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學(xué)科建設(shè)是高校具有戰(zhàn)略性的基礎(chǔ)建設(shè)。學(xué)科的定位是學(xué)科健康發(fā)展的關(guān)鍵問(wèn)題。教育技術(shù)學(xué)的定位首先要把握其學(xué)科地位,它是教育和技術(shù)的綜合交叉學(xué)科,伴隨教育的發(fā)展和信息技術(shù)的創(chuàng)新而產(chǎn)生。許多專家學(xué)者將其定位為“教育”、“技術(shù)”、“教育與技術(shù)”,“綜合性應(yīng)用學(xué)科”。但是爭(zhēng)論的核心問(wèn)題仍在于教育與技術(shù)的分量,而且始終沒有離開“教育”和“技術(shù)”這兩個(gè)關(guān)鍵詞。教育技術(shù)學(xué)研究解決教育教學(xué)問(wèn)題,其發(fā)展離不開技術(shù)的促進(jìn)作用,并隨技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展;教育技術(shù)學(xué)中教育與技術(shù)是并列的關(guān)系,應(yīng)是教育與技術(shù)的有機(jī)結(jié)合。教育技術(shù)學(xué)是是應(yīng)用教育技術(shù)學(xué)的有關(guān)理論、手段來(lái)解析教學(xué)中的實(shí)際問(wèn)題。此過(guò)程既離不開教育、技術(shù)兩個(gè)因素的作用,又離不開教育與技術(shù)結(jié)合的作用。因此,應(yīng)該將教育技術(shù)學(xué)學(xué)科定位為:教育為主導(dǎo),技術(shù)為主體,教育與技術(shù)有機(jī)整合。
1、教育為主導(dǎo)
教育技術(shù)學(xué)首先說(shuō)明“是什么”的問(wèn)題。教育技術(shù)學(xué)根據(jù)教育學(xué)的基本理論、基本方法,解決教育教學(xué)中的問(wèn)題。教學(xué)技術(shù)是關(guān)于學(xué)習(xí)資源和學(xué)習(xí)過(guò)程的設(shè)計(jì)、開發(fā)、利用、管理和評(píng)價(jià)的理論和實(shí)踐。所以,教育技術(shù)學(xué)的研究對(duì)象、研究范疇和研究領(lǐng)域都與教育教學(xué)過(guò)程及教育教學(xué)資源密切相關(guān),主要是為了提高教育教學(xué)效率,培養(yǎng)高層次人才。離開了教育的主導(dǎo)地位,也就談不上教育技術(shù)學(xué)。社會(huì)在發(fā)展,任何形式的教育總是不能脫離教育這個(gè)根本主導(dǎo)。
2、技術(shù)為主體
“技術(shù)”是要解決“如何做”的問(wèn)題。教育系統(tǒng)中技術(shù)是最活躍的因素,能夠保證教育的實(shí)現(xiàn)。教育技術(shù)學(xué)應(yīng)該關(guān)注多種技術(shù)的教學(xué)應(yīng)用。技術(shù)隨社會(huì)不斷發(fā)展創(chuàng)新,要將各種可能的技術(shù)轉(zhuǎn)化為教育的現(xiàn)實(shí)性,最終實(shí)現(xiàn)真正的教育技術(shù)。何克抗教授說(shuō),“教育中的技術(shù)”大部分技術(shù)還可應(yīng)用于如錄音機(jī)、電視機(jī)、教學(xué)、娛樂(lè),不僅僅只是用于教育方面,但其本質(zhì)還是技術(shù)。技術(shù)為主體的“技術(shù)”,指廣義的技術(shù)。伴隨社會(huì)發(fā)展,內(nèi)涵也不斷豐富。教育技術(shù)學(xué)具有時(shí)代特點(diǎn)。教學(xué)首先就要做好教學(xué)設(shè)計(jì),例如,上課——上好課——怎樣上好課,說(shuō)的就是上課的技術(shù)及藝術(shù),所以,技術(shù)是離不開實(shí)踐的。
3、教育與技術(shù)有機(jī)整合方式與結(jié)果
要實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一,只能以教育為主導(dǎo),技術(shù)為主體,教育與技術(shù)有機(jī)整合,才能讓教育技術(shù)學(xué)科長(zhǎng)足發(fā)展。如果只強(qiáng)調(diào)教育,忽視技術(shù)的應(yīng)用,就會(huì)脫離時(shí)代特征,進(jìn)入純理論研究的怪圈;相反,將教育與技術(shù)分開,只強(qiáng)調(diào)技術(shù),忽視理論的指導(dǎo)意義,技術(shù)也只能是技術(shù),無(wú)法實(shí)現(xiàn)教育的目的。例如,南國(guó)農(nóng)先生的A×B=C,蕭樹滋先生的A+B=C(其中:A=現(xiàn)代教育思想理論,B=現(xiàn)代信息技術(shù),C=成功的教育技術(shù)專業(yè)),這些都是教育與技術(shù)相融合例子。
二、教育技術(shù)學(xué)學(xué)科建設(shè)的原則
所謂教育技術(shù)學(xué)學(xué)科建設(shè),是指教育技術(shù)學(xué)科主體把握教育技術(shù)學(xué)學(xué)科規(guī)律,緊隨社會(huì)發(fā)展,結(jié)合教學(xué)實(shí)際,采取各種措施促進(jìn)教育技術(shù)學(xué)科進(jìn)步發(fā)展的一種教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)。整個(gè)學(xué)科的發(fā)展是宏觀層面,教育技術(shù)學(xué)科是從微觀層面進(jìn)行學(xué)科建設(shè)探討。
1、把握教育技術(shù)的規(guī)律和發(fā)展方向
此原則針對(duì)學(xué)科建設(shè)內(nèi)容,首先要理解教育技術(shù)學(xué)科的特點(diǎn)和發(fā)展規(guī)律,增強(qiáng)團(tuán)隊(duì)、平臺(tái)的建設(shè)和文化營(yíng)造,努力培養(yǎng)人才,實(shí)現(xiàn)教育技術(shù)學(xué)科建設(shè)目標(biāo)。團(tuán)隊(duì)建設(shè)是學(xué)科建設(shè)最重要的方面。梅貽琦先生說(shuō),大學(xué)之大,不在于有大樓,而在于有大師。所以,大學(xué)管理的關(guān)鍵問(wèn)題是組建教師團(tuán)隊(duì),建立有效的運(yùn)行機(jī)制,搭建學(xué)科平臺(tái)。教育技術(shù)學(xué)科實(shí)踐性、交叉性強(qiáng),以團(tuán)隊(duì)模式開展管理是合理的。團(tuán)隊(duì)的建設(shè)中學(xué)術(shù)帶頭人是核心,團(tuán)隊(duì)的為人處世、文化、組織與激勵(lì)機(jī)制是主要因素。
2、結(jié)合學(xué)校實(shí)際,創(chuàng)造自己的品牌效應(yīng)
每個(gè)學(xué)科建設(shè)都希望最終有自己的品牌效果。教育技術(shù)學(xué)科建設(shè)通過(guò)不斷調(diào)整,創(chuàng)造自己品牌最終會(huì)形成良性循環(huán)。首先,教育技術(shù)學(xué)科建設(shè)需要優(yōu)化資源配置過(guò)程,也就是分析各種影響因素,找到自身的比較優(yōu)勢(shì),確定其學(xué)科發(fā)展重點(diǎn),實(shí)事求是,辦出特色。其次,教育技術(shù)學(xué)科建設(shè)需要持之以恒,需要不斷探索和時(shí)間的積累,才會(huì)在學(xué)科發(fā)展中立于長(zhǎng)青之地。
三、對(duì)教育技術(shù)學(xué)學(xué)科建設(shè)的展望
教育技術(shù)在時(shí)展大潮中不斷隨社會(huì)的發(fā)展而發(fā)展。在《國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010-2020年)》中,“加快教育信息化進(jìn)程”要求被特別提出來(lái)。我國(guó)各種教育技術(shù)會(huì)議中提出的新的理論、觀點(diǎn)、方法,都展現(xiàn)了教育技術(shù)學(xué)的交融性、時(shí)代性、創(chuàng)新性。眾多的教育技術(shù)在繁榮的教育理論基礎(chǔ)上被引入教育教學(xué)。教育技術(shù)學(xué)學(xué)科機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存,教育與技術(shù)需要被有機(jī)的結(jié)合,才能促進(jìn)教育技術(shù)的健康發(fā)展。新的歷史時(shí)期,不斷發(fā)展的教育技術(shù)學(xué)學(xué)科,還在逐漸借鑒吸收人文科學(xué)、自然科學(xué)、以及一些技術(shù)基礎(chǔ)、學(xué)科基礎(chǔ)、藝術(shù)基礎(chǔ)、哲學(xué)基礎(chǔ)、教育基礎(chǔ)等,并將其加以創(chuàng)新,使教育技術(shù)學(xué)科枝繁葉茂。教育技術(shù)學(xué)科應(yīng)該涵蓋教育技術(shù)的學(xué)習(xí)過(guò)程、理論、學(xué)校教育實(shí)踐以及各分支層面,生生不息。在教育技術(shù)學(xué)發(fā)展中,創(chuàng)新應(yīng)該是主導(dǎo),并作為一條紅線橫貫其中;在教育理論的主導(dǎo)作用下,使教育技術(shù)學(xué)朝前不斷發(fā)展;技術(shù)是教育技術(shù)學(xué)發(fā)展的根基,技術(shù)的升華與縱橫拓展是教育技術(shù)學(xué)科建設(shè)的巨大工程;實(shí)現(xiàn)教育與技術(shù)的有機(jī)整合,讓技術(shù)不斷地為教育服務(wù),加快教育技術(shù)學(xué)科的建設(shè)步伐和人的全面發(fā)展。
四、結(jié)語(yǔ)
1.信息技術(shù)應(yīng)用的硬件條件不足
城市的學(xué)校教學(xué)條件一般較好,但是在我國(guó)的不發(fā)達(dá)地區(qū),許多學(xué)校的硬件設(shè)施水平還沒有達(dá)到應(yīng)用信息技術(shù)開展教學(xué)的水平。一般的學(xué)校會(huì)有一個(gè)大的多媒體教師,學(xué)校也有互聯(lián)網(wǎng)服務(wù),但是一次只能滿足一個(gè)班級(jí)的授課需求。具有這樣條件的學(xué)校,這個(gè)多媒體教室也不是隨便用的,只有公開課的時(shí)候?qū)W校才會(huì)允許教師使用多媒體教室。硬件條件達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn),信息技術(shù)無(wú)法走進(jìn)數(shù)學(xué)課堂,更不要提有效的整合了。
2.教師的信息技術(shù)水平不足
小學(xué)數(shù)學(xué)教師的信息技術(shù)水平,對(duì)于信息技術(shù)與小學(xué)數(shù)學(xué)課堂教學(xué)活動(dòng)的整合效果有著重要的影響。工作在一線的骨干教師,大多年齡偏大,他們的計(jì)算機(jī)水平不高,也沒有信息技術(shù)的學(xué)習(xí)興趣。教師對(duì)于自己的信息技術(shù)水平?jīng)]有信心,也沒有認(rèn)識(shí)到學(xué)習(xí)信息技術(shù)的重要性,從而使得小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)工作停滯不前。
3.課件制作的封閉性較大
課件的質(zhì)量,從一定程度上來(lái)講,制約著小學(xué)數(shù)學(xué)的課堂教學(xué)質(zhì)量。只有質(zhì)量高的課件,才能合理地展示與分析課堂教學(xué)的重難點(diǎn),高效地完成教學(xué)任務(wù)。但是,課件的制作是十分費(fèi)時(shí)與費(fèi)力的,教師之間共同分享與討論,可以提高教師的備課與教學(xué)質(zhì)量。但大多數(shù)教師不愿意分享自己的思考成果,相互保留教學(xué)經(jīng)驗(yàn),造成信息技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)不足。
二、小學(xué)數(shù)學(xué)課堂教學(xué)與信息技術(shù)的整合方法分析
將小學(xué)數(shù)學(xué)課堂教學(xué)與信息技術(shù)教學(xué)進(jìn)行整合,需要采用正確的方法。下面,筆者就小學(xué)數(shù)學(xué)課堂教學(xué)與信息技術(shù)的整合提出幾點(diǎn)方法:
