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數(shù)學(xué)科技論文范文第1篇

設(shè)計主要針對基礎(chǔ)教育課程改革背景和教師專業(yè)發(fā)展的課程內(nèi)容體系，包括學(xué)科教育理論、新課程、學(xué)科教育研究三個模塊。各模塊具體內(nèi)容如下:學(xué)科教育理論模塊包括學(xué)科教學(xué)理論、學(xué)科課程理論、學(xué)科學(xué)習(xí)理論;新課程模塊包括課程標(biāo)準(zhǔn)解讀、新課程典型課例分析———兼談新課程學(xué)科教學(xué)設(shè)計、新課程專題研究;學(xué)科教育研究模塊包括教育研究的基本方法、學(xué)科教育研究簡介、優(yōu)秀學(xué)科教育研究介紹、教育論文寫作。這三個模塊分別承擔(dān)著不同的課程功能。

其中，學(xué)科教育理論實現(xiàn)在職教師理論素養(yǎng)的提高，學(xué)習(xí)本學(xué)科領(lǐng)域的教學(xué)理論、課程理論和學(xué)習(xí)理論;新課程模塊針對基礎(chǔ)教育課程改革對教師提出的新要求而設(shè)計，旨在使教師領(lǐng)會新課程標(biāo)準(zhǔn)中蘊涵的課改理念，提升相應(yīng)的學(xué)科教學(xué)設(shè)計能力，“新課程專題研究”環(huán)節(jié)依據(jù)新課程中增設(shè)的學(xué)科專題開設(shè)，幫助教師解決在新增學(xué)科內(nèi)容方面帶來的困難;學(xué)科教育研究是在職教師普遍感到困難的薄弱環(huán)節(jié)，也是制約教師專業(yè)發(fā)展的瓶頸問題，在經(jīng)過大學(xué)階段的專業(yè)學(xué)習(xí)以及多年教學(xué)實踐的磨練后，這一環(huán)節(jié)的具體內(nèi)容設(shè)計對有效教學(xué)將起到極大的專業(yè)提升和引領(lǐng)作用。

職后高師“學(xué)科教學(xué)論”的課程內(nèi)容設(shè)置應(yīng)遵循以下幾條原則:貼近時代脈搏，體現(xiàn)新課程要求職后高師“學(xué)科教學(xué)論”的課程內(nèi)容設(shè)置必須敏感于時代對課程培養(yǎng)目標(biāo)的要求，也就是要“與時俱進”。在目前基礎(chǔ)教育課程改革背景下，就是要關(guān)注新課程、反映新課程、體現(xiàn)新課程。關(guān)注學(xué)習(xí)者，突出職后特點任何課程設(shè)計如果脫離學(xué)習(xí)者的具體特點，都很難較好地實現(xiàn)課程內(nèi)容的適切性。教師學(xué)習(xí)是成人學(xué)習(xí)的一種，既有成人學(xué)習(xí)的一般共性，又有教師學(xué)習(xí)的專業(yè)特性。因此，在課程內(nèi)容選擇、呈現(xiàn)方式、評價以及教與學(xué)的方式等諸多方面都應(yīng)對此特點做出回應(yīng)。重難攻堅，把握教師專業(yè)化發(fā)展薄弱環(huán)節(jié)職后學(xué)習(xí)作為教師繼續(xù)教育諸多形式中的一種，必須依據(jù)教師專業(yè)化發(fā)展的特點和規(guī)律，針對薄弱環(huán)節(jié)，設(shè)計、選擇、實施學(xué)科教學(xué)論課程，把握教師職業(yè)發(fā)展進程中的關(guān)鍵要素，在課程內(nèi)容選擇和設(shè)計上，為教師的職后學(xué)習(xí)搭建適宜平臺，很好地起到專業(yè)提升與引領(lǐng)作用。

在前面的論述中，我們針對職后社會需求的變化和教育對象的發(fā)展特征分析，設(shè)計了主要針對新課程和教師專業(yè)發(fā)展的課程內(nèi)容體系，包括學(xué)科教育理論、新課程、學(xué)科教育研究共三個模塊。在數(shù)學(xué)學(xué)科中，結(jié)合學(xué)科具體特點，設(shè)計各模塊的具體內(nèi)容如下:

模塊一。數(shù)學(xué)教育理論，含三個分支，分支一數(shù)學(xué)教育基本理論:一般教育理論對數(shù)學(xué)教育的影響;弗賴登塔爾的數(shù)學(xué)教育理論;波利亞的解題理論;建構(gòu)主義的數(shù)學(xué)教育理論;“目標(biāo)教學(xué)”理論與中國高考;中國的“雙基”數(shù)學(xué)教育。分支二數(shù)學(xué)課程理論:課程的基本概念;數(shù)學(xué)課程理論研究概說;古代外國數(shù)學(xué)課程概況;中國古代數(shù)學(xué)課程概況與突出成就;歐洲數(shù)學(xué)課程的發(fā)展;中國近現(xiàn)代中學(xué)數(shù)學(xué)課程的演變。分支三數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)理論:“學(xué)習(xí)”與“數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)”概說;基于行為主義的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)理論;基于認知主義的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)理論;基于人本主義的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)理論;基于建構(gòu)主義的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)理論。

數(shù)學(xué)科技論文范文第2篇

難道我們還不應(yīng)該反思我們當(dāng)前的信息技術(shù)學(xué)科的教學(xué)出現(xiàn)了什么問題并有針對性地化解這些問題？

第一個原因就是計算機已由神秘事物變成一件“家用電器”，學(xué)生對計算機的新鮮感逐漸降低?？偟膩碚f，在二十一世紀之前，計算機通常還是昂貴的代名詞，往往學(xué)生在接觸信息技術(shù)學(xué)科以前幾乎沒使用過計算機，計算機對于學(xué)生來說還是一個令他們陌生，感到神秘的新鮮事物，學(xué)生對于學(xué)習(xí)計算機充滿了好奇心，那時的計算機課成為學(xué)生神往的一門課，條件雖差但學(xué)得很認真，課堂紀律好。但二十一世紀以來，隨著社會經(jīng)濟的進一步發(fā)展和人民生活水平的提高，計算機走下“神壇”，在社會和家庭日益普及，學(xué)生對計算機的新鮮感逐漸降低，現(xiàn)在不少學(xué)生在學(xué)習(xí)信息技術(shù)學(xué)科之前已經(jīng)玩了多年電腦，電腦用的早的甚至可以追溯到幼兒時期。按照人的認知原理，在計算機日漸普及的年代，“計算機”已不是他們頭腦中的新鮮事物，因此也不再是學(xué)生學(xué)習(xí)信息技術(shù)課的腦神經(jīng)刺激源，學(xué)生學(xué)習(xí)信息技術(shù)課的主觀能動性在無形中消失了，不少學(xué)生幾乎不聽信息技術(shù)學(xué)科的理論課，而去做其它學(xué)科作業(yè)、看課外書、聽MP3、做小動作等，只是等到上機課的時候才會向機房 “發(fā)起沖鋒”，但其主觀上是還去玩游戲、聊天、上網(wǎng)等等，信息技術(shù)課學(xué)科老師對信息技術(shù)課的教學(xué)感到很是無奈。

