自组装纳米加工技术教学课件

自组装纳米加工技术自组装纳米加工技术自组装纳米加工技术第十章自组装纳米加工技术101引言自上而下:复杂的电路结构由平面衬底表面逐层建造形成。自上而下的加工方式其最小可加工结构尺寸最终受限于加工工具的能力:光刻工具或刻蚀设备的分辨能力自下而上:大自然,在上亿年间通过自组装(Selfassembly)和自构建(Self-ConStmCtion)方式,从分子水平基础上创造了世间复杂万物。而分子这一最基本的构建单元与目前最小可加工的结构相比至少小一个数量级所以纳米加工技术的最终发展是分子水平的自组装技术。如果把分子自组装看做是一种微纳米结构加工手段则从分子水平出发构建纳米或微米结构是一种“自下而上”(Bottom-Up)的加工方式,它彻底颠覆了传统的自上而下的加工理念1引言21世纪，国家的综合国力、国际竞争力将越来越取决于教育的发展、科学技术和知识创新的水平，而教育在综合国力的形成中处于基础性地位。因而，在中学阶段尝试创新教育具有相当重要的意义。物理学科是门源于自然的基础学科，同时又是培养人思维的严密性、逻辑性和创造性的最好学科之一。概括而言，目前我国中学物理教育存在以下三个方面的大问题。第一应试教育现象依然严重。第二，缺少实践动手环节。第三，缺少科学思维方式的熏陶。中学物理教育改革必须积极融入其中，转变教学理念、反思自身弊端，构建完整的教师知识结构，在为基础教育改革注入活力的同时拉动自身改革，提升竞争实力。2中学物理教育新课程改革的指导思想新课程强调教学是教师与学生的交往、互动。师生双方相互交流、相互沟通、相互启发、相互补充。在这个过程中，教师与学生分享彼此的思考、经验和知识，交流彼此的情感、体验与观念、丰富教学内容，求得新的发现，从而达到共识、共享、共进，实现教学相长和共同发展。应遵循有利于学生学习方式和教师教学方式的转变。注意联系社会、生活的实际，突出科学技术与社会相互联系和影响的观点。中学物理课程和教材、中学物理课堂教学方法与模式、中学生物理学习心理与特点、中学物理教师的素养与职后培训诸方面。3中学物理教育系课程改革的对策建议3.1注重教材编写的知识和技能（1）重视基础知识、基本概念和规律的教学。只有对物理学中的基本概念、原理和规律有了较好的理解，才能更好地理解和掌握科学的方法。注意将物理内容围绕物理学基本概念、原理和规律展开，避免过多地罗列和陈述识记性的知识。（2）重视实验及实践活动的设计。物理学离不开实验，实验是物理学必不可少的重要组成部分。物理实验不仅是训练学生实验技能的一个方面，同时也是学生认识、学习和研究事物的有效方法，因此教材非常重视实验的安排与设计，以提高学生的实践能力。3.2联系实际，突出STS的思想采用多种教学方式，加大学习兴趣的培养物理的基本理论某种意义上是枯燥的，老师必须转变角色，变物理“讲”师为物理教育工作者、教学上的组织者、设计者和教练者转变为学生的学习合作伙伴。积极实行启发式和交互式教学，提高课堂效率。理论联系实际，是真正学好物理、培养学生的实践能力最有效的途径。以学生的生活经验为基础，引入物理问题。突出STS的思想。促进信息技术与物理课程的整合3.3关注科学方法，培养科学探究能力（1）中学物理教师的基本建技能。除了能用教育学与心理学来指导、研究教学外,中学物理教师还应具备以下几种基本技能。对探究的方向和可能出现的实验结果进行推测假设的能力、制订计划与设计使用的能力、选择科学探究的方法及选择所需器材的能力、分析影响问题的因素和控制变量的能力、分析论据的能力、有评估探究过程、探究结果的意识、交流与合作的能力。