1.利用信息技術(shù),豐富小學(xué)數(shù)學(xué)課堂導(dǎo)入
小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)活動(dòng),對(duì)于小學(xué)生數(shù)學(xué)思維的發(fā)展以及學(xué)習(xí)能力的提高具有啟發(fā)性作用。一般來(lái)說(shuō),教師在對(duì)課堂活動(dòng)進(jìn)行導(dǎo)入時(shí),需要對(duì)學(xué)生的注意力進(jìn)行有效地集中,讓學(xué)生的興趣點(diǎn)得到點(diǎn)燃,促進(jìn)學(xué)生求知欲望的增強(qiáng)。要在課堂導(dǎo)入環(huán)節(jié)做到這些,老師應(yīng)當(dāng)為學(xué)生創(chuàng)設(shè)一個(gè)相對(duì)真實(shí)的學(xué)習(xí)情境,激發(fā)小學(xué)生的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)好奇心。將信息技術(shù)融入到小學(xué)數(shù)學(xué)課堂導(dǎo)入環(huán)節(jié)中,有利于開啟學(xué)生的思維大門,讓學(xué)生在數(shù)學(xué)課堂中不斷思考與探究,創(chuàng)設(shè)一個(gè)更加輕松與愉快的課堂氛圍。比如在講解有關(guān)于四邊形的知識(shí)時(shí),教師讓學(xué)生根據(jù)課本上的文字描述以及簡(jiǎn)單的圖片,對(duì)四邊形的分類與特點(diǎn)進(jìn)行學(xué)習(xí)是十分枯燥的,也無(wú)法激發(fā)小學(xué)生的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)積極性。而利用信息技術(shù),為學(xué)生呈現(xiàn)更多形象與直觀的例子,會(huì)使學(xué)生在短時(shí)間內(nèi)融入到小學(xué)數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)活動(dòng)中。教師可以結(jié)合學(xué)生的生活,從生活中提取一些與四邊形相關(guān)的例子,為學(xué)生講解四邊形知識(shí)。教師可以將學(xué)校中花壇的照片,學(xué)生課桌圖片以及學(xué)校的平面圖等作為課堂導(dǎo)入的圖片,讓學(xué)生通過(guò)身邊的事物對(duì)數(shù)學(xué)課本中的知識(shí)有所了解。視覺感受對(duì)于小學(xué)生來(lái)講是十分重要的,通過(guò)信息技術(shù)為學(xué)生做課堂導(dǎo)入活動(dòng),有利于學(xué)生數(shù)學(xué)思維的開發(fā)。
2.利用信息技術(shù),講解數(shù)學(xué)重難點(diǎn)
每一節(jié)小學(xué)數(shù)學(xué)課,都會(huì)有其重難點(diǎn)。在數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的過(guò)程中,小學(xué)生也會(huì)遇到各種各樣的難題。利用信息技術(shù)對(duì)較為抽象的數(shù)學(xué)知識(shí)進(jìn)行形象化講解,會(huì)使小學(xué)生更加高效地學(xué)習(xí)與吸引數(shù)學(xué)重難點(diǎn)。教學(xué)重難點(diǎn)的解決,會(huì)推動(dòng)數(shù)學(xué)教學(xué)活動(dòng)向前發(fā)展,也會(huì)使小學(xué)生的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)心理負(fù)擔(dān)得以減少。比如在學(xué)習(xí)長(zhǎng)方形的面積時(shí),教師需要向小學(xué)生闡述面積的概念以及面積單位的由來(lái)。教師可以利用動(dòng)畫的播放,通過(guò)呈現(xiàn)長(zhǎng)方形的長(zhǎng)與寬,劃定長(zhǎng)方形面積所表達(dá)的區(qū)域,讓學(xué)生理解面積的定義,促進(jìn)小學(xué)數(shù)學(xué)課堂教學(xué)的順利實(shí)施。
3.利用信息技術(shù),引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)
在小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中,利用信息技術(shù)對(duì)學(xué)科規(guī)律進(jìn)行提示,有利于小學(xué)生數(shù)學(xué)知識(shí)掌握程度的提高。學(xué)習(xí)規(guī)律的明確,有利于小學(xué)生掌握正確的學(xué)習(xí)方法,促進(jìn)小學(xué)生認(rèn)識(shí)到數(shù)學(xué)題目的解題思路,從而使他們能夠理解整體的規(guī)律,進(jìn)而做到自主學(xué)習(xí)。比如在講解分?jǐn)?shù)運(yùn)算的時(shí)候,教師需要為學(xué)生講解分?jǐn)?shù)通分的知識(shí)。那么,教師可以在多媒體課件中為學(xué)生羅列幾個(gè)分?jǐn)?shù)加法運(yùn)算,讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到加法運(yùn)算的方法就是先通分,再將分子相加。再為學(xué)生羅列幾個(gè)分?jǐn)?shù)減法運(yùn)算,引導(dǎo)學(xué)生自主發(fā)現(xiàn)數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)規(guī)律。學(xué)習(xí)規(guī)律的掌握,會(huì)使學(xué)生的學(xué)習(xí)思路更加清晰,從而在對(duì)其它知識(shí)點(diǎn)的掌握上,能夠更好的把握。
三、結(jié)語(yǔ)
計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用在教學(xué)過(guò)程中的具體方面是非常多并且涉及面非常廣泛,從計(jì)算機(jī)技術(shù)的作用來(lái)講主其在教學(xué)中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:很多教師將計(jì)算機(jī)技術(shù)作為輔助教學(xué)的工具,能夠幫助教師完成一些教學(xué)管理以及教學(xué)的過(guò)程。在很多高校學(xué)生都將計(jì)算機(jī)作為一種學(xué)習(xí)的工具。通過(guò)讓學(xué)生參與一定的項(xiàng)目并用計(jì)算機(jī)輔助完成,這使得學(xué)生學(xué)習(xí)的速度和學(xué)習(xí)的能力大大提高了,使得學(xué)習(xí)的過(guò)程中更加簡(jiǎn)短和有針對(duì)性。另外還有的老師將計(jì)算機(jī)用于自己教學(xué)成果的檢驗(yàn)和對(duì)自己教學(xué)思想的檢驗(yàn),也就是這種教學(xué)軟件工具對(duì)于計(jì)算機(jī)教學(xué)具有非常重要的意義。
二、計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用
2.1多媒體教學(xué)工作中交互式的計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用
將多媒體應(yīng)用于教學(xué)過(guò)程中增強(qiáng)與學(xué)生之間的交互性是計(jì)算機(jī)技術(shù)在教學(xué)中的一個(gè)最為典型的應(yīng)用。隨著我國(guó)高等教育的不斷發(fā)展,關(guān)于一門課的教學(xué)資源也是越來(lái)越豐富,通過(guò)精品課程網(wǎng)站的建設(shè),使得網(wǎng)上的教學(xué)資源進(jìn)一步得到了極大的豐富,在這些教學(xué)資源中不乏精品的課件、視頻或者是圖片這些對(duì)于教師本身教學(xué)水平的提高增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣具有非常重要的作用。絕大多數(shù)的教學(xué)資源都是以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的,為了提高自身的教學(xué)水平以及增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣,作為教師可以將這些多媒體技術(shù)巧妙的應(yīng)用于自身課堂的教學(xué)過(guò)程中。通過(guò)在教學(xué)過(guò)程中穿插多媒體能夠幫助學(xué)生進(jìn)一步加深對(duì)于所學(xué)知識(shí)的理解,同時(shí)在教學(xué)的過(guò)程中通過(guò)有效的利用計(jì)算機(jī)技術(shù)可以增強(qiáng)學(xué)生和老師之間的互動(dòng),使得學(xué)生對(duì)于教師上課的或者是教學(xué)過(guò)程存在的一些意見和看法及時(shí)的反饋到教師這里,對(duì)于教師教學(xué)方式的調(diào)整以及教學(xué)水平的提高具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。
2.2遠(yuǎn)程通信、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在教育中的作用
在高等院校的教學(xué)工作中,網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及遠(yuǎn)程通信技術(shù)的應(yīng)用在教育的過(guò)程中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。該技術(shù)是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及通信技術(shù)的一個(gè)結(jié)合,另外還有多媒體技術(shù)作為教育的基礎(chǔ),利用計(jì)算機(jī)技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)交互性,使得遠(yuǎn)程教育得到實(shí)現(xiàn)。這種遠(yuǎn)程教育的方式已經(jīng)在很多著名的高校流傳開來(lái)比如網(wǎng)易公開課,在遠(yuǎn)程教育實(shí)現(xiàn)的過(guò)程中計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)以及多媒體技術(shù)都得到了充分的體現(xiàn)。目前在我國(guó),已經(jīng)有越來(lái)越多的教育工作者和研究者將經(jīng)歷放在遠(yuǎn)程教育的研究上。在傳統(tǒng)的教學(xué)模式中雖然也存在師生之間的交流,但是二者之間的交流大多是以語(yǔ)言為載體,并且很多學(xué)生礙于面子不愿意和老師進(jìn)行過(guò)多的交流,這個(gè)時(shí)候計(jì)算機(jī)技術(shù)中的交互性優(yōu)勢(shì)就得到了充分的體現(xiàn)。
三、計(jì)算機(jī)在教學(xué)中對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力的作用
3.1營(yíng)造良好的創(chuàng)新教育教學(xué)環(huán)境是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的關(guān)鍵
