多元多层（共4篇）
多元多层 篇1
前言
前段时间我上了一节市级公开课, 为了上好这节课, 我前前后后花了三个星期时间。期间碰到要做什么事, 我能推迟则推迟, “一切等这节课结束了再说”。三周磨一“剑”, 虽谈不上光芒四射, 但比平时耀眼许多。欢天喜地之后, 我开始汗颜。为什么平时我做不到让学生喜欢每一节课?我经常有改变现状的念头, 可是改变总在下一次。为什么?拿这次公开课来说, 为了上好它, 我投入了三周的时间 (包括周末) , 除必须完成的教育教学工作和日常事务外, 其余的时间和精力都在想怎么上好这节课, 都在为它忙碌着。如果每节课都要这样付出, 那我就没有时间做其它事。但这是不现实的, 推迟做某些事是有时间底线的, 而且遇到事情特别多的时候, 不可能所有的事都推迟。除了教学任务, 很多教师还担任了班主任, 大大小小要处理的事情很多。
怎么办?一方面想上好每节课, 上得精彩, 让师生产生教与学的幸福感和成就感。另一方面又因为纷繁琐碎的事, 教师缺乏充足的时间和精力, 只能流于应付。
当我听到同伴互助这个词, 竟有种“众里寻他千百度, 蓦然回首, 那人却在灯火阑珊处”的感觉。于是我满心欢喜地去了解它, 揣摩它, 实践它。
三周准备一节课, 学生喜欢我高兴, 但是, 高兴之余又有些沉重:什么时候能够把“家常课”上成“公开课”呢?时间不够, 就需要苦干和巧干结合。于是, 我尝试“多元互助”的备课方式, 感受了“多层双赢”。
一、多元互助:高效备课的秘诀
同伴互助是校本教研的三个核心要素之一, 区别于过去那种“教师个人的行动研究”。教师集体的同伴互助指的是在强调教师自我反思的同时, 开放自己, 加强教师之间在课程实施过程中的专业切磋、协调和合作, 形成“研究共同体”, 共同分享经验, 互相学习, 彼此支持, 共同成长。
1. 小组备课———集体智慧共生的平台
开展教育科研是教师走向专业化发展道路的重要途径, 集体备课是教师参与教育科研的一种重要的方法, 它使教师在平常的教学活动中融入研究的元素, 教学岗位变成了进修与提高的乐园。集体备课既能协调教学进度和教学内容, 又能为教师解决疑难问题, 为其相互了解教学风格、共同进步提供了平台。 (1) 同时它还能使教育资源得到最优化利用, 集中教师的智慧, 减轻教师的负担, 促进教师专业水平的提高。
具体操作起来可以这样:使用同一教材的教师们先讨论好各人分工负责一个或若干个单元的教学。从单词到语法到文章等各方面, 每个教学流程都以教学设计的形式展示出来, 一目了然, 并且围绕教学设计制作教学课件。在上这个单元之前, 负责的教师可以把自己的设计思路、备课时遇到的困惑和难题拿出来集体讨论, 提出有探究价值的典型的教学问题, 然后大家针对问题谈自己的想法。 (2) 每个班的学生特点不同, 教师们可分析这种集思广益的教学设计在面对不同的学生时分别有什么值得注意的问题。当然, 任课教师可在课前根据本班学生特点对教学设计进行调整, 并清楚调整的依据。
集体备课不是让教师变“懒”, 而是使教师有机会把课做“精”。虽然花在教学上的总时长并不会缩短, 但教师们可以在提高合作能力的同时开阔眼界, 互相取长补短, 同时仍能保留自己的个性特点, 使教育科研能力得到锻炼, 专业水准有所提升。也许教师处理教材的某些地方的时间少了, 不需要到处找材料, 不需要事必躬亲就有了所需要的教学思路和辅助课件, 但上课的效果却更好了。老师能有更多的时间和精力备好课, 而不是忙忙碌碌却平平庸庸。因为集体备课, 老师们的互相“依赖性”增强, 这促使大家要安排固定的时间坐下来好好沟通和讨论, 把教育科研落到实处, 并从中得到“实惠”。