现代的教育理念对中学物理教师提出了更高，更具专业性的要求。（2）在学习方式上,倡导学生主动参与，乐于探究，勤于动手,培养学生搜集和处理信息的能力，获取新知识的能力，分析和解决问题的能力以及交流和合作的能力。充分利用各种现代化的科学教学手段，如计算机多媒体技术、CAI辅助课件、交互式教学、启发式讨论教学等加强对学生的自学能力与创新能力的培养，增强他们解决各种实际问题的能力。（3）力求为学生创造自主探究、合作交流的空间，为教师营造教学创新的环境，为师生互动式教学提供民主的氛围和丰富的资源，促使学生主动探究。注意开放性，发展学生独立思考的能力和创新意识。（4）为不同潜能学生的发展提供空间可做“弹性”处理，以便为不同智力潜能的学生的发展提供空间。3.4注重培养学生思维中学物理教育中具有许多的思维方法，其中有两种很典型：以根据牛顿三大定律所建立起来的经典物理学的确定性线性思维方法，以现代量子论和爱因斯坦为代表的非确定性发散型思维方法。为了提高学生的思维能力，根据我自身的物理教学启示，物理教育改革要从确定性线型思维方法逐步向非确定性发散型思维方法过渡。纵观物理学史，一个新的物理学理论能够得以创立，在其背后除了有一定的物理学思想作为它的认识论基础外，还伴随着新的科学思维方法的出现。3.5努力反映科学的文化内涵科学文化是求真务实，人文文化是求善求美。物理课的学习应该是在学习物理内容的同时关注物理与人类社会的关系，了解科学的文化价值。在传授知识的过程中，要重视强化物理思想史教育，首先应充分体现物理学概念、规律产生、发展的全过程。积极倡导怀疑精神，鼓励学生发问。教育的真正目的是让人不断提出问题和思索问题，而怀疑是创新的心理动力，是思维独立性、自主性的体现，是发问的前提。4结束语新时期中学物理教育要创新，不仅要树立新观念新思维，还要注重创新教学，充分发挥现代化多媒体教学的作用，开展师生互动、交互式教学，加强学科间渗透，进一步调动学生学习积极性与主动性。当代物理教育有必要讲究教学方法，以适应时代的发展、科技的进步。素质教育是一个整体的概念,涵盖转变教育思想、改革课程教材、优化课堂教学、创新授课方式、完善教育管理、改进教学评估等素质教育必须深人到每一门学科、每一所学校，成为每一位师生共同追求的目标。以学生发展为本，以创新精神为核心，提高各级各类教育的质量和水平。一、选题背景在教育体制改革的背景环境下，初中语文教学不仅要使学生掌握基本的知识，同时还要全面培养学生的语文素养，锻炼学生正确思维方式的养成，提高学生将语文应用于实践中的能力。这就对初中语文教师的教学技能和职业素养提出了更高的要求，如何创建初中语文高效课堂，实现预期的教学目标，成为了教师要认真思考的首要问题。但是，当前我国初中语文教学课堂由于受到应试教育体制的局限较为明显，还导致很多突出问题的存在。正是在这样一个背景环境下，对“创建初中语文高效课堂的创新型对策”这一论题进行深入地分析和研究，具有极为重要的现实意义。二、当前初中语文课堂教学中存在的问题剖析1.教学手段过于单调，缺乏创新语文这一学科涉及到很多需要记忆背诵的词语、段落和文章，因此，很多初中语文教师在教学过程中将关注点放在了学生记忆能力的提高上，而忽视了教学手段的创新。在很多初中语文课堂上，教师“照本宣科”的现象还比较常见。这种死板的教学方式很容易使学生觉得语文学习枯燥、无趣，最终失去了学习的语文的兴趣。同时，这种“死记硬背”的教学方式也只是短时间内的记忆，并不利于学生对于知识的理解和实践运用。2.缺乏情景设计的引入，语文教学与实践相脱节情景设计是教育体制改革背景下提出的一种全新的教学方法，具体是指利用学生熟悉的、感兴趣的事物或者人物引出教学主题，吸引学生的注意力。