時間：2023-03-22 17:43:46
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關鍵詞微電子技術集成系統(tǒng)微機電系統(tǒng)DNA芯片
1引言
綜觀人類社會發(fā)展的文明史，一切生產(chǎn)方式和生活方式的重大變革都是由于新的科學發(fā)現(xiàn)和新技術的產(chǎn)生而引發(fā)的，科學技術作為革命的力量，推動著人類社會向前發(fā)展。從50多年前晶體管的發(fā)明到目前微電子技術成為整個信息社會的基礎和核心的發(fā)展歷史充分證明了“科學技術是第一生產(chǎn)力”。信息是客觀事物狀態(tài)和運動特征的一種普遍形式，與材料和能源一起是人類社會的重要資源，但對它的利用卻僅僅是開始。當前面臨的信息革命以數(shù)字化和網(wǎng)絡化作為特征。數(shù)字化大大改善了人們對信息的利用，更好地滿足了人們對信息的需求；而網(wǎng)絡化則使人們更為方便地交換信息，使整個地球成為一個“地球村”。以數(shù)字化和網(wǎng)絡化為特征的信息技術同一般技術不同，它具有極強的滲透性和基礎性，它可以滲透和改造各種產(chǎn)業(yè)和行業(yè)，改變著人類的生產(chǎn)和生活方式，改變著經(jīng)濟形態(tài)和社會、政治、文化等各個領域。而它的基礎之一就是微電子技術。可以毫不夸張地說，沒有微電子技術的進步，就不可能有今天信息技術的蓬勃發(fā)展，微電子已經(jīng)成為整個信息社會發(fā)展的基石。
50多年來微電子技術的發(fā)展歷史，實際上就是不斷創(chuàng)新的過程，這里指的創(chuàng)新包括原始創(chuàng)新、技術創(chuàng)新和應用創(chuàng)新等。晶體管的發(fā)明并不是一個孤立的精心設計的實驗，而是一系列固體物理、半導體物理、材料科學等取得重大突破后的必然結果。1947年發(fā)明點接觸型晶體管、1948年發(fā)明結型場效應晶體管以及以后的硅平面工藝、集成電路、CMOS技術、半導體隨機存儲器、CPU、非揮發(fā)存儲器等微電子領域的重大發(fā)明也都是一系列創(chuàng)新成果的體現(xiàn)。同時，每一項重大發(fā)明又都開拓出一個新的領域，帶來了新的巨大市場，對我們的生產(chǎn)、生活方式產(chǎn)生了重大的影響。也正是由于微電子技術領域的不斷創(chuàng)新，才能使微電子能夠以每三年集成度翻兩番、特征尺寸縮小倍的速度持續(xù)發(fā)展幾十年。自1968年開始，與硅技術有關的學術論文數(shù)量已經(jīng)超過了與鋼鐵有關的學術論文，所以有人認為，1968年以后人類進入了繼石器、青銅器、鐵器時代之后硅石時代（siliconage）〖1〗。因此可以說社會發(fā)展的本質(zhì)是創(chuàng)新，沒有創(chuàng)新，社會就只能被囚禁在“超穩(wěn)態(tài)”陷阱之中。雖然創(chuàng)新作為經(jīng)濟發(fā)展的改革動力往往會給社會帶來“創(chuàng)造性的破壞”，但經(jīng)過這種破壞后，又將開始一個新的處于更高層次的創(chuàng)新循環(huán)，社會就是以這樣螺旋形上升的方式向前發(fā)展。
在微電子技術發(fā)展的前50年，創(chuàng)新起到了決定性的作用，而今后微電子技術的發(fā)展仍將依賴于一系列創(chuàng)新性成果的出現(xiàn)。我們認為：目前微電子技術已經(jīng)發(fā)展到了一個很關鍵的時期，21世紀上半葉，也就是今后50年微電子技術的發(fā)展趨勢和主要的創(chuàng)新領域主要有以下四個方面：以硅基CMOS電路為主流工藝；系統(tǒng)芯片（SystemOnAChip，SOC）為發(fā)展重點；量子電子器件和以分子（原子）自組裝技術為基礎的納米電子學；與其他學科的結合誕生新的技術增長點，如MEMS，DNAChip等。
221世紀上半葉仍將以硅基CMOS電路為主流工藝
微電子技術發(fā)展的目標是不斷提高集成系統(tǒng)的性能及性能價格比，因此便要求提高芯片的集成度，這是不斷縮小半導體器件特征尺寸的動力源泉。以MOS技術為例，溝道長度縮小可以提高集成電路的速度；同時縮小溝道長度和寬度還可減小器件尺寸，提高集成度，從而在芯片上集成更多數(shù)目的晶體管，將結構更加復雜、性能更加完善的電子系統(tǒng)集成在一個芯片上；此外，隨著集成度的提高，系統(tǒng)的速度和可靠性也大大提高，價格大幅度下降。由于片內(nèi)信號的延遲總小于芯片間的信號延遲，這樣在器件尺寸縮小后，即使器件本身的性能沒有提高，整個集成系統(tǒng)的性能也可以得到很大的提高。
自1958年集成電路發(fā)明以來，為了提高電子系統(tǒng)的性能，降低成本，微電子器件的特征尺寸不斷縮小，加工精度不斷提高，同時硅片的面積不斷增大。集成電路芯片的發(fā)展基本上遵循了Intel公司創(chuàng)始人之一的GordonE．Moore1965年預言的摩爾定律，即每隔三年集成度增加4倍，特征尺寸縮小倍。在這期間，雖然有很多人預測這種發(fā)展趨勢將減緩，但是微電子產(chǎn)業(yè)三十多年來發(fā)展的狀況證實了Moore的預言[2]。而且根據(jù)我們的預測，微電子技術的這種發(fā)展趨勢還將在21世紀繼續(xù)一段時期，這是其它任何產(chǎn)業(yè)都無法與之比擬的。
現(xiàn)在，0．18微米CMOS工藝技術已成為微電子產(chǎn)業(yè)的主流技術，0．035微米乃至0．020微米的器件已在實驗室中制備成功，研究工作已進入亞0．1微米技術階段，相應的柵氧化層厚度只有2．0～1．0nm。預計到2010年，特征尺寸為0．05～0．07微米的64GDRAM產(chǎn)品將投入批量生產(chǎn)。
21世紀，起碼是21世紀上半葉,微電子生產(chǎn)技術仍將以尺寸不斷縮小的硅基CMOS工藝技術為主流。盡管微電子學在化合物和其它新材料方面的研究取得了很大進展；但還不具備替代硅基工藝的條件。根據(jù)科學技術的發(fā)展規(guī)律，一種新技術從誕生到成為主流技術一般需要20到30年的時間，硅集成電路技術自1947年發(fā)明晶體管1958年發(fā)明集成電路,到60年代末發(fā)展成為大產(chǎn)業(yè)也經(jīng)歷了20多年的時間。另外，全世界數(shù)以萬億美元計的設備和技術投入，已使硅基工藝形成非常強大的產(chǎn)業(yè)能力；同時，長期的科研投入已使人們對硅及其衍生物各種屬性的了解達到十分深入、十分透徹的地步，成為自然界100多種元素之最，這是非常寶貴的知識積累。產(chǎn)業(yè)能力和知識積累決定了硅基工藝起碼將在50年內(nèi)仍起重要作用，人們不會輕易放棄。
目前很多人認為當微電子技術的特征尺寸在2015年達到0．030～0．015微米的“極限”之后，將是硅技術時代的結束，這實際上是一種誤解。且不說微電子技術除了以特征尺寸為代表的加工工藝技術之外，還有設計技術、系統(tǒng)結構等方面需要進一步的大力發(fā)展，這些技術的發(fā)展必將使微電子產(chǎn)業(yè)繼續(xù)高速增長。即使是加工工藝技術，很多著名的微電子學家也預測，微電子產(chǎn)業(yè)將于2030年左右步入像汽車工業(yè)、航空工業(yè)這樣的比較成熟的朝陽工業(yè)領域。即使微電子產(chǎn)業(yè)步入汽車、航空等成熟工業(yè)領域，它仍將保持快速發(fā)展趨勢，就像汽車、航空工業(yè)已經(jīng)發(fā)展了50多年仍極具發(fā)展?jié)摿σ粯印?/p>
隨著器件的特征尺寸越來越小，不可避免地會遇到器件結構、關鍵工藝、集成技術以及材料等方面的一系列問題，究其原因，主要是：對其中的物理規(guī)律等科學問題的認識還停留在集成電路誕生和發(fā)展初期所形成的經(jīng)典或半經(jīng)典理論基礎上，這些理論適合于描述微米量級的微電子器件，但對空間尺度為納米量級、空間尺度為飛秒量級的系統(tǒng)芯片中的新器件則難以適用；在材料體系上，SiO2柵介質(zhì)材料、多晶硅／硅化物柵電極等傳統(tǒng)材料由于受到材料特性的制約，已無法滿足亞50納米器件及電路的需求；同時傳統(tǒng)器件結構也已無法滿足亞50納米器件的要求，必須發(fā)展新型的器件結構和微細加工、互連、集成等關鍵工藝技術。具體的需要創(chuàng)新和重點發(fā)展的領域包括：基于介觀和量子物理基礎的半導體器件的輸運理論、器件模型、模擬和仿真軟件，新型器件結構，高k柵介質(zhì)材料和新型柵結構，電子束步進光刻、13nmEUV光刻、超細線條刻蝕，SOI、GeSi／Si等與硅基工藝兼容的新型電路，低K介質(zhì)和Cu互連以及量子器件和納米電子器件的制備和集成技術等。
