技術教學論文
前言：想要寫出一篇令人眼前一亮的文章嗎？我們特意為您整理了5篇技術教學論文范文，相信會為您的寫作帶來幫助，發現更多的寫作思路和靈感。
技術教學論文范文第1篇
21世紀是科學技術迅猛發展,電腦普及的信息時代,把握計算機已經是科學發展、未來信息時代的必然需要了.我院2007年護理專業學生的人數大約是800多人,16個教學班級,在一年級開設了信息技術課程,但班級每周的電腦課時量少,才兩節課.在以前的護理專業信息技術教學中都是一刀切的現象,這就造成了無論是哪個層次的學生都是為了參加全國計算機一級B等級考試而學習,都是為了課本而學習,從來都沒有運用到實際中去.鑒于此,我在這里做了一個大膽的嘗試,把傳統的傳授式教學演化到分層教學模式,讓每個學生在把握了基本的知識技能后,都有自己發揮才能的空間.
一、學生的分層
在我所任教的兩個班級中,實施了分層教學.在進行這種教學模式之前,我曾經思索過,分層教學應該照顧到所有學生的認知過程,使每個學生都學有所得根據學生對計算機機本操作的把握程度將全班學生相對分為三個層次，既熟練、相對熟練、不熟練三個組。熟練組為優生，即對計算機有很強的操作能力，能達到熟練操作的水平，分一小組。相對熟練組為中等生，對計算機只有簡單操作水平，不能熟練操作，分一大組。不熟練組為差生，對計算機很不了解，不能進行任何基礎操作，分一小組。因為信息技術課是在計算機機房進行上課的，排位置時首先讓不熟練組坐在中間位置，方便老師經常對這些同學進行指導。相對熟練組同學挨著不熟練組同學，坐在靠中間的位置。熟練組同學坐在兩邊的位置。分組后有利于教師上課組織教學，有利于教師上課輔導，有利于學生信息的反饋，充分調動了不同層次學生的學習積極性和主動性，使不同層次的學生在把握知識的同時，智力都得到不同程度的提高。
二、教學目標的分層
信息技術教學的分層教學的目的是讓學生把握處理信息的基本技能，培養學生的綜合能力。由于學生個體差異，每個學生把握的基本技能以及能力培養的程度都不徑相同，所以對于不同層次的學生，必須制定不同程度的目標。
1.對于信息技術操作熟練的學生，除了通過教學鞏固他們的基礎知識和基本技能以外，更拓展教學思路，從信息技術教學的目的出發，利用網絡等現實有效的手段提升他們的信息素養，培養并提高他們的知識綜合能力、應用能力、實驗能力和創新能力。如引入護士工作站管理系統的應用、計算機二級等級考試的相關內容。
2.大多數的學生對信息技術操作處于相對熟練的狀態，針對這部分學生，在確保可以通過全國計算機一級B等級考試的同時，必須在使把握課標規定得知識和技能以外，還需培養他們的學習能力和學習喜好，適當增加教學內容、習題練習等環節的深度，從而最大程度的促使其向上一層次邁進。
3.教學中處于底層的學生人群存在兩種情況，一是基礎薄弱，甚至有的學生在整個中學階段都沒有接觸過信息技術（主要是計算機），另一種是學習態度和習慣存在一定新問題。對于前一類學生，再按照教材教法、進度進行教學的過程中，對于講解、實踐等環節需要再加工，適當降低難度，增加趣味性，一則培養喜好，二則增強信心。對于后一類學生，就要求教師在信息技術課堂教學中滲透德育過程，加強思想教育、心理教育，嚴格要求，熱情關懷，轉變他們的學習態度，培養良好的學習習慣，調動他們的學習積極性，努力使他們把握最基本的知識和技能，提高學習質量。在此過程中，教師可以充分利用信息技術教學的多種手段和設施，如各種媒體、網絡等。
三、課堂教學的分層
課堂教學的分層就是教師在課堂教學中，針對不同層次的學生開展有差異的教學活動。實施課堂教學分層的基本要求是摘要：教學要做到分合有序、動靜結合，讓學生全員參和，使不同層次的學生在每一節課都能有所得。這就要求教師在備課時要根據分層教學的目標，預備難易程度不同的課堂練習。根據教學內容和教學目標的不同，實行全班教學、分層教學和個別教學相結合的策略。
在課堂教學中，對優生以“放”為主，“放”中有“扶”，重在指導學生自學；對中等生和后進生以“扶”為主，“扶”中有“放”，重在帶領學生學習。這樣引導不同層次的學生在各不相同的“最近發展區”前進，后進生必須基本上達到大綱的要求，優生盡其所能拔尖提高。盡量滿足不同層次學生的學習需要，激發他們的學習喜好，調動全體學生非智力心理因素的積極功能。如摘要：在“創建圖表”這一課中，在講解完柱形圖的創建后，對不熟練類的學生要求能模擬完成柱形圖的創建；相對熟練的學生要求能完成餅圖的創建；操作熟練類學生要求充分發揮所學。制作的圖表能更精確具體的反應表格數據，更符合美學。又如在文件屬性的教學中，對于基礎差的學生只要求理解只讀和隱藏的含義。而對于學有余力的同學則要求探索將隱藏的文件找出來的方法和要修改只讀文件的做法，觸類旁通，探索逆向操作。總之，通過練習讓各層次學生都能心得到成功的快樂。
四、作業的分層
信息技術課程的作業一般是學習了每一模塊或某幾個模塊后，讓學生綜合所學知識進行的綜合性練習或作品制作。可以給出不同層次的作業供學生選做。比如，在學完Word后，可以針對不同不同層次的學生，布置以下三種類型的作業摘要：
操作技能不熟練的組摘要：提供一個圖文混排的樣張及樣張中所需的素材，讓學生模擬著做出樣張的內容。
操作技能一般的組摘要：提供一個內容豐富的素材庫，再提供幾個樣張，讓學生根據自己的喜好喜好選擇合適的素材，參考教師提供的樣張，完成自己的作品。
操作技能熟練組摘要：給學生提供或讓學生自己確定一個具體的任務，如出一份班級學習園地的彩報，并提出格式上的技術要求，如要有分欄、藝術字、插圖、三種及以上的字形、字體等，并讓學生根據任務獨立收集素材，編輯出版一份屬于自己的報紙。
在作業完成的過程中，教師要不斷鼓勵學生在把握基礎操作的基礎上盡量完成高一層次的作業，從而不斷提高信息技術的應用水平。
五、教學評價的分層
對教學評價的分層也就是按照學生實際的學習情況做出客觀的反饋，然后在做出不同的調整，從而鞏固學生的知識水平和能力，讓他們體驗到成功的喜悅。