其次就是教學(xué)內(nèi)容重復(fù)單一，知識老化，跟不上時代步伐。當(dāng)今的信息技術(shù)課，比較一下從小學(xué)到初中再到高中的教材，就可以發(fā)現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容幾乎是重復(fù)單一，知識老化，缺乏創(chuàng)新，還在重復(fù)地學(xué)習(xí)：計算機發(fā)展史、計算機組成、Window98、“文件的復(fù)制、移動、刪除、更名、建立文件夾”、Word97或Word 2000等，軟件版本和知識體例遠遠不能反映近一、兩年計算機的發(fā)展情況。教材再怎么不好也比沒有教材好，老師不能不用，但往往照本宣科，無奈地按教材內(nèi)容授課，學(xué)生學(xué)得乏味?？梢哉f，高中信息技術(shù)課的教學(xué)是最是無奈的一件事了?，F(xiàn)在試作如下比較：小學(xué)的信息技術(shù)課教學(xué)強調(diào)動手、淡化理論，小學(xué)生未知的東西較多，所以對信息技術(shù)課還是比較有興趣的。初中的信息技術(shù)課，開始對學(xué)生理論知識和動手操作都有要求，由于學(xué)生年齡不大，比較聽話，課堂紀律也不錯，也比較好按教材教學(xué)，但教育資源分配不均，一些學(xué)校機房設(shè)備落后，教學(xué)效果其實是難以保證的。對于高中的信息技術(shù)課來說，高一新生的現(xiàn)狀基本上是這樣的：學(xué)生大多是見過或用過計算機，較多學(xué)生有上網(wǎng)或用電腦的經(jīng)歷，計算機已不是他們心目中的新鮮事物，到了高一再來重復(fù)學(xué)習(xí)過去基本上學(xué)過、聽過的信息技術(shù)內(nèi)容就比較反感，他們自認為只要能到機房上網(wǎng)就可以了，教材上的內(nèi)容已經(jīng)沒有多大的意思了。但事實上，往往他們對計算機知識是一知半解，也有很多誤解和無知，但卻自以為是，并養(yǎng)成了一些不良的計算機操作習(xí)慣。由于高中信息技術(shù)教材缺乏新穎性、時效性，高中信息技術(shù)教材的內(nèi)容被學(xué)生認為是最沒有意思的東西，因而理論課也就成了 “沒有意思”的課了。

第三個原因就是信息技術(shù)教師的教學(xué)方法古板，死守教材，缺乏靈活性、創(chuàng)新性和時代性。我們信息技術(shù)教師不妨進行如下自我反思，高中信息技術(shù)教學(xué)是這樣的一個現(xiàn)狀：教師常常對可引入教學(xué)的時代元素缺少挖掘，對教材內(nèi)容缺乏推陳出新和全局安排，沒有站在學(xué)生的角度去考慮你所教的東西到底對學(xué)生有什么用處，對于所教學(xué)生的總體情況和心理特征缺乏了解和研究，教學(xué)就是被動地授課，課堂語言沒有誘導(dǎo)性設(shè)計，所講內(nèi)容沒有發(fā)散性、延展性和反映計算機最新發(fā)展成果的時效性，甚至連教師自己授課的精力都不充沛。試想，這么枯燥的信息技術(shù)教學(xué)方式又怎能激發(fā)起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣呢？

第四個原因就是教育行政主管部門和學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)對信息技術(shù)學(xué)科重視不夠。一是對信息技術(shù)教師缺乏人文關(guān)懷和業(yè)績激勵機制及科研創(chuàng)新獎勵機制。學(xué)校未能出資鼓勵他們對學(xué)生開展興趣培養(yǎng)，未能支助他們指導(dǎo)學(xué)生參加計算機應(yīng)用水平或技能的培訓(xùn)、競賽，未能開展教師多媒體課件水平競技比賽，未能發(fā)揮計算機教師的專長向校園網(wǎng)提供為其他學(xué)科制作的公用課件和便于拿來就播的理化生實驗動畫元件和人文學(xué)科的音視頻合成動畫元素，未能建立起信息技術(shù)教師的業(yè)績競爭機制去激勵信息技術(shù)教師對業(yè)務(wù)進行科研和教學(xué)研究。二是不重視硬件投入，缺乏必要的資金用于設(shè)備維護和硬件升級。不少學(xué)校機房的現(xiàn)狀是：計算機數(shù)量不夠，配置落后（計算機機房設(shè)施往往比主流配置平均晚五年左右），計算機運行又慢又卡，硬件的投入應(yīng)該引起教育行政部門和學(xué)校的重視?，F(xiàn)在頻頻出現(xiàn)上機課學(xué)生逃課的現(xiàn)象，有學(xué)生認為理論課沒意思，上機課機子（計算機）又不夠，就算有機子又不能流暢運行，操作快一點話就卡了。一些學(xué)生就干脆不去機房，呆在教室里干別的事，對信息技術(shù)課很是失望，覺得信息技術(shù)課可有可無。

信息技術(shù)學(xué)科應(yīng)如何走出死胡同，如何讓信息技術(shù)課煥然一新？這是擺在大家面前的一件大事，新時代的信息技術(shù)學(xué)科及教學(xué)應(yīng)該具有什么樣的特征、采用什么方法呢？我們不妨嘗試作如下設(shè)想。