3量子電子器件（QED）和以分子原子自組裝技術為基礎的納米電子學將帶來嶄新的領域
在上節(jié)我們談到的以尺寸不斷縮小的硅基CMOS工藝技術，可稱之為“scalingdown”，與此同時我們必須注意“bottomup”。“bottomup”最重要的領域有二個方面：
(1)量子電子器件（QED—QuantumElectronDevice）這里包括單電子器件和單電子存儲器等。它的基本原理是基于庫侖阻塞機理控制一個或幾個電子運動，由于系統(tǒng)能量的改變和庫侖作用，一個電子進入到一個勢阱，則將阻止其它電子的進入。在單電子存儲器中量子阱替代了通常存儲器中的浮柵。它的主要優(yōu)點是集成度高；由于只有一個或幾個電子活動所以功耗極低；由于相對小的電容和電阻以及短的隧道穿透時間，所以速度很快；且可用于多值邏輯和超高頻振蕩。但它的問題是制造比較困難，特別是制造大量的一致性器件很困難；對環(huán)境高度敏感，可靠性難以保證；在室溫工作時要求電容極?。é罠），要求量子點大小在幾個納米。這些都為集成成電路帶來了很大困難。
因此，目前可以認為它們的理論是清楚的，工藝有待于探索和突破。
(2)以原子分子自組裝技術為基礎的納米電子學。這里包括量子點陣列（QCA—Quantum－dotCellularAutomata)和以碳納米管為基礎的原子分子器件等。
量子點陣列由量子點組成，至少由四個量子點,它們之間以靜電力作用。根據(jù)電子占據(jù)量子點的狀態(tài)形成“0”和“1”狀態(tài)。它在本質(zhì)上是一種非晶體管和無線的方式達到陣列的高密度、低功耗和實現(xiàn)互連。其基本優(yōu)勢是開關速度快，功耗低，集成密度高。但難以制造，且對值置變化和大小改變都極為靈敏，0．05nm的變化可以造成單元工作失效。
以碳納米管為基礎的原子分子器件是近年來快速發(fā)展的一個有前景的領域。碳原子之間的鍵合力很強，可支持高密度電流，而熱導性能類似于金剛石，能在高集成度時大大減小熱耗散，性質(zhì)類金屬和半導體，特別是它有三種可能的雜交態(tài)，而Ge、Si只有一個。這些都使碳納米管（CNT）成為當前科研熱點，從1991年發(fā)現(xiàn)以來，現(xiàn)在已有大量成果涌現(xiàn)，北京大學納米中心彭練矛教授也已制備出0．33納米的CNT并提出“T形結”作為晶體管的可能性。但是問題是如何去生長有序的符合設計性能的CNT器件，更難以集成。
目前“bottomup”的量子器件和以自組裝技術為基礎的納米器件在制造工藝上往往與“Scalingdown”的加工方法相結合以制造器件。這對于解決高集成度CMOS電路的功耗制約將會帶來突破性的進展。
QCA和CNT器件不論在理論上還是加工技術上都有大量工作要做，有待突破，離開實際應用還需較長時日！但這終究是一個誘人探索的領域，我們期待它們將創(chuàng)出一個新的天地。
4系統(tǒng)芯片（SystemOnAChip）是21世紀微電子技術發(fā)展的重點
在集成電路（IC）發(fā)展初期，電路設計都從器件的物理版圖設計入手，后來出現(xiàn)了集成電路單元庫（Cell－Lib），使得集成電路設計從器件級進入邏輯級，這樣的設計思路使大批電路和邏輯設計師可以直接參與集成電路設計，極大地推動了IC產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。但集成電路僅僅是一種半成品，它只有裝入整機系統(tǒng)才能發(fā)揮它的作用。IC芯片是通過印刷電路板（PCB）等技術實現(xiàn)整機系統(tǒng)的。盡管IC的速度可以很高、功耗可以很小，但由于PCB板中IC芯片之間的連線延時、PCB板可靠性以及重量等因素的限制，整機系統(tǒng)的性能受到了很大的限制。隨著系統(tǒng)向高速度、低功耗、低電壓和多媒體、網(wǎng)絡化、移動化的發(fā)展，系統(tǒng)對電路的要求越來越高，傳統(tǒng)集成電路設計技術已無法滿足性能日益提高的整機系統(tǒng)的要求。同時，由于IC設計與工藝技術水平提高，集成電路規(guī)模越來越大，復雜程度越來越高，已經(jīng)可以將整個系統(tǒng)集成為一個芯片。目前已經(jīng)可以在一個芯片上集成108－109個晶體管，而且隨著微電子制造技術的發(fā)展，21世紀的微電子技術將從目前的3G時代逐步發(fā)展到3T時代（即存儲容量由G位發(fā)展到T位、集成電路器件的速度由GHz發(fā)展到燈THz、數(shù)據(jù)傳輸速率由Gbps發(fā)展到Tbps，注：1G=109、1T=1012、bps：每秒傳輸數(shù)據(jù)位數(shù)）。
正是在需求牽引和技術推動的雙重作用下，出現(xiàn)了將整個系統(tǒng)集成在一個微電子芯片上的系統(tǒng)芯片（SystemOnAChip，簡稱SOC）概念。
系統(tǒng)芯片（SOC）與集成電路（IC）的設計思想是不同的，它是微電子設計領域的一場革命，它和集成電路的關系與當時集成電路與分立元器件的關系類似，它對微電子技術的推動作用不亞于自50年代末快速發(fā)展起來的集成電路技術。
SOC是從整個系統(tǒng)的角度出發(fā)，把處理機制、模型算法、芯片結構、各層次電路直至器件的設計緊密結合起來，在單個（或少數(shù)幾個）芯片上完成整個系統(tǒng)的功能，它的設計必須是從系統(tǒng)行為級開始的自頂向下（Top－Down）的。很多研究表明，與IC組成的系統(tǒng)相比，由于SOC設計能夠綜合并全盤考慮整個系統(tǒng)的各種情況，可以在同樣的工藝技術條件下實現(xiàn)更高性能的系統(tǒng)指標。例如若采用SOC方法和0．35μm工藝設計系統(tǒng)芯片,在相同的系統(tǒng)復雜度和處理速率下，能夠相當于采用0．18～0.25μm工藝制作的IC所實現(xiàn)的同樣系統(tǒng)的性能；還有，與采用常規(guī)IC方法設計的芯片相比,采用SOC設計方法完成同樣功能所需要的晶體管數(shù)目約可以降低l～2個數(shù)量級。
對于系統(tǒng)芯片（SOC）的發(fā)展，主要有三個關鍵的支持技術。
（1）軟、硬件的協(xié)同設計技術。面向不同系統(tǒng)的軟件和硬件的功能劃分理論（FunctionalPartitionTheory），這里不同的系統(tǒng)涉及諸多計算機系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、數(shù)據(jù)壓縮解壓縮和加密解密系統(tǒng)等等。
（2）IP模塊庫問題。IP模塊有三種,即軟核，主要是功能描述；固核，主要為結構設計；和硬核，基于工藝的物理設計、與工藝相關，并經(jīng)過工藝驗證過的。其中以硬核使用價值最高。CMOS的CPU、DRAM、SRAM、E2PROM和FlashMemory以及A／D、D／A等都可以成為硬核。其中尤以基于深亞微米的新器件模型和電路模擬為基礎，在速度與功耗上經(jīng)過優(yōu)化并有最大工藝容差的模塊最有價值?，F(xiàn)在,美國硅谷在80年代出現(xiàn)無生產(chǎn)線（Fabless)公司的基礎上，90年代后期又出現(xiàn)了一些無芯片（Chipless）的公司,專門銷售IP模塊。
（3）模塊界面間的綜合分析技術,這主要包括IP模塊間的膠聯(lián)邏輯技術（gluelogictechnologies）和IP模塊綜合分析及其實現(xiàn)技術等。
微電子技術從IC向SOC轉(zhuǎn)變不僅是一種概念上的突破,同時也是信息技術新發(fā)展的里程碑。通過以上三個支持技術的創(chuàng)新,它必將導致又一次以系統(tǒng)芯片為主的信息技術上的革命。目前，SOC技術已經(jīng)嶄露頭角，21世紀將是SOC技術真正快速發(fā)展的時期。
