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科学和技术论文范文1
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
科学和技术论文范文2
现代信息技术与学科教学的融合彻底改变了教师在教学活动中的权威地位，建立一种以学生为主体，教师为主导的新型师生关系，将教与学融为一体，营造和谐、高效的教学环境，实现教与学过程的可视化、互动化、智能化和个性化。教师从传统的研究教学内容转移到研究学生及其提出问题、解决问题上来，着重课前问题的创设和课中灵活的操控，运用多种教学策略，积极开发课程资源，让学生在协作、探究的实践中发现问题、解决问题，使学生成为学习的主人，教师只是学生学习的“陪伴者”、个别学生的“辅导者”、课堂交流和实验教学活动的“组织者”。教师引导学生学会学习，为学生提供更多的时间和空间，为学生创造更多的实践和协作探究的机会，使学生通过相互协作、探究来获取知识，培养自我学习及获取信息和知识的能力。教师要注重创设一个民主、宽松、和谐、愉悦的学习环境，时时、人人有提问、发表、交流、展示的机会，组织好学习过程，使每个学生都能独立思考；组织好合作学习，既做到在互动中把学习引向深入，又做到因材施教，加强个别辅导；组织好全班交流，在交流中加强引导、调控，提高学习的效果；引导学生善于发现问题、分析问题、解决问题，全面提升学生的综合素养。
二、现代信息技术与学生的学习方式相融合，创设学习情境，发展信息素养
现代信息技术与学科教学的融合强调以学生学习为中心，以学生以往的经验和知识为支撑，帮助学生“内化”，促进旧知识迁移，新知识形成。信息技术是作为学生获取信息、探索问题、合作学习、解决问题和构建知识的认知工具、情感激励工具，而不仅仅是教师的演示工具。科学的运用信息技术，教师要从学生已有的知识能力出发，在学生已有的生活经验与给定目标之间设置障碍，创设各种有效的情景化学习环境，让学生根据自己的兴趣爱好和知识能力，自由选择适合自己认知风格的学习资源，通过“身临其境”来获取真实体验，诱发内心发现问题、解决问题的学习意愿，激发创造性思维意识，积极主动探究解决问题。这样的自主、探究的学习方式符合现代学生的学习心理特点，学生可以在一种积极有效、轻松愉快的气氛中学习，像扮演游戏角色一样置身其中，学生不仅学会、会学，而且学生好学、乐学，从而达到一种轻松愉快高质高效的学习效果。学生还可以在网上与老师、同学和朋友直接对话和交流，在论坛中发表存在的问题、追寻解决方案、答疑解惑，通过微信、微博、QQ、电子邮件等通讯工具向一些专家学者请教，交流面变大，知识面变广，实现自主、合作、探究式学习，学会发现、构想和综合应用，同时培养学生的信息素养以及创造能力。
三、现代信息技术与教学的评价方式的融合，拓宽评价渠道，达成学习目标
评价和反馈是现代信息技术与学科教学融合中不可或缺少的环节。在传统教学中，评价方式往往是由教师组织的对学生的评价即师评，比如批改作业、阶段性测试等，学生自评和互评很少。而自评、互评这两种评价对学生体验学习成就感、激发学生学习兴趣是非常有效的。在现代信息技术环境下，教师运用专用评测软件、评测管理系统平台等工具，可以及时准确地对学生阶段性的学习结果进行判断，重要的是可以如实地记录下教与学的轨迹。教师可以全面跟踪、掌握学生的学习行为、学习过程和学习特点等信息，从而可以有针对性地对学生学习过程中的表现和出现的一些偏离学习目标的情况，及时调整教学策略和学习方案等，以满足学生个性化的学习需求，使学生在学习过程中获得更好的个性化学习体验。更为重要的是，学生可以利用信息技术所记录的个人学习成长过程情况，进行自我评价、小组评价、教师评价和家长评价，根据评价及时调整学习方向和学习重点，以便更好地达到预期学习目标。
科学和技术论文范文3
关键词：信息技术 高中语文 学科整合 多媒体
