生來說，由于其本專業的課程體系要求，使得學生的數學或者數理統計的基礎不是特別好，對于專科學生來說更不用說，推斷統計將是他們學習的困難。

1.3教師的教學難度加大。授課內容越來越豐富；課程難度太大可能導致學生興趣下降；傳統教學方法的主要目的是讓學生了解、掌握知識，其一成不變的教學內容和模式，學生味同嚼蠟，學生只是被動地吸收知識，最后得到的效果就是使其不思進取缺乏新意。高等教育擴招后，大多數學校，授課班級學生人數越來越多，一個教師跨越不同專業授課。這要求授課教師必須深刻領會授課內容的核心和相互關系，學會控制和駕馭課堂教學，注重統計學在不同專業領域的具體應用等等。教師和學生之間不再只是簡單的知識“單向”傳遞，而是師生之間思想、心得、智慧的“雙向”交流，教師和學生都承擔了更多的教與學的責任。

二、《統計學》教學的發展趨勢分析

2.1統計學從數學技巧轉向數據分析的訓練。在計算機及計算機網絡非常普及的今天，統計計算技術不再是統計學教學的重點了。統計思想、統計應用才應該是重點。現代統計方法的實際應用離不開現代信息處理技術。統計軟件的使用，不僅使統計數據的計算和顯示變得簡單、準確，而且使統計教學由繁瑣抽象變得簡單輕松、由枯燥乏味變得趣味盎然。所以，在統計教學過程中，大量的內容只需要給學生講清楚統計基本思想、計算的原理和正確應用的條件、正確解讀計算的結果，而對大量復雜具體的計算可以交給計算機去完成。注重引導學生運用所學知識來解決實際問題，給學生多做一些教學案例，教學案例與教科書上的例題不同，例題的作用是單一的、有限的，通過例題只是掌握和熟練所學的統計方法及計算公式，而案例的作用是多方面的，它讓學生了解了分析問題的思路，要解決什么問題，如何解決，應用什么理論和方法，需要什么數據，怎樣解讀計算結果，并根據分析結果，提出針對性的對策和措施，訓練學生綜合運用所學知識去解決實際問題的能力，激發學生學習的興趣和求知的欲望。

2.2通過統計實踐學習統計。它要求統計教師不僅要融會貫通統計理論和方法，而且要對案例中問題的解決思路和方法有熟練的把握。在教學中學生是主角，教師起引導作用，針對不同的統計教學案例，教師只有事先親自采用各種方法進行計算和分析，才能對學生使用哪些統計方法和統計分析軟件進行計算和分析提出建議，并對學生采用不同的分析方法和得到的分析結果作出比較透明的比較和評價。通過課堂現場教學，引導學生利用課余時間完成項目，利用假期時間，通過參加學校組織的某些團隊、小組或自己組織去開展一些與專業有關的活動，全方位地激發學生的學習興趣、培養學生的專業能力、方法能力和社會能力。

三、基于EXCEL的《統計學》教學設想

如何從煩瑣的數理統計技巧轉向數據處理的訓練，教師的導向是第一位的，必須選擇容易獲得而且普及性比較強的統計分析軟件，并在課堂教學和引導學生實踐中廣泛采用。

3.1微軟公司開發的EXCEL軟件無疑是我們最好的選擇專業的統計分析軟件SPSS、SAS、BMDP、SYSTAT其功能固然強大，統計分析的專業性、權威性不可否認，但是對于沒有開設統計學專業的院校這些軟件并不常用，微軟公司開發的EXCEL軟件作為一款優秀的表格軟件，其提供的統計分析功能雖然比不上專業統計軟件，但它比專業統計軟件易學易用，便于掌握。對于《統計學》這門課程而言，利用EXCEL提供的統計函數和分析工具，結合電子表格技術，已能滿足統計方面的要求。

3.2基于EXCEL的《統計學》教學設想

3.2.1在教學內容上，依據EXCEL的函數功能、電子表格功能、數據分析功能，結合統計學原理的基本理論和方法，對統計數據的搜集主要強調統計報表制度，在EXCEL環境應該更注重抽樣推斷，EXCEL提供的隨機抽樣工具使得抽樣調查不再是十分復雜的技術，統計圖也可以被廣泛運用于對數據的描述。

3.2.2案例教學成為《統計學》課程的重要內容。案例教學法不僅可以將理論與實際緊密聯系起來，使學生在課堂上就能接觸到大量的實際問題，而且對提高學生綜合分析和解決實際問題的能力大有幫助。結合學生所學專業精選案例教學，比如對于金融專業的學生可以設計用幾何平均數計算投資的平均收益率、運用標志變異指標考察投資組合的風險大小等。對于經管專業的學生，精選抽樣推斷、假設檢驗、方差分析對于控制產品質量，經營決策等方面的案例，深入淺出地介紹這些方法的基本思想、并用EXCEL進行分析。