通過(guò)教育的環(huán)境的創(chuàng)新,在一定程度上能夠激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力,這種教學(xué)環(huán)境的創(chuàng)新包括教學(xué)心理上的創(chuàng)新以及計(jì)算機(jī)教學(xué)環(huán)境上的創(chuàng)新,如果在學(xué)生討論的過(guò)程超出了教學(xué)設(shè)計(jì)的范疇,作為教師來(lái)講不應(yīng)該強(qiáng)行的將學(xué)生的思路拉回到課堂當(dāng)中來(lái),而是應(yīng)該對(duì)學(xué)生的質(zhì)疑給予鼓勵(lì),講出心中的疑惑,這是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的關(guān)鍵。再利用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)教學(xué)的過(guò)程中如果學(xué)生對(duì)于老師的講述提出了質(zhì)疑,作為教師不能給學(xué)生一味的否定,應(yīng)當(dāng)通過(guò)適當(dāng)?shù)姆椒ㄒ龑?dǎo)自身想法所出現(xiàn)的問(wèn)題,讓學(xué)生通過(guò)教師的引導(dǎo)自己否定自身不正確的想法。通過(guò)這樣的教學(xué)方式能夠在很大程度上提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,能夠幫助其樹立信心,使得學(xué)生在課堂當(dāng)中時(shí)刻保持活躍的思路。但是在這種教育創(chuàng)新環(huán)境的營(yíng)造過(guò)程中,要將這種做法的起始點(diǎn)和落腳點(diǎn)都放在對(duì)于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)上,計(jì)算機(jī)教學(xué)具有開放性的特點(diǎn),再利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行教學(xué)的過(guò)程中,要時(shí)刻了解計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,并將可以利用的計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用在教學(xué)當(dāng)中。要通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用使得教學(xué)的過(guò)程中從課內(nèi)延伸到課外,從學(xué)校內(nèi)延伸到學(xué)校外,要不斷的將計(jì)算機(jī)中的有利于教學(xué)的新技術(shù)應(yīng)用在教學(xué)過(guò)程當(dāng)中,將計(jì)算機(jī)應(yīng)用在各個(gè)學(xué)科和各個(gè)專業(yè)領(lǐng)域的教學(xué)實(shí)踐當(dāng)中,通過(guò)計(jì)算機(jī)使得學(xué)生對(duì)于學(xué)科知識(shí)綜合運(yùn)用的能力得到增強(qiáng),使得學(xué)生面對(duì)實(shí)際問(wèn)題解決實(shí)際問(wèn)題的能力得到了質(zhì)的提升。
3.2激發(fā)創(chuàng)新思維是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的重要手段
3.2.1激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣
只有學(xué)生在學(xué)習(xí)的過(guò)程中有了學(xué)習(xí)的興趣和學(xué)習(xí)的動(dòng)機(jī)才能實(shí)現(xiàn)較好的教學(xué)效果,學(xué)習(xí)興趣對(duì)于學(xué)生學(xué)習(xí)具有非常重要的作用,唯有這樣才能夠使得學(xué)生在學(xué)習(xí)的過(guò)程中具有學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性,也才會(huì)對(duì)課堂教師所講授的知識(shí)感興趣,在課堂中才能夠保持注意力。教學(xué)方式對(duì)于學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的提高有非常大的幫助,通過(guò)計(jì)算機(jī)多媒體的形式進(jìn)行教學(xué)能夠在很大程度上提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,進(jìn)而提高學(xué)校的效果。
3.2.2靈活結(jié)合教材,激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維
通過(guò)計(jì)算機(jī)與相應(yīng)課程的結(jié)合來(lái)開展教學(xué),按照教學(xué)大綱與相應(yīng)的教育理念來(lái)進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì),能夠使得學(xué)生的創(chuàng)新能力得到極大的提升。在進(jìn)行教學(xué)課程設(shè)計(jì)的過(guò)程中,教師應(yīng)當(dāng)結(jié)合學(xué)科知識(shí)與計(jì)算機(jī)知識(shí)的結(jié)合,來(lái)出相應(yīng)的題目,這些題目不僅要難度適中而且還能夠提高學(xué)習(xí)創(chuàng)新學(xué)習(xí)的能力。
四、計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)在教育中應(yīng)用的展望
要想使得計(jì)算機(jī)技術(shù)在教學(xué)中得到更為廣泛的應(yīng)用,加強(qiáng)計(jì)算機(jī)應(yīng)用的范圍以及應(yīng)用的深度,那么就要對(duì)學(xué)生的教學(xué)方式進(jìn)行積極的創(chuàng)新。目前很多很多方面的應(yīng)用創(chuàng)新都是在實(shí)踐的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的思路。在教學(xué)的過(guò)程中不斷的利用計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)于知識(shí)的深入理解與應(yīng)用創(chuàng)新,才能夠?qū)鹘y(tǒng)的教學(xué)方式進(jìn)行徹底的變革,在一定程度加深學(xué)生對(duì)于知識(shí)的理解與應(yīng)用。在對(duì)知識(shí)進(jìn)行學(xué)習(xí)和探索的過(guò)程中,在對(duì)某個(gè)領(lǐng)域中的模型或者是知識(shí)進(jìn)行驗(yàn)證理解的過(guò)程中,一般都會(huì)建立相應(yīng)的推測(cè)方法,或者是數(shù)學(xué)模型來(lái)解決相應(yīng)的問(wèn)題,在這個(gè)過(guò)程中很多學(xué)生利用計(jì)算機(jī)來(lái)建立實(shí)際問(wèn)題數(shù)學(xué)模型并利用計(jì)算機(jī)編程來(lái)求解模型的結(jié)果最終對(duì)于數(shù)學(xué)知識(shí)以及其應(yīng)用有了更深層次的理解,對(duì)于知識(shí)的理解以及能夠靈活運(yùn)用在很大程度上又推進(jìn)了學(xué)生對(duì)于知識(shí)的理解,這使得學(xué)生學(xué)習(xí)能力得到了培養(yǎng)使得學(xué)習(xí)利用計(jì)算機(jī)技術(shù)來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題的能力得到了提升,這使得學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)的能力、理解知識(shí)以及運(yùn)用知識(shí)的能力得到了質(zhì)的提升。
五、結(jié)語(yǔ)
(一)運(yùn)算技能:有基本運(yùn)算技能,還包括平時(shí)稱為方法的一些技能(基本方法或技能方法).
(二)識(shí)圖技能:識(shí)別幾何圖形中各圖形要素特征及其關(guān)系,識(shí)別立體幾何圖形中各圖形要素特征及其關(guān)系,識(shí)別重要的函數(shù)圖像,識(shí)別有助于解釋或證明某些數(shù)學(xué)事實(shí)與關(guān)系的圖形.
(三)作圖技能:其主要功能在于為理解數(shù)學(xué)知識(shí)、解決數(shù)學(xué)問(wèn)題建立直觀形象的思維支柱.
(四)推理論證技能:中學(xué)數(shù)學(xué)中的推理主要有演繹推理、歸納推理與類比推理三種形式.推理論證技能主要包括如下一些基本技能:明確這三種推理形式的基本屬性.如演繹推理是由一般到特殊的推理,若推理過(guò)程正確則所得結(jié)論一定正確,因而是一種嚴(yán)格的數(shù)學(xué)推理.而歸納推理與類比推理則均為合情推理,其結(jié)果有待檢驗(yàn).懂得三種推理形式各自的推理格式及其在數(shù)學(xué)活動(dòng)中的實(shí)際應(yīng)用格式.在數(shù)學(xué)解題與數(shù)學(xué)證明中能熟練、靈活地運(yùn)用各種推理形式.
(五)數(shù)學(xué)語(yǔ)言表述技能,包括以下幾項(xiàng)基本技能:能掌握中學(xué)數(shù)學(xué)中數(shù)學(xué)語(yǔ)言及符號(hào)的意義與書寫形式和格式.能熟練進(jìn)行表述數(shù)學(xué)知識(shí)與數(shù)學(xué)問(wèn)題的幾種不同表達(dá)方式之間的翻譯轉(zhuǎn)換.能運(yùn)用數(shù)學(xué)語(yǔ)言正確、迅速、規(guī)范地將解題過(guò)程表述出來(lái).運(yùn)用信息技術(shù)的技能.
二、數(shù)學(xué)技能的特點(diǎn)與作用
可操作性:經(jīng)過(guò)一定的練習(xí)就能熟練掌握,甚至可以形成技巧.可模仿性:有時(shí)學(xué)生即使對(duì)與技能有關(guān)知識(shí)理解不深刻,但仍能夠“照貓畫虎”完成.工具性:數(shù)學(xué)技能往往是解決一種或幾種數(shù)學(xué)問(wèn)題的“專用”工具.
三、技能課設(shè)計(jì)策略
(一)整體把握,構(gòu)造有利于數(shù)學(xué)訓(xùn)練的練習(xí)系統(tǒng):注重新知識(shí)在運(yùn)用中出現(xiàn)的頻率.注重局部分解訓(xùn)練的分量.注意適當(dāng)?shù)闹貜?fù)和前后的銜接.重視解題過(guò)程的思路分析訓(xùn)練.增加練習(xí)的彈性.
(二)加強(qiáng)學(xué)生課內(nèi)技能訓(xùn)練:突出練習(xí)的技能與相應(yīng)知識(shí)的聯(lián)系.重視解題思路的分析.處理好分解練習(xí)和連貫練習(xí)的關(guān)系.處理好示范過(guò)程中師生之間的互動(dòng)關(guān)系.
(三)落實(shí)課內(nèi)學(xué)生全員參與技能訓(xùn)練:確保全員參與.注意練習(xí)的個(gè)別指導(dǎo).注意及時(shí)了解反饋信息.允許學(xué)生出錯(cuò),注意引導(dǎo)學(xué)生從嘗試矯正中形成技能.
(四)數(shù)學(xué)技能課的課堂教學(xué)設(shè)計(jì)課堂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一節(jié)課中,要把握課堂節(jié)奏,進(jìn)行課堂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),包括教師的示范講解,學(xué)生的針對(duì)性訓(xùn)練,圍繞所訓(xùn)練的技能進(jìn)行教學(xué)和討論.教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)包括構(gòu)建知識(shí)網(wǎng)絡(luò),精選典型例題,要有明確的教學(xué)目標(biāo),突出重點(diǎn),不在一些細(xì)枝末節(jié)處浪費(fèi)時(shí)間,要緊緊圍繞“所學(xué)技能”為主題,在這方面用足時(shí)間.問(wèn)題的設(shè)計(jì)注重對(duì)問(wèn)題的設(shè)計(jì),根據(jù)學(xué)生差異,設(shè)計(jì)不同層次具有一定梯度的問(wèn)題,讓每名學(xué)生都參與進(jìn)來(lái),激發(fā)他們探究問(wèn)題的欲望.再生資源的利用在對(duì)問(wèn)題的討論中,使學(xué)生暴露錯(cuò)誤并引導(dǎo)學(xué)生尋找原因,讓學(xué)生從根本上改正錯(cuò)誤.
四、技能課的教學(xué)實(shí)踐與反思
(一)技能課應(yīng)關(guān)注什么關(guān)注技能產(chǎn)生的背景及功能,關(guān)注學(xué)生的差異,關(guān)注訓(xùn)練的量,關(guān)注訓(xùn)練的難度,關(guān)注學(xué)生的及時(shí)反饋,關(guān)注學(xué)生技能優(yōu)化.
(二)技能課的核心是什么對(duì)數(shù)學(xué)知識(shí)的理解,教師的示范,學(xué)生的操作演練.