《语文课程标准》指出：要拓宽语文学习和运用的领域，注重跨学科的学习和现代科技手段的使用，使学生在不同内容和方法的相互交叉、渗透和整合中开阔视野，提高学习效率，初步获得现代社会所需要的语文实践能力。”教学媒体介入语文课堂，拓宽了教学时空，为学生多渠道、多层次获取知识提供了可能。信息技术与语文学科整合观念正是在这一大趋势、大背景下应运而生。它是社会发展的需要，也是语文教学改革的需要。
信息技术与高中语文学科整合，需要在语文教学中广泛地运用信息技术。但是，并不是用了网络和计算机就是整合。这里有一个信息技术的应用与不同的语文教学情景相对应的关系问题。
借助多媒体的音频，聆听悦耳的声音。高中语文新教材中，有许多文质兼美的经典传世之作，如《兰亭集序》《滕王阁序》《阿房宫赋》《项脊轩志》，唐诗、宋词等等。对于这些古今中外的诗词文赋，要进行咀嚼鉴赏，高质量的诵读是最为直接、最为有效的办法，比任何枯燥的空洞的分析解说要好得多。这时给文本配上合适的声音会令意境全出，在美的氛围中更能体味文本的内涵和美。这是一种惬意的诗化的教学境界，在这种境界之中，学生的文化品味和审美情趣就会日渐提高。审美感知是人对能够引起愉悦的事物完整形象的反映，感受美是审美过程的起点。人们对和谐的声音有一种天然喜爱的倾向，有利于熟读和背诵名篇名句。
借助多媒体的视频，观赏优美的画面。高中语文新教材中，有许多如画的诗境，宏伟的场景，聚焦的时刻。语文主要凭借是文字，比较枯燥乏味，所以通过多种艺术的联想和转换，能激活学生的思维。注意调动多种艺术手段，将文字与具体的事物进行转换，从而激活学生的思维和兴趣。如一种秋天的思绪，马致远用“枯藤老树昏鸦”等文字来表达，那么多媒体可用一支乐曲、一幅图画等来表现。人物的音容笑貌、言行动作小说家用文字来描绘，而多媒体可以直接地展现。而我们的阅读教学正是要激活学生的形象思维。使概括的东西变成具体形象的东西，把作者的语言转化为活脱脱的生活、人物，在头脑中活动起来，甚至在此基础上想象出超乎语言本身的事物时，才有可能触景生情、浮想联翩，才能对词、句有具体的感受，产生语言的形象感，使学生最终真正理解文学形象所蕴含的思想内涵和艺术境界。这种多项的艺术联想与转换增设了教学情景，增添了教学效果，增加了学习的兴趣。
兴趣是最好的老师。兴趣是人的一种带有趋向性的心理特征。是在一定的情境中产生的。一个人对某种事物产生兴趣，就会积极主动地探索。学生对所学内容感兴趣，学生积极性就会明显提高，学生们才能乐于接受，此所谓“好之者不如乐之者。”在语文课中，运用现代信息技术能使教学过程呈现出情景交融、形声并茂、生动活泼的美景，不仅为学生提供认知的感知材料，而且可以在学习中的疑难之处，再现情境，启发学生对表象进行分析、综合、概括，使其思维向深层发展，给课堂注入了新的活力，把学生的兴趣激发出来。例如，诗歌鉴赏课，许多学生觉得太难，听不懂就不愿学，我一次讲《山园小梅》，是一首有关梅花的诗，先让学生收集写梅花的诗，然后通过比较选出自己喜欢的诗，在课堂上配上漂亮的画面，伴随优美的音乐，同学们看到了梅花的洁白淡雅、姿态娴静，在白雪的映衬下格外的高洁。再来鉴赏此诗就显得容易多了。这种以声音、图形创设课堂情境，代替枯燥乏味的口授，大大激发了学生的学习兴趣，有利于突破教学的难点，提高了语文的课堂效率。
可见，加强多媒体教学，运用画面、音乐等媒介将课文中抽象的文字，转变为具体可感的审美形象，这既增强了审美感知的能力，也提升了语文课的魅力。当前，随着电脑网络的普及；多媒体教学已被越来越多的教师采用，那鲜活的画面、优美的音乐，恰到好处的色彩运用，确实使学生对课文内容有了更难忘的印象，有时甚至能起到“以一抵十”的作用。
借助多媒体的网络技术，搜集丰盛的教学资料。高中语文新课标的教学，应放眼于未来，不能局限于课本。决定我们未来的是互联网和教育。海量化的网络资源，极大的方便了我们的高中语文教学。例如，名著的课外阅读。《语文课程标准》指出：“要拓宽语文学习和运用的领域，注重跨学科的学习和现代科技手段的使用，使学生在不同内容和方法的相互交叉、渗透和整合中开阔视野，提高学习效率，初步获得现代社会所需要的语文实践能力。”
