纳米科学论文范文

导语：如何才能写好一篇纳米科学论文，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

篇1

关键词：纳米科学纳米技术纳米管纳米线纳米团簇半导体

NanoscienceandNanotechnology–theSecondRevolution

Abstract:Thefirstrevolutionofnanosciencetookplaceinthepast10years.Inthisperiod,researchersinChina,HongKongandworldwidehavedemonstratedtheabilitytofabricatelargequantitiesofnanotubes,nanowiresandnanoclustersofdifferentmaterials,usingeitherthe“build-up”or“build-down”approach.Theseeffortshaveshownthatifnanostructurescanbefabricatedinexpensively,therearemanyrewardstobereaped.Structuressmallerthan20nmexhibitnon-classicalpropertiesandtheyofferthebasisforentirelydifferentthinkinginmakingdevicesandhowdevicesfunction.Theabilitytofabricatestructureswithdimensionlessthan70nmallowthecontinuationofminiaturizationofdevicesinthesemiconductorindustry.Thesecondnanoscienceandnantechnologyrevolutionwilllikelytakeplaceinthenext10years.Inthisnewperiod,scientistsandengineerswillneedtoshowthatthepotentialandpromiseofnanostructurescanberealized.Therealizationisthefabricationofpracticaldeviceswithgoodcontrolinsize,composition,orderandpuritysothatsuchdeviceswilldeliverthepromisedfunctions.Weshalldiscusssomedifficultiesandchallengesfacedinthisnewperiod.Anumberofalternativeapproacheswillbediscussed.Weshallalsodiscusssomeoftherewardsifthesedifficultiescanbeovercome.

Keywords:Nanoscience,Nanotechnology,Nanotubes,Nanowires,Nanoclusters,“build-up”,“build-down”,Semiconductor

I.引言

纳米科学和技术所涉及的是具有尺寸在1-100纳米范围的结构的制备和表征。在这个领域的研究举世瞩目。例如，美国政府2001财政年度在纳米尺度科学上的投入要比2000财政年增长83%，达到5亿美金。有两个主要的理由导致人们对纳米尺度结构和器件的兴趣的增加。第一个理由是，纳米结构（尺度小于20纳米）足够小以至于量子力学效应占主导地位，这导致非经典的行为，譬如，量子限制效应和分立化的能态、库仑阻塞以及单电子邃穿等。这些现象除引起人们对基础物理的兴趣外，亦给我们带来全新的器件制备和功能实现的想法和观念，例如，单电子输运器件和量子点激光器等。第二个理由是，在半导体工业有器件持续微型化的趋势。根据“国际半导体技术路向（2001）“杂志，2005年前动态随机存取存储器（DRAM）和微处理器（MPU）的特征尺寸预期降到80纳米，而MPU中器件的栅长更是预期降到45纳米。然而，到2003年在MPU制造中一些不知其解的问题预期就会出现。到2005年类似的问题将预期出现在DRAM的制造过程中。半导体器件特征尺寸的深度缩小不仅要求新型光刻技术保证能使尺度刻的更小，而且要求全新的器件设计和制造方案，因为当MOS器件的尺寸缩小到一定程度时基础物理极限就会达到。随着传统器件尺寸的进一步缩小，量子效应比如载流子邃穿会造成器件漏电流的增加，这是我们不想要的但却是不可避免的。因此，解决方案将会是制造基于量子效应操作机制的新型器件，以便小物理尺寸对器件功能是有益且必要的而不是有害的。如果我们能够制造纳米尺度的器件，我们肯定会获益良多。譬如，在电子学上，单电子输运器件如单电子晶体管、旋转栅门管以及电子泵给我们带来诸多的微尺度好处，他们仅仅通过数个而非以往的成千上万的电子来运作，这导致超低的能量消耗，在功率耗散上也显著减弱，以及带来快得多的开关速度。在光电子学上，量子点激光器展现出低阈值电流密度、弱阈值电流温度依赖以及大的微分增益等优点，其中大微分增益可以产生大的调制带宽。在传感器件应用上，纳米传感器和纳米探测器能够测量极其微量的化学和生物分子，而且开启了细胞内探测的可能性，这将导致生物医学上迷你型的侵入诊断技术出现。纳米尺度量子点的其他器件应用，比如，铁磁量子点磁记忆器件、量子点自旋过滤器及自旋记忆器等，也已经被提出，可以肯定这些应用会给我们带来许多潜在的好处。总而言之，无论是从基础研究（探索基于非经典效应的新物理现象）的观念出发，还是从应用（受因结构减少空间维度而带来的优点以及因应半导体器件特征尺寸持续减小而需要这两个方面的因素驱使）的角度来看，纳米结构都是令人极其感兴趣的。