在新一代系統(tǒng)芯片領域，需要重點突破的創(chuàng)新點主要包括實現(xiàn)系統(tǒng)功能的算法和電路結構兩個方面。在微電子技術的發(fā)展歷史上,每一種算法的提出都會引起一場變革，例如維特比算法、小波變換等均對集成電路設計技術的發(fā)展起到了非常重要的作用,目前神經(jīng)網(wǎng)絡、模糊算法等也很有可能取得較大的突破。提出一種新的電路結構可以帶動一系列的應用,但提出一種新的算法則可以帶動一個新的領域,因此算法應是今后系統(tǒng)芯片領域研究的重點學科之一。在電路結構方面,在系統(tǒng)芯片中，由于射頻、存儲器件的加入，其中的電路結構已經(jīng)不是傳統(tǒng)意義上的CMOS結構，因此需要發(fā)展更靈巧的新型電路結構。另外，為了實現(xiàn)膠聯(lián)邏輯（GlueLogic）新的邏輯陣列技術有望得到快速的發(fā)展,在這一方面也需要做系統(tǒng)深入的研究。
5微電子與其他學科的結合誕生新的技術增長點
微電子技術的強大生命力在于它可以低成本、大批量地生產(chǎn)出具有高可靠性和高精度的微電子結構模塊。這種技術一旦與其它學科相結合,便會誕生出一系列嶄新的學科和重大的經(jīng)濟增長點，這方面的典型例子便是MEMS（微機電系統(tǒng)）技術和DNA生物芯片。前者是微電子技術與機械、光學等領域結合而誕生的，后者則是與生物工程技術結合的產(chǎn)物。
微電子機械系統(tǒng)不僅是微電子技術的拓寬和延伸,它將微電子技術和精密機械加工技術相互融合，實現(xiàn)了微電子與機械融為一體的系統(tǒng)。MEMS將電子系統(tǒng)和外部世界聯(lián)系起來，它不僅可以感受運動、光、聲、熱、磁等自然界的外部信號，把這些信號轉(zhuǎn)換成電子系統(tǒng)可以認識的電信號，而且還可以通過電子系統(tǒng)控制這些信號，發(fā)出指令并完成該指令。從廣義上講，MEMS是指集微型傳感器、微型執(zhí)行器、信號處理和控制電路、接口電路、通信系統(tǒng)以及電源于一體的微型機電系統(tǒng)。MEMS技術是一種典型的多學科交叉的前沿性研究領域，它幾乎涉及到自然及工程科學的所有領域，如電子技術、機械技術、光學、物理學、化學、生物醫(yī)學、材料科學、能源科學等〖3〗。
MEMS的發(fā)展開辟了一個全新的技術領域和產(chǎn)業(yè)。它們不僅可以降低機電系統(tǒng)的成本，而且還可以完成許多大尺寸機電系統(tǒng)所不能完成的任務。正是由于MEMS器件和系統(tǒng)具有體積小、重量輕、功耗低、成本低、可靠性高、性能優(yōu)異及功能強大等傳統(tǒng)傳感器無法比擬的優(yōu)點,因而MEMS在航空、航天、汽車、生物醫(yī)學、環(huán)境監(jiān)控、軍事以及幾乎人們接觸到的所有領域中都有著十分廣闊的應用前景。例如微慣性傳感器及其組成的微型慣性測量組合能應用于制導、衛(wèi)星控制、汽車自動駕駛、汽車防撞氣囊、汽車防抱死系統(tǒng)（ABS）、穩(wěn)定控制和玩具；微流量系統(tǒng)和微分析儀可用于微推進、傷員救護；信息MEMS系統(tǒng)將在射頻系統(tǒng)、全光通訊系統(tǒng)和高密度存儲器和顯示等方面發(fā)揮重大作用；同時MEMS系統(tǒng)還可以用于醫(yī)療、光譜分析、信息采集等等?，F(xiàn)在已經(jīng)成功地制造出了尖端直徑為5μm的可以夾起一個紅細胞的微型鑷子，可以在磁場中飛行的象蝴蝶大小的飛機等。
MEMS技術及其產(chǎn)品的增長速度非常之高，目前正處在技術發(fā)展時期，再過若干年將會迎來MEMS產(chǎn)業(yè)化高速發(fā)展的時期。2000年，全世界MEMS的市場達到120到140億美元，而帶來的與之相關的市場達到1000億美元。
目前，MEMS系統(tǒng)與集成電路發(fā)展的初期情況極為相似。集成電路發(fā)展初期，其電路在今天看來是很簡單的，應用也非常有限，以軍事需求為主,但它的誘人前景吸引了人們進行大量投資，促進了集成電路飛速發(fā)展。集成電路技術的進步,加快了計算機更新?lián)Q代的速度，對CPU和RAM的需求越來越大,反過來又促進了集成電路的發(fā)展。集成電路和計算機在發(fā)展中相互推動，形成了今天的雙贏局面，帶來了一場信息革命?，F(xiàn)階段的微機電系統(tǒng)專用性很強，單個系統(tǒng)的應用范圍非常有限,還沒有出現(xiàn)類似于CPU和RAM這樣量大面廣的產(chǎn)品。隨著微機電系統(tǒng)的進步，最后將有可能形成像微電子技術一樣有廣泛應用前景的新產(chǎn)業(yè)，從而對人們的社會生產(chǎn)和生活方式產(chǎn)生重大影響。
當前MEMS系統(tǒng)能否取得更更大突破，取決于兩方面的因素：第一是在微系統(tǒng)理論與基礎技術方面取得突破性進展，使人們依靠掌握的理論和基礎技術可以高效地設計制造出所需的微系統(tǒng)；第二是找準應用突破口，揚長避短，以特別適合微系統(tǒng)應用的重大領域為目標進行研究,取得突破，從而帶動微系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。在MEMS發(fā)展中需要繼續(xù)解決的問題主要有：MEMS建模與設計方法學研究；三維微結構構造原理、方法、仿真及制造；微小尺度力學和熱學研究；MEMS的表征與計量方法學；納結構與集成技術等。
微電子與生物技術緊密結合誕生的以DNA芯片等為代表的生物芯片將是21世紀微電子領域的另一個熱點和新的經(jīng)濟增長點。它是以生物科學為基礎，利用生物體、生物組織或細胞等的特點和功能，設計構建具有預期性狀的新物種或新品系，并與工程技術相結合進行加工生產(chǎn)，它是生命科學與技術科學相結合的產(chǎn)物。具有附加值高、資源占用少等一系列特點，正日益受到廣泛關注。目前最有代表性的生物芯片是DNA芯片。
采用微電子加工技術，可以在指甲蓋大小的硅片上制作出包含有多達萬種DNA基因片段的芯片。利用這種芯片可以在極快的時間內(nèi)檢測或發(fā)現(xiàn)遺傳基因的變化等情況，這無疑對遺傳學研究、疾病診斷、疾病治療和預防、轉(zhuǎn)基因工程等具有極其重要的作用。
DNA芯片的基本思想是通過生物反應或施加電場等措施使一些特殊的物質(zhì)能夠反映出某種基因的特性從而起到檢測基因的目的。目前Stanford和Affymetrix公司的研究人員已經(jīng)利用微電子技術在硅片或玻璃片上制作出了DNA芯片〖4〗。他們制作的DNA芯片是通過在玻璃片上刻蝕出非常小的溝槽，然后在溝槽中覆蓋一層DNA纖維。不同的DNA纖維圖案分別表示不同的DNA基因片段，該芯片共包括6000余種DNA基因片段。DNA（脫氧核糖核酸）是生物學中最重要的一種物質(zhì)，它包含有大量的生物遺傳信息，DNA芯片的作用非常巨大，其應用領域也非常廣泛：它不僅可以用于基因?qū)W研究、生物醫(yī)學等，而且隨著DNA芯片的發(fā)展還將形成微電子生物信息系統(tǒng)，這樣該技術將廣泛應用到農(nóng)業(yè)、工業(yè)、醫(yī)學和環(huán)境保護等人類生活的各個方面，那時，生物芯片有可能象今天的IC芯片一樣無處不在。
目前的生物芯片主要是指通過平面微細加工技術及超分子自組裝技術，在固體芯片表面構建的微分析單元和系統(tǒng)，以實現(xiàn)對化合物、蛋白質(zhì)、核酸、細胞以及其它生物組分的準確、快速、大信息量的篩選或檢測。生物芯片的主要研究包括采用生物芯片的具體實現(xiàn)技術、基于生物芯片的生物信息學以及高密度生物芯片的設計、檢測方法學等等。
6結語
在微電子學發(fā)展歷程的前50年中，創(chuàng)新和基礎研究曾起到非常關鍵的決定性作用。而隨著器件特征尺寸的縮小、納米電子學的出現(xiàn)、新一代SOC的發(fā)展、MEMS和DNA芯片的崛起，又提出了一系列新的課題，客觀需求正在“召喚”創(chuàng)新成果的誕生。
回顧20世紀后50年，展望21世紀前50年，即百年的微電子科學技術發(fā)展歷程，使我們深切地感受到，世紀之交的微電子技術對我們既是一個重大的機遇，也是一個嚴峻的挑戰(zhàn)，如果我們能夠抓住這個機遇，立足創(chuàng)新，去勇敢地迎接這個挑戰(zhàn)，則有可能使我國微電子技術實現(xiàn)騰飛，在新一代微電子技術中擁有自己的知識產(chǎn)權，促進我國微電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，為迎接21世紀中葉將要到來的偉大的民族復興奠定技術基礎，以重鑄中華民族的輝煌！
參考文獻
[1]S.M.SZE:LecturenoteatPekingUniversity,FourDecadesofDevelopmentsinMicroelectronics:Achievementsandchallenges.