3.2.3改革考試方式和內容，合理評定學生成績。對于《統計學原理》的考試，多年以來一直沿用閉卷筆試的方式。這種考試方式對于保證教學質量，維持正常的教學秩序起到了一定的作用，但也存在著缺陷。在過去的《統計學》教學中，基本運算能力被認為是首要的培養目標，教科書中的各種例題主要是向學生展示如何運用公式進行計算。這樣導致了學生在學習《統計學》課程的過程中，為應付考試把精力過多的花在了概念、公式的死記硬背上。這與財經類專業培養新世紀高素質的經濟管理人才是格格不入的。為此，需要對《統計學》考試進行了改革，主要包括兩個方面：一是考試內容與要求不僅體現出《統計學》的基本知識和基本運算以及推理能力，還注重了學生各種能力的考查，尤其是創新能力。二是考試模式不居一格，除了普遍采用的閉卷考試外，還在教學中用討論、答辯和小論文的方式進行考核，采取靈活多樣的考試組織形式。學生成績的測評根據學生參與教學活動的程度、學習過程中提交的讀書報告、上機操作和卷面考試成績等綜合評定。這樣，可以引導學生在學好基礎知識的基礎上，注重技能訓練與能力的培養。

參考文獻：

[1]謝安邦.高等教育學[M].北京：高等教育出版社.1999.

[2]賈俊平.統計學[M].北京：中國人民大學出版社.2000.

幾何教學論文范文第3篇

根據教育系統對中職語文教學的要求，新入學要求每屆學生上臺進行自我介紹。有的學生很大方、得體地跟學生作自我介紹，甚至妙趣橫生，表達得很流利；而有的學生上了臺則是憋紅了臉，一頭霧水，語無倫次，不知從何說起。這明顯是由于心理障礙影響造成的。因此要培養學生的口語交際能力，首先要幫助學生克服心理障礙，做到：不斷鼓勵，消除學生的畏懼感。通常給予學生更多的鍛煉機會，在交流中可以避免這種怯場的現象。中職語文教師在課堂中要采用心理輔導的手段，引導學生積極面對，控制好學生的情緒，不斷進行自我暗示，提升自信心，讓緊張的思想松弛下來，平靜之后，整理自己的思緒然后大膽說話。在鼓勵中，消除學生的畏懼感；營造寬松的交流環境。語文課堂中，教師要與學生建立融洽、和諧的關系，為學生提供一個相對寬松的思維空間，才能大膽地表達內心的想法。另外，教師還可以根據語文教學內容設置問題，讓學生思考，在合作和探究中創造更多的交流機會，表達自己的意見和想法。

2設置專門的口語訓練項目，增強口語交際的途徑

中職語文教學過程中，為了提高學生的口語交際能力，可以從課堂的訓練中增進學生的交流機會。這就要求教師根據教學內容，為學生創造更多“說”的機會，另外在課外，延伸教學，設置更多的活動，總之，教師要抓住一切可利用的機會，將課堂內外相互結合。具體做到：第一，在閱讀部分，設置口語訓練。語文教學中，遇到深層次、藝術性較強的文章，教師要引導學生多進行默讀，體會文章的中心意思，了解作者的寫作思路。在默讀中讓學生思考、理解，培養學生提升口語的中心意思以及邏輯感。另一種方式是朗讀。在朗讀的過程中，讓學生總結語序、停頓以及讀文章的感情。還可以采用演講、辯論的形式，為學生創造更多的說話機會，提高閱讀能力的同時提升口語交際能力。第二，在作文部分，注重對學生口語交際能力的培養。訓練學生作文的方式可以采用口頭作文敘述，也可以采用相互探究想法的方式。在口頭作文中，教師利用課前幾分鐘，讓學生隨意闡述，學生可以根據自己的觀察以及對某一事件的看法，發表自己的感受，這樣為提高作文儲備了更豐富的知識儲備，同時調動了學生的口語能力。在探究作文中，教師可以讓學生自行分組討論，根據事先設置好的題目，自己去尋找切入點，將各自的想法相互討論，形成可行的素材，在整理后形成書面作文。教師批改了作文之后，可以選一些優秀的作品，讓大家欣賞作者的思維，課堂上讓學生互相討論，這樣在提升學生思維意識的同時，提高了創造性能力，在口語表達中改善了交際的能力，提高了學生學習語文的綜合能力。第三，提供豐富的教學模式，注重課外教學活動。為了提高中職學生的語文綜合實踐教學水平，加強其口語交際能力，還需要教師采用多形式的教學模式，增強教學手段，注重課外教學活動。例如可以組織一些演講比賽或者是辯論會等形式，教師在課外活動中，帶領學生做好活動規劃，積極引導、認真點評，讓學生在這些活動中學會對語文進行深敲，增強對文字的斟酌和取舍。在恰當的詞句組合中，加強了對語文學習的語感培養，深層次地改善了語文口語交際能力。