II.纳米结构的制备———首次浪潮

有两种制备纳米结构的基本方法：build-up和build-down。所谓build-up方法就是将已预制好的纳米部件（纳米团簇、纳米线以及纳米管）组装起来；而build-down方法就是将纳米结构直接地淀积在衬底上。前一种方法包含有三个基本步骤：1）纳米部件的制备；2）纳米部件的整理和筛选；3）纳米部件组装成器件（这可以包括不同的步骤如固定在衬底及电接触的淀积等等）。“build-up“的优点是个体纳米部件的制备成本低以及工艺简单快捷。有多种方法如气相合成以及胶体化学合成可以用来制备纳米元件。目前，在国内、在香港以及在世界上许多的实验室里这些方法正在被用来合成不同材料的纳米线、纳米管以及纳米团簇。这些努力已经证明了这些方法的有效性。这些合成方法的主要缺点是材料纯洁度较差、材料成份难以控制以及相当大的尺寸和形状的分布。此外，这些纳米结构的合成后工艺再加工相当困难。特别是，如何整理和筛选有着窄尺寸分布的纳米元件是一个至关重要的问题，这一问题迄今仍未有解决。尽管存在如上的困难和问题，“build-up“依然是一种能合成大量纳米团簇以及纳米线、纳米管的有效且简单的方法。可是这些合成的纳米结构直到目前为止仍然难以有什么实际应用，这是因为它们缺乏实用所苛求的尺寸、组份以及材料纯度方面的要求。而且，因为同样的原因用这种方法合成的纳米结构的功能性质相当差。不过上述方法似乎适宜用来制造传感器件以及生物和化学探测器，原因是垂直于衬底生长的纳米结构适合此类的应用要求。

“Build-down”方法提供了杰出的材料纯度控制，而且它的制造机理与现代工业装置相匹配，换句话说，它是利用广泛已知的各种外延技术如分子束外延(MBE)、化学气相淀积（MOVCD）等来进行器件制造的传统方法。“Build-down”方法的缺点是较高的成本。在“build-down”方法中有几条不同的技术路径来制造纳米结构。最简单的一种，也是最早使用的一种是直接在衬底上刻蚀结构来得到量子点或者量子线。另外一种是包括用离子注入来形成纳米结构。这两种技术都要求使用开有小尺寸窗口的光刻版。第三种技术是通过自组装机制来制造量子点结构。自组装方法是在晶格失配的材料中自然生长纳米尺度的岛。在Stranski-Krastanov生长模式中，当材料生长到一定厚度后，二维的逐层生长将转换成三维的岛状生长，这时量子点就会生成。业已证明基于自组装量子点的激光器件具有比量子阱激光器更好的性能。量子点器件的饱和材料增益要比相应的量子阱器件大50倍，微分增益也要高3个量级。阈值电流密度低于100A/cm2、室温输出功率在瓦特量级（典型的量子阱基激光器的输出功率是5-50mW）的连续波量子点激光器也已经报道。无论是何种材料系统，量子点激光器件都预期具有低阈值电流密度，这预示目前还要求在大阈值电流条件下才能激射的宽带系材料如III组氮化物基激光器还有很大的显著改善其性能的空间。目前这类器件的性能已经接近或达到商业化器件所要求的指标，预期量子点基的此类材料激光器将很快在市场上出现。量子点基光电子器件的进一步改善主要取决于量子点几何结构的优化。虽然在生长条件上如衬底温度、生长元素的分气压等的变化能够在一定程度上控制点的尺寸和密度，自组装量子点还是典型底表现出在大小、密度及位置上的随机变化，其中仅仅是密度可以粗糙地控制。自组装量子点在尺寸上的涨落导致它们的光发射的非均匀展宽，因此减弱了使用零维体系制作器件所期望的优点。由于量子点尺寸的统计涨落和位置的随机变化，一层含有自组装量子点材料的光致发光谱典型地很宽。在竖直叠立的多层量子点结构中这种谱展宽效应可以被减弱。如果隔离层足够薄，竖直叠立的多层量子点可典型地展现出竖直对准排列，这可以有效地改善量子点的均匀性。然而，当隔离层薄的时候，在一列量子点中存在载流子的耦合，这将失去因使用零维系统而带来的优点。怎样优化量子点的尺寸和隔离层的厚度以便既能获得好均匀性的量子点又同时保持载流子能够限制在量子点的个体中对于获得器件的良好性能是至关重要的。

很清楚纳米科学的首次浪潮发生在过去的十年中。在这段时期，研究者已经证明了纳米结构的许多崭新的性质。学者们更进一步征明可以用“build-down”或者“build-up”方法来进行纳米结构制造。这些成果向我们展示，如果纳米结构能够大量且廉价地被制造出来，我们必将收获更多的成果。