技術教學論文范文第2篇
（一）設計教案、學案、課件，錄制教學視頻
根據授課進度，教材內容和學生情況，提前一周全體備課組組員對教學內容進行分析整合，確定學習目標，設計教學流程，分析學生可能在哪些地方出現問題，哪些地方需要強化，哪些地方學要重點練習來設計教案、學案和課件。根據重點、難點、易錯點，錄制精講視頻上傳到“優教云”服務平臺。
（二）學生自主學習
給學生布置預習任務，讓學生帶著問題進行預習，學生可以預習教材，也可以利用優教云平臺學習教師做好的教學視頻或者課件。然后，通過優教云智慧平臺，完成課前預習自測，優教云平臺評分系統立即對答題情況進行評判反饋。
（三）制定個別輔導計劃
教師通過優教云平臺的評分功能及時了解學生的掌握情況，及時調整課堂教學進度、難度，制定個別輔導計劃，使課堂教學重點落到實處，讓每一個學生都得到充分的發展。
二、課中五環節
（一）合作探究
在小組合作探究學習中，常常需要教師在全班布置探究任務講清規則，學生小組長組織討論，分配任務，小組集思廣益，代表發言，造成探究時間長，學生個性不能體現。優教云創造了一對一的環境，實現了師生、生生之間的無縫隙連接，使師生互動，生生互動，人機互動成為現實，增加了團隊之間的交互頻率，提高了合作學習的質效，學生由被動的客體轉變為積極的主體，學習主動性大大提高，學生真正成為學習的主人。
（二）釋疑拓展
引導組織學生讀議討論，把課前自學中遇到的疑難問題說出來，學生互相討論解答，答不出來的或答不完整的，再由教師講解補充，師生一起歸納總結出正確完整的知識。整個課堂釋疑過程，多數由學生“畫龍”，教師“點睛”。這一教學步驟的持續深化，可逐步培養起學生自己發現問題、提出問題的自學習慣和科學的分析問題、解決問題的思維方法，學生就為課堂教學的“演員”，教師則變成課堂教學中的“導演”，體現出“以學生為主體，以教師為主導”的教學原則。
（三）鞏固提升
教師通過優教云平臺的同步練習功能下發作業、學生用平板電腦提交作業，系統自動批改選擇題、填空題、判斷題，學生答案的正誤、交作業的數量和質量能夠及時反饋。教師可以根據反饋對掌握不熟的知識點進行及時有效的講解和處理。這種功能對學生的作答反饋十分快捷方便，教師可以根據反饋能夠及時地調整自己授課的針對性，這是優教云教學最為突出的優點。學生提交作業的方式多種多樣，可以在平板電腦上用輸入法直接輸入，可以將答案寫在紙上，然后拍照片上傳，可以發錄像或者聲音文件，收發作業非常迅速，整節課效果和節奏都比較高。
（四）自主糾錯
蘇霍姆林斯基曾經說過：“上課并不像把預先量好、剪裁好的衣服板樣擺到布上去，問題的全部在于，我們的工作對象不是布，而是有血有肉的、有著敏感而嬌弱心靈和精神的兒童。”教師通過云端把學生的作答下發到平板，對于不同的認識，組織學生討論，甚至辯論。先聽聽學生的“錯理”，讓學生在敘述過程中意識到自己的錯誤。例如，在平面幾何中，講解與三角形有關的知識時，有些學生堅持認為“邊邊角”能證明兩個三角形全等，而幾個學生用幾何畫板作出符合條件的多種三角形，然后幾個不同色彩的三角形在鼠標的控制下，通過旋轉、平移、翻折等一系列的模擬過程，形象生動地描述圖形全等的內涵，找到了錯因，也便于學生觀察理解。
（五）課堂小結
技術教學論文范文第3篇
流媒體技術屬于網絡傳輸技術的一種新的發展形式，這一技術所涉及的領域是比較廣泛的，比如解碼、傳輸、數據采集等，在網絡教學中應用流媒體技術能夠使教學過程更加靈活，它不再受網絡寬帶的限制，使學生在學習中能夠隨時隨地地進行視頻或者音頻的點播，通過網絡進行答疑解惑以及作業的批復也會更加方便，中職網絡教學也應該對這一技術進行更加積極的應用。
二、流媒體技術概述
流媒體是基于流式傳輸技術進行傳輸的一種連續實時媒體數據流，主要包含音頻及視頻數據流等內容，流式傳輸技術是流媒體得以順利應用的關鍵技術。在以往的網絡應用中，多媒體文件需要先下載然后進行播放，這屬于非實時的播放，也就是說播放與下載是分開進行的，兩者所要求的速率也是不同的，相互之間不存在聯系；文件傳輸與播放在時間上也是不相等的，如果網速慢，下載的時間就會相應的加長，而播放的時間則取決于文件自身的大小，這種網絡傳輸方式，需要用戶在文件下載完成之后在進行播放，對音頻或視頻的直播是沒有辦法完成的。而流媒體技術就與這種傳統的方式存在很大的差別，它可以實現文件的邊下載邊播放，這樣就大大減少了用戶的等待時間，使網絡文件的傳輸效率得到了非常顯著的提升。在中職網絡教學中應用流媒體技術能夠使教學過程更加靈活，在教學中上傳到網絡的視頻或者音頻能夠進行直播，也可以進行點播，這樣使教學在時間上更加自由，學生在學習時如果遇到沒有掌握的部分也可以進行重復的觀看或收聽，對自身需要鞏固的知識也可以再次進行點播，這樣教學過程就會更好地滿足不同學生的學習需求，實現單播、組播以及廣播等形式的自由切換，促進網絡教學質量的提升。
三、流媒體技術在中職網絡教學中應用的必要性
（一）增強網絡教學的多樣性。在以往的網絡教學過程中，教學方式顯得比較單調，通常所呈現的模式就是文本資料與部分靜態圖片的搭配組合，這種教學內容對學生來說缺少吸引力，長期單一的學習也會使學生感到枯燥乏味，其所包含的信息內容也不能很好地表達出來，教學效果較差。另外，利用多媒體制作的課件存在體積大的特點，這就阻礙了其在網絡上進行流暢的傳輸，使教學價值得不到有效的發揮。一部分多媒體課件能夠通過網絡進行下載播放，但在實際的交互上還存在很大的困難，學生在學習中也只能被動地獲得其中的知識內容，這對學生的積極性、主動性的發展是不利的，也限制了學生創造能力的發展。在流媒體技術的應用基礎上，上述問題能夠得到較好的解決。將原有的多媒體資料轉變為流媒體文件，而且利用相關的采集設備還能夠實現音頻、視頻的現場采集，在存儲到流媒體服務器上之后，就能夠進行隨時的點播或者廣播了，不會占用很大的緩存區就能夠對多媒體進行播放了。