第一、從小學(xué)到高中的信息技術(shù)學(xué)科的教材有發(fā)展性、整體性、時效性，是經(jīng)過總體

規(guī)劃形成的激發(fā)科學(xué)創(chuàng)新的認知體系。建議出版社至少每兩年對教材進行一次修訂，作一些新的增補和必要的刪除及勘誤。信息技術(shù)學(xué)科大致分為記憶理解類和手動操作類兩類知識。教材應(yīng)對記憶理解類知識建立單獨的學(xué)習(xí)框題，但不同階段的教材的用語要符合不同階段的學(xué)生，力求準(zhǔn)確無誤。比如：計算機應(yīng)用?發(fā)展?組成、文件擴展名與文件類型、文件名通配符、同名文件相關(guān)知識、剪貼板作用與特點、算法設(shè)計、各個編程語句和函數(shù)的用法等，是理解認識類；有的直接記，有的要理解，教材的講解就不能含糊不周，應(yīng)作到科學(xué)準(zhǔn)確。手動操作類知識，如：鍵盤指法、鼠標(biāo)操作、Windows窗口操作、文件操作、制作Word電子小報、電腦繪畫、編輯程序上機調(diào)試等，教材應(yīng)根據(jù)學(xué)生年齡特點以任務(wù)驅(qū)動方式引導(dǎo)學(xué)生動手實踐，引導(dǎo)學(xué)生采用多種方法去完成同一任務(wù)，并對各項任務(wù)的基本的、常用的操作方法和操作過程進行必要的小結(jié)。電腦操作中常有一些沒寫入教材中的小技巧，教材也可以鼓勵學(xué)生查閱電腦報刊雜志或上網(wǎng)搜索，開展信息技術(shù)的探究性學(xué)習(xí)活動。第二、學(xué)校重視信息技術(shù)學(xué)科的地位，注意發(fā)揮信息技術(shù)教師的作用，保障對信息技術(shù)學(xué)科的投入。學(xué)校不應(yīng)只抓升學(xué)科目，而要實施素質(zhì)教育，用信息技術(shù)的工具性、發(fā)散性、時代性培養(yǎng)學(xué)生的探索精神、創(chuàng)新精神，并鼓勵信息技術(shù)教師指導(dǎo)學(xué)生參加計算機水平技能培訓(xùn)/競賽和信息教師開展計算機多媒體軟件/課件制作水平競賽，或給信息技術(shù)教研組一些有償?shù)捻椖咳プ?，如：維護校內(nèi)計算機，開發(fā)一些校內(nèi)實用軟件，幫助其它學(xué)科制作課件和動畫元件，建立校本資源庫等等，獎勵對學(xué)校有貢獻、創(chuàng)新有實績的信息技術(shù)教師。學(xué)校應(yīng)改善信息技術(shù)教師的待遇，提高他們的工作積極性，促進他們主觀上改進教學(xué)方法，提高授課水平。

第三、信息技術(shù)教師自身提高了對信息技術(shù)課的認識，勇于對信息技術(shù)學(xué)科的教學(xué)方法進行改革。根據(jù)本人的研究，信息技術(shù)教師應(yīng)具備如下三個要求：

1、精研專業(yè)，通備教材。這就是要不斷充實新的知識和技能，專業(yè)水平要與時俱進，不吃老本，要對教材拉通備課，抓住教材知識體系，看到教材的優(yōu)點與不足，對教材講述的不完善、落后和疏漏進行合理地修訂和增補。

2、分析學(xué)生，了解學(xué)生，根據(jù)情況設(shè)計教學(xué)。搞清楚什么是學(xué)生普遍知道的？什么是一知半解的？什么是第一次接觸的？等等。教師只需問一問，學(xué)生普遍知道的就由學(xué)生完整地講出來，教師用重復(fù)學(xué)生的話來表示知識點通過，比如鼠標(biāo)的操作。學(xué)生一知半解但認識不清的，一種就是多讓學(xué)生來談，也許將多個學(xué)生的認識和觀點歸納起來就完整了，比如改變窗口大小的操作，復(fù)制文件的操作。另一種就是學(xué)生經(jīng)多次還言而不清、言而不盡的由教師就把這個“秘密”公布出來，提醒學(xué)生要搞清楚，比如，文件擴展名有關(guān)知識及重要性（Windows系統(tǒng)為什么要默認隱藏已知類型文件擴展名等）。對于學(xué)生第一次要接觸的知識，教師要學(xué)會從其它學(xué)科或生活中發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)素材或知識基礎(chǔ)。比如：循環(huán)結(jié)構(gòu)的程序設(shè)計，為什么要學(xué)它，有什么好處，可從數(shù)學(xué)中找一些指數(shù)函數(shù)、數(shù)列等經(jīng)典習(xí)題來引入，并隨著學(xué)習(xí)的深入逐漸解決它。如：高斯的神算、病毒的繁殖、印度國王的棋盤、趣味作圖等等。

3、豐富教學(xué)語言，創(chuàng)建情境教學(xué)，打造“活”的信息課堂。“情境教學(xué)”本是英語情境會話教學(xué)的簡稱，但我認為，信息技術(shù)學(xué)科也必須借鑒英語的情境教學(xué)方法，努力在課堂教學(xué)中創(chuàng)設(shè)信息技術(shù)學(xué)科必備知識的學(xué)習(xí)情境與氛圍，全力打造靈動的信息技術(shù)學(xué)科教學(xué)，讓課堂活起來。下面以事例對比說明我的這個思想。

比如，以文件復(fù)制的教學(xué)為例，我們來對比分析一下傳統(tǒng)教學(xué)與情境教學(xué)的區(qū)別。

“同學(xué)們，我們今天的學(xué)習(xí)的內(nèi)容是文件的復(fù)制，這是必考的內(nèi)容，大家要認真去學(xué)哈，那么什么是文件的復(fù)制呢？或者文件復(fù)制的作用是什么呢？我們來看，教材上這樣說的……”?！敖酉聛恚覀冊賮韺W(xué)習(xí)文件復(fù)制的方法，文件復(fù)制的方法大致有菜單法、工具按鈕法、鼠標(biāo)右鍵快捷菜單法、快捷鍵法和鼠標(biāo)拖動法（還一邊說一邊在黑板上寫操作方法分類），我們將分別學(xué)習(xí)。現(xiàn)在先來學(xué)習(xí)菜單法，請大家認真聽，作好筆記……”——這就是傳統(tǒng)教學(xué)模式，看似沒有什么錯誤，內(nèi)容到位，態(tài)度也很認真，但其實是有問題的，該教學(xué)沒有創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境，沒有以學(xué)生為主體，學(xué)生根本沒有興趣聽下去。

“同學(xué)們，你們好多同學(xué)有了MP3、MP4、音樂手機了，有的家里還有數(shù)碼相機等。其實他們對于電腦來說都是一樣的，你們知識嗎？”學(xué)生一下就有了精神。個別學(xué)生在竊竊私語：“U盤”。教師馬上抓住并放大聲音說出來：“對，U盤，即Usb存儲器”。教師問：“你們通過電腦向這些數(shù)碼產(chǎn)品里面存些照片、音樂、電子書、電影等文件，用了些什么方法？這種操作在計算機里叫什么？”然后，教學(xué)按前面本人所講的方法，對一知半解或知而不全的，在教師的引導(dǎo)下，喚起學(xué)生自己對復(fù)制文件情境的回憶，教師激勵學(xué)生站起來交流操作“經(jīng)驗”，體會在同學(xué)面前貢獻經(jīng)驗的成功感，教師主要作歸納總結(jié)，對講的正確方法進行表揚，不足或不夠的繼續(xù)鼓勵其他學(xué)生再補充。如果學(xué)生再也說不出來了但知識、技能還有沒講完整的，教師可以故作神秘，比如：作悄悄狀地說：“這個秘密，一般人我不輕意告訴他，快用筆記下來”?！@就是情境教學(xué)法。信息技術(shù)情境教學(xué)法要根據(jù)學(xué)生現(xiàn)狀，站在學(xué)生的“實用主義”角度，從學(xué)生身邊的事物說起，以學(xué)生生活經(jīng)驗創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)情境，讓學(xué)生感到這個內(nèi)容確實有用武之地。教師積極引導(dǎo)，學(xué)生自主交流，充分利用學(xué)生的“表現(xiàn)欲”由學(xué)生完成知識的歸集，不足的和遺漏的再由教師“隆重”揭秘，而不是傳統(tǒng)教法的由教師一個人唱獨角戲，事無巨細，把學(xué)生灌得頭昏腦脹。

