时间：2023-03-23 15:19:18
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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
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
论文摘要：信息技术是一种技术手段，既应用于教师的教，又适用于学生的学。如何将信息技术手段运用于教学，我们就此进行探讨
一、信息技术与课程整合的内涵
信息技术与课程整合的本质与内涵是要求在先进的教育思想、理论的指导下，把计算机及网络为核心的信息技术作为促进学生自主学习的认知工具与情感激励工具、丰富教学环境的创设工具，并将这些工具全面地应用到各学科教学过程中，使各种教学资源、各个教学要素和教学环节，经过整理、组合，相互融合，在整体优化的基础上产生聚集效应，从而促进传统教学方式的根本变革，达到培养学生创新精神与实践能力的目标。
信息技术是一种技术手段，既应用于教师的教，又适用于学生的学；既是辅助教学的演示工具，又是学生学习的认知工具。整合要以系统论的观点为指导，综合应用传统媒体与信息媒体，使二者各扬其长、相互补充。整合要让信息服务于课程，以更好地完成课程目标：又以学生个体符合时代需要的和谐发展为目的，让学生充分接触、使用信息技术，以信息技术促进学生的全面发展。
二、信息技术与课程整合的基本要求
课程整合的教学模式是我国面向21世纪基础教育教学改革的新视点，它与传统的学科教学有一定的交叉性、继承性、综合性，并具有相对独立特点的教学类型。它的研究与实施为学生主体性、创造性的发挥创设了良好的基础，使学校教育朝着自主的、有特色的课程教学方向发展。课程整合将信息技术看作是各类学习的一个有机组成部分，它主要在其他学科的学习活动中有机结合使用信息技术，以便更好地完成课程目标。它强调在利用信息技术之前，教师要清楚学科教学的需求，设法找出信息技术在哪些地方能提高学习效果，使学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、课程整合是以各种各样具体学科的任务或学科任务包含其中的真实性的情景问题开展信息技术与其他学科相联系的横向综合的教学，使学生置身于提出问题、思考问题、解决问题的动态过程中进行学习。通过一个或几个任务，把相关的各学科知识和能力要求作为一个整体，有机地结合在一起。学生在完成任务的同时，也就完成了所需要掌握的学习目标的学习。但这一切都需精心构思和设计。如何与信息技术整合，这是最值得讨论的一个问题。例如，自然学科的教学与信息技术的整合就不同于其它学科在利用信息技术时可以利用丰富的视、听等多媒体效果刺激学生的感官，激发学生的学习兴趣。如果在教学中一味利用视听刺激，久而久之学生必然产生厌倦情绪，反而不利于学生学习兴趣的激发。自然学科有其自身的魅力，也就在于探索学习者未知的知识领域，因此信息技术的利用，还需要教师不断改进教学设计，利用“问题”吸引学生，达到激发兴趣的目的。
第二、课程整合要求学生学习的重心不仅仅放在学会知识上，而是转到学会学习、掌握方法和培养能力上。学生利用信息技术解决问题的过程，是一个充满想象、不断创新的过程，同时又是一个科学严谨、有计划的动手实践过程，它有助于培养学生的创新精神和实践能力。所以在设计教学任务时就必须给予学生自由、独立思考的时间。用粉笔加黑板的传统教具，教师在黑板上板书是需要一定的时间的，这一段时间正是学生审题、思考的时间，利用信息技术后，往往出现这样的情况：教师认为把许多东西都呈现给学生了，很快就过去了，没有给学生以思考的时间，表面上看整堂课信息量大，学生反映良好，其实由原来的“人灌”改为更高效的“机灌”。
第三、在课程整合的教学模式中，强调学生的主体性，要求充分发挥学生在学习过程中的主动性、积极性和创造性。学生被看作知识建构过程的积极参与者，学习的许多目标和任务都要学生主动、有目的地获取材料来实现。同时，教师是教学过程的组织者、指导者和咨询者，教师的主导作用可以使教学过程更加优化，是教学活动中重要的一环。但是不是就让学生在计算机上瞎碰瞎撞?是不是每一个概念都要学生自己去建构?教师的演讲、解释、传授知识是不是都是多余的?这些问题都值得研究和探讨，在教学中教和学是一个问题的两个方面，片面地强调某一方面忽视另一方面都会走入极端。
第四、信息技术给我们提供了一个开放性的实践平台，可以采用多种不同的方法实现相同的目标。同时，课程整合强调“具体问题具体分析”，教学目标固定后，可以整合不同的任务来实现，每一位学生也可以采用不同的方法、工具来完成同一个任务。这种个别化教学策略对于发挥学生的主动性和进行因人而异的学习是很有帮助的。在现代学习中，尤其是一些复杂问题的解决、作品评价等认识场所，要求多个学生能对同一问题发表不同的观点，并在综合评价的基础上，协作完成任务。而网络正为这种协作学习提供了很好的平台。