（二）增強師生之間的交互性。在傳統的教學中，師生之間進行的交互是比較貧乏的，僅有的交互方式也已經變得比較落后。經過長期的教學積累，教師手中已經掌握了較多優秀的網絡教學資源，而網絡傳輸的不通暢阻礙了這些優秀資源的傳播與推廣，使這些資源難以發揮其自身真正的價值，師生之間也不能很好地進行知識信息的交互。現代學校教學中發展起來的教育網絡也已經比較完善，帶寬也符合信息傳輸的要求，但是在實際的教學中，其具備的網絡教學優勢還沒有得到很好的開發。在流媒體技術的支持下，相應服務器與播放器之間能夠實現雙向的交流，能夠接收數據，也能實時收到相關的反饋，這樣在網絡教學中，師生之間就能夠進行第一時間的交互溝通，在相關的文件播放過程中，還可以對其播放的流程進行操控，對已經掌握的部分快進或者直接跳過，對理解較為困難的部分則可以選擇后退進行重復播放學習。
四、流媒體技術的網絡教學特點分析
流媒體技術在中職網絡教學中的應用，主要包含四個方面的特點：（1）實現了教學信息的實時性，通過網絡能夠實現教學視、音頻教學信息的實時直播。這樣學生就能夠及時地獲取教學的第一手資料，學生可以根據自己的需求在網絡上進行教學資源的點播，滿足學習中的各種需要。（2）教學信息具有了更強的交互性特點。在流媒體技術的支持下，學生在網絡教學過程中能夠進行相關信息的點播與廣播，對服務器上傳輸的音、視頻進行隨意的進退選擇，也能夠暫停或者重復，包含的交互性操作更加靈活多樣，通過這些方面的功能，能夠實現師生之間、生生之間以及學生與媒體之間的多層面互動，對學習效率與教學質量的提升是非常有幫助的。（3）增強了教學資源的多樣性，流媒體技術的應用使網絡教學中包含的相關資源更加多樣，學生在進行學習的時候可以利用其具備的直播或者點播的功能，在終端上不受時間地點限制地獲得自己想要的知識內容，更好地實現了教學資源的共享。（4）教學系統會變得更加開放，通過網絡進行的教學與學習不再受時空的約束，學生能夠按照自身的時間安排去選擇學習段，只要能夠連接網絡，學生就能夠打破地點的限制，而且教學內容也能根據自身的學習需要進行靈活的選擇，這樣學習過程更加自由，學習效率也會更高。
五、流媒體技術在中職網絡教學中的實際應用
（一）流媒體系統的實現技術。網絡教學的發展是對構建主義理論的體現，也是現代學習體系得以構筑的支撐，它能夠實現教育機會的均等。流媒體技術的應用首先需要緩存置換功能的支持，服務器的緩存所具備的空間是有限的，在空間裝滿的情況下難以進行新內容的緩存，而通過緩存置換則可以及時將原有的緩存清除或者移走，實現對資源更合理的應用，優秀的置換策略能夠實現對網絡流量的節省，實現服務器效率的提升。在流媒體技術應用中還需要選擇合適的算法，需要在實際的應用中根據技術上的要求對原有的算法進行改進或者綜合。最后就是前綴緩存技術的應用，一般的多媒體文件所占的內存都比較大，而磁盤所具備的容量又是有限的，將一些不必要的文件保存下來實際上是一種資源的浪費，分段緩存能夠解決這一問題，對媒體文件進行切割，對其中的部分片段進行緩存，就能夠留出很多的磁盤空間了，對文件分割后前面的連續片段進行緩存就是所謂的前綴緩存，在實際的資源播放中能夠顯著地減少啟動過程中的延時。（二）實現網絡教學的同步性。通過流媒體技術的應用能夠實現教學的實時性，它屬于網絡教學過程中的一個重要組成部分，主要是借助現代化通信技術對現場的授課進行實時的上傳，讓學生可以通過網絡對正在進行的教學進行收聽或者觀看，就像身臨現場一樣，實現了教學資源的共享，獲得的教學效果也是非常不錯的。而在一些熱門的課程教學中，這一方法能夠帶來更大的便利，熱門課程往往師資比較緊缺，通過網絡實時授課就能夠解決這一問題，學生通過流媒體技術就能夠接收到優秀師資傳授的專業課程了。另外，在這一授課體系中主要包含有雙向交互及單向廣播這兩種形式的系統，雙向交互顧名思義就是教師能夠在教學中、能夠在現場與學生進行直接的交流，聽到、看到學生的聲音及表情、動作，這種模式獲得的效果會更好，而單向的廣播則具有比較廣的涉及范圍，但是交互性不足，所以在教學效果上比雙向系統要差。（三）形成交互的協作學習環境。在流媒體技術中應用其具備的音、視頻交互功能，處于不同位置的師生能夠利用攝像頭與麥克風實現直接的探討與溝通，進而完成協作學習。流媒體技術所具備的這種文件信息的交互性，為師生創造了一種交互協作學習的可能，學生可以在網絡教學中選擇一個問題進行集體探討，還能夠就自身的學習體會進行互相交流，在學習中遇到不懂的地方也可以及時地進行求助，學生之間實現了對知識的探求與分享，達到了互相學習的效果，每一位學生也都成為知識的生產者及傳播者，更是知識的享受者，在整個協作交流的過程中，學生的知識能夠得到更好的重構，在原有知識的基礎上生成新的知識，達到不斷學習的目的，促進學生學習能力的提升。
六、結束語
流媒體技術在中職網絡教學中的應用能夠使教學內容及形式更加豐富多彩，為網絡教學注入新的活力。現代人的工作生活已經與網絡緊密地聯系在了一起，因此，在中職教育的發展中也應該認識到網絡教學的重要性，將流媒體技術應用其中，使教學過程更加多樣化，促進教學質量的提升，使廣大學生在學習中能更快、更好地獲得更加先進的知識，成為優秀的新型社會人才。
參考文獻：
［1］李春源.淺談流媒體技術在中職網絡教學中的應用［J］.湖北成人教育學院學報，2011（3）：114-115.
［2］馬健.流媒體技術在網絡教學中的應用［J］.中國西部科技，2011（21）：40-41.
［3］何昭青.流媒體技術在網絡教學中的應用與探討［J］.長沙大學學報，2008（2）：104-106.
［4］李楊.流媒體技術的研究及在網絡教學中的應用［D］.河北科技大學，2010.
技術教學論文范文第4篇