數(shù)學(xué)科技論文范文第3篇

接觸科技創(chuàng)新項目“超高分子量聚乙烯基公路護欄材料及結(jié)構(gòu)的力學(xué)評估”初期，學(xué)生認為對于非本專業(yè)的項目不會得出理想的創(chuàng)新成果，不是很有信心能完成此項目。正是由于此原因，在準(zhǔn)備方案時，學(xué)生能夠花費大量的時間和精力查閱相關(guān)資料、調(diào)研、準(zhǔn)備方案。積極主動地收集工程實際問題相關(guān)資料，反復(fù)進行研究，開討論會，最終能夠結(jié)合工程實際提出較為理想的試驗方案。舉例如下，方案：把相同的兩行波改為兩邊高中間低的三行波。雖然波形結(jié)構(gòu)已經(jīng)能很好地起到緩沖的作用，不過二次緩沖應(yīng)該會更有效果。如果一層波沒有完全奏效的話，再使用二層波去進行緩沖，可以更好地保證車輛的安全。兩行一層波可相當(dāng)于現(xiàn)在通用的波形結(jié)構(gòu)，當(dāng)它們沒能阻止車輛的撞擊時，新加的二層波就可以發(fā)揮它的作用。另外，因為波和波并不是一體，而是相互連接起來的，所以當(dāng)一層波受損而二層波完好時，可以只更換一層波，盡量節(jié)約資源。此外，該方案還考慮了附加的“二級緩沖”波的方向問題（上頁圖為外凸，內(nèi)凹型在下面ansys建模時會提到），將內(nèi)凹與外凸效果與原結(jié)構(gòu)進行比較。（后面的支撐柱，只是憑借“三角形最穩(wěn)定”而加上的，不過會用到更多的材料。）

由于學(xué)生意識到自己工科背景知識的不足，所以在準(zhǔn)備方案時，為保證能夠獲得理想的試驗結(jié)果，學(xué)生積極思考，充分調(diào)動積極性，設(shè)計了多種用于對比研究的護欄截面用于Ansys的計算指導(dǎo)中，然后通過對比來討論各種方案的優(yōu)缺點。在數(shù)值模擬分析方面，學(xué)生發(fā)揮了數(shù)學(xué)專業(yè)的優(yōu)勢，能夠較為全面、迅速地進行模擬分析。在分析緩沖吸能特性方面，能夠不受常規(guī)工科思維模式的限制，從側(cè)面分析所設(shè)計的護欄結(jié)構(gòu)的緩沖吸能特性。比如，從沖擊物的沖擊速度與時間的關(guān)系、沖擊物的沖擊加速度與時間的關(guān)系、沖擊物的最大位移、最大沖擊力；被沖擊物（護欄）的沖擊速度與時間的關(guān)系、被沖擊物（護欄）沖擊加速度與時間的關(guān)系、被沖擊物（護欄）最大位移等方面來反映所設(shè)計的護欄結(jié)構(gòu)的緩沖吸能特性，獲得理論分析與ansys模擬分析結(jié)果較為吻合的結(jié)論。通過模擬分析結(jié)果確定最佳方案，學(xué)生根據(jù)試驗結(jié)果可以得出理論分析和模擬結(jié)果相結(jié)合而得出來的分析結(jié)論。在項目實施過程中，學(xué)生完成了一個與工程相關(guān)的項目從查閱資料、實踐調(diào)研，綜合分析，直至提出最終解決方案的全過程。對于具有工程背景的項目如何著手進行研究有了很好的鍛煉。另一方面突顯較強的分析能力，體現(xiàn)了數(shù)學(xué)專業(yè)學(xué)生對于力學(xué)的數(shù)值模擬計算與分析能力的優(yōu)勢。學(xué)生能夠從純數(shù)學(xué)理論研究過渡到結(jié)合相關(guān)文獻、市場調(diào)研和所學(xué)理論對工程實際問題進行分析。能夠提出問題、分析問題和解決問題。經(jīng)過這一階段的學(xué)習(xí)，學(xué)生對于自己所要解決的問題產(chǎn)生了濃厚的興趣與信心。

二、數(shù)學(xué)專業(yè)的學(xué)生實施本項目時的劣勢

數(shù)學(xué)科技論文范文第4篇

關(guān)鍵詞：納米科學(xué)納米技術(shù)納米管納米線納米團簇半導(dǎo)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(xué)和技術(shù)所涉及的是具有尺寸在1-100納米范圍的結(jié)構(gòu)的制備和表征。在這個領(lǐng)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(xué)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(dǎo)致人們對納米尺度結(jié)構(gòu)和器件的興趣的增加。第一個理由是，納米結(jié)構(gòu)（尺度小于20納米）足夠小以至于量子力學(xué)效應(yīng)占主導(dǎo)地位，這導(dǎo)致非經(jīng)典的行為，譬如，量子限制效應(yīng)和分立化的能態(tài)、庫侖阻塞以及單電子邃穿等。這些現(xiàn)象除引起人們對基礎(chǔ)物理的興趣外，亦給我們帶來全新的器件制備和功能實現(xiàn)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(dǎo)體工業(yè)有器件持續(xù)微型化的趨勢。根據(jù)“國際半導(dǎo)體技術(shù)路向（2001）“雜志，2005年前動態(tài)隨機存取存儲器（DRAM）和微處理器（MPU）的特征尺寸預(yù)期降到80納米，而MPU中器件的柵長更是預(yù)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(yù)期就會出現(xiàn)。到2005年類似的問題將預(yù)期出現(xiàn)在DRAM的制造過程中。半導(dǎo)體器件特征尺寸的深度縮小不僅要求新型光刻技術(shù)保證能使尺度刻的更小，而且要求全新的器件設(shè)計和制造方案，因為當(dāng)MOS器件的尺寸縮小到一定程度時基礎(chǔ)物理極限就會達到。隨著傳統(tǒng)器件尺寸的進一步縮小，量子效應(yīng)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(yīng)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(xué)上，單電子輸運器件如單電子晶體管、旋轉(zhuǎn)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(shù)個而非以往的成千上萬的電子來運作，這導(dǎo)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(guān)速度。在光電子學(xué)上，量子點激光器展現(xiàn)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(yōu)點，其中大微分增益可以產(chǎn)生大的調(diào)制帶寬。在傳感器件應(yīng)用上，納米傳感器和納米探測器能夠測量極其微量的化學(xué)和生物分子，而且開啟了細胞內(nèi)探測的可能性，這將導(dǎo)致生物醫(yī)學(xué)上迷你型的侵入診斷技術(shù)出現(xiàn)。納米尺度量子點的其他器件應(yīng)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(jīng)被提出，可以肯定這些應(yīng)用會給我們帶來許多潛在的好處。總而言之，無論是從基礎(chǔ)研究（探索基于非經(jīng)典效應(yīng)的新物理現(xiàn)象）的觀念出發(fā)，還是從應(yīng)用（受因結(jié)構(gòu)減少空間維度而帶來的優(yōu)點以及因應(yīng)半導(dǎo)體器件特征尺寸持續(xù)減小而需要這兩個方面的因素驅(qū)使）的角度來看，納米結(jié)構(gòu)都是令人極其感興趣的。