[2]BobSchaller.TheOrigin,Natureandlmplicationof“Moore’sLaw”,.1996.
[3]張興、郝一龍、李志宏、王陽元?？缡兰o的新技術－微電子機械系統(tǒng)。電子科技導報，1999，4：2
[4]NicholasWadeWhereComputersandBiologyMeet:MakingaDNAChip.NewYorkTimes,April8,1997
論文摘要：高等學校實驗教學過程中,既注重通過基本訓練使學生掌握基本知識、基本方法和基本技能,也注重在實驗過程中逐步增強學生主動意識,不斷滿足他們自主實驗的要求,并鼓勵學生自行設計方案,自主研究探索,獨立思考創(chuàng)新.學生在實驗活動中,不僅需要動手操作、感官觀測,還需要充分調(diào)動自己的思維去想象、思考、推測結論,學生從實驗中發(fā)現(xiàn)問題、分析問題,并利用所積累的理論和實踐知識解決問題。
經(jīng)過幾年的電工電子實驗教學后,有幾點想法和大家討論一下。
1多媒體技術在電工電子實驗教學中的應用
傳統(tǒng)教學方式手段單一。大多僅用粉筆和黑板,學生聽起來看起來枯燥乏味,注意力常常不集中,講課效率低下。特別是在介紹使用各種儀器設備使用方法的時候,借助多媒體學生就能直觀,形象地了解而不是聽得一頭霧水卻找不到正確的使用方法。同時,也可以現(xiàn)場演示一下儀器設備的使用,使學生更直接地了解。但是,我們也不需要把所有的實驗教學內(nèi)容都做成課件,原來很簡單的一個知識或者學生很熟悉的東西,就沒有必要非得在屏幕上展示出來了。我們不能過分地依賴多媒體,也不能簡單地認為“用了多媒體就是掌握了先進的教育理念,或使用多媒體的課一定就是好課”。多媒體效果如何,關鍵要看是否提高了學生的實驗積極性,是否提高了實驗教學的效果。我們應該恰當?shù)厥褂枚嗝襟w,讓它畫龍點睛,更好地為電工電子實驗教學服務。
2想讓學生動,又怕學生動不好
學生獨立進行或者合作進行實驗能培養(yǎng)學生的獨立性、自主性、合作精神,使電工電子實驗教學成為學生質(zhì)疑、搜集信息和處理、探究的實踐活動。但是在電工電子實驗教學過程中,我們卻十分擔心學生的安全問題。在強電實驗中,盡管我們一直強調(diào)關電源接電路等各種安全措施,但是,在具體的實驗過程中還是會出現(xiàn)短路的現(xiàn)象。比如在日光燈管實驗和電動機正反轉(zhuǎn)實驗中,短路現(xiàn)象和實驗臺的報警聲常常出現(xiàn),以至于實驗不能順利進行下去,個別學生甚至于不敢打開電源,運行電路。針對此類現(xiàn)象,在漏電保護器和實驗臺保險裝置的保護下,我們要求學生大膽動手,盡量完成實驗任務。高校的學生畢竟已經(jīng)成年了,我們給他們一個寬松的環(huán)境,讓他們自己多動手多操作,而不是老師怎么說,他們就怎么做,這樣才能鍛煉他們的動手實踐能力。。
3允許學生在實驗過程中存在錯誤和缺陷
學生的天職就是學習，學生來上實驗課是希望能從實驗過程中學到一些他想學，或者學了對他很有幫助的知識。那么在他來學習的時候，他在某些方面的知識肯定還有很大的不完整性。因此，我們在平時的實驗教學過程中，在不違反實驗室安全條例和規(guī)章制度的情況下，允許學生在實驗過程中存在某些錯誤碼和缺陷。同時，當錯誤和缺陷出現(xiàn)時，往往能促使學生繼續(xù)思考或探討，讓學生自己去評價或全面思考自己的實驗。當然，我們要在必要的時候給予適當?shù)奶嵝?。問題出來了，我們才能去解決才能去克服，相對于能順順利利地完成實驗，達到實驗的要求，那么在實驗過程中出現(xiàn)錯誤和缺陷的學生，則更有機會學習到更多的知識和解決問題的方法。而有的實驗指導老師，在這個問題上的做法恰恰相反，他不太愿意接受學生的不足，一旦學生在實驗過程中出現(xiàn)了問題，就會馬上提醒學生急剎車，或者阻止學生進一步動手。而這種情況，會失去很多真正挖掘?qū)W生才能的機會，也會慢慢養(yǎng)成學生懶惰的習慣，讓學生的思維受到了限制。
4讓電工電子實驗激發(fā)并提高學生學習理論課的興趣
興趣是一種特殊的意識傾向，是動機產(chǎn)生的重要主觀原因，良好的學習興趣是求知欲的源泉，是思維的動力。因此，如何在電工電子實驗過程中運用手段，結合學科特點，采用適當?shù)姆椒ぐl(fā)學生對學習的興趣，是我們積極研究和探討的問題。比如，我們可以在日光燈管的實驗中，聯(lián)系生活現(xiàn)象，簡單地介紹判斷燈管好壞的方法，聯(lián)系環(huán)保節(jié)能，在提高功率因素的實驗過程中現(xiàn)場提問，加深學生對這個知識點的印象；也可以在擴音機電路的實驗中，在教室的講臺上放上音箱，讓完成實驗的學生直接能夠聽到從音箱里放出來的音樂，這對學生是一個激勵，也是對完成此實驗學生的一個肯定，能夠大大提高學生實驗的積極性；在搶答器或者計數(shù)器的實驗中，可以安排完成實驗的學生進行搶答比賽，讓學生體會到實驗的實用性。這樣，就激發(fā)了學生濃厚興趣，更激發(fā)了他們的求知欲望，使他們對所學的理論課也更有興趣。
5比較準確地評定實驗成績
傳統(tǒng)墨守成規(guī)的教授方式，讓學生對所學的電子電工專業(yè)感到枯燥乏味，強壓式的學習方式只能讓學生聽不進去課。選擇到職業(yè)學校學習的學生，大多數(shù)文化水平較差，且自制力不強，教師的教學難度相對加大。如果教師依然按照傳統(tǒng)的教學方法進行教授，將書本上的知識生搬硬套給學生，對學生而言缺乏實踐操作性，抽象難懂的理論課讓學生很難接受。同時課本上的許多知識都和當今社會需求嚴重脫節(jié)，只有加入實踐操作，調(diào)整教材，才更有利于教師因材施教。
2.調(diào)整授課方式、加入實踐演示
提升教學效果針對上述現(xiàn)狀，建議教師采用多媒體教學手段，通過直觀的演示實踐讓學生感受到視覺的成像效果，這一途徑會使課堂更加活色生香;建議教師在備課的時候準備出幾種方案，相互對比后選擇一個最適合學生的演示實踐來完成教學任務。在科學實踐的過程中提升學生的學習興趣，讓學生保持高度的熱情，拓展學生的思維，鼓勵學生的創(chuàng)新和探索精神，同時也促進學生的學習興趣，寓教于樂，學生在感知和認知的過程中大大提升學習興趣和教學效果。
3.改變師資隊伍，完善實驗設備
改變傳統(tǒng)的教學模式，有利于學生在真正意義上了解世界、認識世界。該階段學生的特點就是初步形成了世界觀，對事物充滿了好奇。教師在進行實際教學的時候，要將以往的教學方式加以轉(zhuǎn)變，將學生放在主置，將學生當作課堂的主體來進行教學工作。教師在設計課程的過程中盡量以班級學生的學習特點為主線，設計并創(chuàng)新每一個實驗鼓勵學生動手操作，在實踐的基礎上讓學生充分了解電子元件的用途以此提升能力。在教師營造的教學氛圍中，引領著學生投入實踐，通過實踐讓學生對學習內(nèi)容產(chǎn)生濃厚的興趣。例如:教師在實踐演示中組裝日光燈，給學生展示各種元件，僅僅一會功夫一堆細碎的小零件拼拼湊湊而成一個完整的燈。通過實驗不僅淋漓盡致地展示出教師嫻熟的手法，同時更引得學生想親手制作一盞燈的欲望，讓學生對枯燥的學科產(chǎn)生濃厚的興趣。