在未来的十年中，纳米科学和技术的第二次浪潮很可能发生。在这个新的时期，科学家和工程师需要征明纳米结构的潜能以及期望功能能够得到兑现。只有获得在尺寸、成份、位序以及材料纯度上良好可控能力并成功地制造出实用器件才能实现人们对纳米器件所期望的功能。因此，纳米科学的下次浪潮的关键点是纳米结构的人为可控性。

III.纳米结构尺寸、成份、位序以及密度的控制——第二次浪潮

为了充分发挥量子点的优势之处，我们必须能够控制量子点的位置、大小、成份已及密度。其中一个可行的方法是将量子点生长在已经预刻有图形的衬底上。由于量子点的横向尺寸要处在10-20纳米范围（或者更小才能避免高激发态子能级效应，如对于GaN材料量子点的横向尺寸要小于8纳米）才能实现室温工作的光电子器件，在衬底上刻蚀如此小的图形是一项挑战性的技术难题。对于单电子晶体管来说，如果它们能在室温下工作，则要求量子点的直径要小至1-5纳米的范围。这些微小尺度要求已超过了传统光刻所能达到的精度极限。有几项技术可望用于如此的衬底图形制作。

—电子束光刻通常可以用来制作特征尺度小至50纳米的图形。如果特殊薄膜能够用作衬底来最小化电子散射问题，那特征尺寸小至2纳米的图形可以制作出来。在电子束光刻中的电子散射因为所谓近邻干扰效应（proximityeffect）而严重影响了光刻的极限精度，这个效应造成制备空间上紧邻的纳米结构的困难。这项技术的主要缺点是相当费时。例如，刻写一张4英寸的硅片需要时间1小时，这不适宜于大规模工业生产。电子束投影系统如SCALPEL（scatteringwithangularlimitationprojectionelectronlithography）正在发展之中以便使这项技术较适于用于规模生产。目前，耗时和近邻干扰效应这两个问题还没有得到解决。

—聚焦离子束光刻是一种机制上类似于电子束光刻的技术。但不同于电子束光刻的是这种技术并不受在光刻胶中的离子散射以及从衬底来的离子背散射影响。它能刻出特征尺寸细到6纳米的图形，但它也是一种耗时的技术，而且高能离子束可能造成衬底损伤。

—扫描微探针术可以用来划刻或者氧化衬底表面，甚至可以用来操纵单个原子和分子。最常用的方法是基于材料在探针作用下引入的高度局域化增强的氧化机制的。此项技术已经用来刻划金属（Ti和Cr）、半导体（Si和GaAs）以及绝缘材料（Si3N4和silohexanes），还用在LB膜和自聚集分子单膜上。此种方法具有可逆和简单易行等优点。引入的氧化图形依赖于实验条件如扫描速度、样片偏压以及环境湿度等。空间分辨率受限于针尖尺寸和形状（虽然氧化区域典型地小于针尖尺寸）。这项技术已用于制造有序的量子点阵列和单电子晶体管。这项技术的主要缺点是处理速度慢（典型的刻写速度为1mm/s量级）。然而，最近在原子力显微术上的技术进展—使用悬臂樑阵列已将扫描速度提高到4mm/s。此项技术的显著优点是它的杰出的分辨率和能产生任意几何形状的图形能力。但是，是否在刻写速度上的改善能使它适用于除制造光刻版和原型器件之外的其他目的还有待于观察。直到目前为止，它是一项能操控单个原子和分子的唯一技术。

—多孔膜作为淀积掩版的技术。多孔膜能用多种光刻术再加腐蚀来制备，它也可以用简单的阳极氧化方法来制备。铝膜在酸性腐蚀液中阳极氧化就可以在铝膜上产生六角密堆的空洞，空洞的尺寸可以控制在5-200nm范围。制备多孔膜的其他方法是从纳米沟道玻璃膜复制。用这项技术已制造出含有细至40nm的空洞的钨、钼、铂以及金膜。

—倍塞（diblock）共聚物图形制作术是一种基于不同聚合物的混合物能够产生可控及可重复的相分离机制的技术。目前，经过反应离子刻蚀后，在旋转涂敷的倍塞共聚物层中产生的图形已被成功地转移到Si3N4膜上，图形中空洞直径20nm，空洞之间间距40nm。在聚苯乙烯基体中的自组织形成的聚异戊二烯（polyisoprene）或聚丁二烯（polybutadiene）球（或者柱体）可以被臭氧去掉或者通过锇染色而保留下来。在第一种情况，空洞能够在氮化硅上产生；在第二种情况，岛状结构能够产生。目前利用倍塞共聚物光刻技术已制造出GaAs纳米结构，结构的侧向特征尺寸约为23nm,密度高达1011/cm2。