想想集体备课的好处, 也许我们会很兴奋, 但真正实施时要做好“不怕麻烦”的准备, 毕竟原来只是自己一个人的事, 是好是坏自己承担, 现在变成了大家的事, 你既可以享受别人的“劳动果实”, 又可以为别人奉上“美味佳肴”。另外, 集体备课需要教师们定期交流, 这会给教师个人的安排带来一定的麻烦, 需要参与集体备课的教师克服困难。
2. 课例讨论———集体智慧聚焦的方式
课例研究指围绕一堂课的教学所进行的种种活动, 包括研究人员、上课人员与同伴、学生之间的沟通、交流、对话、讨论。课例是课堂的具体化和特殊化, 是教师学习和反思的载体。如果说集体备课强调的是课前的“备”, 则课例研究的范围更广, 不仅有课前的活动, 而且有课中、课后的活动, 它所关注的不仅是文本学习和相互讨论, 而且更多地关注教学行为的连环跟进。
具体操作起来可以这样:在上一节课之前, 主讲人与同伴共同研究教学内容, 讨论教学设计;上课时同伴听课, 观察课堂并进行实录, 包括教师的每一句话、每个步骤和学生的表现和反应, 如果来不及记下每个细节, 就可以利用课堂录像回头再逐步详细记录;课后, 团队里的所有教师分头与该班学生访谈, 对教学效果进行调查, 得出结论。然后大家一起仔细分析本节课, 如教师的课堂语言、组织方式、教学行为是否有助于学生掌握本节课的内容, 还存在些什么问题, 需要怎样改进。接下来, 仍旧由第一节课的教师在另一个班主讲同一课题, 重复上面的活动, 有必要的话还可以进行第三次讲课与分析, 得出结论。在做课例研究的时候, 并不需要面面俱到, 可以围绕教学的一个方面 (如:如何引导学生进行有效的交流) 进行研究。
课例研究改变了教师“单打独斗、孤军奋战”的局面, 为教师认识自己、改进自己提供了有益的帮助。毕竟个人的视野有限, 而且还有“不知庐山真面目, 只缘身在此山中”的现象, “一直这样, 习以为常了, 不觉得这是问题”或“知道这是问题, 但不知怎样改变”。在研究的团队里, 不管是主讲人还是同伴, 大家都处于平等的地位, 可以在心态平和、气氛和谐的状态下进行探讨和研究, “矛头”指向问题不对人, 这有助于强化友好合作交流, 开发差异资源, 推动团队所有成员的共同进步。通过多次反复对同一课进行“打磨”, 能深入地就某个问题进行研究, 克服“蜻蜓点水式”地提出问题和解决问题的弊端。
要提高课例研究的实效, 教师需要学习教育教学理论, 提高发现问题的能力, 在专家的引领下探索解决问题的方法;经常进行教学反思, 有意识地把教学中存在的问题和困惑记录下来, 花时间花心思去琢磨、推敲, 并使之成为一种习惯;志同道合的同伴组织起来, 形成一个实践共同体, “我帮你, 你帮我, 大家帮大家”, 保持开放的头脑, 从同伴的教育思想和观点中受到启发 (3) 。
3. 资源共享———集体智慧生成的沃土
每位教师在教育教学过程中或多或少都会积累一些资料, 有自己撰写、制作的, 有搜集、整理别人的, 其中很多资料可以在不同学科、不同班级间通用。教研组或学校可以建立资源库, 让教师把可以共享的资料放在公共区域, 需要的教师可以自由取用, 网络的开发和应用为资源共享提供了极大的便利。
资源共享丰富了教师团队总的资源储备, 既集中了各人的智慧和才干, 又节省了大家的时间, 使教师们有更多的时间做更多的事。
二、多层“双赢”, 同伴合作的效果
1. 学校与教师“双赢”
教师是学校发展的重要力量, 学校品质的提升取决于教师队伍的整体素质。同伴互助促使教师们立足于本校校情、学情, 立足于自己在教学过程中遇到的教学问题, 开展教与学的研究, 提高理论研究水平和实际教学效果, 因此能大大推动学校的发展。反之, 学校的发展能为教师的发展提供更广阔的平台和更多的机会, 良好的研讨氛围会吸引更多的教师加入到同伴互助的队伍中, 对于教师的成长大有好处。学校应该成为学习型组织, 为教师集体备课提供条件和氛围。学校应该“以人为本”, 管理的基础是依靠, 依靠的基础是培养, 培养的关键是学习。