II.納米結(jié)構(gòu)的制備———首次浪潮

有兩種制備納米結(jié)構(gòu)的基本方法：build-up和build-down。所謂build-up方法就是將已預(yù)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(jié)構(gòu)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）?！癰uild-up“的優(yōu)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(xué)合成可以用來制備納米元件。目前，在國內(nèi)、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(jīng)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(dāng)大的尺寸和形狀的分布。此外，這些納米結(jié)構(gòu)的合成后工藝再加工相當(dāng)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(guān)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?？墒沁@些合成的納米結(jié)構(gòu)直到目前為止仍然難以有什么實際應(yīng)用，這是因為它們?nèi)狈嵱盟燎蟮某叽纭⒔M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(jié)構(gòu)的功能性質(zhì)相當(dāng)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(xué)探測器，原因是垂直于襯底生長的納米結(jié)構(gòu)適合此類的應(yīng)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(xiàn)代工業(yè)裝置相匹配，換句話說，它是利用廣泛已知的各種外延技術(shù)如分子束外延(MBE)、化學(xué)氣相淀積（MOVCD）等來進行器件制造的傳統(tǒng)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(shù)路徑來制造納米結(jié)構(gòu)。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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)。這兩種技術(shù)都要求使用開有小尺寸窗口的光刻版。第三種技術(shù)是通過自組裝機制來制造量子點結(jié)構(gòu)。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(dāng)材料生長到一定厚度后，二維的逐層生長將轉(zhuǎn)換成三維的島狀生長，這時量子點就會生成。業(yè)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(yīng)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(xù)波量子點激光器也已經(jīng)報道。無論是何種材料系統(tǒng)，量子點激光器件都預(yù)期具有低閾值電流密度，這預(yù)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(jīng)接近或達到商業(yè)化器件所要求的指標(biāo)，預(yù)期量子點基的此類材料激光器將很快在市場上出現(xiàn)。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(jié)構(gòu)的優(yōu)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(xiàn)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(dǎo)致它們的光發(fā)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(yōu)點。由于量子點尺寸的統(tǒng)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(fā)光譜典型地很寬。在豎直疊立的多層量子點結(jié)構(gòu)中這種譜展寬效應(yīng)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(xiàn)出豎直對準(zhǔn)排列，這可以有效地改善量子點的均勻性。然而，當(dāng)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(tǒng)而帶來的優(yōu)點。怎樣優(yōu)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(guān)重要的。

很清楚納米科學(xué)的首次浪潮發(fā)生在過去的十年中。在這段時期，研究者已經(jīng)證明了納米結(jié)構(gòu)的許多嶄新的性質(zhì)。學(xué)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(jié)構(gòu)制造。這些成果向我們展示，如果納米結(jié)構(gòu)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(xué)和技術(shù)的第二次浪潮很可能發(fā)生。在這個新的時期，科學(xué)家和工程師需要征明納米結(jié)構(gòu)的潛能以及期望功能能夠得到兌現(xiàn)。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(xiàn)人們對納米器件所期望的功能。因此，納米科學(xué)的下次浪潮的關(guān)鍵點是納米結(jié)構(gòu)的人為可控性。

III.納米結(jié)構(gòu)尺寸、成份、位序以及密度的控制——第二次浪潮

為了充分發(fā)揮量子點的優(yōu)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(jīng)預(yù)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(fā)態(tài)子能級效應(yīng)，如對于GaN材料量子點的橫向尺寸要小于8納米）才能實現(xiàn)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(zhàn)性的技術(shù)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(tǒng)光刻所能達到的精度極限。有幾項技術(shù)可望用于如此的襯底圖形制作。

—電子束光刻通?？梢杂脕碇谱魈卣鞒叨刃≈?0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(yīng)（proximityeffect）而嚴重影響了光刻的極限精度，這個效應(yīng)造成制備空間上緊鄰的納米結(jié)構(gòu)的困難。這項技術(shù)的主要缺點是相當(dāng)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(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。電子束投影系統(tǒng)如SCALPEL（scatteringwithangularlimitationprojectionelectronlithography）正在發(fā)展之中以便使這項技術(shù)較適于用于規(guī)模生產(chǎn)。目前，耗時和近鄰干擾效應(yīng)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(shù)。但不同于電子束光刻的是這種技術(shù)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(shù)，而且高能離子束可能造成襯底損傷。

—掃描微探針術(shù)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(shù)已經(jīng)用來刻劃金屬（Ti和Cr）、半導(dǎo)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(yōu)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(huán)境濕度等。空間分辨率受限于針尖尺寸和形狀（雖然氧化區(qū)域典型地小于針尖尺寸）。這項技術(shù)已用于制造有序的量子點陣列和單電子晶體管。這項技術(shù)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(shù)上的技術(shù)進展—使用懸臂樑陣列已將掃描速度提高到4mm/s。此項技術(shù)的顯著優(yōu)點是它的杰出的分辨率和能產(chǎn)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(shù)。