语文课外的自主学习是课堂的延伸和必要的补充。语文的外延与生活的外延是等同的。利用好信息技术，使为学生提供大量的课外学习材料成为可能，也为学生提供了一个展示的舞台。使课外学习成为一种自觉的主动探索的学习，从而使课外自主学习带动课内的自主学习，来提高学习效率。
多媒体和网络的使用，大大地拓展了学生讨论与交流的渠道，使小组活动、班级活动更易组织。师生之间、学生之间的交流更为广泛和便捷，尤其是可以不受课堂时空的限制。作文教学原来总是觉得“巧妇难为无米之炊”，现在通过网络与外面交流，收集资料方便快捷，也提高了学生学习的主动性。例如，关于穿越剧的议论文，同学们收集了大量的资料，通过加工和整合，不少同学写出了质量的作文。卢芸同学的《向“穿越”开炮》获得好评。推荐发表在校刊《小荷》上。
在语文课堂教学中，找准信息技术与语文学科整合的契合点，恰当运用电教媒体，结合教材内容，让学生展开想象的翅膀，翱翔于想象的王国，对培养学生的创新精神，发展创造力，其意义无疑是重大的。
信息技术与语文学科的优化整合，有利于激发学生的学习兴趣，有利于知识的获取和巩固，有利于对教学信息有效的组织和管理，有利于培养学生的合作、创新精神。这需要广大教师不断地在实践中探讨、反思、总结，使信息技术与语文学科的整合更加符合语文信息化、多样化、网络化的要求，体现语文新课程标准的要求。
参考文献：
《语文课程标准》
《唐诗宋词鉴赏》
《高中语文教材参考》
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根据案件现场的勘查情况，参考物证检验鉴定，综合分析案情，并通过对案件的认识划定侦查方向、范围。当案件的性质确定下来之后，就要对犯罪嫌疑人予以定位，并分析作案时间以及案发过程。模拟综合实训进入这个阶段，刑事科学技术专业的学生要学习制作法律文书。按照公安部统一标准制作刑事案件卷宗。
二、模拟综合实训教学方法
按照犯罪情节设计模拟犯罪现场，并布置好与犯罪有关的物证。
（一）开展实训教学前的培训
在实训课程开展之前，学科教师以及刑事科学技术专家要集体备课，主要讨论综合实训的思路、方案，如何将专业知识和技能通过实训体现出来。将实训的内容设计为案例，要围绕着教学内容设计犯罪现场、案情的演变以及物证，以培养学生的现场勘验和物证处理能力。现成勘验能力包括笔录、绘图、照相、摄像；物证的处理，主要是物证的检验鉴定，即物证的发现、提取、保存。
（二）模拟犯罪案例的抽取
为了让学生熟悉模拟犯罪现场，并对现场的勘察做好准备，在实训的前一个天，就让学生抽取设计好的案例，教师则根据学生所抽取的案例布置模拟现场。学生以小组为单位，15个人为一个小组，要求学生自行根据案例进行分工，并分别承担着不同的工作。学生所扮演的角色分别为案发现场勘察指挥、案件痕迹检查、法医、摄影和照相以及案件现场的保护工作等等，并根据情节需要准备必要的勘验器材。
（三）模拟案发现场的勘验
模拟案发现场的勘验环节占有45%的评分。平均每一个模拟现场都有4名教师在场监督。在进行案发现成勘验的时候，要严格按照勘验程序进行。犯罪现场物证的提取包括发现物证、做好现场记录、提取证据并做好包装工作。
（四）模拟物证检验鉴定
模拟物证检验鉴定环节占有30%的评分。学生从模拟犯罪现场所提取的各种物证，经过分类后，包括痕迹物证、文件资料、法医提取证据等等，这些证据都要经过检验鉴定后，制作为鉴定文书。每一个鉴定科目都由两名教师参与检验鉴定评分。
（五）模拟汇报
模拟汇报环节占有25%的评分。学生对模拟犯罪现场所获得的资料，包括勘验情况、“三录”材料以及现场物证检验鉴定资料经过分类、汇总之后，制作成卷宗。在模拟汇报环节，要将汇报内容制作成PPT课件，发表自己的案件分析思路，并提出案件侦查措施。模拟汇报考核组由5名教师组成。教要根据学生的汇总材料以及案件汇报情况评分。
（六）模拟综合实训考核评分
模拟综合实训考核的成绩，即为模拟案发现场的勘验、模拟物证检验鉴定和模拟汇报三项成绩汇总。将模拟实训的考核评分列入到评分表中。评分表制作标准以及评分项目和评分标准都要严格规定，给教师以明确的评分提供参考依据。为了防止教师在考核评分中缺乏客观性，还需要请科学技术专家对模拟实训的实施情况进行综合，提出其中尚需改进和完善之处，以督促教师对综合实训课程不断地调整。