三、信息技术与课程整合的基本模式和实施途径
信息技术与课程整合是基于加强课程的综合性和实践性的一种课程模式，它是将计算机和其他信息技术作为认知工具，以各学科知识为载体，以学生素质提升和培养综合能力为基本过程。下面，以活动《认识垃圾》为例，谈谈具体实施的过程。首先，让学生进行有关垃圾的调查，考察周围的垃圾处理站，并提出有一定价值的问题。然后，根据自己的喜好选择研究的课题，查阅相关资料，浏览有关网站。第三，将自己收集到的资料和研究的成果在班上与老师、同学进行交流。最后，评选出优秀作品在班上、学校及社区进行环保知识宣传，并将部分优秀作品发送到相关的网站上。
通过活动，使学生认识到：“垃圾是放错了地点和时间的资源。”而利用垃圾的前提是对垃圾进行分类收集，培养学生的动手实践能力和环保意识。同时让学生在“玩”中学习科学知识，学习信息技术，学会做事，学会做人。
关键词：信息技术；小学数学学科；整合
数学是抽象性、逻辑性很强的一门学科。小学生的思维正处于由具体形象思维为主向抽象逻辑思维为主的过渡阶段，小学数学必须在数学知识的抽象性和学生思维的形象性之间架起一座桥梁，而信息技术正是这样一座桥梁。在数学教学中，把信息技术和数学教学合理的进行整合，这是信息时代的要求，也是创新教育的要求。现把信息技术与小学数学相整合的几点思考总结如下：
一、整合――教与学方式的转变
所谓“整合”，其核心就是把现代教育技术融入到小学数学学科的教学中去，在教学实践中利用技术手段得到文字、图像、声音、动画、视频、甚至三维虚拟现实等多位信息用于课件制作，充实教学容量，丰富教学内容，运用教学方法更加多样，更加灵活。整合，不是简单的将信息技术作为一种教学手段与传统的教学手段想叠加，不是仅仅使用几张幻灯片，用一用事物投影。而是将信息技术真正的为教学服务。实现学生的学习过程交互化；学习环境的时代化，全球化。
传统的教学模式中，教师是知识的传授者，课堂的主宰者。学生学习方式较单一、被动，缺少自主探索、合作学习，独立获取知识的机会。信息技术与小学数学学科的整合，是对教与学方式的转变。在整合中实现学生的主体地位，拓展学习的空间，打开学生学习的闸门。传统的课堂教学正向着数学活动课的形式转变。教学中只有从学生的学习特点和学习规律出发，采用多种形式方法。让学生在体验中，在活动中学习。才能取得好的教学效果。
二、有效利用信息技术，在生活中感悟数学
常常听到许多同学说，不喜欢数学，所以学不好。为什么许多的孩子对数学缺少兴趣呢？华罗庚曾经说过，对数学产生枯燥乏味、神秘难懂的印象的主要原因就是脱离实际。新课程标准提出“数学要贴进生活”、“数学问题生活化”， 我们可以利用信息资源丰富、时效性强的特点，将信息技术与小学数学科教学内容有机整合，充分利用各种信息资源，引入时代活水，与小数学科教学内容相结合，使学生的学习内容更加丰富多彩，更具有时代气息、更贴近生活。 例如教学人教版小学数学第八册《亿以内数的读法和写法》时，课前我们安排学生自己通过各种途径（包括上网），搜集有关数据，课上学生代表汇报。他们带来的材料：有的是某两个星球之间的距离，有的是中国土地面积大小，有的是今年中央电视台春季晚会的收视率……通过生动的、富有教育意义的、有说服力的数据、统计材料，学生不仅轻松的完成本节课的教学任务，而且成功地接受了一次爱祖国、爱社会主义、爱科学的思想教育。 又如：在教学一章时，我把学习的主动权完全的交给学生，让学生自己搜集生活中的有关长度，质量和时间的数据信息，可以用例子来说明。如：一把尺子20厘米等。学生带回教室的数据有一头大象有多重，闰年有多少天，地球和月亮间的距离是多少、、、。通过搜集材料，让学生在生活中体验到数学无处不在，增强对数学学习的兴趣。并且在搜集资料的过程中，认识了各种的长度，面积，重量，时间的单位。通过小组交流合作，不仅很快的完成了教学目标，而且增强了生活知识，在生活中感受了数学的魅力。
三、多媒体为辅助手段，激发学生的兴趣
兴趣是最好的老师。有人曾说：“没有兴趣的强制性学习，将会扼杀学生探求真理的欲望。”根据心理学规律和小学生学习特点，有意注意持续的时间很短，加之课堂思维活动比较紧张，时间一长，学生极易感到疲倦，就很容易出现注意力不集中，学习效率下降等，这时适当地选用合适的多媒体方式来刺激学生，吸引学生，创设新的兴奋点，激发学生思维动力，以使学生继续保持最佳学习状态。学生学习有了兴趣，教学才能取得良好的效果。根据情境教育的原理，创设充满美感和智慧的学习氛围，可使学生对客观情境获得具体的感受，激起相应的情绪，全身心地投入到学习中去，使他们潜在的能力得到充分发展。多媒体教学可以很好的展示知识间的联系，引起兴趣，利于很好的理解知识。