論文摘要:信息技術(shù)是一種技術(shù)手段,既應(yīng)用于教師的教,又適用于學(xué)生的學(xué)。如何將信息技術(shù)手段運(yùn)用于教學(xué),我們就此進(jìn)行探討
一、信息技術(shù)與課程整合的內(nèi)涵
信息技術(shù)與課程整合的本質(zhì)與內(nèi)涵是要求在先進(jìn)的教育思想、理論的指導(dǎo)下,把計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)為核心的信息技術(shù)作為促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的認(rèn)知工具與情感激勵(lì)工具、豐富教學(xué)環(huán)境的創(chuàng)設(shè)工具,并將這些工具全面地應(yīng)用到各學(xué)科教學(xué)過(guò)程中,使各種教學(xué)資源、各個(gè)教學(xué)要素和教學(xué)環(huán)節(jié),經(jīng)過(guò)整理、組合,相互融合,在整體優(yōu)化的基礎(chǔ)上產(chǎn)生聚集效應(yīng),從而促進(jìn)傳統(tǒng)教學(xué)方式的根本變革,達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神與實(shí)踐能力的目標(biāo)。
信息技術(shù)是一種技術(shù)手段,既應(yīng)用于教師的教,又適用于學(xué)生的學(xué);既是輔助教學(xué)的演示工具,又是學(xué)生學(xué)習(xí)的認(rèn)知工具。整合要以系統(tǒng)論的觀點(diǎn)為指導(dǎo),綜合應(yīng)用傳統(tǒng)媒體與信息媒體,使二者各揚(yáng)其長(zhǎng)、相互補(bǔ)充。整合要讓信息服務(wù)于課程,以更好地完成課程目標(biāo):又以學(xué)生個(gè)體符合時(shí)代需要的和諧發(fā)展為目的,讓學(xué)生充分接觸、使用信息技術(shù),以信息技術(shù)促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展。
二、信息技術(shù)與課程整合的基本要求
課程整合的教學(xué)模式是我國(guó)面向21世紀(jì)基礎(chǔ)教育教學(xué)改革的新視點(diǎn),它與傳統(tǒng)的學(xué)科教學(xué)有一定的交叉性、繼承性、綜合性,并具有相對(duì)獨(dú)立特點(diǎn)的教學(xué)類型。它的研究與實(shí)施為學(xué)生主體性、創(chuàng)造性的發(fā)揮創(chuàng)設(shè)了良好的基礎(chǔ),使學(xué)校教育朝著自主的、有特色的課程教學(xué)方向發(fā)展。課程整合將信息技術(shù)看作是各類學(xué)習(xí)的一個(gè)有機(jī)組成部分,它主要在其他學(xué)科的學(xué)習(xí)活動(dòng)中有機(jī)結(jié)合使用信息技術(shù),以便更好地完成課程目標(biāo)。它強(qiáng)調(diào)在利用信息技術(shù)之前,教師要清楚學(xué)科教學(xué)的需求,設(shè)法找出信息技術(shù)在哪些地方能提高學(xué)習(xí)效果,使學(xué)生完成那些用其他方法做不到或做不好的事。其基本要求是:第一、課程整合是以各種各樣具體學(xué)科的任務(wù)或?qū)W科任務(wù)包含其中的真實(shí)性的情景問(wèn)題開展信息技術(shù)與其他學(xué)科相聯(lián)系的橫向綜合的教學(xué),使學(xué)生置身于提出問(wèn)題、思考問(wèn)題、解決問(wèn)題的動(dòng)態(tài)過(guò)程中進(jìn)行學(xué)習(xí)。通過(guò)一個(gè)或幾個(gè)任務(wù),把相關(guān)的各學(xué)科知識(shí)和能力要求作為一個(gè)整體,有機(jī)地結(jié)合在一起。學(xué)生在完成任務(wù)的同時(shí),也就完成了所需要掌握的學(xué)習(xí)目標(biāo)的學(xué)習(xí)。但這一切都需精心構(gòu)思和設(shè)計(jì)。如何與信息技術(shù)整合,這是最值得討論的一個(gè)問(wèn)題。例如,自然學(xué)科的教學(xué)與信息技術(shù)的整合就不同于其它學(xué)科在利用信息技術(shù)時(shí)可以利用豐富的視、聽等多媒體效果刺激學(xué)生的感官,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。如果在教學(xué)中一味利用視聽刺激,久而久之學(xué)生必然產(chǎn)生厭倦情緒,反而不利于學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的激發(fā)。自然學(xué)科有其自身的魅力,也就在于探索學(xué)習(xí)者未知的知識(shí)領(lǐng)域,因此信息技術(shù)的利用,還需要教師不斷改進(jìn)教學(xué)設(shè)計(jì),利用“問(wèn)題”吸引學(xué)生,達(dá)到激發(fā)興趣的目的。
第二、課程整合要求學(xué)生學(xué)習(xí)的重心不僅僅放在學(xué)會(huì)知識(shí)上,而是轉(zhuǎn)到學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)、掌握方法和培養(yǎng)能力上。學(xué)生利用信息技術(shù)解決問(wèn)題的過(guò)程,是一個(gè)充滿想象、不斷創(chuàng)新的過(guò)程,同時(shí)又是一個(gè)科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)、有計(jì)劃的動(dòng)手實(shí)踐過(guò)程,它有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力。所以在設(shè)計(jì)教學(xué)任務(wù)時(shí)就必須給予學(xué)生自由、獨(dú)立思考的時(shí)間。用粉筆加黑板的傳統(tǒng)教具,教師在黑板上板書是需要一定的時(shí)間的,這一段時(shí)間正是學(xué)生審題、思考的時(shí)間,利用信息技術(shù)后,往往出現(xiàn)這樣的情況:教師認(rèn)為把許多東西都呈現(xiàn)給學(xué)生了,很快就過(guò)去了,沒有給學(xué)生以思考的時(shí)間,表面上看整堂課信息量大,學(xué)生反映良好,其實(shí)由原來(lái)的“人灌”改為更高效的“機(jī)灌”。
第三、在課程整合的教學(xué)模式中,強(qiáng)調(diào)學(xué)生的主體性,要求充分發(fā)揮學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中的主動(dòng)性、積極性和創(chuàng)造性。學(xué)生被看作知識(shí)建構(gòu)過(guò)程的積極參與者,學(xué)習(xí)的許多目標(biāo)和任務(wù)都要學(xué)生主動(dòng)、有目的地獲取材料來(lái)實(shí)現(xiàn)。同時(shí),教師是教學(xué)過(guò)程的組織者、指導(dǎo)者和咨詢者,教師的主導(dǎo)作用可以使教學(xué)過(guò)程更加優(yōu)化,是教學(xué)活動(dòng)中重要的一環(huán)。但是不是就讓學(xué)生在計(jì)算機(jī)上瞎碰瞎撞?是不是每一個(gè)概念都要學(xué)生自己去建構(gòu)?教師的演講、解釋、傳授知識(shí)是不是都是多余的?這些問(wèn)題都值得研究和探討,在教學(xué)中教和學(xué)是一個(gè)問(wèn)題的兩個(gè)方面,片面地強(qiáng)調(diào)某一方面忽視另一方面都會(huì)走入極端。
第四、信息技術(shù)給我們提供了一個(gè)開放性的實(shí)踐平臺(tái),可以采用多種不同的方法實(shí)現(xiàn)相同的目標(biāo)。同時(shí),課程整合強(qiáng)調(diào)“具體問(wèn)題具體分析”,教學(xué)目標(biāo)固定后,可以整合不同的任務(wù)來(lái)實(shí)現(xiàn),每一位學(xué)生也可以采用不同的方法、工具來(lái)完成同一個(gè)任務(wù)。這種個(gè)別化教學(xué)策略對(duì)于發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性和進(jìn)行因人而異的學(xué)習(xí)是很有幫助的。在現(xiàn)代學(xué)習(xí)中,尤其是一些復(fù)雜問(wèn)題的解決、作品評(píng)價(jià)等認(rèn)識(shí)場(chǎng)所,要求多個(gè)學(xué)生能對(duì)同一問(wèn)題發(fā)表不同的觀點(diǎn),并在綜合評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上,協(xié)作完成任務(wù)。而網(wǎng)絡(luò)正為這種協(xié)作學(xué)習(xí)提供了很好的平臺(tái)。
三、信息技術(shù)與課程整合的基本模式和實(shí)施途徑
信息技術(shù)與課程整合是基于加強(qiáng)課程的綜合性和實(shí)踐性的一種課程模式,它是將計(jì)算機(jī)和其他信息技術(shù)作為認(rèn)知工具,以各學(xué)科知識(shí)為載體,以學(xué)生素質(zhì)提升和培養(yǎng)綜合能力為基本過(guò)程。下面,以活動(dòng)《認(rèn)識(shí)垃圾》為例,談?wù)劸唧w實(shí)施的過(guò)程。首先,讓學(xué)生進(jìn)行有關(guān)垃圾的調(diào)查,考察周圍的垃圾處理站,并提出有一定價(jià)值的問(wèn)題。然后,根據(jù)自己的喜好選擇研究的課題,查閱相關(guān)資料,瀏覽有關(guān)網(wǎng)站。第三,將自己收集到的資料和研究的成果在班上與老師、同學(xué)進(jìn)行交流。最后,評(píng)選出優(yōu)秀作品在班上、學(xué)校及社區(qū)進(jìn)行環(huán)保知識(shí)宣傳,并將部分優(yōu)秀作品發(fā)送到相關(guān)的網(wǎng)站上。
通過(guò)活動(dòng),使學(xué)生認(rèn)識(shí)到:“垃圾是放錯(cuò)了地點(diǎn)和時(shí)間的資源。”而利用垃圾的前提是對(duì)垃圾進(jìn)行分類收集,培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力和環(huán)保意識(shí)。同時(shí)讓學(xué)生在“玩”中學(xué)習(xí)科學(xué)知識(shí),學(xué)習(xí)信息技術(shù),學(xué)會(huì)做事,學(xué)會(huì)做人。
我國(guó)于2005年開始進(jìn)行CDIO模式的高校工程教育改革,改革目標(biāo)是通過(guò)注重培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)工程技術(shù)能力,尤其是項(xiàng)目的構(gòu)思、設(shè)計(jì)、開發(fā)和實(shí)施能力以及較強(qiáng)的自學(xué)能力、組織溝通能力和協(xié)調(diào)能力,吸收世界先進(jìn)的工程教育理念,建立符合國(guó)際工程教育共識(shí)的課程體系。目前,CDIO教育理念已應(yīng)用于人才教育模式和課程體系建設(shè)等方面的教育或教學(xué)改革,而這些改革都是以使學(xué)生具有較強(qiáng)的設(shè)計(jì)和建造的能力、創(chuàng)新能力、較強(qiáng)的團(tuán)隊(duì)精神和領(lǐng)導(dǎo)能力為目標(biāo)。“數(shù)字電子技術(shù)”是電類專業(yè)一門核心主干基礎(chǔ)課程,其教學(xué)內(nèi)容抽象、理論性強(qiáng)、實(shí)踐要求高。而本課程的教學(xué)效果不甚理想,體現(xiàn)在以下方面:學(xué)生普遍感覺比較枯燥,學(xué)習(xí)興趣很難持久;學(xué)生了解邏輯門電路的功能和原理,卻不清楚在現(xiàn)實(shí)生活中如何應(yīng)用;學(xué)完課程后只會(huì)設(shè)計(jì)幾個(gè)功能簡(jiǎn)單的數(shù)字邏輯電路,缺乏實(shí)際運(yùn)用能力,無(wú)法完成一個(gè)完整實(shí)際電路的分析和設(shè)計(jì)。為了擺脫目前教與學(xué)的困境,本文借鑒CDIO教育理念,重構(gòu)“數(shù)字電子技術(shù)”課程的教學(xué)模式。