教育信息化是國家信息化的重要組成部分，教師的信息素養和技術應用能力關系到國家基礎教育的成敗，關系適應信息社會人才的培養，關系到我國在未來國際競爭中的成敗，關系到整個中華民族的興衰。教育信息化離不開教師的教育信息化，教師的信息化是社會的需要、教育的需求，也是教師專業發展、教師信息素養的需求。教師應從傳統的知識傳授者、教學過程的主體這種觀念中轉變，教學既要傳授知識，又要發展能力（如：學習能力、信息能力），同時還要培養品德。要把學生當作教學的對象、學習活動的主體，在教育教學中，實現學生是客體和主體的統一。教師的專業化發展是多階段的連續過程，從技術層面講，教師的信息化過程是數字化、網絡化、智能化和多媒體化的過程；從教育層面上看，教師的信息化是開放性、共享性、交互性與協作性的過程。教師的信息素養就是指教師基于信息化的教學實踐基礎上，根據社會信息環境的發展，對合適信息進行檢索、分析、加工處理、獲取以及利用以解決教育和工作、生活等方面實際問題的能力。這就要求教師要具備信息化教學中資源的使用和開發能力，掌握信息技術與課程進行融合的能力，培養學習者在信息化環境下學習的觀念、意識和能力，更有效地激發學習者的學習動力，掌握最佳的學習方法。
二、依托信息能力建設項目，提高課堂整合能力
近年來，教師參加的“英特爾未來教育”、微軟“攜手助學”培訓項目、2014年吉林省信息技術應用能力提升工程，從各個層面對教師的信息化發展提供了強有力的平臺保障。教師通過學習，不僅提高了個人的信息素養，而且學會了基于網絡教學平臺合理組建學習小組、學生在網絡或移動學習環境中有效溝通與合作的指導策略與方法，提高了技術解決學習小組組織與管理常見問題的能力，全面支持學生自主、合作、探究學習網絡教學平臺等資源，這些都為以后的學科整合打下堅實理論與技術基礎。在信息技術與學科的整合中，信息技術只是信息化教學的一個表面特征，在更深層面上，它涉及現念的指導和現代教學方法的應用。在信息化教學中，教師通過幫助學生獲得、解釋、組織和轉換大量的信息來促進學習，以解決實際中的問題或教師精心設計的問題，從而使信息化教學表現出從“以教為中心”向“以學為中心”的教學理念轉變。教學中是否使用信息技術、使用什么樣的信息技術、如何使用信息技術都應以服務于課程、教學和學生全面發展的需要為前提，必須符合學生的發展這個終極目標。
三、發揮信息技術優勢，促進學生主動學習
現代信息技術不僅具有模擬性，更能生動真實地展示原來無法直接展示的東西，會使課堂圖文并茂，使學生對某件事情感興趣時，他們就會全身心地投入。一個優秀的課件設計，不僅是一種藝術美，而且有極強的吸引力和感染力，使學生迅速進入角色，情緒高漲地學習，主動地參與教學活動。如：小學《品德與社會》學科《伸出愛的手》一課，通過視頻展示“千手觀音”劇組成員黃陽光、張海迪的生活和奮斗歷程，不僅開闊了學生的視野，豐富了知識，也使學生學會在以后的生活中如何尊重、理解、幫助殘疾人，學生關注社會，心中有他人，培養學生的社會責任感，符合學科整合的目的。
技術教學論文范文第5篇
關鍵詞：納米科學納米技術納米管納米線納米團簇半導體
NanoscienceandNanotechnology–theSecondRevolution
Abstract:Thefirstrevolutionofnanosciencetookplaceinthepast10years.Inthisperiod,researchersinChina,HongKongandworldwidehavedemonstratedtheabilitytofabricatelargequantitiesofnanotubes,nanowiresandnanoclustersofdifferentmaterials,usingeitherthe“build-up”or“build-down”approach.Theseeffortshaveshownthatifnanostructurescanbefabricatedinexpensively,therearemanyrewardstobereaped.Structuressmallerthan20nmexhibitnon-classicalpropertiesandtheyofferthebasisforentirelydifferentthinkinginmakingdevicesandhowdevicesfunction.Theabilitytofabricatestructureswithdimensionlessthan70nmallowthecontinuationofminiaturizationofdevicesinthesemiconductorindustry.Thesecondnanoscienceandnantechnologyrevolutionwilllikelytakeplaceinthenext10years.Inthisnewperiod,scientistsandengineerswillneedtoshowthatthepotentialandpromiseofnanostructurescanberealized.Therealizationisthefabricationofpracticaldeviceswithgoodcontrolinsize,composition,orderandpuritysothatsuchdeviceswilldeliverthepromisedfunctions.Weshalldiscusssomedifficultiesandchallengesfacedinthisnewperiod.Anumberofalternativeapproacheswillbediscussed.Weshallalsodiscusssomeoftherewardsifthesedifficultiescanbeovercome.