3注重方法、讓學生掌握口語交際的技巧

教師在正確的引導下，讓學生掌握正確的口語技巧，可以借助于多媒體，規范口語交際的技巧。培養學生口語交際能力的同時，一方面要加強訓練，另一方面要做好點評。整個教學活動中，教師要抱有嚴謹教學態度，及時發現問題，進行精辟總結，及時糾正，從多個角度分析，做好交際內容、表達方式、情感投入等技巧性的指導，讓學生在口語交際中不斷受益。

4總結

幾何教學論文范文第4篇

關鍵詞:傳統法;交際法;教學模式

專科英語的教學目的是指在有限的教學時內，幫助學生打好語言基礎，同時還要培養和提高學生的語言實際應用能力，并能進行簡單的口頭和書面交流。教學目的的實現需要借助一定教學方法的實施。近些年來，我國開始風行實際法教學，而忽視強調語法知識的傳統教學法，出現顧此失彼的情況。認為只有將二者進行有機結合，相互取長補短，才能搞好英語教學。

一、教學現狀

近幾年，由于招生規模不斷擴大，使英語師資緊張，加之現代化教學設備不足和學生英語水平參差不齊等情況，給英語教學帶來了一定的困難，采用單一、固定的教學法是行不通的。為了研究適合專科英語學習的教學法，對32名學生進行了一次問卷調查(多向選擇)，部分問卷內容如下:

1.你學習英語的近期目標是:a.通過各類英語考試;b.提高口語，聽力水平;c.提高閱讀水平;d.提高寫作水平。

2.你學習英語的遠期目標是:a.與外國人交流;b.出國;。.找好工作;d.熟練掌握英語。

3.你認為學好英語的重要因素是:a.個人有強烈的興趣;b.學習方法得當;。.教師的教學質量;d.能持之以恒。

4.喜歡的教學方法:a.教師講解為主;b.學生自學為主，教師加以輔導;c.學生提出問題，教師加以解答;d.師生共同討論。

5.口頭表達困難的主要原因在于:a.詞語貧乏;b.害怕拼錯;c.平時缺乏訓練;d.不夠流利。

調查發現，在第一題中有68%的學生選擇a，說明大部分學生目前仍有較大的考試壓力;在第二題中有89%的學生選擇了d，看來學生們已經普遍認識到了英語學習在未來的工作和生活中的重要性;在第三題中有85%的學生認為“學好英語的重要因素”是興趣和恒心;在第四題中，b選項占65%，而a選項只占21%，可見以學生為中心，教師進行引導和輔助的教學模式已得到學生的認可;在第五題中，有70%的學生選擇c項，它提醒教師應盡量為學生創造使用語言的機會。從此次問卷可知，學生已經普遍意識到參與課堂教學活動的重要性，并努力嘗試各種學習方法，希望通過學習英語，擴大知識面，增加交流與溝通的機會，提高自身競爭能力。如何幫助學生改進英語學習，提高語言技能，還要從教學方法上人手。

二、教學方法

傳統教學法有助于鞏固英語基礎知識，但不利于激發學生的學習興趣和實際語言技能的形成，容易出現“啞巴”英語。因此，近些年我國的外語教學風行培養學生英語交際能力的交際法教學，逐漸忽略傳統的語法翻譯教學法。事實上，專科院校學生的英語基礎不夠扎實，如果不顧實際地一味追求交際法教學，學生則很難準確理解并進行表達，所謂的交際活動也很難順利進行下去。

下面具體分析一下英語教學法在《實用英語》教材中的應用。根據教材編制，把專科英語課程分為兩個階段進行。

第一階段為基礎階段，側重培養學生掌握基本的語言知識和日常交際能力。學生剛人校時英語基礎較差，主要采用傳統教學法來鞏固基礎知識。隨著學習的深入，逐步過渡到交際法教學，根據實際情況對教學方法進行優化組合，如“語法翻譯教學法”，“情景教學法”和“交際法”等方法的綜合應用，而不是采用單一的教學方法。

第二階段為業務英語階段。它是對第一階段學習的提高，培養學生對科技、經貿、管理等方面的閱讀和翻譯能力，加強學生在涉外業務活動中的交際能力。訓練方式以對話樣例和套用練習為主，采用敢說一說得出~說得流利~說得準確一說得得體的步驟，提高學生的口頭表達能力。

不同的教學階段，不同水平層次的教學對象決定著不同的教學方法。實踐證明，英語教學沒有靈丹妙藥，根本不存在能適用于各種教學環境的固定的教學方法。將傳統教學法和以交際法為代表的新教學法結合起來，才能搞好英語教學。

三、教學模式

在教學實踐中經過不斷研究，結合教育心理學，改進專科英語課堂教學模式，以《實用英語》第一冊第十單元“廣告”(Advertising)一課為例。

1.預習檢查:通過聽寫或提問的方式，檢查學生背誦單詞的情況。

2.課文導人:設置一些問題，使學生的注意力集中到課文內容上。例如:

(1)Whatorledoesadvertisingplayinourlife，

(2)Whathaveyouboughtanythingadvetrised，

(3)Whatbusinessdoyouthinkadvertisingis，

然后教師介紹相關背景知識—廣告的歷史，功能及分類;最后介紹一些英文廣告詞，比如:

(1)ThingsgobetterwithCoca一Cola.