二、基于CDIO教育理念的“數(shù)字電子技術(shù)”課程教學(xué)模式重構(gòu)
1.課堂授課策略的重構(gòu)
目前,在多數(shù)高校中“數(shù)字電子技術(shù)”課程普遍采用的是“教師講授+多媒體教學(xué)”的傳統(tǒng)教學(xué)形式,主要以教師講解為主,以幫助學(xué)生熟練掌握基礎(chǔ)知識(shí)為指導(dǎo)思想,一般是先利用幻燈片向?qū)W生介紹本章節(jié)涉及的邏輯單元的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、工作原理和邏輯功能等,然后通過(guò)例題給學(xué)生講解組合邏輯電路或時(shí)序邏輯電路的工作原理及其實(shí)現(xiàn)過(guò)程。在整個(gè)課堂教學(xué)過(guò)程中,學(xué)生更多的是充當(dāng)“聽眾”的角色,跟著教師的思路去理解、記憶相關(guān)的知識(shí)點(diǎn),學(xué)生的“學(xué)”完全圍繞教師的“教”來(lái)進(jìn)行,這種傳統(tǒng)的教師主動(dòng)“教”的模式,只能帶來(lái)學(xué)生被動(dòng)“學(xué)”的困境。不可否認(rèn),這種教學(xué)方法對(duì)學(xué)生快速掌握課程知識(shí)點(diǎn)具有顯著的效果,但是,也會(huì)導(dǎo)致學(xué)生在未來(lái)工作中面對(duì)實(shí)際的工程項(xiàng)目束手無(wú)策的尷尬局面。根據(jù)CDIO“做中學(xué),學(xué)中做”的理念,教師要改變?cè)械慕虒W(xué)方法,采取能培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力的基于問(wèn)題的教學(xué)方法(Prob-lembasedLearning,PBL)。PBL教學(xué)方式是先由教師在課前提出根據(jù)教學(xué)目標(biāo)精心設(shè)計(jì)的具有啟發(fā)性的問(wèn)題,再由學(xué)生通過(guò)查閱相關(guān)資料學(xué)習(xí)解決問(wèn)題的“教與學(xué)”緊密結(jié)合的過(guò)程。在這個(gè)教學(xué)過(guò)程中,作為課堂教學(xué)主體之一的教師是學(xué)習(xí)方法的引導(dǎo)者、基礎(chǔ)知識(shí)的講授者、創(chuàng)新教學(xué)模式的整體設(shè)計(jì)者、學(xué)習(xí)過(guò)程的監(jiān)控者、學(xué)習(xí)質(zhì)量的評(píng)價(jià)者和師生互動(dòng)之間的協(xié)助者;而作為教學(xué)過(guò)程中心的學(xué)生,需要自己解決學(xué)習(xí)問(wèn)題,承擔(dān)自主學(xué)習(xí)的責(zé)任,成為學(xué)習(xí)過(guò)程的真正主體?!皵?shù)字電路技術(shù)”課程中組合邏輯電路這部分教學(xué)內(nèi)容,教師可以立足于生活引出“數(shù)字顯示搶答器”的設(shè)計(jì)問(wèn)題,由學(xué)生分組討論并各抒己見,讓學(xué)生的自得到尊重,讓學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣得以激發(fā),在學(xué)生完成設(shè)計(jì)后,教師在現(xiàn)場(chǎng)用電子電氣設(shè)計(jì)自動(dòng)化(ElectronicDesignAutomation,EDA)軟件Multisim搭接電路并仿真實(shí)效,對(duì)學(xué)生的設(shè)計(jì)做出評(píng)價(jià),EDA軟件具體可參考文獻(xiàn)。這樣的教學(xué)模式,不僅能讓學(xué)生在解決問(wèn)題的過(guò)程中掌握相關(guān)的知識(shí)技術(shù)和學(xué)習(xí)策略,也有利于學(xué)生更好地適應(yīng)未來(lái)職場(chǎng)上創(chuàng)新性的開發(fā)工作,而于教師本身而言,也是一個(gè)教學(xué)相長(zhǎng)的過(guò)程,對(duì)教學(xué)水平的提高和職業(yè)技能的開拓都大有裨益。
2.教學(xué)內(nèi)容的重構(gòu)
“數(shù)字電子技術(shù)”原有課程教學(xué)內(nèi)容以數(shù)字邏輯電路的基礎(chǔ)知識(shí)和原理為主線,教學(xué)目標(biāo)主要是讓學(xué)生了解或驗(yàn)證相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)。在現(xiàn)有教學(xué)內(nèi)容和目標(biāo)的框架下,學(xué)生雖然能夠掌握單一的知識(shí)點(diǎn)及其應(yīng)用技巧,但不清楚如何在整個(gè)項(xiàng)目中合理地使用各類技術(shù),形成“只見樹木,不見森林”的認(rèn)知習(xí)慣,造成學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)的單一性和淺薄性。筆者在教學(xué)過(guò)程中,經(jīng)常遇到學(xué)生反映教學(xué)內(nèi)容枯燥難懂,在未來(lái)工作中又沒有實(shí)際意義,由此形成了教學(xué)主客體的雙重尷尬局面。在CDIO特色的教學(xué)內(nèi)容體系下,通過(guò)項(xiàng)目設(shè)計(jì)將整個(gè)課程體系有機(jī)、系統(tǒng)地融合起來(lái),所有的教學(xué)內(nèi)容都圍繞該項(xiàng)目展開;符合CDIO模式思想的“數(shù)字電子技術(shù)”教學(xué)內(nèi)容,需要教師能從較高層次把握這些內(nèi)容各自的地位和作用,幫助學(xué)生理清課程中各種內(nèi)容之間的關(guān)系,從而凸顯設(shè)計(jì)和應(yīng)用,改變過(guò)去重視原理、忽視設(shè)計(jì)、忽視應(yīng)用的狀況?!皵?shù)字電子技術(shù)”課程教學(xué)內(nèi)容以原理、設(shè)計(jì)和應(yīng)用為主線,將課程教學(xué)內(nèi)容劃分成與之對(duì)應(yīng)的三個(gè)部分:(1)數(shù)字電子技術(shù)原理部分,涉及邏輯門電路和觸發(fā)器等;(2)數(shù)字邏輯電子電路設(shè)計(jì)部分,涉及組合邏輯電路和有記憶功能的時(shí)序邏輯電路等;(3)數(shù)字電子技術(shù)應(yīng)用部分,涉及硬件描述語(yǔ)言、EDA電子仿真實(shí)驗(yàn)和硬件電路調(diào)試實(shí)驗(yàn)等。筆者擬建立基于CDIO特色的“數(shù)字電子技術(shù)”教學(xué)內(nèi)容體系,如圖1所示,虛線框的內(nèi)容代表教學(xué)內(nèi)容,實(shí)線框的內(nèi)容代表教學(xué)內(nèi)容相應(yīng)教學(xué)的作用。
3.教學(xué)評(píng)價(jià)模式的重構(gòu)
在傳統(tǒng)教學(xué)評(píng)價(jià)模式中,理論考試和實(shí)踐考試分離,課程考核基本采用單一筆試的考評(píng)方式,像大部分課程仍采用“期末成績(jī)(70%)+平時(shí)成績(jī)(30%,包括出勤和作業(yè)兩個(gè)部分)”的評(píng)價(jià)模式,該模式簡(jiǎn)單公正,但注重的是理論知識(shí)的考核。這種考核方式僅僅反映出學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的掌握程度,很難體現(xiàn)學(xué)生的實(shí)踐能力和工作態(tài)度;此外,這種只關(guān)注結(jié)果的考核評(píng)價(jià)具有較濃的功利色彩,學(xué)生也僅僅為考試而學(xué)習(xí),沒有主動(dòng)參與學(xué)習(xí)過(guò)程的熱情,根本體會(huì)不到學(xué)習(xí)的樂(lè)趣,更談不到創(chuàng)新能力的提高。CDIO創(chuàng)新教學(xué)模式的愿景是要為工科學(xué)生提供一種強(qiáng)調(diào)工程基礎(chǔ)、建立在實(shí)際工程上產(chǎn)品的C—D—I—O過(guò)程的環(huán)境基礎(chǔ)上的工程教育;而基于CDIO的教育理念構(gòu)建的課程考核評(píng)價(jià)方式,應(yīng)將培養(yǎng)符合產(chǎn)業(yè)界的工程師需要具備的各種能力和素質(zhì)變?yōu)閷W(xué)生考核的主要目標(biāo)。因此,我們擬建立以教師、實(shí)驗(yàn)師和學(xué)生三方為主體,結(jié)合學(xué)習(xí)過(guò)程、項(xiàng)目結(jié)果和考試三方面的綜合評(píng)價(jià)模式,在這種評(píng)價(jià)模式下課程的成績(jī)?cè)u(píng)定,采用“結(jié)果性”考核與關(guān)注學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中體現(xiàn)出的態(tài)度、素養(yǎng)、人際團(tuán)隊(duì)能力和工程系統(tǒng)能力等“過(guò)程性”考核相結(jié)合的模式來(lái)決定。減少“結(jié)果性”期末理論考核在總評(píng)中所占比例,設(shè)定比例為35%,重點(diǎn)考查學(xué)生的知識(shí)和技術(shù)。加強(qiáng)“過(guò)程性”考核的力度,提高平時(shí)考核所占比例,學(xué)習(xí)過(guò)程和項(xiàng)目結(jié)果占的比例為65%,重點(diǎn)考查學(xué)生的能力和態(tài)度。學(xué)習(xí)過(guò)程考核主要由課堂表現(xiàn)16分和協(xié)作成績(jī)14分組成,教師評(píng)課堂表現(xiàn),學(xué)生互評(píng)協(xié)作成績(jī);項(xiàng)目結(jié)果考核中項(xiàng)目質(zhì)量和創(chuàng)新占20分,項(xiàng)目答辯占10分,這兩部分成績(jī)是教師和實(shí)驗(yàn)師針對(duì)項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)打出的,互評(píng)成績(jī)5分是根據(jù)項(xiàng)目組內(nèi)根據(jù)對(duì)項(xiàng)目的貢獻(xiàn)程度由學(xué)生互評(píng)得出,既能使成績(jī)總體上取決于團(tuán)隊(duì)成績(jī),使學(xué)生重視團(tuán)隊(duì)協(xié)作,又能衡量在一個(gè)項(xiàng)目組內(nèi)各學(xué)生對(duì)項(xiàng)目貢獻(xiàn)的大小。然而,項(xiàng)目設(shè)計(jì)的結(jié)果往往不是唯一答案,因此,要重點(diǎn)關(guān)注有特點(diǎn)、亮點(diǎn)的設(shè)計(jì)方案,并給予大力鼓勵(lì)與表?yè)P(yáng)。總之,“結(jié)果性”和“過(guò)程性”課程的考核評(píng)價(jià)不僅注重知識(shí)和技術(shù)的評(píng)價(jià),而且要注重能力和態(tài)度的評(píng)價(jià)。
三、結(jié)語(yǔ)