4.教師應適應新型教學改革
在新型的教學改革體制中教師要做到文武皆通的全能型選手。教師除了自身提高文化素養(yǎng)，把自己本專業(yè)的各種技藝、技能傳授給學生，并且?guī)椭鷮W生解決各種實際問題，從而增進師生融洽的關系。建立建設綜合型的教師隊伍，是提升一個學校整體面貌的關鍵所在，也是改革教師隊伍的一個重要前提。在學校的教育改革之中，學校應該提倡并鼓勵教職人員，到各個企業(yè)和工廠去親身體驗作業(yè)，教師可以自己設計和安裝、調(diào)試各種教具。例如:可以組裝一個小的電子產(chǎn)品，如手機或者手表，在組裝中發(fā)現(xiàn)各類問題然后解決各種問題;然后將自己的切身感受帶回到課堂上，和學生分享一切體驗過程。實現(xiàn)理想化教學，教師應注意每一個細致的教授環(huán)節(jié)，切實地指導學生掌握好各個知識點。當今的職業(yè)院校需要的是全能型的人才，另外教師自身的刻苦精神起到很大的作用，學生會在教師的身上看到一種精神，教師不斷進取的言傳身教直接影響著學生的進取過程。
5.整合教學資源
西安交通大學王兆安和王進軍教授主編的，由機械工業(yè)出版社出版的電力電子技術（第5版）第八章8.3.4節(jié)中的零轉(zhuǎn)換PWM電路為軟開關技術中的教學難點[3]，教材中僅僅對其工作原理做了簡單闡述，但是相對于其復雜的工作電路和工作波形，課堂上不但教師難以用最簡單的講解使學生明白，而且學生幾乎沒有什么興趣去學習，更談不上很好地掌握并與實際相結合。筆者經(jīng)過多年的課堂教學，以教材為主，結合參考書和相關的文獻資料，對教材上這部分知識進行了適當?shù)母脑?，在課堂上將其工作原理的文字部分通過圖解或者表格的形式展現(xiàn)在學生面前，讓學生理解其基本工作原理，然后將計算機仿真軟件引入到課堂教學中，通過課堂理論知識的具體應用，激發(fā)學生的學習興趣，從而突破教學難點。下面將完全的課堂教學演算呈現(xiàn)出來。
1.1升壓型零電壓轉(zhuǎn)換PWM電路的工作原理教材193頁8.3.4節(jié)中對零電壓轉(zhuǎn)換PWM電路常用的軟開關電路—升壓型零電壓轉(zhuǎn)換PWM電路的工作原理做了簡單的敘述，相對于其實際的電路的復雜性，簡單的幾句話不足以使學生理解并掌握其工作原理。現(xiàn)在筆者將升壓型零電壓轉(zhuǎn)換PWM電路分為兩個教學過程，第一個是工作原理的詳細介紹；第二個是課堂知識的具體應用。零電壓轉(zhuǎn)換PWM電路如圖1所示[3]，相對于傳統(tǒng)的升壓型變換電路—Boost變換電路[4]（在教材第五章直流-直流變流電路的第123頁有詳細介紹），升壓型零電壓轉(zhuǎn)換電路在Boost變換電路的基礎上增加了一個輔助網(wǎng)絡，該網(wǎng)絡由輔助開關QZVT、諧振電感Lr、諧振電容Cr及二極管D2和D3組成。電路工作時，輔助開關QZVT先于主開關QMAIN開通，使ZVT諧振網(wǎng)絡工作，電容Cr上電壓(即主開關QMAIN兩端電壓)下降到零，創(chuàng)造主開QMAIN零電壓開通條件。下面結合其工作波形圖詳細介紹其工作原理。
設輸入電感足夠大，可以用恒流源IIN代替，而輸出濾波電容足夠大，輸出端可用恒壓源V0代替。設T<T0時，QMAIN和QZVT均關斷，D1導通，一個工作周期可分為七個工作模式[3]，其中每個工作模式可以等效一個電路。圖2為BoostZVT-PWM變換器工作波形圖。下面是一個周期內(nèi)Boost型ZVT-PWM變換器各個階段的運行模式分析，一周期內(nèi)7個運行模式的等效電路如圖3所示。
（1）T0～T1Lr電流線形上升階段。t=T0，輔助開關Tr1開通，諧振電感電流iLr線形上升，t=T1時達Is，二極管D的電流ID則由Is線形下降，t=T1時降到零電流下關斷，等效電路如圖3（a）所示。
（2）T1～T2諧振階段。LrCr諧振，電流iLr諧振上升，而電壓Vds由V0諧振下降。T=T2時，Vds=0，Tr的反并聯(lián)二極管導通。等效電路如圖3（b）所示。
（3）T2～T3主開關Tr開通。由于Tr的體二極管已導通，創(chuàng)造了ZVS條件，因此應當利用這個機會，在t=T3時給Tr加驅(qū)動信號，使Tr在零電壓下導通，等效電路如圖3（c）所示。
（4）T3～T4iLr線形下降階段。t=T3，Tr1關斷，由于D1導通，Tr1的電壓被鉗在V0值，Lr的儲能釋放給負載，其電流線形下降，等效電路圖如圖3（d）所示。
（5）T4～T5ids恒流階段。t=T4，D1關斷，這時Boost型ZVT-PWM變換器如同普通Boost型變換器的開關管導通的情況一樣，等效電路如圖3(e)所示。
（6）T5～T6Cr線形充電階段。t=T5，Tr關斷，恒流源Is對Cr線形充電，直至t=T6時，Vcr=Vo。等效電路圖如3（f）所示。
型變換器開關管關斷的情況一樣，處于續(xù)流狀態(tài)，直到t=T0，下一周期開始，等效電路圖如圖3(g)所示。剛才圖3所示的七個工作原理可以用七個運行從上面的分析可以看出，經(jīng)過教師的巧妙處理，將教材193頁上復雜的升壓型零電壓轉(zhuǎn)換PWM電路的工作原理通過圖解結合文字解說的方式，進行詳細的闡述，經(jīng)過這樣的處理，學生都能掌握和理解。接下來筆者將所學課堂理論知識與實際應用相結合，達到加深學生印象和突破難點的效果。
1.2課堂理論知識的具體應用上面對升壓型零電壓轉(zhuǎn)換PWM電路的工作原理進行了闡述，學生對其工作原理有了一定的理解，但是他們可能疑惑，學了這個知識難點，到底它具體應用在哪些地方呢？逆變電路在教材第五章123頁對升壓變換電路的作用一個是電壓抬升，另外一個是是功率因數(shù)校正，這兩個知識點我們已經(jīng)掌握，那針對這次學的升壓型零電壓轉(zhuǎn)換PWM電路，跟普通升壓型電路作用沒什么差別。于是筆者就將升壓型零電路應用于功率因數(shù)校正電路中，一個是驗證軟開關理論，另一個就是驗證其功率因數(shù)校正功能。圖4所示為升壓型零電壓轉(zhuǎn)換PWM電路在功率因數(shù)校正電路中的具體應用，其整個系統(tǒng)的工作原理首先是市電220V交流輸入，通過不控整流變成直流電，但是由于采用二極管整流以及大電感電容濾波，因此系統(tǒng)功率因數(shù)比較低，而且含有大量的高次諧波。關于功率諧波的危害在本教材69頁第三章整流電路中的3.5.1節(jié)中有詳細的闡述[6]，在這里不做具體敘述。由此可見，在不控整流電路中引入升壓型零電壓轉(zhuǎn)換PWM電路的主要目的就是提高系統(tǒng)的功率因數(shù)，另外一方面，由于引入了新的電路，因此系統(tǒng)的效率會降低，由此需要采用軟開關技術來提升系統(tǒng)效率，這也是本節(jié)的軟開關技術應用的一個具體體現(xiàn)。根據(jù)電路理論和模擬電子技術的知識可以算出系統(tǒng)的元器件參數(shù)：輸入電壓Vin為單相220V，升壓電感L為470μH，諧振電感Lr為8.3μH，諧振電感Cr為958pF，輸出濾波電容Co為2200μF，開關頻率f為100kHz。