Keywords:Nanoscience,Nanotechnology,Nanotubes,Nanowires,Nanoclusters,“build-up”,“build-down”,Semiconductor
I.引言
納米科學和技術所涉及的是具有尺寸在1-100納米范圍的結構的制備和表征。在這個領域的研究舉世矚目。例如，美國政府2001財政年度在納米尺度科學上的投入要比2000財政年增長83%，達到5億美金。有兩個主要的理由導致人們對納米尺度結構和器件的興趣的增加。第一個理由是，納米結構（尺度小于20納米）足夠小以至于量子力學效應占主導地位，這導致非經典的行為，譬如，量子限制效應和分立化的能態、庫侖阻塞以及單電子邃穿等。這些現象除引起人們對基礎物理的興趣外，亦給我們帶來全新的器件制備和功能實現的想法和觀念，例如，單電子輸運器件和量子點激光器等。第二個理由是，在半導體工業有器件持續微型化的趨勢。根據“國際半導體技術路向（2001）“雜志，2005年前動態隨機存取存儲器（DRAM）和微處理器（MPU）的特征尺寸預期降到80納米，而MPU中器件的柵長更是預期降到45納米。然而，到2003年在MPU制造中一些不知其解的問題預期就會出現。到2005年類似的問題將預期出現在DRAM的制造過程中。半導體器件特征尺寸的深度縮小不僅要求新型光刻技術保證能使尺度刻的更小，而且要求全新的器件設計和制造方案，因為當MOS器件的尺寸縮小到一定程度時基礎物理極限就會達到。隨著傳統器件尺寸的進一步縮小，量子效應比如載流子邃穿會造成器件漏電流的增加，這是我們不想要的但卻是不可避免的。因此，解決方案將會是制造基于量子效應操作機制的新型器件，以便小物理尺寸對器件功能是有益且必要的而不是有害的。如果我們能夠制造納米尺度的器件，我們肯定會獲益良多。譬如，在電子學上，單電子輸運器件如單電子晶體管、旋轉柵門管以及電子泵給我們帶來諸多的微尺度好處，他們僅僅通過數個而非以往的成千上萬的電子來運作，這導致超低的能量消耗，在功率耗散上也顯著減弱，以及帶來快得多的開關速度。在光電子學上，量子點激光器展現出低閾值電流密度、弱閾值電流溫度依賴以及大的微分增益等優點，其中大微分增益可以產生大的調制帶寬。在傳感器件應用上，納米傳感器和納米探測器能夠測量極其微量的化學和生物分子，而且開啟了細胞內探測的可能性，這將導致生物醫學上迷你型的侵入診斷技術出現。納米尺度量子點的其他器件應用，比如，鐵磁量子點磁記憶器件、量子點自旋過濾器及自旋記憶器等，也已經被提出，可以肯定這些應用會給我們帶來許多潛在的好處。總而言之，無論是從基礎研究（探索基于非經典效應的新物理現象）的觀念出發，還是從應用（受因結構減少空間維度而帶來的優點以及因應半導體器件特征尺寸持續減小而需要這兩個方面的因素驅使）的角度來看，納米結構都是令人極其感興趣的。
II.納米結構的制備———首次浪潮
有兩種制備納米結構的基本方法：build-up和build-down。所謂build-up方法就是將已預制好的納米部件（納米團簇、納米線以及納米管）組裝起來；而build-down方法就是將納米結構直接地淀積在襯底上。前一種方法包含有三個基本步驟：1）納米部件的制備；2）納米部件的整理和篩選；3）納米部件組裝成器件（這可以包括不同的步驟如固定在襯底及電接觸的淀積等等）。“build-up“的優點是個體納米部件的制備成本低以及工藝簡單快捷。有多種方法如氣相合成以及膠體化學合成可以用來制備納米元件。目前，在國內、在香港以及在世界上許多的實驗室里這些方法正在被用來合成不同材料的納米線、納米管以及納米團簇。這些努力已經證明了這些方法的有效性。這些合成方法的主要缺點是材料純潔度較差、材料成份難以控制以及相當大的尺寸和形狀的分布。此外，這些納米結構的合成后工藝再加工相當困難。特別是，如何整理和篩選有著窄尺寸分布的納米元件是一個至關重要的問題，這一問題迄今仍未有解決。盡管存在如上的困難和問題，“build-up“依然是一種能合成大量納米團簇以及納米線、納米管的有效且簡單的方法。可是這些合成的納米結構直到目前為止仍然難以有什么實際應用，這是因為它們缺乏實用所苛求的尺寸、組份以及材料純度方面的要求。而且，因為同樣的原因用這種方法合成的納米結構的功能性質相當差。不過上述方法似乎適宜用來制造傳感器件以及生物和化學探測器，原因是垂直于襯底生長的納米結構適合此類的應用要求。