—多孔膜作為淀積掩版的技術(shù)。多孔膜能用多種光刻術(shù)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(chǎn)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(fù)制。用這項技術(shù)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(shù)是一種基于不同聚合物的混合物能夠產(chǎn)生可控及可重復(fù)的相分離機制的技術(shù)。目前，經(jīng)過反應(yīng)離子刻蝕后，在旋轉(zhuǎn)涂敷的倍塞共聚物層中產(chǎn)生的圖形已被成功地轉(zhuǎn)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(chǎn)生；在第二種情況，島狀結(jié)構(gòu)能夠產(chǎn)生。目前利用倍塞共聚物光刻技術(shù)已制造出GaAs納米結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)的側(cè)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(shù)緊密相關(guān)的一項技術(shù)是納米球珠光刻術(shù)。此項技術(shù)的基本思路是將在旋轉(zhuǎn)涂敷的球珠膜中形成的圖形轉(zhuǎn)移到襯底上。各種尺寸的聚合物球珠是商業(yè)化的產(chǎn)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(dǎo)體以及絕緣體襯底上使用納米球珠光刻術(shù)的能力已得到確認。納米球珠光刻術(shù)（納米球珠膜的旋轉(zhuǎn)涂敷結(jié)合反應(yīng)離子刻蝕）已被用來在一些半導(dǎo)體表面上制造空洞和柱狀體納米結(jié)構(gòu)。

—將圖形從母體版轉(zhuǎn)移到襯底上的其他光刻技術(shù)。幾種所謂“軟光刻“方法，比如復(fù)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(fā)。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(fù)制鑄模法的可能優(yōu)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(cè)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(shù)）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(yōu)點是不需要加熱。納米壓印術(shù)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(tǒng)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(shù)中溫度被發(fā)現(xiàn)是一個關(guān)鍵因素。此外，應(yīng)該選用具有較低的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的聚合物。為了取得高產(chǎn)，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(yōu)化

5）長戳子壽命。

具有低穿刺率的大尺寸戳子已經(jīng)被制作出來。已有少量研究工作在試圖優(yōu)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(yōu)化參數(shù)。高圖形密度戳子的制作依然在發(fā)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(guān)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(xù)壓印之間戳子的清洗需要等。盡管進一步的優(yōu)化和改良是必需的，但此項技術(shù)似乎有希望獲得高生產(chǎn)率。壓印過程包括對準(zhǔn)、加熱及冷卻循環(huán)等，整個過程所需時間大約20分鐘。使用具有較低玻璃化轉(zhuǎn)換溫度的聚合物可以縮短加熱和冷卻循環(huán)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(zhàn)

上述每一種用于在襯底上圖形刻制的技術(shù)都有其優(yōu)點和缺點。目前，似乎沒有哪個單一種技術(shù)可以用來高產(chǎn)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(fù)制模版上的圖形

3．轉(zhuǎn)移在過渡性或者功能性材料上復(fù)制的圖形。

很顯然第二步是最具挑戰(zhàn)性的一步。先前描述的各項技術(shù)，例如電子束光刻或者掃描微探針光刻技術(shù)，已經(jīng)能夠刻寫非常細小的圖形。然而，這些技術(shù)都因相當(dāng)費時而不適于規(guī)模生產(chǎn)。納米壓印術(shù)則因可作多片并行處理而可能解決規(guī)模生產(chǎn)問題。此項技術(shù)似乎很有希望，但是在它能被廣泛應(yīng)用之前現(xiàn)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(shù)則提供了將第一步和第二步整合的解決方案。在這些技術(shù)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(shù)刻寫的納米結(jié)構(gòu)的形狀非常有限。當(dāng)這些技術(shù)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(fù)雜結(jié)構(gòu)的圖形。為了能夠制造出高質(zhì)量的納米器件，不但必須能夠可靠地將圖形轉(zhuǎn)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(shù)典型地不產(chǎn)生或者產(chǎn)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(cè)墻的結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)的刻制。另一方面，用干法刻蝕技術(shù)，譬如，反應(yīng)離子刻蝕(RIE)或者電子回旋共振（ECR）刻蝕，在優(yōu)化條件下可以獲得陡峭的側(cè)墻。直到今天大多數(shù)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(guān)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(dāng)器件中的個別有源區(qū)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(jié)構(gòu)都有大的表面-體積比，必須盡可能地減少在納米結(jié)構(gòu)表面或者靠近的任何缺陷。

隨著器件持續(xù)微型化的趨勢的發(fā)展，普通光刻技術(shù)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(zhì)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(xué)近鄰干擾效應(yīng)等措施，特征尺寸小至80nm的圖形已能用普通光刻技術(shù)制備出。然而不大可能用普通光刻技術(shù)再進一步顯著縮小尺寸。采用X光和EUV的光刻技術(shù)仍在研發(fā)之中，可是發(fā)展這些技術(shù)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(zhàn)性的問題需要解決，特別是需要克服電子束散射以及相關(guān)聯(lián)的近鄰干擾效應(yīng)問題，但投影式電子束光刻似乎是有希望的一種技術(shù)。掃描微探針技術(shù)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(shù)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(zhuǎn)移在自組裝薄膜中形成的圖形的技術(shù)，例如倍塞共聚物以及納米球珠刻寫技術(shù)則提供了實現(xiàn)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(shù)是足夠用的，但并不能解決微電子工業(yè)所面對的問題。需要將圖形從一張模版復(fù)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(shù)途徑。模版可以用其他慢寫技術(shù)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(fù)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(xué)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(chǎn)率，某些技術(shù)問題如穿刺及因灰塵導(dǎo)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(shù)而言，它的運行和維修成本應(yīng)該低，它應(yīng)具備可靠地制備尺寸小但密度高的納米結(jié)構(gòu)的能力，還應(yīng)有在非平面上刻制圖形的能力以及制備三維結(jié)構(gòu)的功能。此外，它也應(yīng)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(shù)能同時滿足上述所有條件?，F(xiàn)在還難說是否上述技術(shù)中的一種或者它們的某種組合會取代傳統(tǒng)的光刻技術(shù)。究竟是現(xiàn)有刻寫技術(shù)的組合還是一種全新的技術(shù)會成為最終的納米刻寫技術(shù)還有待于觀察。

另一項挑戰(zhàn)是，為了更新我們關(guān)于納米結(jié)構(gòu)的認識和知識，有必要改善現(xiàn)有的表征技術(shù)或者發(fā)展一種新技術(shù)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(jié)構(gòu)的能力對于研究這些結(jié)構(gòu)的物理性質(zhì)是絕對至關(guān)重要的。目前表征單個納米結(jié)構(gòu)的能力非常有限。譬如，沒有一種結(jié)構(gòu)表征工具能夠用來確定一個納米結(jié)構(gòu)的表面結(jié)構(gòu)到0.1À的精度或者更佳。透射電子顯微術(shù)(TEM)能夠用來研究一個晶體結(jié)構(gòu)的內(nèi)部情況，但是它不能提供有關(guān)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(shù)（STM）和原子力顯微術(shù)（AFM）能夠給出表面某區(qū)域的形貌，但它們并不能提供定量結(jié)構(gòu)信息好到能仔細理解表面性質(zhì)所要求的精度。當(dāng)近場光學(xué)方法能夠給出局部區(qū)域光譜信息時，它們能給出的關(guān)于局部雜質(zhì)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(shù)能夠擴展到能夠用來研究單個納米體的表面和內(nèi)部情況，否則能夠得到的有關(guān)納米結(jié)構(gòu)的所有重要結(jié)構(gòu)和組份的定量信息非常有限。