(2)Whenitrains,itpours.-MortonSalt.

(3)Wonderwheertheyelowwent.-Pepsode.

請學生給出相應的中文廣告詞。這些活動可以很快調動學生的積極性，課堂氣氛熱烈。

3.閱讀訓練:讓學生快速閱讀課文并劃分文章段落，用英語概括段落大意，然后由老師總結。

4.課文講解:在詞匯方面，主要對efective,ex-pand,erspond等重點詞語進行講解。在語法結構方面，重點復習虛擬語氣和特殊的反意疑問句。在內容講解上，抓住“anintorductiontoad”和

“thehistoryofad”兩條主線，再分別進行細分:

(1)a.Advetrisingispatrofourdailylives;

b.Advetrisingisabigbusiness;

c.Thepurposeanddeifnition.

(2)a.Advetrisingisveryold;

b.Thedevelopmentofadvertising.

5.角色扮演:將學生分為4-6人的小組，組員分別扮演客戶和廣告公司的職員。先由客戶描述產品，然后公司職員為產品做出宣傳計劃并設計廣告詞。請1-3組進行表演。幫助學生加深對課文內容的理解，鍛煉了學生的應變能力。

6.小組討論:將全班按每組5-8人分組。根據中國在“世界廣告大賽”上選送的幾十部廣告作品竟無一獲獎的現象，討論他們的看法。:

7.雙向提問:教師關于課文內容和語言點提出問題，要求學生總結中心思想或復述課文。然后由學生對教學中的不明之處向教師自由提問。

8.布置作業:布置口頭和書面作業。

幾何教學論文范文第5篇

關鍵詞：納米科學納米技術納米管納米線納米團簇半導體

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

納米科學和技術所涉及的是具有尺寸在1-100納米范圍的結構的制備和表征。在這個領域的研究舉世矚目。例如，美國政府2001財政年度在納米尺度科學上的投入要比2000財政年增長83%，達到5億美金。有兩個主要的理由導致人們對納米尺度結構和器件的興趣的增加。第一個理由是，納米結構（尺度小于20納米）足夠小以至于量子力學效應占主導地位，這導致非經典的行為，譬如，量子限制效應和分立化的能態、庫侖阻塞以及單電子邃穿等。這些現象除引起人們對基礎物理的興趣外，亦給我們帶來全新的器件制備和功能實現的想法和觀念，例如，單電子輸運器件和量子點激光器等。第二個理由是，在半導體工業有器件持續微型化的趨勢。根據“國際半導體技術路向（2001）“雜志，2005年前動態隨機存取存儲器（DRAM）和微處理器（MPU）的特征尺寸預期降到80納米，而MPU中器件的柵長更是預期降到45納米。然而，到2003年在MPU制造中一些不知其解的問題預期就會出現。到2005年類似的問題將預期出現在DRAM的制造過程中。半導體器件特征尺寸的深度縮小不僅要求新型光刻技術保證能使尺度刻的更小，而且要求全新的器件設計和制造方案，因為當MOS器件的尺寸縮小到一定程度時基礎物理極限就會達到。隨著傳統器件尺寸的進一步縮小，量子效應比如載流子邃穿會造成器件漏電流的增加，這是我們不想要的但卻是不可避免的。因此，解決方案將會是制造基于量子效應操作機制的新型器件，以便小物理尺寸對器件功能是有益且必要的而不是有害的。如果我們能夠制造納米尺度的器件，我們肯定會獲益良多。譬如，在電子學上，單電子輸運器件如單電子晶體管、旋轉柵門管以及電子泵給我們帶來諸多的微尺度好處，他們僅僅通過數個而非以往的成千上萬的電子來運作，這導致超低的能量消耗，在功率耗散上也顯著減弱，以及帶來快得多的開關速度。在光電子學上，量子點激光器展現出低閾值電流密度、弱閾值電流溫度依賴以及大的微分增益等優點，其中大微分增益可以產生大的調制帶寬。在傳感器件應用上，納米傳感器和納米探測器能夠測量極其微量的化學和生物分子，而且開啟了細胞內探測的可能性，這將導致生物醫學上迷你型的侵入診斷技術出現。納米尺度量子點的其他器件應用，比如，鐵磁量子點磁記憶器件、量子點自旋過濾器及自旋記憶器等，也已經被提出，可以肯定這些應用會給我們帶來許多潛在的好處。總而言之，無論是從基礎研究（探索基于非經典效應的新物理現象）的觀念出發，還是從應用（受因結構減少空間維度而帶來的優點以及因應半導體器件特征尺寸持續減小而需要這兩個方面的因素驅使）的角度來看，納米結構都是令人極其感興趣的。