“Build-down”方法提供了杰出的材料純度控制，而且它的制造機理與現代工業裝置相匹配，換句話說，它是利用廣泛已知的各種外延技術如分子束外延(MBE)、化學氣相淀積（MOVCD）等來進行器件制造的傳統方法。“Build-down”方法的缺點是較高的成本。在“build-down”方法中有幾條不同的技術路徑來制造納米結構。最簡單的一種，也是最早使用的一種是直接在襯底上刻蝕結構來得到量子點或者量子線。另外一種是包括用離子注入來形成納米結構。這兩種技術都要求使用開有小尺寸窗口的光刻版。第三種技術是通過自組裝機制來制造量子點結構。自組裝方法是在晶格失配的材料中自然生長納米尺度的島。在Stranski-Krastanov生長模式中，當材料生長到一定厚度后，二維的逐層生長將轉換成三維的島狀生長，這時量子點就會生成。業已證明基于自組裝量子點的激光器件具有比量子阱激光器更好的性能。量子點器件的飽和材料增益要比相應的量子阱器件大50倍，微分增益也要高3個量級。閾值電流密度低于100A/cm2、室溫輸出功率在瓦特量級（典型的量子阱基激光器的輸出功率是5-50mW）的連續波量子點激光器也已經報道。無論是何種材料系統，量子點激光器件都預期具有低閾值電流密度，這預示目前還要求在大閾值電流條件下才能激射的寬帶系材料如III組氮化物基激光器還有很大的顯著改善其性能的空間。目前這類器件的性能已經接近或達到商業化器件所要求的指標，預期量子點基的此類材料激光器將很快在市場上出現。量子點基光電子器件的進一步改善主要取決于量子點幾何結構的優化。雖然在生長條件上如襯底溫度、生長元素的分氣壓等的變化能夠在一定程度上控制點的尺寸和密度，自組裝量子點還是典型底表現出在大小、密度及位置上的隨機變化，其中僅僅是密度可以粗糙地控制。自組裝量子點在尺寸上的漲落導致它們的光發射的非均勻展寬，因此減弱了使用零維體系制作器件所期望的優點。由于量子點尺寸的統計漲落和位置的隨機變化，一層含有自組裝量子點材料的光致發光譜典型地很寬。在豎直疊立的多層量子點結構中這種譜展寬效應可以被減弱。如果隔離層足夠薄，豎直疊立的多層量子點可典型地展現出豎直對準排列，這可以有效地改善量子點的均勻性。然而，當隔離層薄的時候，在一列量子點中存在載流子的耦合，這將失去因使用零維系統而帶來的優點。怎樣優化量子點的尺寸和隔離層的厚度以便既能獲得好均勻性的量子點又同時保持載流子能夠限制在量子點的個體中對于獲得器件的良好性能是至關重要的。
很清楚納米科學的首次浪潮發生在過去的十年中。在這段時期，研究者已經證明了納米結構的許多嶄新的性質。學者們更進一步征明可以用“build-down”或者“build-up”方法來進行納米結構制造。這些成果向我們展示，如果納米結構能夠大量且廉價地被制造出來，我們必將收獲更多的成果。
在未來的十年中，納米科學和技術的第二次浪潮很可能發生。在這個新的時期，科學家和工程師需要征明納米結構的潛能以及期望功能能夠得到兌現。只有獲得在尺寸、成份、位序以及材料純度上良好可控能力并成功地制造出實用器件才能實現人們對納米器件所期望的功能。因此，納米科學的下次浪潮的關鍵點是納米結構的人為可控性。
III.納米結構尺寸、成份、位序以及密度的控制——第二次浪潮
為了充分發揮量子點的優勢之處，我們必須能夠控制量子點的位置、大小、成份已及密度。其中一個可行的方法是將量子點生長在已經預刻有圖形的襯底上。由于量子點的橫向尺寸要處在10-20納米范圍（或者更小才能避免高激發態子能級效應，如對于GaN材料量子點的橫向尺寸要小于8納米）才能實現室溫工作的光電子器件，在襯底上刻蝕如此小的圖形是一項挑戰性的技術難題。對于單電子晶體管來說，如果它們能在室溫下工作，則要求量子點的直徑要小至1-5納米的范圍。這些微小尺度要求已超過了傳統光刻所能達到的精度極限。有幾項技術可望用于如此的襯底圖形制作。
—電子束光刻通常可以用來制作特征尺度小至50納米的圖形。如果特殊薄膜能夠用作襯底來最小化電子散射問題，那特征尺寸小至2納米的圖形可以制作出來。在電子束光刻中的電子散射因為所謂近鄰干擾效應（proximityeffect）而嚴重影響了光刻的極限精度，這個效應造成制備空間上緊鄰的納米結構的困難。這項技術的主要缺點是相當費時。例如，刻寫一張4英寸的硅片需要時間1小時，這不適宜于大規模工業生產。電子束投影系統如SCALPEL（scatteringwithangularlimitationprojectionelectronlithography）正在發展之中以便使這項技術較適于用于規模生產。目前，耗時和近鄰干擾效應這兩個問題還沒有得到解決。
—聚焦離子束光刻是一種機制上類似于電子束光刻的技術。但不同于電子束光刻的是這種技術并不受在光刻膠中的離子散射以及從襯底來的離子背散射影響。它能刻出特征尺寸細到6納米的圖形，但它也是一種耗時的技術，而且高能離子束可能造成襯底損傷。