然后在仿真軟件Pspice中搭建仿真模型并進行仿真。圖中顯示了主開關管Tr是在輔助開關管Tr1關斷后才開通的，而且輔助開關管導通時間很短，顯著地減少了開關管Tr的損耗。圖7為主開關管Tr驅(qū)動波形Vgs，漏源電流波形Ids以及漏源電壓Vds的仿真波形圖。圖中我們可以看到主開關管在開通前先有電流反向流過其體內(nèi)二極管，使漏極電壓箝位到零，再加驅(qū)動脈沖從而實現(xiàn)零電壓開通。當驅(qū)動脈沖變?yōu)榱銜r，由于主開關管Tr漏源極兩端并聯(lián)著諧振電容，使得主開關管Tr漏源兩端的電壓緩慢上升，從而實現(xiàn)零電壓關斷，在這里筆者要特別強調(diào)這就是這節(jié)課學習難點的軟開關的工作原理。圖8為輸入交流電壓和電流波形圖，從圖中我們清楚地看到輸入電流很好跟隨交流輸入電壓，實現(xiàn)了功率因數(shù)校正的目的。因此通過零轉(zhuǎn)換PWM電路的課堂教學示范，可以得出以下結論：
1）學生可掌握升壓型零電壓轉(zhuǎn)換PWM電路的基本工作原理；
2）學生復習了功率因數(shù)校正的概念；
3）學生通過課堂所學理論知識的應用將前面所學章節(jié)和本節(jié)課知識聯(lián)系起來，達到了融會貫通的效果。
4）最重要的是激發(fā)了學生的學習興趣，幫助他們更加容易地掌握課堂教學難點。
2結論
（一）學習內(nèi)容對學生來說難度較大這種情況在學校中時有發(fā)生，其原因主要有如下幾點：
1.隨著各院校為了吸納更多學生采取擴招政策，這導致了擴招來的學生質(zhì)量普遍較低，主要表現(xiàn)在學生基礎理論知識薄弱、自主學習能力差、學習方法不得當以及學習積極性不高等。
2.由于電工電子是一門較為復雜的綜合性課程，其內(nèi)容涉及多個技術領域，需要學生具備較強的自主學習能力，但擴招來的學生多處在被動學習方法下，因而對他們來說難度較大。
（二）教材中知識相對枯燥，激發(fā)不出學生學習的積極性
1.由于電工電子是一門相對繁瑣的課程，內(nèi)容涉及廣泛，并且大部分知識是純粹的理論，這種知識難免顯得枯燥乏味，課堂教材急需創(chuàng)新。
2.對于電工電子學科來說，除了要求學生必須具備較強的專業(yè)技術外，同時對教師的要求也相對較高。任課教師不僅要具備對教材的整體性把握，而且又要求他們擁有豐富的教學實踐經(jīng)驗。然而當前的狀況卻是教師比例嚴重失衡，以往的教師原本就不多，加之擴招政策，就更使教師資源嚴重不足。
3.目前，現(xiàn)行的多數(shù)教材都只是對電工電子進行簡要的概述，缺少深度，還有的教材知識內(nèi)容過多，實用性的知識太少。
（三）電工電子教學重理論而輕實踐電工電子是一門實踐性很強的學科，然而各院?？偸怯捎谶@樣那樣的原因忽視這門學科的實踐教學，這就導致學生的實踐能力不夠強。此外，實際教學中教師將課程的重點放到理論知識上，強化學生電工電子的基本理念、技術經(jīng)驗等理論知識，學生的學習基本處于模仿教師的技巧。課堂上，任課教師專門進行過細知識講解、故障排除示范，忽略了學生自主操作以及解決實際問題能力的培養(yǎng)。
二、電工電子教學進行改革的主要措施
（一）明確電工電子教學目的，選擇適當?shù)慕虒W內(nèi)容對于教學內(nèi)容的選擇問題，應首先明確電工電子的教學目的，進而再不斷結合實際的理論知識以及生產(chǎn)生活經(jīng)驗，不斷加強培養(yǎng)學生自身分析問題、處理問題的實踐動手能力，從而輸送給社會以及國家都滿意的電工電子方面的高等技術型人才。這也就決定了電工電子學科的主要工作應以培養(yǎng)學生動手能力為著力點。在實際教學過程中，要分清輕重關系，有所側(cè)重，切不可樣樣通、樣樣松。
（二）電工電子教學應采用多種教學方式，進而提升教學效率當前，社會上已經(jīng)有越來越多的院校在加緊進行教育改革。例如，在實際教學中，普及多媒體技術，在資源得到合理利用前提下，將所學教材中的知識，按照一定的原則進行重組和歸類，這樣可以使教學內(nèi)容變得更生動、更具體，同時有助于提升學生的學習興趣。此外，基于電工電子學科具有一定的獨特性，因此可以有針對性的對不同學生采取不同的教學方式，實現(xiàn)因材施教，這樣就有效地保證了學習效率。
三、結語
對當前中職學校電子電工學科教學工作現(xiàn)狀進行分析，其主要存在四個方面的主要問題：
一是教育教學理念較為滯后。受傳統(tǒng)教學理念的制約，許多教師在電子電工教學中重視了知識點的傳授，但是對學生主動參與方面研究不深，沒有能夠充分調(diào)動學生的參與積極性，教學活動中側(cè)重于被動給予，沒有為學生創(chuàng)設自主參與的良好平臺，對學生綜合素質(zhì)的提升具有影響。
二是理論未能緊密聯(lián)系實際。電子電工學科是一門實踐操作性較強的學科，學生既要在學習中掌握知識點，更要掌握操作技能。部分教師在教學中對理論聯(lián)系實際研究不夠深入，運用虛擬實踐教學的課時偏多，實踐課程中也沒有充分與理論聯(lián)系起來，導致學生在實踐操作能力發(fā)展方面存在缺陷。
三是教師綜合素質(zhì)有待提高。電子電工課程教學對教師的綜合素質(zhì)要求較高，不僅要求教師具有電子電工方面的深厚專業(yè)技能，還要有善于表達的能力。實際教學中，有的教師雖然具有深厚的專業(yè)功底，但是教學技巧不足，也有的教師雖然善于表達和點撥，但是專業(yè)技能薄弱，這些方面都是影響教學成效的重要方面。
二、對當前存在問題的簡要分析
中職電子電工課程教學出現(xiàn)上述問題，既有客觀方面的因素，也有主觀方面的影響，歸納起來主要與以下三個方面因素有關：
一是教學設計呈現(xiàn)簡單化趨勢。由于中職學校缺少了升學的強勁壓力，導致許多教師在教學中存在著研究不夠深入的狀況，教學中注重將教材知識點灌輸?shù)轿唬^少考慮學生在學習中的主動參與性。加之部分教師的電子電工教學設計沒有充分注重理論聯(lián)系實際，學生雖然理論知識掌握較為扎實，但是實際操作能力卻沒有同步提升，這與實用型人才的培養(yǎng)目標背道而馳。
二是師資隊伍呈現(xiàn)滯后性態(tài)勢。過去一段時期，中職呈現(xiàn)出規(guī)?；瘮U張的快速發(fā)展，招生規(guī)模、基礎設施都不斷擴大，但是師資隊伍建設方面卻沒有能夠完全達標，尤其是電子電工這樣的專業(yè)性較強的學科師資，對所學專業(yè)的要求較為定向，同時也要掌握教學的技巧與藝術，后一方面的要求對于電子電工專業(yè)出身的非師范類人才而言顯得較難，往往出現(xiàn)專業(yè)素養(yǎng)過硬、教學技巧不足這樣的典型問題，影響了教學成效的提升。
三是學生學習呈現(xiàn)消極的狀態(tài)。由于教師的電子電工專業(yè)教學缺乏生動性與形象性，加之自身在學習活動中處于被動接受知識的狀態(tài)，理論聯(lián)系實際不足，導致學生對電子電工學科的學習積極性明顯降低。部分學生還因為當前就業(yè)形式的競爭激烈，導致對專業(yè)學習信心不足，遇到難點缺乏深入研究的興趣，甚至出現(xiàn)混日子的思想，消極心態(tài)對電子電工教學的有效開展形成了一定的負面因素制約。