—与倍塞共聚物图形制作术紧密相关的一项技术是纳米球珠光刻术。此项技术的基本思路是将在旋转涂敷的球珠膜中形成的图形转移到衬底上。各种尺寸的聚合物球珠是商业化的产品。然而，要制作出含有良好有序的小尺寸球珠薄膜也是比较困难的。用球珠单层膜已能制备出特征尺寸约为球珠直径1/5的三角形图形。双层膜纳米球珠掩膜版也已被制作出。能够在金属、半导体以及绝缘体衬底上使用纳米球珠光刻术的能力已得到确认。纳米球珠光刻术（纳米球珠膜的旋转涂敷结合反应离子刻蚀）已被用来在一些半导体表面上制造空洞和柱状体纳米结构。

—将图形从母体版转移到衬底上的其他光刻技术。几种所谓“软光刻“方法，比如复制铸模法、微接触印刷法、溶剂辅助铸模法以及用硬模版浮雕法等已被探索开发。其中微接触印刷法已被证明只能用来刻制特征尺寸大于100nm的图形。复制铸模法的可能优点是ellastometric聚合物可被用来制作成一个戳子，以便可用同一个戳子通过对戳子的机械加压能够制作不同侧向尺寸的图形。在溶剂辅助铸模法和用硬模版浮雕法（或通常称之为纳米压印术）之间的主要差异是，前者中溶剂被用于软化聚合物，而后者中软化聚合物依靠的是温度变化。溶剂辅助铸模法的可能优点是不需要加热。纳米压印术已被证明可用来制作具有容量达400Gb/in2的纳米激光光盘，在6英寸硅片上刻制亚100nm分辨的图形，刻制10nmX40nm面积的长方形，以及在4英寸硅片上进行图形刻制。除传统的平面纳米压印光刻法之外，滚轴型纳米压印光刻法也已被提出。在此类技术中温度被发现是一个关键因素。此外，应该选用具有较低的玻璃化转变温度的聚合物。为了取得高产，下列因素要解决：

1）大的戳子尺寸

2）高图形密度戳子

3）低穿刺（lowsticking）

4）压印温度和压力的优化

5）长戳子寿命。

具有低穿刺率的大尺寸戳子已经被制作出来。已有少量研究工作在试图优化压印温度和压力，但显然需要进行更多的研究工作才能得到温度和压力的优化参数。高图形密度戳子的制作依然在发展之中。还没有足够量的工作来研究戳子的寿命问题。曾有研究报告报道，覆盖有超薄的特氟隆类薄膜的模板可以用来进行50次的浮刻而不需要中间清洗。报告指出最大的性能退化来自于嵌在戳子和聚合物之间的灰尘颗粒。如果戳子是从ellastometric母版制作出来的，抗穿刺层可能需要使用，而且进行大约5次压印后需要更换。值得关心的其他可能问题包括镶嵌的灰尘颗引起的戳子损伤或聚合物中图形损伤，以及连续压印之间戳子的清洗需要等。尽管进一步的优化和改良是必需的，但此项技术似乎有希望获得高生产率。压印过程包括对准、加热及冷却循环等，整个过程所需时间大约20分钟。使用具有较低玻璃化转换温度的聚合物可以缩短加热和冷却循环所需时间，因此可以缩短整个压印过程时间。

IV．纳米制造所面对的困难和挑战

上述每一种用于在衬底上图形刻制的技术都有其优点和缺点。目前，似乎没有哪个单一种技术可以用来高产量地刻制纳米尺度且任意形状的图形。我们可以将图形刻制的全过程分成下列步骤：

1．在一块模版上刻写图形

2．在过渡性或者功能性材料上复制模版上的图形

3．转移在过渡性或者功能性材料上复制的图形。

很显然第二步是最具挑战性的一步。先前描述的各项技术，例如电子束光刻或者扫描微探针光刻技术，已经能够刻写非常细小的图形。然而，这些技术都因相当费时而不适于规模生产。纳米压印术则因可作多片并行处理而可能解决规模生产问题。此项技术似乎很有希望，但是在它能被广泛应用之前现存的严重的材料问题必须加以解决。纳米球珠和倍塞共聚物光刻术则提供了将第一步和第二步整合的解决方案。在这些技术中，图形由球珠的尺寸或者倍塞共聚物的成分来确定。然而，用这两种光刻术刻写的纳米结构的形状非常有限。当这些技术被人们看好有很大的希望用来刻写图形以便生长出有序的纳米量子点阵列时，它们却完全不适于用来刻制任意形状和复杂结构的图形。为了能够制造出高质量的纳米器件，不但必须能够可靠地将图形转移到功能材料上，还必须保证在刻蚀过程中引入最小的损伤。湿法腐蚀技术典型地不产生或者产生最小的损伤，可是湿法腐蚀并不十分适于制备需要陡峭侧墙的结构，这是因为在掩模版下一定程度的钻蚀是不可避免的，而这个钻蚀决定性地影响微小结构的刻制。另一方面，用干法刻蚀技术，譬如，反应离子刻蚀(RIE)或者电子回旋共振（ECR）刻蚀，在优化条件下可以获得陡峭的侧墙。直到今天大多数刻蚀研究都集中于刻蚀速度以及刻蚀出垂直墙的能力，而关于刻蚀引入损伤的研究严重不足。已有研究表明，能在表面下100nm深处探测到刻蚀引入的损伤。当器件中的个别有源区尺寸小于100nm时，如此大的损伤是不能接受的。还有就是因为所有的纳米结构都有大的表面-体积比，必须尽可能地减少在纳米结构表面或者靠近的任何缺陷。