例如：在教学《加法的意义》时，用动画的形式展示。原来有5只鸡，又来了9只鸡。学生在观察后，用自己的话说说表示的意义。引出“合并”。多媒体展示了知识的发生过程。而且形象生动，学生能很好的理解。
信息技术和小学数学学科的整合，固然有很多的优点，但在整合过程中我们还应该遵循一定的原则。
1.科学性原则。在信息技术的使用上必须注意到小学数学课堂教学的组织形式，与教材的贴近。需与教材的科学性相结合，切忌粗造滥制，牵强附会，为电教而电教而撇开为教材内容服务的目的。只有钻研教材，充分了解课堂教学目标内容的重点难点，了解传统的教学缺少什么（或者说要补充什么），设身处地从教学实际出发，表现手法和形式上也要严谨周密，紧扣教学目标，避免让学生产生错误理解。在使用现代电教媒体进行教学时，必须是为了突破教学的重点、难点，使学生易于理解和掌握。如果在次要的内容上运用信息媒体，那只能是费时费力。
2.信息技术不能替代某些教学媒体而统一于课堂。现代信息技术固然有其无比优越的特性，但它仍不能完全替代某些媒体，比如在一些量与计量的教学中，显然不如用尺子度量来体会长度，用手掂来体会质量，观察实物钟表来认识时间更具有实效性
3.用多媒体教学，不要丢了课堂板书。板书不是无情物，学生通过老师的板书了解老师的情感，把握教材内容。并且，板书比较的直观，且能传递板书本身以外的较多信息。还可以给学生留有思考的空间。
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。
摘要：信息技术进入数学教学是国际发展趋势，信息技术作为一种现代教育技术时，对传统教学手段来说是一场革命，由于其自身具有的巨大功能，使得它与传统教学手段相比具有很多优势。信息技术与初中数学课程教学整合的思想、理念、观念。都跟以往的教学思想、理念、观念产生了革命式的转变。
关键词：信息技术 信息交流多元化 基本能力和信息素养 整合的思想、理念、观念
信息技术进入数学教学是国际发展趋势，信息技术作为一种现代教育技术时，对传统教学手段来说是一场革命，由于其自身具有的巨大功能，使得它与传统教学手段相比具有很多优势。这优势是非常明显的，英国数学课程标准指出：提供适当机会来发展应用信息技术学习数学的能力，可以帮助学生快速形象的接受更多的知识。法国提出：信息技术要真正整合到数学中去，并声明这种整合是必要的；德国提到用计算机表示曲线族，用计算机模拟概率，建立程序考察序列等，并开设“信息学”的必修课程。
在我国的教学提纲和目标中也明确提出，信息技术作为科学的发展产物。我们必须尽快的加大利用其功能，有效的提高我们的教学手段。而对于传统教学手段来说，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。信息技术不可能简单地、完全地取代传统教学手段。在现代信息技术教学中学生利用信息技术解决问题的过程，是一个充满想象、不断创新的过程，同时又是一个科学严谨、有计划的动手实践过程，它有助于培养学生的创新精神和实践能力。这就要我们注意两者不是简单的混合，而是充分的融合。把两者融合在 一起，成为不可分割的整体思想和理念。有了正确的思想理念和观念作为前提。它的整合才能发生真正的效率。否则变成了华而不实的产物。
一．信息技术与初中数学课程教学整合的思想.
现代 信息时代是课程教学深化改革的需要 ,是人才培养的需要 ,也是自身发展的需要.它以其本身特有的功能而具备了趣味性的特点，对激发学生的学习兴趣有着极高的价值。利用信息技术的动画、图像、解说、文字、音乐等多种信息，能使学生通过电脑手段，观其境、闻其声、触景生情，充分调动了积极性、主动性，能更好、更快、更有效地把握教学中的重点、难点。通过信息技术中的多媒体技术、网络技术，课件等来丰富初中数学教学的内容；改革的传统教学形式，构建高度交互的课堂教学模式；丰富教学媒体，使学生在轻松、愉快与和谐的教学环境下获取知识，并培养学生自主探究学习的能力；培养学生的信息意识和信息素养，提高学生处理信息的能力；学生利用网络和信息资源进行学习，培养学生的自主学习能力、合作精神和创新精神。
结合现代教育技术基本理论与教学中的实践，现代信息技术整合于学科教学的理论基础和基本要求。信息技术与初中数学课程教学整合的思想存在这几点。1、现代信息技术整合于中学数学教学过程是时代的要求和必然趋势，它将使数学教学手段更加丰富、生动、多样化；使数学教学组织形式、教学方法更加多样化。 2、使数学教学过程的信息交流多元化，认知方式多元化；为实现数学教学过程与教学目标的最优化提供了一种全新的教学方式。3、如何实现现代信息技术与数学学科教学的整合，它包括基本思想、目标、原则、策略、方式和教学设计；课堂教学模式、数学教学模式以及学生的数学学习模式。4．如何科学、合理、高效、充分地将信息技术应用于学科教学之中，实现培养学生基本能力和信息素养的综合教育目标，也是我国基础教育研究亟待解决的现实课题。