三、創(chuàng)新理念，有效突破當前教學困境的思路
針對當前電子電工學科教學中出現(xiàn)的種種制約因素，中職學校與教師應當開展針對性的改進活動，從以下幾個方面著手突破教學困境：
一是認真分析形勢，增強學生學習信心。針對部分學生因前途未卜出現(xiàn)的自卑、彷徨心態(tài)，電子電工教師應當幫助學生認真分析形勢，一方面職業(yè)教師側(cè)重于培養(yǎng)各行業(yè)急需的實用型人才，未來的就業(yè)與普通高校實現(xiàn)了“錯峰”，技術性人才在社會上大有展示的舞臺。教師還可以運用較為典型的“50萬年薪聘請技師”這樣的案例來消除學生內(nèi)心的消極想法。另一方面還可以運用本校成功的畢業(yè)生案例作為鮮活的素材，以學生身邊的人來教育他們，提高他們的學習自信心，以積極的心態(tài)投入到電子電工專業(yè)學習之中。
二是改進教學方法，打造高效生動課堂。教師應當對電子電工學科的教學設計進行優(yōu)化，提高教學的生動性，提高學生的學習興趣。首先，教師要給予學生參與的平臺與空間，無論是知識點的傳授還是技能的訓練，都應當盡可能吸納學生參與其中，讓師生互動成為電子電工教學的有效組織形式，營造活躍的教學氛圍，讓學生充分參與其中、提高掌握效果。其次，教師要善于發(fā)揮信息媒體在教學中的促進功能，尤其是在電子電工疑難知識點的講解中，可以通過多媒體投影、動畫模擬演示等方式，幫助學生掌握其中的難點問題，虛擬實驗的直觀演示效果甚至超過實踐操作，將其作為教學方式的補充具有積極意義。
三是尊重學生主體，促進綜合能力發(fā)展。教師在電子電工教學中應當讓學生的主體地位體現(xiàn)出來，可以將教學知識點濃縮為探究題的形式，組織學生進行探究討論，依靠自己的力量尋求問題的答案。教師也可以將電子電工教學目標設計為打包的任務，交給學生或者合作小組進行突破研究，讓學生在探究的過程中提高思維能力與解決問題的能力。教師還應當將技能訓練作為重要抓手，設置電子實驗項目，指導學生建立研究小組開展實驗設計，讓學生在團隊的努力下開展電子程序設計，鞏固理論所學并進行驗證，從而促進學生綜合能力的發(fā)展。
四是強化崗位培訓，提升師資隊伍水平。在提升電子電工專業(yè)教師履職能力方面應當進行雙向培養(yǎng)，一方面在教師招聘環(huán)節(jié)既要堅持專業(yè)對口的基本原則，同時也要考查其教育教學能力，將電子電工專業(yè)素養(yǎng)過硬、具有較高教學技能的人才吸納到教師隊伍之中，充實專業(yè)師資隊伍，另一方面還要強化現(xiàn)有專業(yè)教師的培訓，采取脫產(chǎn)進修、跟班學習、在線學習等多種形式提高電子電工專業(yè)技能，更好地開展相關專業(yè)教學工作。
四、總結
長期以來由于實驗經(jīng)費的限制，造成實驗設備陳舊老化，且由于高校的大規(guī)模擴招造成設備數(shù)量也明顯不足，大大影響了實驗教學的質(zhì)量。同時，實驗室的硬件設備缺乏合理的配置，實驗室的整體布局是按照開設課程來設置的，但是對于電子信息類專業(yè)而言，許多課程的基礎理論知識是相通的，單獨設置實驗室不但造成設備和人員的重復設置，資源得不到充分利用，而且還造成使用者和管理者之間的矛盾。實驗教學方法落后傳統(tǒng)實驗教學模式是形式單一而枯燥的教師教學生學的模式。在學習的過程中，學生處于被動的地位，僅僅按照實驗指導書上規(guī)定的方法和步驟，簡單的重復實驗過程。這與實驗教學中需要手把手講解、指導的實際需求是有一定差距的。
這個矛盾單靠寫在黑板上的實驗指導往往是不能解決的，這樣的實驗收效甚微，甚至個別學生連示波器、信號發(fā)生器等基本儀器都不會使用。學生主體作用發(fā)揮不夠由于歷史的原因，我國高校教育傾向于理論素質(zhì)的培養(yǎng)，而對實踐動手能力的培養(yǎng)重視程度不夠。反映到教學層面上，體現(xiàn)在實驗教學在一定程度上依附于理論教學，僅僅作為理論教學的輔助內(nèi)容。再加上大部分的實驗教學硬件條件不足，常常出現(xiàn)多個學生共用一臺試驗設備的局面，學生的實踐動手能力得不到充分的鍛煉，這些情況常常會造成學生不重視實驗課。而且傳統(tǒng)實驗教學內(nèi)容老化，缺乏創(chuàng)新精神，不能發(fā)揮學生的主觀能動性，也束縛了學生的科學思維能力的發(fā)展，極不利于培養(yǎng)學生的科學素質(zhì)和創(chuàng)新能力。
基于上述存在的問題，要求我們必須更新教育理念和實驗教學觀念，優(yōu)化實驗教學內(nèi)容，改進實驗教學方法、完善電子信息類專業(yè)實驗教學過程。我們應注重解決以下幾個問題。2.1改變理念在實驗教學過程中，應當積極探索實驗教學理論、改革實驗教學體系、方法和手段，淡化理論教學與實驗教學的界限，將理論教學與實驗教學有機地結合起來。整合實驗教學內(nèi)容，優(yōu)化實驗教學資源，把實驗教學從封閉的教學過程轉(zhuǎn)向開放的教學過程。同時教育要與科技發(fā)展保持同步，在教學中力求做到教學相長，讓學生在做實驗的過程中學習，突出對學生技能、實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。針對實驗硬件條件不足的情況，加大實驗設備的投資，加強與企業(yè)的聯(lián)合，建立新的實驗體系，轉(zhuǎn)變培養(yǎng)方式，輸送一部分學生到企業(yè)進行實習鍛煉，從而讓他們將所學的理論知識真正和實踐相結合，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和工程實踐能力。在財力受到限制的情況下，可以組織動手實踐能力較強的教師結合本專業(yè)的特色，自行開發(fā)研制部分實驗裝置，及時地開發(fā)出綜合性實驗，從而能夠不斷地提高電子信息類實驗教學的質(zhì)量。
為了進一步提高學生的實踐能力，在改進實驗裝備的同時，需要不斷地改進實驗內(nèi)容。根據(jù)新的教學理念、實驗教學內(nèi)容和實驗教學方法，進行實驗教材、實驗指導書的編寫和修訂。使學生在做實驗的過程中，既能夠獲取有效的知識，又能夠培養(yǎng)和提高認知能力、自主性學習能力和研究性學習能力。實驗教學內(nèi)容的改革注意充實新理論、新技術，反映本學科最新發(fā)展動態(tài)，融入最新科研成果，使教學內(nèi)容得到不斷更新。這就要求構建新的實驗教學體系，使各門實驗教學課程有機地結合，合理精減基礎驗證性實驗內(nèi)容，逐步增加綜合設計性、研究創(chuàng)新性實驗教學項目比例，以培養(yǎng)學生綜合實踐能力特別是創(chuàng)新能力。
電子媒介對中學語文教育的影響是多方面的，綜合起來看主要包括以下兩方面。
1.對中學語文教育理念的影響