根據(jù)對(duì)目前的數(shù)學(xué)課堂教學(xué)的調(diào)查發(fā)現(xiàn),數(shù)學(xué)課堂提問(wèn)主要有以下現(xiàn)象:
一、提問(wèn)缺乏層次性,偏向于記憶性的知識(shí)。
數(shù)學(xué)教師在授新課前進(jìn)行的知識(shí)回顧主要以記憶性的知識(shí)為主,沒有體現(xiàn)出對(duì)知識(shí)的提升,缺乏深度。在教學(xué)中問(wèn)題的提出有時(shí)太難有時(shí)簡(jiǎn)單,沒有把握好問(wèn)題的層次性,忽略了學(xué)生的認(rèn)知水平。
二、提問(wèn)直接單一,學(xué)生沒有思維的空間。
在教學(xué)中提問(wèn)過(guò)于簡(jiǎn)單直接,達(dá)不到對(duì)學(xué)生思維的訓(xùn)練,比如在進(jìn)行二次函數(shù)y=ax2+bx+c (a、b、c為常數(shù),a≠0)概念的講解中,教師直接問(wèn)二次項(xiàng)系數(shù)a能不能等于0,學(xué)生回答不能,這個(gè)問(wèn)題不能體現(xiàn)出學(xué)生對(duì)問(wèn)題的思考,更不能明白為什么二次項(xiàng)系數(shù)a不能等于0。
三、提問(wèn)時(shí)機(jī)把握不準(zhǔn),提問(wèn)后未給學(xué)生充足的思考時(shí)間。
教師在提出問(wèn)題后,急于找學(xué)生回答問(wèn)題,由于時(shí)間不足,導(dǎo)致學(xué)生對(duì)問(wèn)題的思考不夠全面,缺乏深度,往往達(dá)不到教師的期望。失去了提問(wèn)意義。
四、教師對(duì)學(xué)生的評(píng)價(jià)缺乏鼓勵(lì)。
中學(xué)生由于心理特點(diǎn)的原因,非常在乎別人對(duì)自己的看法,所以,在課堂中不愿意舉手回答問(wèn)題,害怕被人嘲笑,尤其是回答錯(cuò)誤后被老師批評(píng)。而往往教師就批評(píng)了學(xué)生,挫傷了學(xué)生的積極性。 從以上的現(xiàn)象可以看出教師的提問(wèn)技巧還需要大大提高。為此,我們針對(duì)課堂提問(wèn)存在的問(wèn)題進(jìn)行了研究,我們認(rèn)為如果課堂的提問(wèn)能夠體現(xiàn)以下幾點(diǎn),可以很好地提高數(shù)學(xué)課堂效率。
一、明確課堂提問(wèn)的目的、層次和方向。明確提問(wèn)的目的,是課堂提問(wèn)成敗的根本條件。在具體教學(xué)過(guò)程中,由于目的不同,教師可以提出不同類型的問(wèn)題:比如回憶性問(wèn)題,理解性問(wèn)題,應(yīng)用性問(wèn)題。其次要注意課堂提問(wèn)的層次,系統(tǒng)而周密的課堂提問(wèn)能引導(dǎo)學(xué)生去探索達(dá)到目標(biāo)的途徑。提問(wèn)的層次性要求教師緊扣教材重點(diǎn)、難點(diǎn)和關(guān)鍵,分析教材內(nèi)容的內(nèi)在聯(lián)系、邏輯順序和學(xué)生已有的知識(shí)、能力,按照由具體到抽象、由感性到理性的認(rèn)識(shí)規(guī)律,由易到難、循序漸進(jìn)地設(shè)計(jì)一系列問(wèn)題,使學(xué)生的認(rèn)識(shí)逐漸深入、提高。設(shè)計(jì)問(wèn)題,在知識(shí)范圍上可以由小到大,先設(shè)問(wèn),后反問(wèn),再追問(wèn),最后得出概括的結(jié)論,使學(xué)生把握思維的正確方向,提高概括能力。提問(wèn)要考慮到學(xué)生的認(rèn)知水平和班級(jí)的全體學(xué)生,激發(fā)學(xué)生回答問(wèn)題的積極性。
二、提問(wèn)的方式多樣化,給學(xué)生創(chuàng)設(shè)思維空間。
教師提出的問(wèn)題要轉(zhuǎn)變一問(wèn)一答式,能夠激活學(xué)生的思維,引導(dǎo)學(xué)生去探索、去發(fā)現(xiàn),提出的問(wèn)題要具有啟發(fā)性。教師要善于把教學(xué)內(nèi)容本身的矛盾與學(xué)生已有的知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)間的矛盾作為設(shè)計(jì)問(wèn)題的突破口,啟發(fā)學(xué)生去探究,給學(xué)生一定的思維空間,從而把學(xué)生的認(rèn)識(shí)逐步提高。
三、把握關(guān)鍵問(wèn)題和提問(wèn)時(shí)機(jī)。
首先,提問(wèn)要能體現(xiàn)教材的重難點(diǎn),有利于攻破難點(diǎn),實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo),關(guān)注學(xué)生的興趣點(diǎn),可活躍課堂氣氛,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,有助于課堂教學(xué)順利實(shí)施,把握知識(shí)模糊點(diǎn),使學(xué)生準(zhǔn)確掌握知識(shí)所指,對(duì)知識(shí)進(jìn)行定位。其次,提問(wèn)的時(shí)機(jī)要準(zhǔn),可在學(xué)習(xí)新概念后,分析問(wèn)題時(shí),知識(shí)應(yīng)用時(shí)提問(wèn)。
[關(guān)鍵詞]數(shù)學(xué)課堂教學(xué)反思
全日制義務(wù)教育數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(實(shí)驗(yàn)稿)在基本理念中指出:有效的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)活動(dòng)不能單純地依賴模仿與記憶,動(dòng)手實(shí)踐,自主探索與合作交流是學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的重要方式。傳統(tǒng)的課堂教學(xué),導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)方式單一,表現(xiàn)為以教為中心,以教案為本,學(xué)圍繞著教,就是你講我聽,你問(wèn)我答,課堂氣氛較沉悶。為了讓學(xué)生自主探索,合作學(xué)習(xí),獨(dú)立獲取知識(shí),我從以下幾方面進(jìn)行了嘗試。
一、創(chuàng)設(shè)情境,激發(fā)學(xué)生自主地學(xué)習(xí)
教學(xué)的藝術(shù)不在于傳授本領(lǐng),更重要是在于激勵(lì),喚醒,鼓舞。根據(jù)一年級(jí)學(xué)生的認(rèn)知年齡特征,認(rèn)知規(guī)律和生活經(jīng)驗(yàn),抓住學(xué)生活動(dòng)的興奮點(diǎn),按學(xué)生認(rèn)知的“最近發(fā)展區(qū)”,為學(xué)生提供豐富的背景材料。從學(xué)生喜歡聽的,喜歡看的實(shí)情,實(shí)物,實(shí)事入手,采用講故事,做游戲,模擬場(chǎng)景,比賽等形式創(chuàng)設(shè)生動(dòng),有趣的情境,使學(xué)生產(chǎn)生興趣,激發(fā)自主探索的欲望,發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,自主學(xué)習(xí)。如教學(xué)12—9,由具體情景引入后,先讓學(xué)生想,想不出來(lái),就拿出學(xué)具來(lái)擺,擺明白之后再互相交流,在比較,吸收的基礎(chǔ)上完善自己的想法,學(xué)會(huì)計(jì)算方法。在練習(xí)的初始階段,也要強(qiáng)調(diào)多擺,多圈,多說(shuō),以表象來(lái)支持學(xué)生的思維。這樣讓學(xué)生動(dòng)手動(dòng)腦的學(xué)習(xí),伴隨學(xué)生自身的情感成為他們自主學(xué)習(xí)的需要。數(shù)學(xué)是充滿樂(lè)趣的“學(xué)問(wèn)”,在情境中學(xué)數(shù)學(xué),是學(xué)生最感興趣的;貼近生活去學(xué)數(shù)學(xué),是最能調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性的。
二、創(chuàng)設(shè)情景,營(yíng)造與人合作的學(xué)習(xí)氛圍。
合作是人類社會(huì)賴以生存和發(fā)展的重要?jiǎng)恿ΑW(xué)會(huì)共同學(xué)習(xí)、生活,培養(yǎng)在人類活動(dòng)中的參與合作精神是教學(xué)中改變學(xué)生學(xué)習(xí)方式的重要的一環(huán)。在一年級(jí)課堂教學(xué)中,建立合作學(xué)習(xí)機(jī)制,營(yíng)造和諧輕松的學(xué)習(xí)氛圍,改變傳統(tǒng)單一的交流形式,變“雙向交流”為“多向交流”,使學(xué)生感到自由,輕松,學(xué)生成為交流的主體。
教學(xué)片段:得數(shù)是10的加法
師:同學(xué)們想不想分蘋果比賽?
教師提要求:
A、每4個(gè)人一組(每組一捆“小棒”)同學(xué)之間要合作,一個(gè)同學(xué)負(fù)責(zé)分,兩個(gè)同學(xué)分別說(shuō)怎樣分兩堆,一個(gè)負(fù)責(zé)記錄。
B、把10個(gè)蘋果分成兩堆,有幾種方法?
師:請(qǐng)同學(xué)們按小組匯報(bào)的情況。
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師:我們把10個(gè)蘋果分成9和1,你想到什么算式?10分成8和2,你想到了什么算式?
請(qǐng)同學(xué)們?cè)谛〗M里說(shuō)一說(shuō)。
在這一過(guò)程中,學(xué)生的主體地位得到了尊重,每個(gè)學(xué)生都有機(jī)會(huì)參與討論,在討論中,可以自己發(fā)表見解,將自己的想法,告訴其他的同學(xué),傾聽其他同學(xué)的意見。如:上述學(xué)生在小組討論時(shí),有的學(xué)生說(shuō)我想到了:9+1=10,10—9=1。馬上有學(xué)生補(bǔ)充說(shuō):還有1+9=10,10—1=9;接著學(xué)生七嘴八舌地說(shuō)想到:8+2=10,2+8=10。老師接著問(wèn)通過(guò)這些算式,你還想到什么算式?學(xué)生說(shuō):想到10+0=10,又有學(xué)生說(shuō),想到10—10=0,還有0+10=10。這種合作學(xué)習(xí),增加了信息交流量,豐富了自己的見解。被同伴認(rèn)可,一次認(rèn)可就是一次成功。成功可使學(xué)生產(chǎn)生自信,學(xué)生獲得自信,自我肯定等一系列的情感體驗(yàn)。這種良好的情感體驗(yàn)的不斷實(shí)現(xiàn),能激起學(xué)生強(qiáng)烈的內(nèi)在學(xué)習(xí)動(dòng)力。
三、創(chuàng)設(shè)情境,讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題
“問(wèn)題是數(shù)學(xué)的心臟”。有了問(wèn)題,思維才有方向;有了問(wèn)題,思維才有動(dòng)力。民主和諧的教學(xué)氛圍是學(xué)生積極主動(dòng)發(fā)揮的前提,根據(jù)一年級(jí)學(xué)生正處于學(xué)習(xí)啟蒙階段的特點(diǎn),我在教學(xué)時(shí)有意識(shí)創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境,引導(dǎo)和培養(yǎng)學(xué)生的問(wèn)題情境中去發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。
教學(xué)片段:操場(chǎng)上(一)
師:同學(xué)們你們喜歡玩嗎?你最喜歡什么運(yùn)動(dòng)?