随着器件持续微型化的趋势的发展，普通光刻技术的精度将很快达到它的由光的衍射定律以及材料物理性质所确定的基本物理极限。通过采用深紫外光和相移版，以及修正光学近邻干扰效应等措施，特征尺寸小至80nm的图形已能用普通光刻技术制备出。然而不大可能用普通光刻技术再进一步显著缩小尺寸。采用X光和EUV的光刻技术仍在研发之中，可是发展这些技术遇到在光刻胶以及模版制备上的诸多困难。目前来看，虽然也有一些具挑战性的问题需要解决，特别是需要克服电子束散射以及相关联的近邻干扰效应问题，但投影式电子束光刻似乎是有希望的一种技术。扫描微探针技术提供了能分辨单个原子或分子的无可匹敌的精度，可是此项技术却有固有的慢速度，目前还不清楚通过给它加装阵列悬臂樑能否使它达到可以接受的刻写速度。利用转移在自组装薄膜中形成的图形的技术，例如倍塞共聚物以及纳米球珠刻写技术则提供了实现成本不是那么昂贵的大面积图形刻写的一种可能途径。然而，在这种方式下形成的图形仅局限于点状或者柱状图形。对于制造相对简单的器件而言，此类技术是足够用的，但并不能解决微电子工业所面对的问题。需要将图形从一张模版复制到聚合物膜上的各种所谓“软光刻“方法提供了一种并行刻写的技术途径。模版可以用其他慢写技术来刻制，然后在模版上的图形可以通过要么热辅助要么溶液辅助的压印法来复制。同一块模版可以用来刻写多块衬底，而且不像那些依赖化学自组装图形形成机制的方法，它可以用来刻制任意形状的图形。然而，要想获得高生产率，某些技术问题如穿刺及因灰尘导致的损伤等问题需要加以解决。对一个理想的纳米刻写技术而言，它的运行和维修成本应该低，它应具备可靠地制备尺寸小但密度高的纳米结构的能力，还应有在非平面上刻制图形的能力以及制备三维结构的功能。此外，它也应能够做高速并行操作，而且引入的缺陷密度要低。然而时至今日，仍然没有任何一项能制作亚100nm图形的单项技术能同时满足上述所有条件。现在还难说是否上述技术中的一种或者它们的某种组合会取代传统的光刻技术。究竟是现有刻写技术的组合还是一种全新的技术会成为最终的纳米刻写技术还有待于观察。

另一项挑战是，为了更新我们关于纳米结构的认识和知识，有必要改善现有的表征技术或者发展一种新技术能够用来表征单个纳米尺度物体。由于自组装量子点在尺寸上的自然涨落，可信地表征单个纳米结构的能力对于研究这些结构的物理性质是绝对至关重要的。目前表征单个纳米结构的能力非常有限。譬如，没有一种结构表征工具能够用来确定一个纳米结构的表面结构到0.1À的精度或者更佳。透射电子显微术(TEM)能够用来研究一个晶体结构的内部情况，但是它不能提供有关表面以及靠近表面的原子排列情况的信息。扫描隧道显微术（STM）和原子力显微术（AFM）能够给出表面某区域的形貌，但它们并不能提供定量结构信息好到能仔细理解表面性质所要求的精度。当近场光学方法能够给出局部区域光谱信息时，它们能给出的关于局部杂质浓度的信息则很有限。除非目前用来表征表面和体材料的技术能够扩展到能够用来研究单个纳米体的表面和内部情况，否则能够得到的有关纳米结构的所有重要结构和组份的定量信息非常有限。