II.納米結構的制備———首次浪潮

有兩種制備納米結構的基本方法：build-up和build-down。所謂build-up方法就是將已預制好的納米部件（納米團簇、納米線以及納米管）組裝起來；而build-down方法就是將納米結構直接地淀積在襯底上。前一種方法包含有三個基本步驟：1）納米部件的制備；2）納米部件的整理和篩選；3）納米部件組裝成器件（這可以包括不同的步驟如固定在襯底及電接觸的淀積等等）。“build-up“的優點是個體納米部件的制備成本低以及工藝簡單快捷。有多種方法如氣相合成以及膠體化學合成可以用來制備納米元件。目前，在國內、在香港以及在世界上許多的實驗室里這些方法正在被用來合成不同材料的納米線、納米管以及納米團簇。這些努力已經證明了這些方法的有效性。這些合成方法的主要缺點是材料純潔度較差、材料成份難以控制以及相當大的尺寸和形狀的分布。此外，這些納米結構的合成后工藝再加工相當困難。特別是，如何整理和篩選有著窄尺寸分布的納米元件是一個至關重要的問題，這一問題迄今仍未有解決。盡管存在如上的困難和問題，“build-up“依然是一種能合成大量納米團簇以及納米線、納米管的有效且簡單的方法。可是這些合成的納米結構直到目前為止仍然難以有什么實際應用，這是因為它們缺乏實用所苛求的尺寸、組份以及材料純度方面的要求。而且，因為同樣的原因用這種方法合成的納米結構的功能性質相當差。不過上述方法似乎適宜用來制造傳感器件以及生物和化學探測器，原因是垂直于襯底生長的納米結構適合此類的應用要求。

“Build-down”方法提供了杰出的材料純度控制，而且它的制造機理與現代工業裝置相匹配，換句話說，它是利用廣泛已知的各種外延技術如分子束外延(MBE)、化學氣相淀積（MOVCD）等來進行器件制造的傳統方法。“Build-down”方法的缺點是較高的成本。在“build-down”方法中有幾條不同的技術路徑來制造納米結構。最簡單的一種，也是最早使用的一種是直接在襯底上刻蝕結構來得到量子點或者量子線。另外一種是包括用離子注入來形成納米結構。這兩種技術都要求使用開有小尺寸窗口的光刻版。第三種技術是通過自組裝機制來制造量子點結構。自組裝方法是在晶格失配的材料中自然生長納米尺度的島。在Stranski-Krastanov生長模式中，當材料生長到一定厚度后，二維的逐層生長將轉換成三維的島狀生長，這時量子點就會生成。業已證明基于自組裝量子點的激光器件具有比量子阱激光器更好的性能。量子點器件的飽和材料增益要比相應的量子阱器件大50倍，微分增益也要高3個量級。閾值電流密度低于100A/cm2、室溫輸出功率在瓦特量級（典型的量子阱基激光器的輸出功率是5-50mW）的連續波量子點激光器也已經報道。無論是何種材料系統，量子點激光器件都預期具有低閾值電流密度，這預示目前還要求在大閾值電流條件下才能激射的寬帶系材料如III組氮化物基激光器還有很大的顯著改善其性能的空間。目前這類器件的性能已經接近或達到商業化器件所要求的指標，預期量子點基的此類材料激光器將很快在市場上出現。量子點基光電子器件的進一步改善主要取決于量子點幾何結構的優化。雖然在生長條件上如襯底溫度、生長元素的分氣壓等的變化能夠在一定程度上控制點的尺寸和密度，自組裝量子點還是典型底表現出在大小、密度及位置上的隨機變化，其中僅僅是密度可以粗糙地控制。自組裝量子點在尺寸上的漲落導致它們的光發射的非均勻展寬，因此減弱了使用零維體系制作器件所期望的優點。由于量子點尺寸的統計漲落和位置的隨機變化，一層含有自組裝量子點材料的光致發光譜典型地很寬。在豎直疊立的多層量子點結構中這種譜展寬效應可以被減弱。如果隔離層足夠薄，豎直疊立的多層量子點可典型地展現出豎直對準排列，這可以有效地改善量子點的均勻性。然而，當隔離層薄的時候，在一列量子點中存在載流子的耦合，這將失去因使用零維系統而帶來的優點。怎樣優化量子點的尺寸和隔離層的厚度以便既能獲得好均勻性的量子點又同時保持載流子能夠限制在量子點的個體中對于獲得器件的良好性能是至關重要的。