但是当前，很多初中语文教师在讲课的过程中更愿意直奔主题，缺乏情景设计的引入与安排。同时，语文教学活动不能很好地与学生的实际生活融合到一起，当前我国初中语文教学课堂过于依赖课本知识的学习和教授，缺少实践活动安排，课堂气氛沉闷，缺乏师生之间的交流互动，“教师在前面讲，学生在台下听”的“填鸭式”的教学现状还在很多初中语文课堂中广泛存在着，这也是造成初中语文教学课堂效率低下的一个极为主要的原因。3.缺乏对学生个性特征发展的引导语文教学涉及到阅读、写作等多个方面的内容，由于学生自身素质和兴趣爱好的不同，导致对语文内容的学习和掌握情况存在着一定的偏差。但是，很多初中语文教师在授课过程中受到教学设计方案的限制和束缚，进行着“千篇一律”、“千人一面”的授课方式，对学生个性特征的发展缺乏积极地关注和引导，对学生语文学习的兴趣点和薄弱点也缺乏必要的了解。这不但不利于学生特长的发展，同时也不利于发挥师生之间和学生之间的帮扶作用。三、创建初中语文高效课堂的创新型对策探究为了改善当前初中语文课堂教学效率低下这一现状，提出以下创新型的对策和建议：1.创新教学手段，提高学生的积极性要想提高初中语文的课堂效率，首先要采用更加新颖、独特的教学手段，增强学生学习语文的积极性和主动性。语文教师可以尝试改变传统、刻板的“教师讲，学生听”的教学模式，可以换做学生来讲，这不仅有利于学生对于知识的深刻理解，同时也能够增强学生的语言组织能力和表达能力。例如，在初二语文《我的母亲》一课中，教师可以引入导学案的方式，由学生们自主预习，掌握生字生词，再进行分小组地讨论，领悟出文章的中心思想和所要表达的对母亲的情感。这种主题探究式的学习方式可以让学生们畅所欲言，充分表达自己对文章段落的理解和观点。2.引入情景?O计，增加实践教学活动安排通过情景设计的引入可以充分吸引学生的注意力，这也是提高课堂效率的一个有效方式。情景设计的方式很多，可以通过图片、视频引出教学主题，也可以通过学生们进行分角色地表演来加深对文章内容的理解和感悟。情景设计也实现了将课本教材与实践生活有机结合。以初中语文教材《七律?长征》一课为例，长征是中国共产党的胜利大转移，是震惊中外的历史事件，教师在进行这一课程的安排时，可以通过互联网收集大量的图片、视频资料和信息，利用多媒体等现代化的教学设施进行放映，这样一来，可以使学生们身临其境般地感受当时的场景，感受“金沙水拍云崖暖，大渡桥横铁索寒”的磅礴气势，通过对历史背景和环境的感受，更深刻地理解诗人所要表达的态度和情感。在《范进中举》一文中，由于涉及到很多人物形象和生动场景，教师可以安排学生们分别饰演不同的角色，通过表演使学生更好地把握人物性格，同时也能够使课堂气氛更加活跃。3.将整体培育与个性引导相结合教师在课堂中要善于观察各位学生的表现，找到学生的强项和弱项，将整体的集中培养与学生个性特长的引导和发展有机地结合在一起，使学生的“特长更长”，薄弱项也有所提高。例如，有些学生具有朗诵天赋，阅读起来感情充沛、抑扬顿挫，而有些学生热爱写作，能写得一手好文章。教师可以可以根据学生们的兴趣，建立课堂上的兴趣小组，相互之间交流经验和方法，这不仅有利于学生之间优势互补，共同进步，同时实现学生整体语文素养的提升也是提高课堂效率、完成教学任务的必要条件。四、总结教育体制改革更加注重对学生整体素养和实践能力的培养，初中语文教学也不再只是“听、说、读、写”能力的提高，更在于对学生语文素养和实践技能的培养，因此，全面提高课堂效率，创建语文高效课堂，是当前初中语文教学的一个重点任务。