二．信息技术与初中数学课程教学整合的理念。
加强信息技术与初中数学课程的整合，对于实施素质教育，培养创新人才具有重要意义. 把信息技术融入到初中数学教学中，就象使用黑板、粉笔、纸和笔一样自然、流畅，这就是“课程整合”的核心。充分利用互联网络开放性、交互性、平等性等的特点，学生在网络环境下实现真正意义上的“自主学习”、“合作学习”和“研究性学习”，体现教师为主导，学生为主体 ;能满足个体的需要，使学习具有个性化 ;学习方式要以问题为中心的，以任务来驱动 ;学习过程要有充分的讨论交流，协商合作的机会 ;学习是具有创造性和生产性的.学生主动探寻，发现自己所需要的知识和信息，为学生创造思维的发展提供广阔的空间，充分突出学生学习主体作用，提高学生的学习兴趣和主动性，有效地提高课堂效率和学习效率，促进教学质量的提高。
培养学生的合作精神、创新精神“课程整合”教学模式的研究与实施学生主体性、创造性的发挥创设了良好的基础，使数学教育朝着自主的、有特色的课程教学方向发展，同时信息技术教育应当培养学生开放的性格、与人合作的能力、创新能力以及把握未来变化的能力等，要把学生的学习与其今后谋生和发展紧密联系起来。
在教学结构中，现代信息技术是完成教学目标的手段，在应用现代信息技术的过程中，应注意现代技术手段对落实教学目的要求所起到的作用.将信息技术以工具的形式与课程融合.以促进学生的学习.何数学的“教”与“学”，都是在一定的情境中进行的，好的情境对于学生产生良好的情绪具有重要的作用。教师富有激情的讲解，生动的、富有感染力的语言，可以使学生激情焕发，这是数学课件所不能代替的。既现代化的教学技术手段不能完全取代传统的教学手段。
以计算机为核心的信息技术主要指的是多媒体计算机、教室网络、校园网和因特网等，它为新课程理念下的课堂教学提供了一个理想的环境和广阔的空间，改变学生在传统教学过程中的认知程序，从根本上促进学习方式的转变，体现“一切为了学生发展”的核心理念。
三．信息技术与初中数学课程教学整合的观念。
现代信息技术与数学教学整合的关键是教师，教师教学观念的更新又是教学行为改变的前提。一些教师对新的教育教学观念学习领会不够，对于这项改革缺乏积极性，有的教师虽然使用的是新教材、新技术，但是旧的教育思想没变，“穿新鞋,走老路”,很难真正地做到现代信息技术与中学数学教学整合。一些虽然更新了教育教学观念，但是由于高考、中考指挥棒的约束，给教学改革带上了枷锁，使这项教学改革缺乏内动力。
基于网络环境下的教学资源具有信息资源开放、跨越时空限制、传递系统是多媒体的、传播媒介可多向交流等特点。这就决定了网络环境下的学习过程的开放性、全球性、可交流性，学习者对学习内容选择的自主性和个性化，内容形式的多媒体化等。将信息技术融入课程教学系统各要素中，使之成为教师的教学工具、学生的认知工具、重要的教材形态、主要的教学媒.数学教学真正达到了因材施教、发展个性的目的，学生是按照自己的认知水平来学习和提高的，学习是学生主动参与完成的，这种学习使学生获得的不仅仅是知识，还有自己主动建构知识及意义的能力，这正是传统教学所不能比拟的。同时教学设计具有超链接功能，可以使学生用多种方式探索同一专题，有利于实现认知的灵活性。同时给予了学生较大的自由度，学习者可以完全控制自己的学习，可以任意选择学习内容、学习方式以及各种工具，最大程度地支持了学生的主动学习，实现了真正的个别化学习。
接受知识的方式跟以往发生了很大的改变，教育的内涵和功能都要做相对应的转变，教育要从原来的“传道、授业、解惑”向“知识的继承、传播、使用与创新等”的转变；教学不再是单纯的知识传授与灌输。教师的角色主要是教学信息资源的设计者、学生学习促进者，教师从前台走到了后台。教师的地位受到了挑战，但是教师在教学当中不可能被计算机或计算机网络所取代，相反教师在这种模式下的重要性更大了，计算机只是一种信息加工和呈现的工具，教师惟一选择是需要不断地更新知识和扩大知识面，教学组织者需要跨学科的知识结构，需要教师的群体协作，网络化的教学设计需要解决的重大课题是如何制作教学课件、如何把它们组织成为符合教学要求的教学资源形式。
在信息技术引入数学课之后，要想取得最优的教学效果，计算机手段与传统教学完美的结合显得十分重要。但不是计算机用的越多就越好，传统教学的优势应该保留，如教师的规范示范作用、教师与学生之间富于人情味的及时交流反馈，教师组织起来的探讨问题的活跃氛围等等。理想的教学应该是把教师与信息技术的优势同时充分发挥出来，把计算机辅助教学与传统教学完美地结合在一起。信息技术与初中数学课程教学整合的思想、理念、观念都跟以往的教学发生了革命式的转变。