首先，對于中學語文教育本質(zhì)的回歸。現(xiàn)在電子媒介已經(jīng)滲透到了生活的各個方面，網(wǎng)絡的廣泛使用就是一個最為明顯的例子，而在網(wǎng)絡上由于環(huán)境的特殊性，人們不再嚴格按照傳統(tǒng)的語言使用規(guī)范，而是用網(wǎng)絡上所特有的一套語言習慣，比如，在網(wǎng)絡上以“偶”表示“我”，用“88”表示“拜拜”。這些網(wǎng)絡語言的使用必然會對青少年的語言學習與使用產(chǎn)生極大的影響。此外，在電子媒介下的各類信息是魚龍混雜的，而中學生對于這些信息的分析能力還有所不足。這些影響都說明，我們的中學語文教育必然要回歸到本質(zhì)，不光要對中學生進行語文教育，而且應該對他們?nèi)松^、價值觀都進行積極的引導，使得中學生可以在這個電子媒介廣泛使用的社會環(huán)境下辨別出真正有價值的信息。其次，中學語文教育視野的擴大。由于電子媒介的不斷發(fā)展，中學生可以接觸到的信息越來越廣，也越來越雜，這就要求，我們的中學語文教育不能僅僅停留在課本的階段。要不斷地引導中學生擴大自己的視野，逐步地培養(yǎng)自己分析、處理問題的能力與高度。最后，培養(yǎng)閱讀的習慣。有研究機構對目前各個主要國家的閱讀量進行了調(diào)查，最后的結論中中國的人均年閱讀量是最低的，這已經(jīng)成為了必須要面對的一個現(xiàn)實，而這一問題的解決，很大程度上是對青少年閱讀習慣的培養(yǎng)。在電子媒介越來越廣泛使用的今天，中學生可以接觸到的讀物越來越多，閱讀的手段也越來越多，而這種電子媒體中的閱讀由于閱讀手段、環(huán)境等制約，還有著很多的缺點，所以中學語文教育要積極引導中學生回歸到傳統(tǒng)的紙質(zhì)閱讀中來，深化自己的閱讀和認知。
2.對教育手段的影響
首先，多媒體技術的使用。在目前的中學語文教育中多媒體使用的越來越多，多媒體的使用對于中學語文的教育起到了很好的推動作用，將原來課本上的文字變?yōu)槎嗝襟w的形式展現(xiàn)給學生，使得學生對于課堂上的教學內(nèi)容有了一個更為直觀的了解，便于學生對于課本知識的認識與掌握。但是我們必須看到，中學語文教育有它自身的特點，語文主要是以文字與語言展現(xiàn)知識的一門課程，在實際的教學過程中如果電子媒介使用過多的話，反而會影響到學生對于中學語文課文的理解，所以在中學語文教學過程中要謹慎使用電子媒介。其次，現(xiàn)代遠程教育的興起。網(wǎng)絡技術的發(fā)展為現(xiàn)代遠程教育的實現(xiàn)提供了技術上的保障。傳統(tǒng)意義上的遠程教育有一個無法克服的缺點，無法實現(xiàn)學生與教師的遠程互動，但是現(xiàn)代計算機網(wǎng)絡的興起卻為實現(xiàn)真正的遠程教育解決了這個問題，讓遠程教育真正地實現(xiàn)實時互動。
3.對教育內(nèi)容的影響
電子媒介的最大特色就是其表現(xiàn)形式的多樣性，與傳統(tǒng)單調(diào)、乏味的課堂教學相比，電子媒介有著先天的優(yōu)勢，但是我們也要看到語文有著其自身的特色，那就是濃厚的人文色彩，所以如果在中學語文教育中盲目地加大電子媒介的使用，可能會起到相反的作用。所以我們在中學語文的教材制定與課堂教學中要認真對待電子媒介的使用。首先，教材制定。電子媒介的時代，如何培養(yǎng)學生的綜合素質(zhì)就成為了一個重要的教育課題。在這種情況下，分主題進行教材的編制就符合這種需求，但是按主題進行編制教材時一定要注意，這只是按所選教材的思想內(nèi)容、語境等綜合考慮進行分主題，而不是僅僅按思想意識等去進行劃分。
二、總結
1.1中職學生主導地位不突出
在維修電子教學過程中，教師一般會根據(jù)實際情況設置一些障礙，然后讓學生進行專業(yè)分析、排除風險、診斷故障、整合維修。但是，在這種情況下，中職學生的主導地位不突出，根本無法培養(yǎng)學生面對維修電子的獨立判斷能力和深入檢修能力，而且還很容易降低中職學生的實踐操作能力。
1.2理論與實踐脫節(jié)
很多維修電子課程的專業(yè)教師不注重培養(yǎng)學生的實踐操作能力，進而造成了理論知識與實踐能力嚴重脫節(jié)的局面。對中職學生來說，僅注重理論知識的學習已經(jīng)不能滿足社會的發(fā)展需求；再加上很多中職院校的師資力量出現(xiàn)斷層，不利于中職院校培養(yǎng)社會所需要的高素質(zhì)應用型人才。
1.3無法及時反饋相關信息并做專業(yè)測評
無法實時測評和反饋學生學習維修電子課程的進度。在實踐操作的過程中，學生是否真正掌握了維修電子的專業(yè)知識，并具有獨立操作能力，這些都是無法專業(yè)測評的。而學生對維修電子的反饋信息也無法及時傳遞給教師，這種單項溝通也在一定程度上制約了維修電子教學的發(fā)展。
1.4維修電子教學實驗設備不足
維修電子的教學實踐活動往往會受實驗設備不足的影響。選擇以班級為單位的整體演示性操作模式，學生只是單純地看老師做實驗，自己很難進行專業(yè)操作，而教師也很難在維修電子教學過程中預測學生在操作時可能遇到的情況，無法有針對性的講解，無法讓學生深入了解維修電子的相關專業(yè)知識。
2理論與實踐相結合
中職教育與普通教學工作不同，它具有較強的職業(yè)性和針對性。它要求學生在學習課程期間，要具備相應的實踐能力，這樣進入社會后才能勝任崗位要求，進行專業(yè)操作。
2.1采用一體化的教學模式
一體化教學模式是以電子維修課堂教學為主軸，輔助教學設施設備為載體，把電子維修的理論知識與實踐能力充分結合在一起，集視覺、聽覺、行動能力、較強的心理素質(zhì)于一體，讓中職學生及時發(fā)現(xiàn)問題，及時提問、溝通，實現(xiàn)良好的雙向溝通，將實踐教學活動貫穿于整個電子維修過程中，形成全方位的教學模式。這種教學模式的出發(fā)點是讓中職學生的實踐能力得到提升，以實踐能力為主線，遵循客觀的教學規(guī)律，采取一體化的教學模式，充分利用各項教學資源，深入學習，提高中職學生維修電子的專業(yè)能力。
2.2實行“理論＋實踐”的考核模式
中職院校的傳統(tǒng)考核模式側(cè)重于維修電子理論知識的培養(yǎng)，常常忽略了學生的實踐能力，這樣不利于提高學生的綜合素質(zhì)，更不利于提高維修電子的教學質(zhì)量，所以，這種新型的“理論＋實踐”對等的培養(yǎng)，激發(fā)了中職學生學習維修電子的興趣，也為學生樹立了學習的信心。在維修電子課程的考核過程中，“理論＋實踐”的考核模式——用專業(yè)知識引導實踐，用實踐操作能力鞏固理論知識，不僅可以激發(fā)學生的學習熱情，還提高了學生的維修電子實踐操作能力，更提高了學生的綜合素質(zhì)。
2.3注重協(xié)作學習的培養(yǎng)
協(xié)作學習是以學生之間的團隊協(xié)作能力為宗旨，根據(jù)學生的日常表現(xiàn)、學習成績、興趣愛好和技能水平，隨機將其分成專業(yè)的維修電子小組。教師可以以小組的實踐情況作為綜合測評，及時發(fā)現(xiàn)學生在操作過程中存在的不足，積極引導，正面回應。這樣不僅可以提高維修電子的教學質(zhì)量，還提高了學生學習的積極性。
3結論