教师可以通过创新教学内容和教学手段、积极地引入情景设计以及将对学生的整体培育与个性引导相结合等方式激发学生学习语文的兴趣，增加师生之间的交流和互动，以此来实现提高初中语文课堂效率的目标。第十章自组装纳米加工技术101引言自上而下:复杂的电路结构由平面衬底表面逐层建造形成。自上而下的加工方式其最小可加工结构尺寸最终受限于加工工具的能力:光刻工具或刻蚀设备的分辨能力自下而上:大自然,在上亿年间通过自组装(Selfassembly)和自构建(Self-ConStmCtion)方式,从分子水平基础上创造了世间复杂万物。而分子这一最基本的构建单元与目前最小可加工的结构相比至少小一个数量级所以纳米加工技术的最终发展是分子水平的自组装技术。如果把分子自组装看做是一种微纳米结构加工手段则从分子水平出发构建纳米或微米结构是一种“自下而上”(Bottom-Up)的加工方式,它彻底颠覆了传统的自上而下的加工理念分子自组装纳米加工有两方面的优势:一是组装结构为分子尺度’远远小于目前传统纳米加工所能实现的结构尺寸;二是低成本。原理上,分子自组装过程是自动的、自发的,不需要昂贵的加工设备但真正实现上两方面优势还需要相当长的研发过程。目前分子自组装或其{自组装技术作为一种微纳米加工手段还是相当原始的,大多数自组装结构呈现二维准晶格阵列结构。即使是二维准晶格阵列要实现大面积长程有序(longrangeordered)还是相当困难的。在大多数情况下,自组装必须与传统微纳米加工技术相结合,即所谓“自上而下与自下而上相结合”,以保证自组装的结构有实用价值10.2自组装过程自组装是一个非常广义的概念,任何一种由独立个体自发地(无人为干涉)形成一个组织或系统的过程都可以称之为自组装过程纳米加工意义上的自组装一般具有如下4个特征1)由个体集合形成整体组织或系统的过程是自发的自动的。自发意味着一旦条件满足,个体组装成整体的过程自然起始;自动意味着在组装过程中不需要人为干涉进程。因此自组装是个体之间相互作用的结果。2)个体之间的结合是非共价键力的结合。微观层次的自组装依赖于分子间的吸引或排斥力,其中最常见的是氢键(hydrogenbond)作用力,即通过氢键捋不同分子链接成不同分子结构系统。氢键是一种非共价键(non-Covalentbond),其键合力只有共价键力的1/20。非共价键结合一般在常温常压条件下就可以发生而共价键结合如晶体生长通常需要在高温或高压条件下进行,所以晶体生长不属于纳米加工意义的自组装。除此之外,纳米粒子间的自组装依赖于范德瓦耳斯力(Vanderwaalsforce)、表面张力(surfacetension)、毛细管力或弱静电作用力等短程作用力。介观与宏观层次的自组装依赖于电磁力或重力等长程作用力[3]3)组成整体组织或系统的个体必须能够自由运动或迁移。只有个体能够自由运动才能发生个体之间的相互作用’才能有自组装过程发生,所以分子或微观粒子的自组装一般是在液体环境中或固体表面发生4)自组装形成的整体组织或系统是个体相互作用的热力学平衡或能量平衡的结果。在平衡条件下,个体之间保持等距离和长程有序周期分布,而不是随机聚集10.2.1分子自组装分子水平的自组装是以分子为个体单位自发组成新的分子结构与纳米结构的过程SAM的形成过程:含有相矢分子的液体或蒸气与固体表面接触,由于分子与固体表面的化学亲和势导致分子自动与表面形成非共价键结合,达到平衡后固体表面形成致密的单层膜,膜厚只有1-2nm只有某些分子系统与某些固体材料表面组合之间能够形成SAM在所有已开发的SAM中’最成功的也是研究报道最多的是烷硫醇类(alkanethiol)分子