很清楚納米科學的首次浪潮發生在過去的十年中。在這段時期，研究者已經證明了納米結構的許多嶄新的性質。學者們更進一步征明可以用“build-down”或者“build-up”方法來進行納米結構制造。這些成果向我們展示，如果納米結構能夠大量且廉價地被制造出來，我們必將收獲更多的成果。

在未來的十年中，納米科學和技術的第二次浪潮很可能發生。在這個新的時期，科學家和工程師需要征明納米結構的潛能以及期望功能能夠得到兌現。只有獲得在尺寸、成份、位序以及材料純度上良好可控能力并成功地制造出實用器件才能實現人們對納米器件所期望的功能。因此，納米科學的下次浪潮的關鍵點是納米結構的人為可控性。

III.納米結構尺寸、成份、位序以及密度的控制——第二次浪潮

為了充分發揮量子點的優勢之處，我們必須能夠控制量子點的位置、大小、成份已及密度。其中一個可行的方法是將量子點生長在已經預刻有圖形的襯底上。由于量子點的橫向尺寸要處在10-20納米范圍（或者更小才能避免高激發態子能級效應，如對于GaN材料量子點的橫向尺寸要小于8納米）才能實現室溫工作的光電子器件，在襯底上刻蝕如此小的圖形是一項挑戰性的技術難題。對于單電子晶體管來說，如果它們能在室溫下工作，則要求量子點的直徑要小至1-5納米的范圍。這些微小尺度要求已超過了傳統光刻所能達到的精度極限。有幾項技術可望用于如此的襯底圖形制作。

—電子束光刻通常可以用來制作特征尺度小至50納米的圖形。如果特殊薄膜能夠用作襯底來最小化電子散射問題，那特征尺寸小至2納米的圖形可以制作出來。在電子束光刻中的電子散射因為所謂近鄰干擾效應（proximityeffect）而嚴重影響了光刻的極限精度，這個效應造成制備空間上緊鄰的納米結構的困難。這項技術的主要缺點是相當費時。例如，刻寫一張4英寸的硅片需要時間1小時，這不適宜于大規模工業生產。電子束投影系統如SCALPEL（scatteringwithangularlimitationprojectionelectronlithography）正在發展之中以便使這項技術較適于用于規模生產。目前，耗時和近鄰干擾效應這兩個問題還沒有得到解決。

—聚焦離子束光刻是一種機制上類似于電子束光刻的技術。但不同于電子束光刻的是這種技術并不受在光刻膠中的離子散射以及從襯底來的離子背散射影響。它能刻出特征尺寸細到6納米的圖形，但它也是一種耗時的技術，而且高能離子束可能造成襯底損傷。

—掃描微探針術可以用來劃刻或者氧化襯底表面，甚至可以用來操縱單個原子和分子。最常用的方法是基于材料在探針作用下引入的高度局域化增強的氧化機制的。此項技術已經用來刻劃金屬（Ti和Cr）、半導體（Si和GaAs）以及絕緣材料（Si3N4和silohexanes），還用在LB膜和自聚集分子單膜上。此種方法具有可逆和簡單易行等優點。引入的氧化圖形依賴于實驗條件如掃描速度、樣片偏壓以及環境濕度等。空間分辨率受限于針尖尺寸和形狀（雖然氧化區域典型地小于針尖尺寸）。這項技術已用于制造有序的量子點陣列和單電子晶體管。這項技術的主要缺點是處理速度慢（典型的刻寫速度為1mm/s量級）。然而，最近在原子力顯微術上的技術進展—使用懸臂樑陣列已將掃描速度提高到4mm/s。此項技術的顯著優點是它的杰出的分辨率和能產生任意幾何形狀的圖形能力。但是，是否在刻寫速度上的改善能使它適用于除制造光刻版和原型器件之外的其他目的還有待于觀察。直到目前為止，它是一項能操控單個原子和分子的唯一技術。

—多孔膜作為淀積掩版的技術。多孔膜能用多種光刻術再加腐蝕來制備，它也可以用簡單的陽極氧化方法來制備。鋁膜在酸性腐蝕液中陽極氧化就可以在鋁膜上產生六角密堆的空洞，空洞的尺寸可以控制在5-200nm范圍。制備多孔膜的其他方法是從納米溝道玻璃膜復制。用這項技術已制造出含有細至40nm的空洞的鎢、鉬、鉑以及金膜。

—倍塞（diblock）共聚物圖形制作術是一種基于不同聚合物的混合物能夠產生可控及可重復的相分離機制的技術。目前，經過反應離子刻蝕后，在旋轉涂敷的倍塞共聚物層中產生的圖形已被成功地轉移到Si3N4膜上，圖形中空洞直徑20nm，空洞之間間距40nm。在聚苯乙烯基體中的自組織形成的聚異戊二烯（polyisoprene）或聚丁二烯（polybutadiene）球（或者柱體）可以被臭氧去掉或者通過鋨染色而保留下來。在第一種情況，空洞能夠在氮化硅上產生；在第二種情況，島狀結構能夠產生。目前利用倍塞共聚物光刻技術已制造出GaAs納米結構，結構的側向特征尺寸約為23nm,密度高達1011/cm2。