V.展望

篇2

《大学化学》课程的积极性兴趣既是学习的最好老师。能否将学生自然地引入到材料化学专业的学习中来，让学生感受到材料化学的魅力，教师上好前言课可以说至关重要。新生上第一门专业基础课时，一般都充满好奇与渴望。教师若照本宣科、泛泛而谈，学生只能按图索骥，被动接受教材上的受死知识，他们大多兴味索然甚至大失所望。教师若能独辟蹊径，借助多媒体优势，向学生合理展示人类自古至今、特别是近年来材料科学界发展的新成就，如金刚石、宝石、发光材料、功能奇异的C60、N60、C90(目前报道的最小的碳纳米管［3］)、N70、碳纳米管，无机超分子，原子簇化合物，无机功能材料(如功能配合物、无机纳米新材料与功能材料)，纳米陶瓷、磁性、催化剂、气敏及传感材料等。事实上，这些五彩缤纷、性能奇特、形貌特异的材料大多可通过即将学习的《大学化学》课程的相关知识来制备、合成，而并不是遥不可及、的高端技术。通过这种方式，则深深吸引学生的目光，能激发学生学习的兴趣。学生因此也能了解学习好《大学化学》课程的重要性，进而增强对材料化学专业学习的责任感和信心。在各章节的教学过程中，教师都应把其相关知识点与材料的合成、性能研究等密切联系起来。比如，在学习晶体结构部分的知识时，我们在这一块的讲授就与其他专业的授课明显不同，尽可能地把常见晶体(如NaCl、CsCl、ZnS、CaF2、K2S、CaTiO3、TiO2、Al2O3、MgAl2O4、Fe3O4、Co3O4、AgCl、AgI等)的晶体类别、空间结构等向学生讲解阐述清楚，为其学习常见无机化合物、无机材料打下坚实的基础。

2突破传统的教学理念与方法，夯实理论基础

讲授法教学仍然是目前多数课程所用的最基本的教学方式，具有一定的优势，即教师能连贯地向学生传授基础知识，并配合其它方法，可将基本概念、基本原理及相关课程知识传授给学生。教授法运用得当，不仅能将讲授内容系统、科学而准确地传递给学生，而且还能很好地突显讲授内容的重点和难点。然而，实际教学过程中若自始至终均采用这一方法，学生极易疲劳，产生厌倦甚至烦躁的心理。事实上，有些教师一直喜欢满堂灌和填鸭式教学，教师在课堂上洋洋洒洒、痛痛快快地大讲特讲，却完全忽略了学生作为教学主体的作用。这种教学，只是教师知识的倾泻，而不是传授，其结果是教师教得非常累，学生听得更累，因而教学效果往往显得特别差。在近几年材料化学专业的学生对《大学化学》课程的授课评价中我们可以清楚地看到，学生对那些采取满堂灌式教学的教师微词颇多，普遍要求采用灵活多样的教学方法，要充分激发学生学习的积极性。在我系《大学化学》课程教学团队中，我们都十分重视教学理念的转变、更新和教学方法的改革。我们都视其为课程能否鲜活生动的源泉。首先，我们确立了以学生学习为中心的教学观念，以学生最大程度掌握好专业基础知识为目标。如果把教师作为工程师或技术工人，那么学生将可看成为其加工的“产品”。“产品”质量的优劣，能否赢得市场，是检验作为教师教学质量是否合格的标准。要做到这一点，必须对学生进行科学合理地训练和培养。因此，在课堂教学上，教师要积极引导，在十分融洽的环境下合理有序地向学生传授知识，并能激起学生的求知欲，使其在课后有进一步跟踪并深入研究的渴望。其次，为更好地传授知识，改革教学方法，要采用灵活多样、切实可行的教学方法，使学生以最直接、最有效的方式获得知识。比如，在课前，教师要布置任务，设置问题，引导学生进行预习，通过多种途径了解有关课题的成就以及最新发展动态，以吸引学生的注意力，让其对所学内容产生浓厚的兴趣。在课堂上，以多媒体教学为主，必需的板书为辅;以探讨和学生参与教学作为主线，以教师补充和更正作为辅线;以经典基础知识的教学和实际应用为主要教学内容，以相关科学前沿知识的穿插为辅助内容。课后，学生以完成经典题目作业为主要巩固课程内容的方式，以查阅相关知识，进行实验和撰写课程小论文来扩大视野，等等。《大学化学》课程理论众多，在有限的课时里让学生牢固掌握众多理论，难度较大。我们主要通过精选教学内容，采用精讲、精练的方式，理论与实际相结合，科学前沿介绍与教师的科研课题相结合，深入简出，形象生动地向学生进行传授。通过具体的材料合成与应用示例，夯实基础理论，加深《大学化学》与材料化学之间的联系，使学生产生强烈的欲望和浓厚的兴趣。