关键词：信息技术；高中语文；整合
信息技术是教学多要素、多渠道、多角度、多层次、科学化、艺术化、民主化的重要手段，信息技术与学科整合教学又是科学与艺术的统一，是实现教学科学的艺术化和教学艺术的科学化的完美融合。
一、高中语文与信息技术整合的初探
（一）、高中语文与信息技术整合的必然性
语文作为一门基础学科，不但具有工具性、人文性，而且与日常生活联系非常密切，涉及范围广，实践性很强，高中语文课程更是强调应进一步提高学生的语文素养，使学生有较强的语文应用能力和一定的审美能力、探究能力，并形成良好的思想道德素质和科学文化素质，为终身学习和有个性的发展奠定基础。基于这一目标，传统的“填鸭式”教学已不适应语文教学发展的要求，也与社会发展相脱节。按新课程语文教学理念，语文课程重在实践，要适应现实生活和学生自我发展的要求。但传统的教法：老师讲，学生听，学生学习少了主动性和自主性，学习学得被动，对语文学习缺乏创新精神。现在新的教学策略、教学方式是让学生自己学、主动学，老师主要是“导”，以体现高中语文课程的时代性、基础性、选择性，培养高中学生的语文实践能力和创新精神，提高学生的语文素质，实现素质教育，而语文课程的革新与现代化，必须要求相应的教学工具、教学途径也现代化、科学化，信息技术作为最广泛最先进的科技，它在语文教学中的应用是必选无疑的。
因为在信息技术的环境下，学生能更好地学语文，用语文，使语文教学与日常生活更贴近，更符合社会发展需要。如语文口语训练，高中语文课本的每一单元都设有口语练习。就拿演讲训练来说吧，听名人的演讲，用传统的工具，学生只能听到演讲者的声音，是种远听而不可近视的感觉，不能引发学生较浓厚的兴趣。在信息技术环境下就不同了，学生除了听到演讲者的声音外，还能看到演讲者的动作、神态和表情，有种身临其境的感觉，并受到感染，从而激发内心对演讲的兴趣和欲望，达到主动训练的目的。所以信息技术与高中语文学的整合是势在必行的！
（二）、信息技术与语文整合的内容和意义。
信息技术和高中语文的整合，可以从两方面探讨：
1、信息技术作为一种先进的教学工具和学科相融，就如传统的“粉笔+黑板”，作为传授知识的工具。
信息技术在教学上用得最广的是多媒体和互联网的运用，因为它们具有图、文、声、像并茂的特点及独有的系统功能。教学中与语文整合，可使计算机的视、听功能全部展现出来，打破传统媒体的“线性限制”，以随机性、灵活性、全方位、整体化的方式把语文知识形象、直观地展现给学生。如学习《神奇的极光》一课，对什么是极光，极光的形、色如何，只看文字，显得有点枯燥无味，印象也不能深刻。这时，可以通过多媒体和网络播放极光的影像，让学生直接观看极光的形、色及极光发生的过程，使学生产生强烈的好奇心和求知欲，从而激发他们学习的兴趣，探讨极光发生的原理，更深刻、更全面地理解课文。而网络的运用，可拓宽思维空间，学生可以不受时间、空间的限制，唾手可得自己想要的材料。
二、信息技术与语文教学的整合，能够培养学生在信息社会中具有良好的信息素养。
信息素养作为一种高级的认知技能，同批判性思维、解决问题的能力一起，构成了学生进行知识创新和学会如何学习的基础。信息素养不仅是一定阶段的目标，而且是每个社会成员终生追求的目标，是信息时代每个社会成员的基本生存能力。
1、培养学生信息获取、分析的能力
能够根据自己的学习要求，主动地、有目的地去发现信息，并将获取到的信息进行筛选及鉴别，对真实有用的信息进行分类。
2、培养学生信息加工、利用的能力
计算机给阅读带来最大变革是高效率检索式阅读方式的出现，网上连通就能实现文本节点的跳跃，向多重时空辐射和伸展，学生驾驭了超文本的写作，也就完成了“换笔”‘（从手写走向键盘输入），形成网上获取知识、加工、反馈、整合的能力，具备了现代人应有的素质之一。
3、培养学生协作意识和使用网络语言交流的能力
通过互联网等平台拓展自己的交流范围，开阔视野，并能利用信息技术加强与他人的联系、协作。
（1）活用“电脑”语言
在以多媒体为手段形成的电子文本中，除文字之外，符号、声音及三维动画，都成了构成电子文本的“表情语言”、“有声语言”。尤其在电子邮件和“聊大室”中，人们适时采用创造出的“脸谱”语言，表情达意，眉目传情。这种“脸谱”简洁、含蓄、形象、幽默，给电子文本增添了无限情趣，并与文字语言相互配合，共同完成网上交际任务。
（2）形成个性的语言风格
关键词： 信息技术 语文学科 整合 创新
21世纪是信息化时代，信息技术已经渗透到社会生活的方方面面，基础教育也必然受到其深刻影响。传统教育因教育因教学形式单一，教学手段落后，效率低下，日益显示其弊端，大胆地进行教学手段革新，运用现代化的信息技术手段辅助教学，努力提高教学信息化水平，强化课堂教学效果的呼声越来越高。