—與倍塞共聚物圖形制作術緊密相關的一項技術是納米球珠光刻術。此項技術的基本思路是將在旋轉涂敷的球珠膜中形成的圖形轉移到襯底上。各種尺寸的聚合物球珠是商業化的產品。然而，要制作出含有良好有序的小尺寸球珠薄膜也是比較困難的。用球珠單層膜已能制備出特征尺寸約為球珠直徑1/5的三角形圖形。雙層膜納米球珠掩膜版也已被制作出。能夠在金屬、半導體以及絕緣體襯底上使用納米球珠光刻術的能力已得到確認。納米球珠光刻術（納米球珠膜的旋轉涂敷結合反應離子刻蝕）已被用來在一些半導體表面上制造空洞和柱狀體納米結構。

—將圖形從母體版轉移到襯底上的其他光刻技術。幾種所謂“軟光刻“方法，比如復制鑄模法、微接觸印刷法、溶劑輔助鑄模法以及用硬模版浮雕法等已被探索開發。其中微接觸印刷法已被證明只能用來刻制特征尺寸大于100nm的圖形。復制鑄模法的可能優點是ellastometric聚合物可被用來制作成一個戳子，以便可用同一個戳子通過對戳子的機械加壓能夠制作不同側向尺寸的圖形。在溶劑輔助鑄模法和用硬模版浮雕法（或通常稱之為納米壓印術）之間的主要差異是，前者中溶劑被用于軟化聚合物，而后者中軟化聚合物依靠的是溫度變化。溶劑輔助鑄模法的可能優點是不需要加熱。納米壓印術已被證明可用來制作具有容量達400Gb/in2的納米激光光盤，在6英寸硅片上刻制亞100nm分辨的圖形，刻制10nmX40nm面積的長方形，以及在4英寸硅片上進行圖形刻制。除傳統的平面納米壓印光刻法之外，滾軸型納米壓印光刻法也已被提出。在此類技術中溫度被發現是一個關鍵因素。此外，應該選用具有較低的玻璃化轉變溫度的聚合物。為了取得高產，下列因素要解決：

1）大的戳子尺寸

2）高圖形密度戳子

3）低穿刺（lowsticking）

4）壓印溫度和壓力的優化

5）長戳子壽命。

具有低穿刺率的大尺寸戳子已經被制作出來。已有少量研究工作在試圖優化壓印溫度和壓力，但顯然需要進行更多的研究工作才能得到溫度和壓力的優化參數。高圖形密度戳子的制作依然在發展之中。還沒有足夠量的工作來研究戳子的壽命問題。曾有研究報告報道，覆蓋有超薄的特氟隆類薄膜的模板可以用來進行50次的浮刻而不需要中間清洗。報告指出最大的性能退化來自于嵌在戳子和聚合物之間的灰塵顆粒。如果戳子是從ellastometric母版制作出來的，抗穿刺層可能需要使用，而且進行大約5次壓印后需要更換。值得關心的其他可能問題包括鑲嵌的灰塵顆引起的戳子損傷或聚合物中圖形損傷，以及連續壓印之間戳子的清洗需要等。盡管進一步的優化和改良是必需的，但此項技術似乎有希望獲得高生產率。壓印過程包括對準、加熱及冷卻循環等，整個過程所需時間大約20分鐘。使用具有較低玻璃化轉換溫度的聚合物可以縮短加熱和冷卻循環所需時間，因此可以縮短整個壓印過程時間。

IV．納米制造所面對的困難和挑戰

上述每一種用于在襯底上圖形刻制的技術都有其優點和缺點。目前，似乎沒有哪個單一種技術可以用來高產量地刻制納米尺度且任意形狀的圖形。我們可以將圖形刻制的全過程分成下列步驟：