三、刑事科学技术综合实训的意义
学生在校学习期间，以理论知识为主。知识的抽象性，加之刑事科学技术的应用性，导致学生对于知识的掌握存在着漏洞。实施刑事科学技术综合演练，可以培养学生提高团队精神，进而认识到面对刑事案件如何有调理地解决问题。学生参与到综合演练中，凭借自身的能力完成各项任务，可以提高现场勘验操作水平，同时还能弥补自身专业的不足。教师在监督模拟实训现场的时候，对学生所掌握的知识有所了解，以在今后的教学中适当改进。学生经历了综合实训之后，不仅培养了自我学习能力，还提升了技术创新能力。
四、结语
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问题一：多多益善，走入“泛滥成灾”的误区
多媒体技术广泛而深入地走进小语课堂，对提高教学质量，促进教学改革等产生了巨大影响，应用多媒体辅助教学已蔚然成风，在日常课堂教学中，我们常见到这样的课堂：有的老师根本不从实际教学需要出发，不管学科特点，不论什么类型什么内容的课，整个教学过程成了幻灯片的播放与讲解；有的学校大部分课程都排在多媒体教室，学生一天下来少者要听三四节课的多媒体教学，学生每节课都始终盯着屏幕，仰着脖子当观众，语文课几乎成了录像放映课，老师成了放映员，也成了鼠标的仆人，教学效果只能适得其反。
【策略】把握学科特点，提高学习效率
北京师范大学王鹏远教授指出：“不是所有的课都需要用多媒体、网络……关键是看技术用得是否恰到好处。”语文是一门基础学科，工具性和人文性是其重要的学科特点。语文的教学任务就是要落实好听、说、读、写等训练，提升学生的语文素养。所以信息技术与小学语文的整合强调信息技术服务于语文教学，不能因为在语文科教学中应用了信息技术而抹杀了语文的学科特点。但在实际教学中，有的教师固守多多必定益善的错误思想，盲目地，不切实际地，加大课件的使用率，加长课件的使用时间，而远离“语”和“文”两字，忽略了学科特点。
以下是两节关于《荷花》一文的教学。
案例一：执教老师在教学时通过课件描绘出一幅幅未开、待开、盛开的荷花动静结合的美丽画面，并配极优美的乐曲，同时又展现重点段的内容，学生看画面听音乐大声朗读文本，学生入情入境体验，情绪受到感染，收到了很好的效果。
案例二：执教老师教学此文前，花了很多工夫，广泛收集资料并做成了专题学习网页。学生在网上一会儿欣赏荷叶的风光，一会儿查询荷花茶的生产工艺，一会儿听《荷塘月色》……气氛可真热闹。交流时，学生把荷花的生长过程讲了半天，唯独没有涉及对文本的理解感悟，缺失对语言文字的推敲，感悟不到语言文字的魅力。
案例一的整合过程中结合语文的学科特点，找准整合点。而案例二有意无意间美文赏析课变成了荷花知识课，导致学生丢掉课本，抛弃语言，专心看精美的课件和课文的补充资料，显然这是违反语文学科的特点，也违背以认识教材为基础的语文学习规律。
问题二：追求美感，走入“华而不实”的误区
我们发现部分老师在运用多媒体进行教学时，一味追求表面上的新颖、花哨、动感，加入大量的文字、图片、动画、音频、视频等资料，把课件装点得美不胜收。教师每次点击鼠标都会发出声音，产生动画，导致学生上课时，一味看课件中的图案和动画效果，而无暇关心教师的讲解和知识点，影响了学生对知识的理解感受。更有甚者，其课件中的动画和声音跟本课教学内容没有丝毫的关系，学生如雾里看花，听者也心烦意乱，这样大大分散了学生的注意力，更别提对知识点的理解能起到作用。
【策略】明确整合目的，提高教学效果
信息技术与学科整合的目的是利用多媒体这一辅助手段，更好地解决在传统教学中不能或难以解决的问题，提高教学效益。这就意味着并不是所有的课型都适合使用信息技术。在小语课堂中，课件的设计和运用要充分结合教材和学生的实际情况，凸显辅助手段，服务于课堂教学的目的，帮助学生理解语言材料，强化训练，培养学生适应未来社会的语文能力。