2. 教师与教师“双赢”
就像当今世界国家与国家之间的关系一样, 教师之间存在竞争, 但更多的应该是合作。通过同伴互助, 教师们能避开个人力量有限的劣势, 借助他人的智慧和群体的力量, 共同解决一个或多个教学问题, 从中学习、研究改进教学的方法。每位教师都是参与者, 也都是受益者。教师会在与同伴的互助合作中, 不断反思自己的教学行为, 从而不断提高自身的教学水平和教学效果。尝到其中的“甜头”后, 教师们会用更多的激情去实施同伴互助, 用更多的真诚去维护同伴互助, 用更丰富、厚实的思想和行动去回馈同伴互助。你有一个苹果, 我有一个苹果, 交换一下, 我们还是各有一个苹果;你有一种思想, 我有一种思想, 交换一下, 我们都有了两种思想。
3. 学生与教师“双赢”
学生发展需要优质教育资源, 教师是学校对学生进行教育最直接、影响最大的力量。当教师群体把教学、课堂、学生当作共同的研究对象细细琢磨, 不断从实践中提炼经验, 教育、教学的效果会大大提高, 学生是最直接的受益者。教师的职业幸福感来自于成功的教学, 目睹自己的努力给学生带来帮助, 体会到自己教学方法的改进给课堂带来活力, 还有什么能比这更能让教师们快乐、满足呢?
结语
教师发展维系着学校发展和学生发展, 同伴互助是教师专业发展的一种重要途径。只要教师们善于发现, 善于学习, 善于合作, 群策群力, 就一定能有大的收获, 实现多种“双赢”。
参考文献
[1]吴永军.校本教学研究设计:教师教学研究设计指南[M].南京:南京师范大学出版社, 2007.
[2]王洁.课例研究:理论转化为实践的中介——以课例为载体的校本教学研修[J].教育发展研究, 2006, (23) .
[3]李志宏, 邱孝玉.新课程校本教研的示例与指导[M].北京:中国轻工业出版社, 2004.
多元多层 篇2
1 学生基础知识相对薄弱
独立学院学生的高中基础知识整体较差。独立学院的学生除了一小部分高考失利的学生外, 大多数是中学学习基础相对薄弱, 或者是偏科比较严重, 对某些科目有抵触情节。从总体分析, 与母体高校学生的基础相比, 存在一定的差距。
部分学生缺乏良好的学习习惯。独立学院的部分学生存在自主学习能力不强, 课堂学习效率不高, 学习缺乏自觉性和主动性, 没有形成良好的学习习惯, 刻苦学习、奋发成才的拼劲不足。
2 师资队伍结构不合理
独立学院过于依赖母体高校教师资源。独立学院建校时间都不长, 在建校初期无法迅速建立一支在数量上、质量上都满足于独立学院办学要求的师资队伍, 因此独立学院一般选择聘用母体高校的教师, 使独立学院教育质量在创办初期就能处于比较高的水平。但母体高校教师在本部同样兼任教学工作, 所以无法投入更多的时间和精力与学生做深入交流, 使得独立学院的教育质量得不到提升。
教师的年龄结构、学历结构、职称结构不合理。独立学院为快速地组建教师队伍, 不得不超常规招聘教师, 招聘的多数是退休的老教师和刚毕业的本科生或者硕士生, 而具有丰富教学经验的中年教师却很少, 并且母体高校选派的教师基本都是具有较高学历的优秀教师, 而年轻的教师学历偏低, 造成教师整体学历层次参差不齐, 使得形成教师梯队非常困难。
3 人才培养方案设计缺乏独立学院的特色
教学内容对实践教学重视不够。基于独立学院培养高素质应用型人才的需要, 独立学院的人才培养方案本应十分重视实践教学, 并加强实验、实习、实践等教学环节, 但由于独立学院对自身的人才培养规律认识不清, 加之办学经费、师资力量、场地条件等方面的投入不足, 使得独立学院的教学往往倾向于理论, 而实践教学的课时比重太低, 实践教学条件不够, 实践教学的质量不高, 甚至实践教学在某些独立学院流于形式。