提高教育信息化水平，促进语文教学与计算机教学的有机融合，激发学生学习语文的兴趣，增加课堂的容量，大力提高语文学科教学质量，是当前语文教学实践中需要解决的一个现实问题。
语文老师紧紧抓住提高学生素质和教学质量这一中心任务，努力探索信息技术与语文学科整合的契合点，认真做好以下几方面工作。
一、要充分认识信息技术与语文学科的优化整合的重要性
当今世界，信息化是社会发展的必然要求，教育信息化也将成为教育发展的总趋势。可是，传统教育模式对我国教育的影响仍然很大，素质教育口号已经提出来，但实施起来难度很大，不少学生厌学情绪严重，语文课堂仍然是方法简单，结构单一，效率低下。实现信息技术与学科教学工作的优化整合，全面推动素质教育的实施，是改变这一现状的一条最佳途径。信息技术的运用会带来语文课堂教学的一系列变化：首先是教学方式的变化，其次是教师角色的变化，再次是学生思维过程的变化。
信息技术教育是语文学科教育的重要辅助手段。在语文学科教学过程中，适当地运用现代信息技术手段，既能拓宽学生的视野和知识面，又能促进语文学习的综合效应，改善学生参与语文教学的条件，提高学习兴趣，增强学生自主学习能力与创新精神。语文教学与信息技术教育的整合，可以极大地拓展语文教学空间，为师生提供直观和便捷的教学手段，让师生在教学中多向互动，共享优质的教育资源，从而大大提高语文教学质量。
二、如何让信息技术与语文学科实现优化整合
信息技术与语文学科的优化整合才能充分发挥现代信息技术优势，信息技术与语文学科教学过程融合在一起，可以加深学生对语文学科学习内容的理解，更好地培养学生的素质、认知能力和创新能力。
只有实现信息技术与语文学科的优化整合，才能使学生更好地掌握语文知识，利用现代信息技术手段及时获取信息，分析、综合并熟练表达信息。
为了最大限度地优化整合信息技术与语文学科教学，我们必须找准二者的最佳整合点：
1.要优化整合课堂教学资源
多媒体教学对语文学习极为重要。我充分利用最新的“班班通”教学设备，搜集整理网上教育资源，对“无忧无虑语文网”、“真语文网”、“yuwen789”、“优教通网”、“福建教育资源公共服务平台”、“网易教育频道”、“搜狐教育频道”等网站上的有关资料进行下载，加以分类整理，并不断更新，建立自己系统的教学资源库和学生教学资源库。
我努力尝试在语文教学中运用信息技术手段。例如，在教学《苏州园林》时，为了让身处学生对文中的意境有直观体会，我从网上下载了一些苏州园林的图片提供给学生参考，使学生得到真实而直观的体验，提高阅读说明文的兴趣。又如，在教学戏剧《放下你的鞭子》一课中，播放相关影音资料，并和学生一起交流、欣赏剧中演员的精彩表演。这样，有效拓宽了学生视野，激发了学生自主学习兴趣。
网络环境下的课堂教学，我与学生之间进行了充分交流，努力营造融洽、活跃、双向交流的课堂气氛，提高学生参与欲望，激发学生创新思维，培养学生的自主探究能力。
2.指导学生课外自主学习
课外自主学习是课堂教学的延伸和必要补充。利用好网络信息平台，师生可以共享优质教育资源。
我在网上指导学生自学，我把语文阅读方法的材料和课件在班级公共邮箱、QQ邮箱或班级微信平台上，并下载了多部课文影音资料，刻录在光盘上，免费供学生使用，使部分条件好的学生可以利用家中电脑播放多媒体课件，自主复习学过的知识，理清知识点之间的相互关系。通过我精心设计的习题巩固学到的知识，学生还可以结合自身情况，掌握学习进度和内容，最大限度地提高学习有效性。
社会的发展，网络的普及要求我们培养出具备多种渠道获取信息能力的人才。因此，我们必须最大限度地优化整合信息技术与语文学科教学，让学生从网络资源中学到丰富多彩的知识。我们必须努力培养学生的问题意识、实践能力及创新精神，让全体学生的整体素质和能力都得到全面的、和谐发展。
3.及时反馈教育信息
语文教师要教会学生正确运用祖国的语言文字。为完成这一任务，必须加快教学过程中的考试反馈速度。我认真研读《语文课程标准》（2011年修订版），对学生在每个阶段、每个学期、每个学年所必须掌握的教学内容，所必须具备的各种能力做到心里有数，只有这样，才能适时调整教学方式、进度、难易度，避免在教学中出现偏差。
为了迅速及时地反馈学生学习情况，我们可以借助计算机网络，在网络环境下运用教学测评系统组题、评测；学生作完试题后，可以利用网络进行试题正误的初步估算并找出原因。教师可以在最短时间内分析试题，得出正确结论，进而指导自己的教学，从而取得良好效果。
三、学科整合要求高素质的语文教师
新时代的到来、新技术的应用对语文老师提出了更高要求。
1.要有相应的理论素养
语文教师要认真学习新课程理论，吸收他人研究成果，积极参加教育理论的进修培训，接受先进的教育理论，用先进理论武装头脑，用先进理论指导教学实践，做研究型教师、专家型教师。