V.展望

數(shù)學(xué)科技論文范文第5篇

一、全面學(xué)習(xí)與把握學(xué)科建設(shè)“四要素”，以質(zhì)量求生存

任何事情要辦好，都有它的規(guī)律，有它的基本要素。筆者以為，從創(chuàng)建第一個專業(yè)起，就應(yīng)站在學(xué)科發(fā)展制高點來把握學(xué)科方向、學(xué)術(shù)梯隊、基地平臺、項目成果四要素。筆者所在院校從1987年開設(shè)第一個專業(yè)——“工業(yè)設(shè)計”起，看準(zhǔn)了它是“一種創(chuàng)造”，要狠抓創(chuàng)新意識教育，不斷從理論與實踐結(jié)合的高度，強化學(xué)生的實踐能力與實干精神，這關(guān)系到學(xué)科與專業(yè)的生存和發(fā)展。

面對市場對人才培養(yǎng)的挑戰(zhàn)，高校設(shè)計人才培養(yǎng)的質(zhì)量應(yīng)突出表現(xiàn)為人才特質(zhì)上的“三重”和“三性”，即“重素質(zhì)、重能力、重實踐”和“適應(yīng)性、可塑性、創(chuàng)造性”。設(shè)計藝術(shù)院校需要著重培養(yǎng)出一大批“創(chuàng)新意識強、適應(yīng)能力強、實干精神強”的“三強”人才，以適應(yīng)國家和社會的需要，這是設(shè)計藝術(shù)教育的趨勢。具體而言，教學(xué)應(yīng)該根據(jù)社會對各專業(yè)人才培養(yǎng)的特殊要求，在主干專業(yè)教學(xué)內(nèi)容設(shè)置、實驗條件建設(shè)、在思想政治教育和校園文化建設(shè)方面充分考慮設(shè)計行業(yè)所需的素質(zhì)教育，使培養(yǎng)的學(xué)生有振興各設(shè)計專業(yè)所需的知識、能力和素質(zhì)。設(shè)計藝術(shù)學(xué)院的發(fā)展加強與行業(yè)的共建合作、產(chǎn)學(xué)研結(jié)合，強化實踐教學(xué)，堅持把解決行業(yè)發(fā)展中的共性關(guān)鍵技術(shù)問題、輸送行業(yè)所需要的高級設(shè)計專門人才放在辦學(xué)的首要位置。

“三強”型人才把創(chuàng)新意識強擺在首位。在競爭中，特別是面對創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，創(chuàng)新意識與原創(chuàng)意識更具優(yōu)勢，充滿藝術(shù)與個性氣息的產(chǎn)品必將成為消費新追求。具有感性形象創(chuàng)造性的設(shè)計師和善于推理與分析進行技術(shù)結(jié)構(gòu)創(chuàng)新的設(shè)計師，都是所需要的。設(shè)計教育努力培養(yǎng)具有兩種綜合素質(zhì)的人才，這需要以搭建扎實的知識結(jié)構(gòu)交叉平臺為基礎(chǔ)，奠定學(xué)生將來進行“越界”設(shè)計、“越界”溝通的能力。只有具備學(xué)科交叉的知識結(jié)構(gòu)和善于“越界”設(shè)計的能力，才是成為合格設(shè)計人才的基礎(chǔ)。

“三強”型人才把適應(yīng)性擺在關(guān)鍵的基礎(chǔ)位置，這與設(shè)計工作本身的性質(zhì)緊密相關(guān)，設(shè)計工作具有靈活、協(xié)調(diào)和市場的偶然性，設(shè)計開發(fā)過程就是一個了解市場——調(diào)整適應(yīng)市場——改進適應(yīng)市場的過程。此過程可以借用設(shè)計原理中的“適應(yīng)性系統(tǒng)”概念，設(shè)計藝術(shù)適應(yīng)性系統(tǒng)是處于內(nèi)在因素與外在環(huán)境之間的交界面處、具有一定目標(biāo)與功能的系統(tǒng)。這個適應(yīng)性系統(tǒng)需要從內(nèi)外環(huán)境、因素兩個方面去考察，系統(tǒng)的復(fù)雜行為主要是其所處外部環(huán)境的復(fù)雜性表現(xiàn)，同時也受內(nèi)在因素少量限定性質(zhì)的制約。它的理論根據(jù)是人為創(chuàng)造的第二自然與第一自然協(xié)調(diào)形成天人合一的系統(tǒng)，這個系統(tǒng)針對環(huán)境規(guī)定具體的目的或意圖，具有適應(yīng)環(huán)境的根本特征。適應(yīng)性系統(tǒng)的行為具有復(fù)雜多變性，但這種復(fù)雜多變的行為主要是其所處外在環(huán)境復(fù)雜性的反映。它運用規(guī)范性、限定性的描述方法，即：從目的、手段適應(yīng)環(huán)境的角度去討論“應(yīng)當(dāng)是何種方式”的問題。產(chǎn)品的內(nèi)部因素、外部因素及目標(biāo)也是適應(yīng)性系統(tǒng)的三大組成要素。該系統(tǒng)的目的成功與否取決于它對內(nèi)外環(huán)境之間的關(guān)系——特定方式的理解程度。因此，設(shè)計專業(yè)學(xué)生必須從入學(xué)就逐步建立“適應(yīng)性系統(tǒng)”意識，無論是適應(yīng)社會的強化協(xié)作意識，還是具體的設(shè)計開發(fā)和改良工作的開展本身，都要重視“適應(yīng)力”。

現(xiàn)代社會真正需要的設(shè)計藝術(shù)人才是能吃苦、肯實干的人，設(shè)計工作與市場緊密相連，從市場調(diào)研開始就有大量繁重且要求細致嚴格的工作要做，而且在專業(yè)和社交技能上對設(shè)計人員提出了很實際的要求：現(xiàn)代社會需要的是能與他人合作、能不斷地發(fā)現(xiàn)市場中的空缺點并根據(jù)市場需求靈活地運用設(shè)計程序與方法；利用理性的設(shè)計思維分析和引導(dǎo)產(chǎn)品設(shè)計、熟練運用現(xiàn)代表現(xiàn)技能進行產(chǎn)品設(shè)計的設(shè)計人才，這些能力也都建立在實干精神的基礎(chǔ)上才能充分發(fā)揮，為企業(yè)認可。