生:我喜歡羽毛球;我喜歡體操;我喜歡跑步;我喜歡足球。
師:同學(xué)們的興趣愛好真廣泛,現(xiàn)在我們到操場(chǎng)上去看一看,這些同學(xué)在干什么?
(出示場(chǎng)景圖,并揭示課題:“操場(chǎng)上”)
師:根據(jù)這幅圖,你想提出什么問(wèn)題?
生:A男生有()人;B女生有()人;C一共有()人;D男生比女生多()人;E女生比男生少()人;F是女生多還是男生多?G帶帽子比不帶帽子的少()人……
沒有牛頓對(duì)落地蘋果觀察和發(fā)現(xiàn),如何產(chǎn)生“萬(wàn)有引力”定律,沒有阿基米德在浴缸洗澡的體驗(yàn)和發(fā)現(xiàn),也不會(huì)有對(duì)浮力的認(rèn)識(shí)。這些都是從發(fā)現(xiàn)問(wèn)題開始的,讓學(xué)生在問(wèn)題情境中去發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,提出他們想提的問(wèn)題,提出他們感興趣的問(wèn)題。問(wèn)題情境是促進(jìn)學(xué)生建構(gòu)良好認(rèn)知結(jié)構(gòu)的推動(dòng)力,同時(shí)也是引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的重要方式。
四、以人的發(fā)展為本,給學(xué)生留下學(xué)習(xí)與探索的時(shí)空
陽(yáng)光雨露禾苗壯。就像生命離不開水,離不開陽(yáng)光和空氣,學(xué)生的學(xué)習(xí)不能沒有時(shí)間和空間。留足思維的時(shí)空,讓學(xué)生自由的發(fā)展,想象就能張開翅膀,在學(xué)習(xí)的藍(lán)天翱翔。課堂教學(xué)不該由教師主宰,應(yīng)以學(xué)生為本,以學(xué)生為中心,創(chuàng)造一個(gè)有利于學(xué)生主動(dòng)發(fā)展的時(shí)間和空間。教師要給學(xué)生提供豐富、直觀的背景材料,構(gòu)建解決問(wèn)題的模型,如教學(xué)片段:操場(chǎng)上(二)
師:大家提出了這么多問(wèn)題,你們會(huì)解答嗎?你是怎樣解答的?把你的方法在小組里跟同學(xué)說(shuō)一說(shuō)。
師:一共有()人,這個(gè)問(wèn)題,哪個(gè)小組來(lái)回答?
生:一共有10人。
師:你們是怎樣想的?把你們的想法告訴大家。
生:我們這組是把男生的人數(shù)和女生的人數(shù)加起來(lái)的8+2=10。
師:男生比女生多()人,這個(gè)問(wèn)題哪個(gè)小組來(lái)回答?
生:男生比女生多6人。
師:你們是怎樣想的?能把你們的想法說(shuō)給全班同學(xué)聽嗎?
生:我們是一個(gè)男生對(duì)一個(gè)女生,剩下的就是多的。
生:從圖中這兩個(gè)男生和這兩個(gè)女生一比,剩下就是6個(gè)男生。
生:我們是算出來(lái)的,男生有8人,女生有2人,8—2=6。
生:我們是比出來(lái)的,8比2多6個(gè)。
生:女生人數(shù)只有男生中的一部分,一看就知道男生比女生多6人。
波利亞指出:“學(xué)習(xí)任何知識(shí)的最佳途徑是由自己去發(fā)現(xiàn),因?yàn)檫@種發(fā)現(xiàn)理解最深,也最容易掌握其中的內(nèi)在規(guī)律,性質(zhì)和聯(lián)系。”對(duì)知識(shí)而言,把學(xué)習(xí)和探索的時(shí)空留給學(xué)生,讓學(xué)生在學(xué)習(xí)中享受樂(lè)趣,同學(xué),教師成為交流學(xué)習(xí)的親密伙伴,使數(shù)學(xué)課堂成為學(xué)生的天地。在課堂上,學(xué)生通過(guò)實(shí)踐活動(dòng),小組合作,簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)調(diào)查和游戲活動(dòng)等多種形式,自主地積累知識(shí),獲得信息,解決問(wèn)題,培養(yǎng)能力。
課堂教學(xué)改革呈現(xiàn)出一派繁榮的景象,這是相當(dāng)可喜的。但是,認(rèn)真審視一下我們的課堂教學(xué),也有一些現(xiàn)象值得我們深思。
1、學(xué)習(xí)方式提倡“探究式”,還要不要“接受式”
我們知道,學(xué)習(xí)方式的選擇應(yīng)用,要受到教學(xué)內(nèi)容,學(xué)生水平,個(gè)性特點(diǎn)等多種因素的制約。并不是所有的學(xué)習(xí)內(nèi)容都適合讓學(xué)生通過(guò)探究去解決,“探究式”適合智力好,主動(dòng)性強(qiáng)的學(xué)生,而學(xué)生的智力發(fā)展,知識(shí)水平不平衡是客觀現(xiàn)實(shí),如果一味地追求“探究”,就會(huì)嚴(yán)重脫離一些學(xué)生的實(shí)際,挫傷他們的積極性。學(xué)生個(gè)性不同,所以,“探究”也好,“接受”也罷,適合學(xué)生個(gè)體特點(diǎn)的學(xué)習(xí)方式才是有效的。如果我們教師不顧實(shí)際,對(duì)于明明是簡(jiǎn)單而不需探究的,或者學(xué)生沒有能力探究的的那些知識(shí),也去搞形式,追求探究的“時(shí)髦”,那可能會(huì)事倍功半,得不償失。
2、教學(xué)注重“過(guò)程”,還要不要“結(jié)果”
教學(xué)“重過(guò)程”也已成為廣大教育工作者的共識(shí)。但是,隨之而來(lái),又一種聲音似乎越來(lái)越流行,認(rèn)為知識(shí)已經(jīng)不重要了,重要的是掌握獲取知識(shí)的方法。我們應(yīng)當(dāng)做的是改變過(guò)去輕“過(guò)程”甚至無(wú)“過(guò)程”的現(xiàn)象,不僅使學(xué)生“孤零零地掌握,記憶,再現(xiàn)”知識(shí),而且是學(xué)生弄清知識(shí)發(fā)生過(guò)程的“來(lái)龍去脈”,促使學(xué)生深入地“理解,重構(gòu),質(zhì)疑,批判”知識(shí)。“結(jié)果”與“過(guò)程”并非是對(duì)立的關(guān)系,而是一種統(tǒng)一的關(guān)系。
3、追求“民主”,“開放”,還要不要“次序”、“規(guī)則”
關(guān)鍵詞:納米科學(xué)納米技術(shù)納米管納米線納米團(tuán)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(gè)領(lǐng)域的研究舉世矚目。例如,美國(guó)政府2001財(cái)政年度在納米尺度科學(xué)上的投入要比2000財(cái)政年增長(zhǎng)83%,達(dá)到5億美金。有兩個(gè)主要的理由導(dǎo)致人們對(duì)納米尺度結(jié)構(gòu)和器件的興趣的增加。第一個(gè)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(kù)侖阻塞以及單電子邃穿等。這些現(xiàn)象除引起人們對(duì)基礎(chǔ)物理的興趣外,亦給我們帶來(lái)全新的器件制備和功能實(shí)現(xiàn)的想法和觀念,例如,單電子輸運(yùn)器件和量子點(diǎn)激光器等。第二個(gè)理由是,在半導(dǎo)體工業(yè)有器件持續(xù)微型化的趨勢(shì)。根據(jù)“國(guó)際半導(dǎo)體技術(shù)路向(2001)“雜志,2005年前動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)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(zhǎng)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(wèn)題預(yù)期就會(huì)出現(xiàn)。到2005年類似的問(wèn)題將預(yù)期出現(xiàn)在DRAM的制造過(guò)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(jì)和制造方案,因?yàn)楫?dāng)MOS器件的尺寸縮小到一定程度時(shí)基礎(chǔ)物理極限就會(huì)達(dá)到。隨著傳統(tǒng)器件尺寸的進(jìn)一步縮小,量子效應(yīng)比如載流子邃穿會(huì)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(huì)是制造基于量子效應(yīng)操作機(jī)制的新型器件,以便小物理尺寸對(duì)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(huì)獲益良多。譬如,在電子學(xué)上,單電子輸運(yùn)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(lái)諸多的微尺度好處,他們僅僅通過(guò)數(shù)個(gè)而非以往的成千上萬(wàn)的電子來(lái)運(yùn)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(lái)快得多的開關(guān)速度。在光電子學(xué)上,量子點(diǎn)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(diǎn),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(cè)器能夠測(cè)量極其微量的化學(xué)和生物分子,而且開啟了細(xì)胞內(nèi)探測(cè)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(diǎn)的其他器件應(yīng)用,比如,鐵磁量子點(diǎn)磁記憶器件、量子點(diǎn)自旋過(guò)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(huì)給我們帶來(lái)許多潛在的好處??偠灾?,無(wú)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(lái)的優(yōu)點(diǎn)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(gè)方面的因素驅(qū)使)的角度來(lái)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(tuán)簇、納米線以及納米管)組裝起來(lái);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(gè)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(diǎn)是個(gè)體納米部件的制備成本低以及工藝簡(jiǎn)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(lái)制備納米元件。目前,在國(guó)內(nèi)、在香港以及在世界上許多的實(shí)驗(yàn)室里這些方法正在被用來(lái)合成不同材料的納米線、納米管以及納米團(tuán)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(diǎn)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(gè)至關(guān)重要的問(wèn)題,這一問(wèn)題迄今仍未有解決。盡管存在如上的困難和問(wèn)題,“build-up“依然是一種能合成大量納米團(tuán)簇以及納米線、納米管的有效且簡(jiǎn)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(shí)際應(yīng)用,這是因?yàn)樗鼈內(nèi)狈?shí)用所苛求的尺寸、組份以及材料純度方面的要求。而且,因?yàn)橥瑯拥脑蛴眠@種方法合成的納米結(jié)構(gòu)的功能性質(zhì)相當(dāng)差。不過(guò)上述方法似乎適宜用來(lái)制造傳感器件以及生物和化學(xué)探測(cè)器,原因是垂直于襯底生長(zhǎng)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(jī)理與現(xiàn)代工業(yè)裝置相匹配,換句話說(shuō),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(lái)進(jìn)行器件制造的傳統(tǒng)方法?!癇uild-down”方法的缺點(diǎn)是較高的成本。在“build-down”方法中有幾條不同的技術(shù)路徑來(lái)制造納米結(jié)構(gòu)。最簡(jiǎn)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(lái)得到量子點(diǎn)或者量子線。另外一種是包括用離子注入來(lái)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(guò)自組裝機(jī)制來(lái)制造量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)。自組裝方法是在晶格失配的材料中自然生長(zhǎng)納米尺度的島。在Stranski-Krastanov生長(zhǎng)模式中,當(dāng)材料生長(zhǎng)到一定厚度后,二維的逐層生長(zhǎng)將轉(zhuǎn)換成三維的島狀生長(zhǎng),這時(shí)量子點(diǎn)就會(huì)生成。業(yè)已證明基于自組裝量子點(diǎn)的激光器件具有比量子阱激光器更好的性能。量子點(diǎn)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(gè)量級(jí)。閾值電流密度低于100A/cm2、室溫輸出功率在瓦特量級(jí)(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(diǎn)激光器也已經(jīng)報(bào)道。無(wú)論是何種材料系統(tǒng),量子點(diǎn)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(dá)到商業(yè)化器件所要求的指標(biāo),預(yù)期量子點(diǎn)基的此類材料激光器將很快在市場(chǎng)上出現(xiàn)。量子點(diǎn)基光電子器件的進(jìn)一步改善主要取決于量子點(diǎn)幾何結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。雖然在生長(zhǎng)條件上如襯底溫度、生長(zhǎng)元素的分氣壓等的變化能夠在一定程度上控制點(diǎn)的尺寸和密度,自組裝量子點(diǎn)還是典型底表現(xiàn)出在大小、密度及位置上的隨機(jī)變化,其中僅僅是密度可以粗糙地控制。自組裝量子點(diǎn)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(diǎn)。由于量子點(diǎn)尺寸的統(tǒng)計(jì)漲落和位置的隨機(jī)變化,一層含有自組裝量子點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)可典型地展現(xiàn)出豎直對(duì)準(zhǔn)排列,這可以有效地改善量子點(diǎn)的均勻性。然而,當(dāng)隔離層薄的時(shí)候,在一列量子點(diǎn)中存在載流子的耦合,這將失去因使用零維系統(tǒng)而帶來(lái)的優(yōu)點(diǎn)。怎樣優(yōu)化量子點(diǎn)的尺寸和隔離層的厚度以便既能獲得好均勻性的量子點(diǎn)又同時(shí)保持載流子能夠限制在量子點(diǎn)的個(gè)體中對(duì)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(guò)去的十年中。在這段時(shí)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(jìn)一步征明可以用“build-down”或者“build-up”方法來(lái)進(jìn)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(jià)地被制造出來(lái),我們必將收獲更多的成果。