2.要具备教学基本功
教师必须具备研究教材，创造性地使用教材的基本功。采取不同的教学方法，选择最佳教学内容，采用最佳的教学方式，从而达到最理想的教学效果。
3.要掌握高超的授课艺术
教师必须通过自学或进修培训，熟练掌握多媒体教学手段，让信息技术与学科课程完美整合，提高授课艺术，努力构建高效课堂。
4.要掌握设计和制作多媒体课件的能力
教师必须能够独立制作出符合学生实际的多媒体作品，在授课过程中才能应用自如。
5.要加强师生双方的互动活动
在信息技术辅助语文教学过程中，必须充分发挥学生主体性和教师主导性，鼓励学生积极参与教学整个过程，倡导教学过程中的双向和多向互动，同时教师适时地加以指导、点拨，力求做到精讲和善导，以强化课堂教学效果。
四、学科整合必须遵循几个基本原则
1.科学性原则
科学性原则主要有两个方面内涵：一是教育理论，二是设计制作。
教育理论要科学合理，符合教育规律。设计制作也要符合学生认知规律，结构合理，操作便捷。语文教学课件的制作应特别注意这一点。课件的知识体系要科学和完整，内容要正确和规范，不能漏洞百出，不能对学生有误导作用。
2.适用性原则
适用性包括信息技术应用的适用性和教学过程的适用性两个方面。不论利用网络还是制作课件，都要根据教学目标，依据学生认知规律，完成各种资源素材的选择和教学内容的确定，并就结构安排和呈现方式提出最佳方案，最终完成制作。
现代信息技术手段始终只是一种重要的教学辅助手段，教师使用多媒体技术辅助教学不是越多越好，而要适度。教师应当把主要精力投放到钻研教材和学生、研究教法和学法上，才有可能选择最佳的教学途径、科学的教学方法和符合教学要求的授课形式。信息技术手段使用过多反而会分散学生注意力，哗众取宠，华而不实，事倍功半，最终影响课堂教学实际效果。
3.灵活性原则
【关键词】现代教育技术；思想政治课教学；有效整合
“以计算机为核心的现代教育技术应用于教育将会极大地促进教育的发展，将会带来教育思想、教育内容、教育方法、教育手段、教育模式、教育过程的深刻变革”。随着信息技术的迅猛发展，在探索政治学科素质教育的实践中，信息技术辅助教学已由开始时在优质课、示范课上的“表演”，逐渐向实施素质教育的主阵地——课堂教学迈进。信息技术辅助课堂教学，有利于促进思想政治课教学内容呈现方式、教师教学方式、学生学习方式和师生互动方式的变革。因此，我们应以积极的态度参与到信息技术与思想政治课教学整合的研究中，努力提升自身信息技术素养，讲究科学与实效，使信息技术真正成为学生认知、探究和解决问题的工具，培养学生的信息素养及利用信息技术自主探究、解决问题的能力，提高思想政治课教学实效。
一、信息技术与思想政治课教学整合的重要性
信息技术与思想政治课教学的整合，突破了时间和空间、微观和宏观、历史与现实的限制，大大提高了思想政治课教学容量和效果，对思想政治课教学有着十分重要的作用。
（一）有利于激发学生的学习兴趣
兴趣是促进学生学习的兴奋剂，是学生获取知识的巨大内驱力。正如瑞士心理学家皮亚杰所说：“一切有效的活动须以某种兴趣作为先决条件。”教学实践证明，学生一旦对所学内容产生兴趣，就会表现出巨大的主动性和积极性。中学思想政治课系统地讲解经济学、哲学和政治学理论常识，是一门科学性、理论性较强的课程，在传统的课堂教学中往往容易上成抽象的理论课或是大道理堆砌的说教课，显得枯燥空洞，学生兴趣不大，积极性难以调动。而计算机多媒体技术生动、形象、感染力强，利用它设计出仿真直观情境，能把思想政治课课本中抽象的理论和原理用直观的视、音频的形式表现出来，为学生创造学习知识的实际情境，通过声、形、色、画刺激学生的感官，诱发他们的好奇心，从而充分调动起学生全面参与学习的热情。
（二）有利于化解教学难点
从思想政治课的特点来看，基本概念、原理和观点较多，内容抽象，理论性强。在教学中，教师如果囿于理论的演绎，将会出现“教师头头是道，学生头头雾水”的现象。而利用多媒体处理信息方便快捷，教师精心选择好、设计好流程，合理解释和演示，通过其声、画、形把思想政治课中的概念、原理等抽象的东西变成具体的、形象的东西，使学生易于理解，便于记忆，同时能牢牢掌握，在教学中也就容易突出重点、突破难点，把教师从繁重的备课、讲课中解放出来，达到事半功倍的教学效果。如在介绍“运动与静止的关系”时，我制作了这样一个课件：画面一是高速行驶的列车，车上有乘客，车外有树木；画面二是列车在一个运动着的透明球体中运动。通过这两个动画，学生就很容易弄清楚绝对运动与相对静止的关系。
（三）有利于活化教学内容