如著名语文特级教师王崧舟老师在教学《一夜的工作》时，整堂课只是在课始时通过课件展示了诗人宋小明的诗歌《你是这样的人》配上的照片，别无其他。通过老师饱含感情的诵读，有效渲染课文的情感基调，使学生对有了大体的了解，为学习整篇课文架起了一座桥梁。又在课末，再次借助课始的整合方法，反复诵读，渐渐地，那鞠躬尽瘁，死而后已的公仆形象永远树立在学生心中。如此整合，目的明确，方法可谓极其简单，却收到极其好的教学效果。
问题三：主次颠倒，走入“喧宾夺主”的误区
信息技术集声、光、形、色等多种传播媒介于一体，为教师和学生提供了生动活泼，灵活多样人机交互的信息环境。于是很多语文教师便以多媒体为中心，为课件而教学，课堂上学生读书的时间越来越少，读书声越来越小。由此出现了教学目标偏移，课堂成了技术和资源的展示，学生成为多媒体教学过程中的旁观者，学习的主体地位部分性缺失，兴趣也逐渐减弱。难怪很多老师在听了这样的语文课之后都会感叹：我们的语文课已越来越不像语文课，越来越没有语文味了。
【策略】重视学习主体，提高学生素养
叶圣陶先生指出教学必须确定学生的主体地位，他说：“最要紧的是看学生，而不是光看老师讲课。”信息技术无论多么优越，都应是为了服务于教学，即在多媒体教学环境中，学生作为学习的主体，教师是主导者，信息技术只能是起了辅助教学的作用。教师要充分利用信息技术创设学习情境、设计主体活动，激发学生的主体意识，发展学生的主体能力，让学生成为学习的主人。
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一、不宜忽视语文学科特点，过分追求课件展示游戏
现代教育技术作为促进语文教学的一种手段，无疑能使某些抽象概念的教学变得生动活泼。但语文教学中必须借助形象色彩才能解决的问题并不太多，必须从语文教学自身的特点来考虑，它对课件的使用通常不在于把某些知识结论展示出来，而在于得出结论的过程是否得到优化，这也就要求我们对现代教育技术的应用做到以下几点。
1.内容的选择上要有利于教学目标的实现。本人认为凡是能用语言、文字等表现清楚的内容，就没有必要花费大量时间和精力去搜集影像资料、制作动画，这样不但投入过大，也显得得不偿失。
2.形式的选择上要有利于语文能力的培养。图片、影像等直观性较强的媒体，在必要的时候才使用，也就是在不足以帮助学生理解或想象的时候不用，并不是所有内容都需要直观化；而音乐等媒体的使用，也不仅仅是用以“凑热闹”“活跃气氛”，它们在培养感受力、想象力方面有着重要的作用。
3.课件使用的时机要有利于教学效果的提高。例如《再别康桥》的教学，如果在学生未接触本诗的情况下，先播放课件中有关康桥旖旎迷人的风光，以看代替读，那么，学生在读原诗时，由于形象先入为主的原因，头脑中出现的是画面上的风景画，再也无法从诗的描写中产生轻盈柔和、融情于景的感受。这种效果削弱了语文教学要培养学生形象思维的功能，弊大于利。
二、不宜取代传统语文教学手段中的合理成分，做到优势互补
虽然现代教育技术与语文教学整合具有传统教学手段所不具有的很多优势，但传统教学手段，无论是物质形态的手段，还是智能形态的手段，之所以可以延续至今，是因为有它巨大的教育功能。现代教育技术不可能简单地、完全地取代传统教学手段。
现实中不少老师利用现代教育技术教学时脱离了粉笔和黑板。作为传统课堂教学象征的黑板，有些方面仍是现代教学媒体所无法替代的，教学应针对教学内容采取与之相应的教学方法、方式，合理地综合利用各种教学媒体，包括传统媒体，取长补短，这样才能发挥各种教学手段的综合功能，取得最佳效果。在教学活动中，教师产生突然而至的灵感是常有的，这些灵感往往是教学艺术的动人之处，有的需要以板书表现出来；此外，不同学生的知识面，表达的能力等是有差异的，他们对同一现象的认识和表述不同，教师不可能课前完全预见，需要在课堂上生成板书。这时黑板板书就能得心应手了――板书可以随写随看，内容还可以方便地增删。这
给学生留有了思考、想象的空间，又给他们提供了展示自己的舞台。再一方面，因为计算机窗口的大小有限，展示的内容有限，在进行课件设计时，将能描绘现象、提示规律的音、画表现出来，学生思考后的结论，则用学生的语言板书出来。这样现象和结论同时展现，学生会感到结论更易接受，又获得了成功的体验。