—掃描微探針術可以用來劃刻或者氧化襯底表面，甚至可以用來操縱單個原子和分子。最常用的方法是基于材料在探針作用下引入的高度局域化增強的氧化機制的。此項技術已經用來刻劃金屬（Ti和Cr）、半導體（Si和GaAs）以及絕緣材料（Si3N4和silohexanes），還用在LB膜和自聚集分子單膜上。此種方法具有可逆和簡單易行等優點。引入的氧化圖形依賴于實驗條件如掃描速度、樣片偏壓以及環境濕度等。空間分辨率受限于針尖尺寸和形狀（雖然氧化區域典型地小于針尖尺寸）。這項技術已用于制造有序的量子點陣列和單電子晶體管。這項技術的主要缺點是處理速度慢（典型的刻寫速度為1mm/s量級）。然而，最近在原子力顯微術上的技術進展—使用懸臂樑陣列已將掃描速度提高到4mm/s。此項技術的顯著優點是它的杰出的分辨率和能產生任意幾何形狀的圖形能力。但是，是否在刻寫速度上的改善能使它適用于除制造光刻版和原型器件之外的其他目的還有待于觀察。直到目前為止，它是一項能操控單個原子和分子的唯一技術。
—多孔膜作為淀積掩版的技術。多孔膜能用多種光刻術再加腐蝕來制備，它也可以用簡單的陽極氧化方法來制備。鋁膜在酸性腐蝕液中陽極氧化就可以在鋁膜上產生六角密堆的空洞，空洞的尺寸可以控制在5-200nm范圍。制備多孔膜的其他方法是從納米溝道玻璃膜復制。用這項技術已制造出含有細至40nm的空洞的鎢、鉬、鉑以及金膜。
—倍塞（diblock）共聚物圖形制作術是一種基于不同聚合物的混合物能夠產生可控及可重復的相分離機制的技術。目前，經過反應離子刻蝕后，在旋轉涂敷的倍塞共聚物層中產生的圖形已被成功地轉移到Si3N4膜上，圖形中空洞直徑20nm，空洞之間間距40nm。在聚苯乙烯基體中的自組織形成的聚異戊二烯（polyisoprene）或聚丁二烯（polybutadiene）球（或者柱體）可以被臭氧去掉或者通過鋨染色而保留下來。在第一種情況，空洞能夠在氮化硅上產生；在第二種情況，島狀結構能夠產生。目前利用倍塞共聚物光刻技術已制造出GaAs納米結構，結構的側向特征尺寸約為23nm,密度高達1011/cm2。
—與倍塞共聚物圖形制作術緊密相關的一項技術是納米球珠光刻術。此項技術的基本思路是將在旋轉涂敷的球珠膜中形成的圖形轉移到襯底上。各種尺寸的聚合物球珠是商業化的產品。然而，要制作出含有良好有序的小尺寸球珠薄膜也是比較困難的。用球珠單層膜已能制備出特征尺寸約為球珠直徑1/5的三角形圖形。雙層膜納米球珠掩膜版也已被制作出。能夠在金屬、半導體以及絕緣體襯底上使用納米球珠光刻術的能力已得到確認。納米球珠光刻術（納米球珠膜的旋轉涂敷結合反應離子刻蝕）已被用來在一些半導體表面上制造空洞和柱狀體納米結構。
—將圖形從母體版轉移到襯底上的其他光刻技術。幾種所謂“軟光刻“方法，比如復制鑄模法、微接觸印刷法、溶劑輔助鑄模法以及用硬模版浮雕法等已被探索開發。其中微接觸印刷法已被證明只能用來刻制特征尺寸大于100nm的圖形。復制鑄模法的可能優點是ellastometric聚合物可被用來制作成一個戳子，以便可用同一個戳子通過對戳子的機械加壓能夠制作不同側向尺寸的圖形。在溶劑輔助鑄模法和用硬模版浮雕法（或通常稱之為納米壓印術）之間的主要差異是，前者中溶劑被用于軟化聚合物，而后者中軟化聚合物依靠的是溫度變化。溶劑輔助鑄模法的可能優點是不需要加熱。納米壓印術已被證明可用來制作具有容量達400Gb/in2的納米激光光盤，在6英寸硅片上刻制亞100nm分辨的圖形，刻制10nmX40nm面積的長方形，以及在4英寸硅片上進行圖形刻制。除傳統的平面納米壓印光刻法之外，滾軸型納米壓印光刻法也已被提出。在此類技術中溫度被發現是一個關鍵因素。此外，應該選用具有較低的玻璃化轉變溫度的聚合物。為了取得高產，下列因素要解決：
1）大的戳子尺寸
2）高圖形密度戳子
3）低穿刺（lowsticking）
4）壓印溫度和壓力的優化
5）長戳子壽命。
具有低穿刺率的大尺寸戳子已經被制作出來。已有少量研究工作在試圖優化壓印溫度和壓力，但顯然需要進行更多的研究工作才能得到溫度和壓力的優化參數。高圖形密度戳子的制作依然在發展之中。還沒有足夠量的工作來研究戳子的壽命問題。曾有研究報告報道，覆蓋有超薄的特氟隆類薄膜的模板可以用來進行50次的浮刻而不需要中間清洗。報告指出最大的性能退化來自于嵌在戳子和聚合物之間的灰塵顆粒。如果戳子是從ellastometric母版制作出來的，抗穿刺層可能需要使用，而且進行大約5次壓印后需要更換。值得關心的其他可能問題包括鑲嵌的灰塵顆引起的戳子損傷或聚合物中圖形損傷，以及連續壓印之間戳子的清洗需要等。盡管進一步的優化和改良是必需的，但此項技術似乎有希望獲得高生產率。壓印過程包括對準、加熱及冷卻循環等，整個過程所需時間大約20分鐘。使用具有較低玻璃化轉換溫度的聚合物可以縮短加熱和冷卻循環所需時間，因此可以縮短整個壓印過程時間。
IV．納米制造所面對的困難和挑戰
上述每一種用于在襯底上圖形刻制的技術都有其優點和缺點。目前，似乎沒有哪個單一種技術可以用來高產量地刻制納米尺度且任意形狀的圖形。我們可以將圖形刻制的全過程分成下列步驟：
1．在一塊模版上刻寫圖形