思想政治课教学内容理论性较强，与中学生由特殊到一般的认知特点存在着较大的距离。鉴于此，在教学过程中，教师要结合教材内容，辅之以鲜活、生动、真实、直观的多媒体技术，将声音、图像、动画、文字等融为一体，利用其直观、形象的作用，将教学内容化静为动、化远为近，超越时空界限，模拟再现我们所需要情景，使抽象概念具体化，深奥原理形象化。
（四）有利于促进师生互动方式的变革
网络技术还可以实现远距离师生互动，加强师生、生生之间的跨时空的交流与合作，使45分钟的课堂教学从时间与空间上得以延伸。信息技术使师生主动与被动的关系变为平等、和谐的关系。这种转变从而使思想政治课实现了对人的素质的培养，而不再是围绕知识传授转圈子。
二、信息技术运用于思想政治课教学存在的主要问题
（一）运用目的不明确
运用多媒体目的在于优化教学结构，提高教学效率。然而，一些政治教师对此并不十分明确，很多时候只是为运用而运用。如果是运用多媒体投影课本上已有的文字、图表，就仅仅局限于对教材材料的机械翻版和简单重复，或是用多媒体代替板书。这些，都是对多媒体辅助教学的错误理解和运用。
（二）课件设计喧宾夺主
在课堂教学中，每次使用多媒体课件要解决什么问题，必须十分明确。可是我们许多政治教师设计的多媒体课件，既有精彩纷呈的画面，又有悦耳动听的音乐和解说，结果片面追求视听效果，没有注重思想政治课教学的实际效果，甚至忽视多媒体辅助教学的真正目的——强化教学重点、突破教学难点，帮助学生有效地学习政治思想理论，提高他们的思想觉悟和道德水平。在课堂教学中，这种喧宾夺主的课件，不仅达不到促进学生有效学习的目的，反而分散了学生的注意力，冲淡了教学主题。
（三）课堂容量过大
多媒体具有强大的直观显示功能，可以使教师在较短的时间内呈现大量的教学内容。但当这些内容超过了一定的“度”时，多媒体辅助教学就会走向另一个极端：课堂内容过于饱满！往往是教师连续不断地向学生展示搜集到的事例和材料，却没有给学生留下足够的思考、活动时间，并且忽视了对学生学法的指导。
（四）课件内容的选择不够恰当
有些政治教师在制作和使用多媒体课件时，喜欢选择一些动画、漫画图片，或随意性地选择一些比较陈旧的材料进行教学，忽视了新课程内容与学生生活及现代社会和科技发展的联系，忽视了思想政治课理论联系实际的原则和真实性、时效性较强的特点，结果直接影响教学目标的实现，导致教学效果不明显。信息技术运用于思想政治课教学存在的上述问题，制约了课堂教学效益的提高和“三维”目标的实现。
三、推进信息技术与思想政治课教学有效整合策略
（一）要转变教学观念
信息技术只有真正同学校的思想政治学科教学目标、教师的教学过程以及学生的学习过程紧密联系在一起时，它才会发挥出巨大的教育价值。教师掌握信息技术的高低，并不意味着他就能实现信息技术与课程的成功整合。运用现代信息技术辅助教学，要求教师必须对教学过程重新设计，改变传统的教学模式（由传统的“教师学生”单向模式转变为“教学、媒体、学生”三维互动模式）和教学组织形式，使得以讲授为主的传统的班级教学发展为班级教学、小组教学（小组媒体教学法、微型教学法）、网络教学（交互式网络教学法、远程教育）并举的局面。这些变化都要求教师必须首先转变教学观念，研究新型教学模式，将信息技术与思想政治学科教学目标、教学过程尤其是学生的学习过程有机结合起来，才能充分发挥信息技术的教育价值，推动信息技术与课程整合的过程。
（二）要明确整合的原则
先进的教学技术不等于先进的教学方法，先进的教学技术也并不一定能产生好的教学效果。当前思想政治学科信息技术和课堂教学整合有许多理论问题有待研究，如：信息技术如何与课堂教学整合；多媒体技术下的教学方式和学习方式；多媒体手段与传统教学手段的结合；适合思想政治课教学的多媒体软件的类型；多媒体软件的评价标准；多媒体教学对教师队伍建设的影响等等。弄清这些理论问题可以使教学行为更加自觉、更加主动、更有实效，信息技术的发展才不会陷入盲目之中。
运用计算机辅助教学应当遵循以下原则：（1）目的性原则。（2）最优化原则。（3）服务性原则。（4）启发性原则。通过情境设置，引发学生思考和讨论，洞察知识之间的内在联系，培养独立思考和自学能力。（5）适度性原则。
（三）要切合学生实际
在网络课件使用过程中，教师应对学生提出明确教学要求，布置学习任务，在学生学习过程中加强指导，不能把网络课上成“牧羊课”、“网络浏览课”，对学生放任自流，浪费时间。
现代信息技术教学手段与传统教学手段的关系应当是一种有机整合的互补关系，要注意避免将多媒体设备当作“现代化的黑板”、“知识的灌输者”来使用。因此，新形势下教师在努力提高自身使用网络、多媒体技术的水平和课件制作水平的同时，还应积极学习和研究教学理论、教材、教学方法。唯有此，才能真正以现代信息技术为媒介，构筑思想政治新课堂，完成培养适应时代要求新型人才的育人任务。
参考文献
[1]走进高中新课程[M].武汉：华中师范大学出版社，2004．