1．在一塊模版上刻寫圖形

2．在過渡性或者功能性材料上復制模版上的圖形

3．轉移在過渡性或者功能性材料上復制的圖形。

很顯然第二步是最具挑戰性的一步。先前描述的各項技術，例如電子束光刻或者掃描微探針光刻技術，已經能夠刻寫非常細小的圖形。然而，這些技術都因相當費時而不適于規模生產。納米壓印術則因可作多片并行處理而可能解決規模生產問題。此項技術似乎很有希望，但是在它能被廣泛應用之前現存的嚴重的材料問題必須加以解決。納米球珠和倍塞共聚物光刻術則提供了將第一步和第二步整合的解決方案。在這些技術中，圖形由球珠的尺寸或者倍塞共聚物的成分來確定。然而，用這兩種光刻術刻寫的納米結構的形狀非常有限。當這些技術被人們看好有很大的希望用來刻寫圖形以便生長出有序的納米量子點陣列時，它們卻完全不適于用來刻制任意形狀和復雜結構的圖形。為了能夠制造出高質量的納米器件，不但必須能夠可靠地將圖形轉移到功能材料上，還必須保證在刻蝕過程中引入最小的損傷。濕法腐蝕技術典型地不產生或者產生最小的損傷，可是濕法腐蝕并不十分適于制備需要陡峭側墻的結構，這是因為在掩模版下一定程度的鉆蝕是不可避免的，而這個鉆蝕決定性地影響微小結構的刻制。另一方面，用干法刻蝕技術，譬如，反應離子刻蝕(RIE)或者電子回旋共振（ECR）刻蝕，在優化條件下可以獲得陡峭的側墻。直到今天大多數刻蝕研究都集中于刻蝕速度以及刻蝕出垂直墻的能力，而關于刻蝕引入損傷的研究嚴重不足。已有研究表明，能在表面下100nm深處探測到刻蝕引入的損傷。當器件中的個別有源區尺寸小于100nm時，如此大的損傷是不能接受的。還有就是因為所有的納米結構都有大的表面-體積比，必須盡可能地減少在納米結構表面或者靠近的任何缺陷。

隨著器件持續微型化的趨勢的發展，普通光刻技術的精度將很快達到它的由光的衍射定律以及材料物理性質所確定的基本物理極限。通過采用深紫外光和相移版，以及修正光學近鄰干擾效應等措施，特征尺寸小至80nm的圖形已能用普通光刻技術制備出。然而不大可能用普通光刻技術再進一步顯著縮小尺寸。采用X光和EUV的光刻技術仍在研發之中，可是發展這些技術遇到在光刻膠以及模版制備上的諸多困難。目前來看，雖然也有一些具挑戰性的問題需要解決，特別是需要克服電子束散射以及相關聯的近鄰干擾效應問題，但投影式電子束光刻似乎是有希望的一種技術。掃描微探針技術提供了能分辨單個原子或分子的無可匹敵的精度，可是此項技術卻有固有的慢速度，目前還不清楚通過給它加裝陣列懸臂樑能否使它達到可以接受的刻寫速度。利用轉移在自組裝薄膜中形成的圖形的技術，例如倍塞共聚物以及納米球珠刻寫技術則提供了實現成本不是那么昂貴的大面積圖形刻寫的一種可能途徑。然而，在這種方式下形成的圖形僅局限于點狀或者柱狀圖形。對于制造相對簡單的器件而言，此類技術是足夠用的，但并不能解決微電子工業所面對的問題。需要將圖形從一張模版復制到聚合物膜上的各種所謂“軟光刻“方法提供了一種并行刻寫的技術途徑。模版可以用其他慢寫技術來刻制，然后在模版上的圖形可以通過要么熱輔助要么溶液輔助的壓印法來復制。同一塊模版可以用來刻寫多塊襯底，而且不像那些依賴化學自組裝圖形形成機制的方法，它可以用來刻制任意形狀的圖形。然而，要想獲得高生產率，某些技術問題如穿刺及因灰塵導致的損傷等問題需要加以解決。對一個理想的納米刻寫技術而言，它的運行和維修成本應該低，它應具備可靠地制備尺寸小但密度高的納米結構的能力，還應有在非平面上刻制圖形的能力以及制備三維結構的功能。此外，它也應能夠做高速并行操作，而且引入的缺陷密度要低。然而時至今日，仍然沒有任何一項能制作亞100nm圖形的單項技術能同時滿足上述所有條件。現在還難說是否上述技術中的一種或者它們的某種組合會取代傳統的光刻技術。究竟是現有刻寫技術的組合還是一種全新的技術會成為最終的納米刻寫技術還有待于觀察。

另一項挑戰是，為了更新我們關于納米結構的認識和知識，有必要改善現有的表征技術或者發展一種新技術能夠用來表征單個納米尺度物體。由于自組裝量子點在尺寸上的自然漲落，可信地表征單個納米結構的能力對于研究這些結構的物理性質是絕對至關重要的。目前表征單個納米結構的能力非常有限。譬如，沒有一種結構表征工具能夠用來確定一個納米結構的表面結構到0.1À的精度或者更佳。透射電子顯微術(TEM)能夠用來研究一個晶體結構的內部情況，但是它不能提供有關表面以及靠近表面的原子排列情況的信息。掃描隧道顯微術（STM）和原子力顯微術（AFM）能夠給出表面某區域的形貌，但它們并不能提供定量結構信息好到能仔細理解表面性質所要求的精度。當近場光學方法能夠給出局部區域光譜信息時，它們能給出的關于局部雜質濃度的信息則很有限。除非目前用來表征表面和體材料的技術能夠擴展到能夠用來研究單個納米體的表面和內部情況，否則能夠得到的有關納米結構的所有重要結構和組份的定量信息非常有限。

V.展望