3转变课程的管理机制

课程管理机制的建立与课程改革相适应，课程管理机制的优劣将直接关系到课程教学质量。课程改革的深入开展应是课程教学管理的核心内容，我们应积极探索新的教学理念，大力开展创新教育，逐步推进教学新模式的转变，确保教学质量的提高。第一，我们要求《大学化学》课程教师都要进行教学研究，特别注重课堂教学、教学内容、教学模式以及教学细节方面的探索与研究。通过对课堂教学过程、特别是教学细节等方面的研究，让教师更加重视教学规律。第二，加强课堂教学的诚信教育和情感交流，培养师生感情，帮助学生正确掌握求知观，不仅要培养学生的道德情操和知识品德，还要增进学生服务于社会的意识和责任感。第三，不断转变教学方式，由封闭式教学向开放式教学转变，由单向式教学向双向式教学转变。第四，教师要转变自己的角色，尽快由“教书匠”转变为“研究者”，由知识的“储备者”向知识的“传播者”转变。教师要经常进行反思，逐步实现深层次创新，使自己成为一个教学理念、教学实践的开拓者和研究者，崇尚科学，崇尚学术。第五，加强课堂教学的监督机制。我们主要通过教学督导、教研室听课与评教、院领导随机听课以及学生期中进行教学评价等方式来提高课堂教学的管理与监督机制。第六，加强课程学习的奖惩机制。对本课程学习比较优秀的学生应及时进行表扬、鼓励甚至奖励，树立模范。对那些不爱学习、偷懒疲沓的学生要及时教育、激励以及必要的课程惩罚，如阅读几篇科学论文，撰写小论文等。

4加大学生实践与创新能力的培养

创新是关乎国家和民族昌盛兴旺的灵魂和永不衰竭的动力源泉。创新人才的培养是大学教育义不容辞的责任。当代大学生创新人才的培养可以分为创新能力和创业素质的训练两个部分。《大学化学》作为专业基础学科，在大学生创新能力培养方面具有更重要的基础性作用，是其他学科无可替代的。因此，结合我系材料化学专业近几年的发展，通过《大学化学》课程的教学与实践，主要在以下几个方面实施对大学生创新能力大力进行培养。(1)教师首先要有创新意识和创新实践活动。通过教师教研和科研课题的申报与立项，教学改革的实施，教学方法的改进，教师进行各种形式的进修，通过指导学生申报课题项目，引导学生参与科学研究。带领大学生参与各种竞赛，领导学生直接服务于社会等，切实提高教师的创新意识和实践活动。(2)精选并优化教学内容，使教学内容更加系统化、科学化。将大学化学课程中无机化学与化学分析中的相关知识紧密结合起来，尽量节省课时。(3)加大基础实验的权重，增设综合性、设计性实验和开放性实验。(4)教师进行课题讲座，通过专题研究，加强《大学化学》课程与专业学习的联系。同时，挑选一些能力较强的学生在课堂上进行小专题报告，培养和锻炼学生进行理论交流的能力。(5)积极邀请学生参与教师课题组或科研课题中来。让学生参与教师的课题研究，不仅使学生了解科研的一般途径，更重的是培养了学生的科研意识和素质，能使学生在进行课程学习时不自觉地提高了科学分辩和吸收的能力。

5结语

篇3

以色列的崛起固然有美国的扶植，但最重要的还是内在因素。探索其中的原由，也许对我们不无裨益。一、强大的民族凝聚力和自强不息的精神，是以色列国家发展永不枯竭的原动力。犹太民族是一个苦难深重的民族。历史上数次大迁徙、大流散，犹太人惨遭奴役、驱逐和杀戮。尤其是第二次世界大战期间，有600万犹太人被德国纳粹杀害。“逆境生人”，这些历史遭遇没有使犹太人灭绝，也没有使之屈服，相反却锤炼了犹太民族高度的爱国主义和不屈不挠的抗争精神。世界上犹太人大约有1200万人，其中一半生活在以色列，一半散居国外。犹太人无论在哪里，都时时刻刻牵挂着自己的祖国，尽一切可能帮助和支持自己的国家。凡犹太人居住地都有犹太社团，他们千方百计地设法影响驻在国对以色列的政策，其中以美国的犹太集团为最大，对美国对以色列政策的影响也最大。散居国外的富有犹太人不但回国投资，也大笔大笔地捐款给学校、研究机构和慈善事业。犹太民族自强不息、奋斗不止、勇于创新的精神，一直为人们所称道。正是靠着这种精神，犹太民族哺育出众多杰出的历史人物。被称为改变世界历史的伟人马克思就是犹太人，著名科学家爱因斯坦也是犹太人。据统计，诺贝尔奖金获得者中，30％以上是犹太人。正是靠着这种精神，犹太民族变荒漠为良田，变贫穷为富裕，变积弱为强盛。这种精神，有改天换地的力量。