二、“三強”人才培養(yǎng)的教學(xué)改革措施

為了多培養(yǎng)出“三強”人才，設(shè)計藝術(shù)教育和管理可采用以下措施。

1.以學(xué)術(shù)梯隊建設(shè)為關(guān)鍵，造就人才培養(yǎng)的高質(zhì)量教師隊伍

堅持“人才強?！钡脑瓌t，設(shè)立高水平教師隊伍建設(shè)專項，運行“高層次拔尖人才引進和培養(yǎng)工程”“中青年學(xué)術(shù)骨干培養(yǎng)工程”“中青年教師博士化工程”，支持杰出人才和創(chuàng)新團隊建設(shè)。通過與國際知名大學(xué)和科研機構(gòu)建立合作關(guān)系，每年派出教學(xué)科研人員出國留學(xué)、學(xué)術(shù)訪問和參加國際學(xué)術(shù)會議，邀請外國專家、學(xué)者短期來校訪問、講學(xué)及合作研究，發(fā)起和主辦高水平國際學(xué)術(shù)會議，推動師資培養(yǎng)國際化。實現(xiàn)教師隊伍“四個轉(zhuǎn)變”，即以科研項目和教學(xué)為紐帶的松散組合轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)術(shù)帶頭人為核心并具有內(nèi)生凝聚力的科研和教學(xué)團隊為主體；以本科學(xué)歷為主體轉(zhuǎn)變?yōu)橐圆┦繉W(xué)歷為主體；以中老年教師為主體轉(zhuǎn)變?yōu)橐灾星嗄杲處煘橹黧w；偏單一血緣教師為主體轉(zhuǎn)變?yōu)檠壗Y(jié)構(gòu)合理的教師為主體。梯隊的建設(shè)要做到：一方面，授課老師要有全面的知識結(jié)構(gòu)、先進的教學(xué)程序和方法、實踐的經(jīng)驗及能力，并能明晰有效地引導(dǎo)學(xué)生進入設(shè)計的殿堂；另一方面，教師要懂得因材施教，克服傳統(tǒng)中國教育的學(xué)生被動學(xué)習(xí)模式，激發(fā)學(xué)生智慧、創(chuàng)造能力，挖掘潛力，運用科學(xué)的方法活躍教學(xué)思想，啟發(fā)學(xué)生專業(yè)學(xué)習(xí)的熱情，釋放教與學(xué)的創(chuàng)造性能量。

2.以條件建設(shè)為基礎(chǔ)，實施人才培養(yǎng)的高起點教學(xué)質(zhì)量工程

例如，武漢理工大學(xué)加大本科教學(xué)條件建設(shè)力度，在預(yù)算編制上“重點向教學(xué)傾斜”，2004至2006年用于教學(xué)4項經(jīng)費總計達1.7億元，2006年4項經(jīng)費占學(xué)費的比例達到31.31%，校園基本建設(shè)累計投資達到24億元以上。網(wǎng)絡(luò)學(xué)堂、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺為重點的數(shù)字化校園等基本辦學(xué)條件指標(biāo)均超過國家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。

與此同時，學(xué)校制定了一系列提高課堂教學(xué)質(zhì)量、強化工程實踐能力訓(xùn)練等教學(xué)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范教學(xué)環(huán)節(jié)、規(guī)范教學(xué)管理的文件和規(guī)章制度，實施高起點的教學(xué)質(zhì)量工程，使良好的教學(xué)條件充分發(fā)揮應(yīng)有的效益，推行教學(xué)名師制度，啟動多級本科品牌專業(yè)建設(shè)，加強教學(xué)研究與改革，實施多級精品課程建設(shè)工程，支持精品教材建設(shè)。因此，筆者所在院校設(shè)計藝術(shù)學(xué)科的平臺建設(shè)有了明顯進展，擁有該學(xué)科本、碩、博和博士后層次，工業(yè)設(shè)計、動畫等專業(yè)成為國家特色專業(yè)，“設(shè)計概論”等課程成為國家級精品課程。

3.建設(shè)新的課程體系和培養(yǎng)模式創(chuàng)新

首先是按社會的需求安排教學(xué)內(nèi)容和培養(yǎng)著重點，建設(shè)新的課程體系。以學(xué)科建設(shè)為核心，構(gòu)建人才培養(yǎng)的高水平學(xué)科專業(yè)體系，通過制訂發(fā)展規(guī)劃、開展教育思想大討論、召開“兩代會”，確立學(xué)科建設(shè)在學(xué)校辦學(xué)中的核心地位。優(yōu)化學(xué)科結(jié)構(gòu)與專業(yè)布局，整體推動學(xué)科、專業(yè)建設(shè)，著力構(gòu)建人才培養(yǎng)的高水平學(xué)科專業(yè)體系。

其次是培養(yǎng)模式創(chuàng)新，積極探索教改試點班，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式、評價方式和管理模式上強調(diào)因材施教、個性發(fā)展和綜合素質(zhì)的培養(yǎng)，建立了“2+2”“3+1”等多種培養(yǎng)模式；同時營造創(chuàng)新氛圍，積極引導(dǎo)教師參與教育創(chuàng)新，開展教學(xué)研究，積極引導(dǎo)大學(xué)生課外科技活動，培養(yǎng)創(chuàng)新能力和實踐能力。學(xué)生在全國各類設(shè)計大賽中居先進水平，并率先在全國設(shè)立500萬元的研究生創(chuàng)新能力培養(yǎng)基金，培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新能力。

4.積極共建合作，建立校外“三強”人才培養(yǎng)運行模式

在設(shè)計藝術(shù)教學(xué)中，實踐是產(chǎn)品設(shè)計的最好教學(xué)方法，設(shè)計藝術(shù)教學(xué)應(yīng)以實踐環(huán)節(jié)教學(xué)來帶動理論教學(xué)，只有實踐才能帶動創(chuàng)新，走學(xué)院與企業(yè)相結(jié)合的教學(xué)路線，可以較好地解決設(shè)計脫離實際的問題。設(shè)計院校應(yīng)開拓社會辦學(xué)資源，優(yōu)化“三強”人才培育環(huán)境，重視搭建科研合作、教學(xué)交流、學(xué)生互換的國際合作人才培養(yǎng)平臺，引進國外優(yōu)質(zhì)資源開展國際合作教育。堅持科研促進教學(xué)的原則，廣泛開展科技合作，利用教學(xué)與科研的有機融合培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識。2006年筆者所在院校的學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文）選題數(shù)中，科研課題或來源于生產(chǎn)實際的課題占畢業(yè)設(shè)計（論文）選題總數(shù)的90%以上?？蒲袝r間增強了學(xué)生創(chuàng)新意識和團隊意識，增強了學(xué)生解決實際問題的能力，進一步培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新意識。