在未來(lái)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(gè)新的時(shí)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(shí)用器件才能實(shí)現(xiàn)人們對(duì)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(diǎn)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(diǎn)的優(yōu)勢(shì)之處,我們必須能夠控制量子點(diǎn)的位置、大小、成份已及密度。其中一個(gè)可行的方法是將量子點(diǎn)生長(zhǎng)在已經(jīng)預(yù)刻有圖形的襯底上。由于量子點(diǎn)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(jí)效應(yīng),如對(duì)于GaN材料量子點(diǎn)的橫向尺寸要小于8納米)才能實(shí)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(xiàng)挑戰(zhàn)性的技術(shù)難題。對(duì)于單電子晶體管來(lái)說(shuō),如果它們能在室溫下工作,則要求量子點(diǎn)的直徑要小至1-5納米的范圍。這些微小尺度要求已超過(guò)了傳統(tǒng)光刻所能達(dá)到的精度極限。有幾項(xiàng)技術(shù)可望用于如此的襯底圖形制作。
—電子束光刻通常可以用來(lái)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(lái)最小化電子散射問(wèn)題,那特征尺寸小至2納米的圖形可以制作出來(lái)。在電子束光刻中的電子散射因?yàn)樗^近鄰干擾效應(yīng)(proximityeffect)而嚴(yán)重影響了光刻的極限精度,這個(gè)效應(yīng)造成制備空間上緊鄰的納米結(jié)構(gòu)的困難。這項(xiàng)技術(shù)的主要缺點(diǎn)是相當(dāng)費(fèi)時(shí)。例如,刻寫一張4英寸的硅片需要時(shí)間1小時(shí),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(xiàng)技術(shù)較適于用于規(guī)模生產(chǎn)。目前,耗時(shí)和近鄰干擾效應(yīng)這兩個(gè)問(wèn)題還沒有得到解決。
—聚焦離子束光刻是一種機(jī)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(lái)的離子背散射影響。它能刻出特征尺寸細(xì)到6納米的圖形,但它也是一種耗時(shí)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(lái)劃刻或者氧化襯底表面,甚至可以用來(lái)操縱單個(gè)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(qiáng)的氧化機(jī)制的。此項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)用來(lái)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(jiǎn)單易行等優(yōu)點(diǎn)。引入的氧化圖形依賴于實(shí)驗(yàn)條件如掃描速度、樣片偏壓以及環(huán)境濕度等??臻g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(xiàng)技術(shù)已用于制造有序的量子點(diǎn)陣列和單電子晶體管。這項(xiàng)技術(shù)的主要缺點(diǎn)是處理速度慢(典型的刻寫速度為1mm/s量級(jí))。然而,最近在原子力顯微術(shù)上的技術(shù)進(jìn)展—使用懸臂樑陣列已將掃描速度提高到4mm/s。此項(xiàng)技術(shù)的顯著優(yōu)點(diǎn)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(xiàng)能操控單個(gè)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(lái)制備,它也可以用簡(jiǎn)單的陽(yáng)極氧化方法來(lái)制備。鋁膜在酸性腐蝕液中陽(yáng)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(xiàng)技術(shù)已制造出含有細(xì)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(jī)制的技術(shù)。目前,經(jīng)過(guò)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(guò)鋨染色而保留下來(lái)。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(dá)1011/cm2。
—與倍塞共聚物圖形制作術(shù)緊密相關(guān)的一項(xiàng)技術(shù)是納米球珠光刻術(shù)。此項(xiàng)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(rèn)。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(lái)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(lái)刻制特征尺寸大于100nm的圖形。復(fù)制鑄模法的可能優(yōu)點(diǎn)是ellastometric聚合物可被用來(lái)制作成一個(gè)戳子,以便可用同一個(gè)戳子通過(guò)對(duì)戳子的機(jī)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(diǎn)是不需要加熱。納米壓印術(shù)已被證明可用來(lái)制作具有容量達(dá)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(zhǎng)方形,以及在4英寸硅片上進(jìn)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(gè)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(zhǎng)戳子壽命。
具有低穿刺率的大尺寸戳子已經(jīng)被制作出來(lái)。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(jìn)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(lái)研究戳子的壽命問(wèn)題。曾有研究報(bào)告報(bào)道,覆蓋有超薄的特氟隆類薄膜的模板可以用來(lái)進(jìn)行50次的浮刻而不需要中間清洗。報(bào)告指出最大的性能退化來(lái)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(lái)的,抗穿刺層可能需要使用,而且進(jìn)行大約5次壓印后需要更換。值得關(guān)心的其他可能問(wèn)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(jìn)一步的優(yōu)化和改良是必需的,但此項(xiàng)技術(shù)似乎有希望獲得高生產(chǎn)率。壓印過(guò)程包括對(duì)準(zhǔn)、加熱及冷卻循環(huán)等,整個(gè)過(guò)程所需時(shí)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(shí)間,因此可以縮短整個(gè)壓印過(guò)程時(shí)間。
IV.納米制造所面對(duì)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(diǎn)和缺點(diǎn)。目前,似乎沒有哪個(gè)單一種技術(shù)可以用來(lái)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(guò)程分成下列步驟:
1.在一塊模版上刻寫圖形
2.在過(guò)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(guò)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(xiàng)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(xì)小的圖形。然而,這些技術(shù)都因相當(dāng)費(fèi)時(shí)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(wèn)題。此項(xiàng)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(yán)重的材料問(wèn)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(lái)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(lái)刻寫圖形以便生長(zhǎng)出有序的納米量子點(diǎn)陣列時(shí),它們卻完全不適于用來(lái)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(guò)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?yàn)樵谘谀0嫦乱欢ǔ潭鹊你@蝕是不可避免的,而這個(gè)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(yán)重不足。已有研究表明,能在表面下100nm深處探測(cè)到刻蝕引入的損傷。當(dāng)器件中的個(gè)別有源區(qū)尺寸小于100nm時(shí),如此大的損傷是不能接受的。還有就是因?yàn)樗械募{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(shì)的發(fā)展,普通光刻技術(shù)的精度將很快達(dá)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(guò)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(jìn)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(lái)看,雖然也有一些具挑戰(zhàn)性的問(wèn)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(wèn)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(gè)原子或分子的無(wú)可匹敵的精度,可是此項(xiàng)技術(shù)卻有固有的慢速度,目前還不清楚通過(guò)給它加裝陣列懸臂樑能否使它達(dá)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(shí)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(diǎn)狀或者柱狀圖形。對(duì)于制造相對(duì)簡(jiǎn)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(duì)的問(wèn)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(lái)刻制,然后在模版上的圖形可以通過(guò)要么熱輔助要么溶液輔助的壓印法來(lái)復(fù)制。同一塊模版可以用來(lái)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(jī)制的方法,它可以用來(lái)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(wèn)題如穿刺及因灰塵導(dǎo)致的損傷等問(wèn)題需要加以解決。對(duì)一個(gè)理想的納米刻寫技術(shù)而言,它的運(yùn)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(shí)至今日,仍然沒有任何一項(xiàng)能制作亞100nm圖形的單項(xiàng)技術(shù)能同時(shí)滿足上述所有條件?,F(xiàn)在還難說(shuō)是否上述技術(shù)中的一種或者它們的某種組合會(huì)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(huì)成為最終的納米刻寫技術(shù)還有待于觀察。
另一項(xiàng)挑戰(zhàn)是,為了更新我們關(guān)于納米結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)和知識(shí),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(lái)表征單個(gè)納米尺度物體。由于自組裝量子點(diǎn)在尺寸上的自然漲落,可信地表征單個(gè)納米結(jié)構(gòu)的能力對(duì)于研究這些結(jié)構(gòu)的物理性質(zhì)是絕對(duì)至關(guān)重要的。目前表征單個(gè)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(lái)確定一個(gè)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(lái)研究一個(gè)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(xì)理解表面性質(zhì)所要求的精度。當(dāng)近場(chǎng)光學(xué)方法能夠給出局部區(qū)域光譜信息時(shí),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(lái)表征表面和體材料的技術(shù)能夠擴(kuò)展到能夠用來(lái)研究單個(gè)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
級(jí)別:部級(jí)期刊
榮譽(yù):中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù)(CJFD)
級(jí)別:北大期刊
榮譽(yù):中國(guó)優(yōu)秀期刊遴選數(shù)據(jù)庫(kù)
級(jí)別:省級(jí)期刊
榮譽(yù):中國(guó)優(yōu)秀期刊遴選數(shù)據(jù)庫(kù)
級(jí)別:統(tǒng)計(jì)源期刊
榮譽(yù):中國(guó)優(yōu)秀期刊遴選數(shù)據(jù)庫(kù)
級(jí)別:省級(jí)期刊
榮譽(yù):中國(guó)優(yōu)秀期刊遴選數(shù)據(jù)庫(kù)