2．在過渡性或者功能性材料上復制模版上的圖形
3．轉移在過渡性或者功能性材料上復制的圖形。
很顯然第二步是最具挑戰性的一步。先前描述的各項技術，例如電子束光刻或者掃描微探針光刻技術，已經能夠刻寫非常細小的圖形。然而，這些技術都因相當費時而不適于規模生產。納米壓印術則因可作多片并行處理而可能解決規模生產問題。此項技術似乎很有希望，但是在它能被廣泛應用之前現存的嚴重的材料問題必須加以解決。納米球珠和倍塞共聚物光刻術則提供了將第一步和第二步整合的解決方案。在這些技術中，圖形由球珠的尺寸或者倍塞共聚物的成分來確定。然而，用這兩種光刻術刻寫的納米結構的形狀非常有限。當這些技術被人們看好有很大的希望用來刻寫圖形以便生長出有序的納米量子點陣列時，它們卻完全不適于用來刻制任意形狀和復雜結構的圖形。為了能夠制造出高質量的納米器件，不但必須能夠可靠地將圖形轉移到功能材料上，還必須保證在刻蝕過程中引入最小的損傷。濕法腐蝕技術典型地不產生或者產生最小的損傷，可是濕法腐蝕并不十分適于制備需要陡峭側墻的結構，這是因為在掩模版下一定程度的鉆蝕是不可避免的，而這個鉆蝕決定性地影響微小結構的刻制。另一方面，用干法刻蝕技術，譬如，反應離子刻蝕(RIE)或者電子回旋共振（ECR）刻蝕，在優化條件下可以獲得陡峭的側墻。直到今天大多數刻蝕研究都集中于刻蝕速度以及刻蝕出垂直墻的能力，而關于刻蝕引入損傷的研究嚴重不足。已有研究表明，能在表面下100nm深處探測到刻蝕引入的損傷。當器件中的個別有源區尺寸小于100nm時，如此大的損傷是不能接受的。還有就是因為所有的納米結構都有大的表面-體積比，必須盡可能地減少在納米結構表面或者靠近的任何缺陷。
隨著器件持續微型化的趨勢的發展，普通光刻技術的精度將很快達到它的由光的衍射定律以及材料物理性質所確定的基本物理極限。通過采用深紫外光和相移版，以及修正光學近鄰干擾效應等措施，特征尺寸小至80nm的圖形已能用普通光刻技術制備出。然而不大可能用普通光刻技術再進一步顯著縮小尺寸。采用X光和EUV的光刻技術仍在研發之中，可是發展這些技術遇到在光刻膠以及模版制備上的諸多困難。目前來看，雖然也有一些具挑戰性的問題需要解決，特別是需要克服電子束散射以及相關聯的近鄰干擾效應問題，但投影式電子束光刻似乎是有希望的一種技術。掃描微探針技術提供了能分辨單個原子或分子的無可匹敵的精度，可是此項技術卻有固有的慢速度，目前還不清楚通過給它加裝陣列懸臂樑能否使它達到可以接受的刻寫速度。利用轉移在自組裝薄膜中形成的圖形的技術，例如倍塞共聚物以及納米球珠刻寫技術則提供了實現成本不是那么昂貴的大面積圖形刻寫的一種可能途徑。然而，在這種方式下形成的圖形僅局限于點狀或者柱狀圖形。對于制造相對簡單的器件而言，此類技術是足夠用的，但并不能解決微電子工業所面對的問題。需要將圖形從一張模版復制到聚合物膜上的各種所謂“軟光刻“方法提供了一種并行刻寫的技術途徑。模版可以用其他慢寫技術來刻制，然后在模版上的圖形可以通過要么熱輔助要么溶液輔助的壓印法來復制。同一塊模版可以用來刻寫多塊襯底，而且不像那些依賴化學自組裝圖形形成機制的方法，它可以用來刻制任意形狀的圖形。然而，要想獲得高生產率，某些技術問題如穿刺及因灰塵導致的損傷等問題需要加以解決。對一個理想的納米刻寫技術而言，它的運行和維修成本應該低，它應具備可靠地制備尺寸小但密度高的納米結構的能力，還應有在非平面上刻制圖形的能力以及制備三維結構的功能。此外，它也應能夠做高速并行操作，而且引入的缺陷密度要低。然而時至今日，仍然沒有任何一項能制作亞100nm圖形的單項技術能同時滿足上述所有條件。現在還難說是否上述技術中的一種或者它們的某種組合會取代傳統的光刻技術。究竟是現有刻寫技術的組合還是一種全新的技術會成為最終的納米刻寫技術還有待于觀察。
另一項挑戰是，為了更新我們關于納米結構的認識和知識，有必要改善現有的表征技術或者發展一種新技術能夠用來表征單個納米尺度物體。由于自組裝量子點在尺寸上的自然漲落，可信地表征單個納米結構的能力對于研究這些結構的物理性質是絕對至關重要的。目前表征單個納米結構的能力非常有限。譬如，沒有一種結構表征工具能夠用來確定一個納米結構的表面結構到0.1À的精度或者更佳。透射電子顯微術(TEM)能夠用來研究一個晶體結構的內部情況，但是它不能提供有關表面以及靠近表面的原子排列情況的信息。掃描隧道顯微術（STM）和原子力顯微術（AFM）能夠給出表面某區域的形貌，但它們并不能提供定量結構信息好到能仔細理解表面性質所要求的精度。當近場光學方法能夠給出局部區域光譜信息時，它們能給出的關于局部雜質濃度的信息則很有限。除非目前用來表征表面和體材料的技術能夠擴展到能夠用來研究單個納米體的表面和內部情況，否則能夠得到的有關納米結構的所有重要結構和組份的定量信息非常有限。
V.展望