二、重视教育，把知识教育和传统教育结合起来，提高民族的综合素质。以色列重视教育，把教育看作是开创未来的关键。其主要做法，一是对教育的投入一直很高，始终保持在占GDP的9―12％。政府为每个小学生每年花费3938美元，为每个大学生花费11036美元，均高于其他发达国家。以色列犹太人中受过高等教育的占38％，受过中等教育的占70％，这在世界上也是名列前茅的。二是将教育置于法律的基础上，成为教育法制化国家。“义务教育法”规定5―17岁孩子必须接受免费义务教育，18岁未学完国家规定课程的成年人要学完高中课程。此外，还有“国家教育法”、“高等教育委员会法”、“学校督导法”、“特殊教育法”，从教学内容到具体管理，从一般培养到特殊教育，甚至对学生的课时都做了规定。三是注重启发式教育。无论是中学还是大学，教学都比较宽松。但对中小学课时做了规定，学校教育每周4天，每天不得少于8小时，周末学习一天不得少于5小时，星期五不得少于4小时。这些规定是要学生把课程主要消化在学校里和课堂上，减轻学生负担，没有繁杂的家庭作业。四是注重课外教育。参观展示二战期间犹太人悲惨遭遇的“大屠杀博物馆”是每个学生的必修课。学校还组织学生参观众多的博物馆、展览馆、农产品展览、花卉展览等，使学生接受爱国主义教育和广博的课外知识。五是部队教育作为青年人成长教育的重要一环。凡满18―26岁的犹太人，男子服兵役三年，女子一年半。这实际是学校教育的继续。在军队青年人接触一些先进的武器装备，培养了必备的各种技能，同时培养团队精神，团结协作，互相支持。这都为今后工作奠定了良好的基础。

三、科技立国，科技兴国，使以色列在当今世界综合国力的竞争中出奇制胜。以色列前副总理兼外长西蒙・佩雷斯曾说过，在以色列这样的国家，不靠天、不靠地、就是靠科技。以色列年均降雨量200毫米，水资源严重缺乏，荒漠化土地占土地总面积的60％。多年来以色列在农业科技的研发、治理荒漠化土地、节水农业、工厂化农业、作物品种的改良和推广、生态农业、植物保护等方面取得的成就举世瞩目。农业人口由当初占全国人口的70％减少到现在的3％，小麦、花卉、水果、棉花等农产品不但自给有余，还大量出口。以色列高科技产业异军突起，信息产业已成为国民经济的支柱产业。新兴公司数量仅次于美国，居世界第二，高新技术出口占全部出口收入的70％。电子产品出口占全部工业品出口的40％。软件产业成为国际软件业的一支主要力量，是国际认可的软件设计中心。近年来，以色列在卫星图像、纳米技术、反导系统、农业新技术开发、太阳能发电、生物技术等领域都取得显著的成果。

以色列在发展高科技方面有以下值得注意的特点：一是以高质量的人力资源为后盾。以色列从事高技术研发的科学家和工程师的比例是世界上最高的。据1999年统计，每1万人中有145人，而美国是85人，日本是70多人，德国不到60人。以色列25％的劳动力在技术行业工作，这个比例也是世界上最高的。按人口平均，以色列科学技术出版物数量也是世界第一。二是有关法律及配套的政策规定，为高科技的发展创造了良好条件。科技方面的立法主要有“工业研发鼓励法”和“投资鼓励法”。前者规定政府向企业的研发项目提供一定比例的无息贷款，政府和企业共担风险，鼓励企业向高技术研发投资，推动高技术产业的发展。后者规定政府向具有一定条件的工业、旅游业及农业领域的投资项目提供一定比例的投资补贴以及减免税等优惠条件，吸引投资。以色列一向重视科技研发投入。2000年，研发投入占GDP的3．5％，在世界上属第三位。以色列还鼓励国防技术转移到民用，把整个高技术产业提高到一个新台阶。三是重视国际交流与合作。以色列把研发出来的科技成果作为资源，生产和出售知识产品，扩大在国际市场的占有份额，并通过科技合作，进一步提高自己的科技水平。以色列科技合作重点是美、欧和远东地区。最大合作伙伴是美国，其次是德国、法国等西欧国家；俄罗斯、乌克兰等国都有双边合作协议。以色列同我国也签有政府间科技合作协定。以色列和一些国家及地区设立了工业开发合作基金，和美国合作的基金达1亿多美元。以色列科学家发表在国外杂志的科学论文有1／3是同外国科学家合作的。绝大多数大学毕业生在国内开始研究工作之前，都要到国外一流科研机构工作1―2年。以色列大学的知名教授大多在美国及西欧的著名大学兼作客座教授，美国和西欧的知名教授也常到以色列大学授课。这都有利于以色列学者同国外的沟通，以便掌握世界最新的科技动态。四是发展科技有超前意识。“小荷才露尖尖角，早有蜻蜓在上头”。20世纪90年代初，以色列便开始以高新技术为核心的产业结构调整，大力发展信息产业，使其成为国民经济的新的增长点。在信息产业居领先地位之后，又把更多的注意力投到生物技术的开发，以争得21世纪科技竞争的有利地位。为适应全球化，以色列开始酝酿新的科技政策，重点是减轻高科技公司的税收负担，减少高科技公司外流，培育高科技跨国公司。以色列千方百计捕捉未来高科技发展新动向，力图着鞭在先，夺取科技领域制高点。