专业设置没有独立学院特色。没有特色的专业设置, 就没有竞争力, 学生在市场上就没有优势可言。为了学生毕业能够适应市场竞争, 大部分独立学院的专业设置会照搬母体高校热门、优势专业, 导致同一专业的学生人数过多, 使得今后就业压力加大, 学生在市场上不具有竞争优势。
4 政府扶持力度满足不了独立学院的发展要求
政府对独立学院的扶持政策不够完善。政府政策大多都是停留在对独立学院的规范性管理的层面, 部分措施、条例已然跟不上独立学院快速发展的步伐。独立学院一系列问题如土地征用优惠问题、学院专业设置及招生问题、教师社会保障问题等, 还没得到很好地解决, 使得独立学院发展受到阻碍。
政府没有提供良好的融资环境。一方面由于今后几年, 国家财政性教育支出对本科教育的投入不会有很大幅度的增长, 因此独立学院不能得到更多来自政府的财政补贴。另一方面, 由于独立学院在筹措社会资金途径方面比较单一, 资金的不足直接限制独立学院向大众提供高质量的高等教育。因此, 除了独立学院自身要积极努力地寻求合作者、投资方外, 政府有必要出台一系列财政资助政策, 为独立学院创造良好的融资环境[2]。
5 媒体宣传的投入力度不够理想
媒体报道的好坏将会直接影响独立学院社会形象和声誉。从学院建设的角度看, 独立学院的特色培养模式、新专业的开设、学院的学风建设等方面, 需要媒体的广泛宣传才能取得预期效果。但是媒体宣传需要有较大投入, 在独立学院自身经费不足的情况下, 大部分资金都投入到教学设施的建设, 而对媒体宣传这一方面相对较少, 导致企业、社会大众、学生家长等对独立学院的特色教育、学风建设、教学设施等方面没有得到深入了解, 对独立学院教育质量评价褒贬不一, 进而影响了独立学院招收好的生源、与优秀企业合作教学等, 最终使得教育质量不达标, 独立学院教育质量保障体系效果不理想。
6 缺少社会中介机构对独立学院教育质量的客观评价
独立学院现在已经开始成为高等教育的一支重要力量。独立学院只有满足了社会各方面的需求后, 才能获得长久发展;独立学院培养的高素质应用型人才只有进入社会, 接受了社会的检验并获得肯定, 独立学院的教育质量才能获得大众的认可。因此, 社会对独立学院教育质量的评价是不可或缺的一环。而现阶段独立学院的教育质量评价以独立学院内部教育质量评价为主, 缺乏社会中介机构作为独立学院质量保障体系的外部补充, 对独立学院的教育质量进行客观、中肯的评价。只有在内部教育质量评价体系的基础上结合社会中介机构对独立学院教育质量的评价, 才能既保障内部教育质量保障体系的正常运作, 又能对独立学院的教育质量做出公正的判断, 为用人单位的用人选择和学生、家长的入学选择提供可靠的依据。
二 如何完善多元型教育质量保障体系
1 打造具有独立学院特色的人才培养模式是核心
作为处于独立学院质量保障体系主导地位的管理人员, 应当运用现代教育管理方法, 对人才培养目标进行精确定位, 根据经济发展和社会进步对人才需求的变化, 以母体高校资源优势为基础, 优化课程体系, 合理地设置和调整学科专业, 强化教学实践环节, 突出学生应用能力培养, 构建具有独立学院特色的人才培养模式。同时, 根据独立学院的生源特点和毕业生就业趋势, 树立“以学生为中心”的理念, 尊重学生的多样性和个性化, 制定多元化的人才培养方案和个性化的人才培养方案, 充分调动学生自主学习和发挥自身优势的能力[8]。
2 强化师资队伍建设是关键
教师队伍建设不仅是独立学院教育教学工作的基础, 而且是保障独立学院生存和健康发展的长期工程, 更是提高独立学院教育质量的关键工程。独立学院可以从以下几个方面完善师资队伍建设:
一是合理引进优秀人才, 改善师资队伍结构。根据学院总体发展和学科建设规划, 加大引进中青年优秀教师的力度, 改变独立学院过于依赖母体高校教师资源的不足, 积极引进优秀人才, 逐渐建立起一支高水平的教师队伍。
二是建立科学、有效的教师激励机制。独立学院应该从教师的角度出发, 关注教师的成长与发展, 建立公平、公正的教师激励机制, 完善以绩效考核为核心的激励约束机制, 有计划地使有能力的教师得到应有的奖励和提升, 为其事业发展提供良好的环境, 使教职工能够真正将自身发展同独立学院的发展紧密结合起来。
3 充分发挥政府的导向作用是重要手段
政府作为独立学院质量保障体系外部支持的主体力量, 与公办高校不同的是, 政府对独立学院的角色不再是投资者、管理者和监督者于一身, 而是从宏观层面对独立学院进行扶持、引导和激励。政府可以在以下几个方面发挥引导作用:一是法律和政策保障。政府可以出台有关法律、法规和政策解决诸如独立学院的性质不明、办学定位不准、产权不明晰、资产过户缺乏政策支持、融资难、教育用地紧张、教师事实上无法享受与公办高校教师同等待遇等制约独立学院发展的重大问题, 从法律和政策层面保障学院的长远发展。二是对独立学院的教育质量进行专业评估和反馈, 对独立学院教学过程进行监督, 及时了解独立学院教育教学过程中存在的问题和困难, 以便及时采取有效措施保证独立学院的教育质量达到基本要求。
4 加大硬件设施投入、改善实践教学环境是基础
独立学院培养的是应用型人才, 充足的教学硬件设施是教育质量提升的重要保障。教学设施的投入应以围绕应用型人才培养为中心, 建立自己的教学楼、自习室、图书馆等, 以提供良好的教育教学环境的基础设施。重视实验室、科研仪器设备的建设和完善, 提高科研仪器设备的使用率和更新率。加强网络资源建设, 完善多媒体教学设施, 以满足教师的日常教学、科研和学生学习需要。加强体现独立学院日常培养特色的校内实践教学基地建设, 增加各类综合性、设计性、创新性实践项目内容。建立与各专业培养目标一致的校外实习基地, 保证学生专业实习的顺利开展。
5 加强与用人单位、社会公众等群体的联系是推动力量
积极与用人单位沟通, 开展毕业生信息跟踪制度。学院可以成立专门小组, 定期到毕业生就业单位开展跟踪调查工作, 了解毕业生工作状况, 同时可以检验经过独立学院的系统教育教学后, 学生的知识、能力与市场需求之间的契合度, 从而发现教育教学中存在的不足, 以促进独立学院不断提高教育教学质量。
通过传统媒体和新兴媒体对独立学院积极宣传。通过各种宣传手段将独立学院的性质以及独立学院办学特点、师资水平、管理水平等, 通过各种宣传手段深入到社会大众, 消除社会大众对独立学院的误解, 引导社会大众以热情的态度对待独立学院的办学。
6 积极发挥社会中介机构的评价作用是必要环节
建立真正具有独立性质、功能相对完善的社会教育中介机构, 能够加强独立学院与政府、企业和社会之间的信息传递。利用社会教育中介机构能够为政府制定各项扶持政策提供客观、科学的依据。能够帮助独立学院认清自己在高等教育中的位置, 激励自己不断的发展。社会教育中介机构的评价结果还可以让家长、企业、社会等利益相关者对独立学院的教育教学质量有基本的判断, 以此作为学生求学和企业、社会招聘员工的参考依据。
参考文献
[1]刘振天.关于独立学院教育质量保障体系建设的若干问题[J].民办高等教育研究, 2009 (4) :1-2.
[2]张华.独立学院教学质量保障体系构建研究[D].南京:南京理工大学, 2008.
[3]马红.西方人力资本理论的演变和思考[J].陆桥论坛, 2008, 11:77-78.
[4]刘媛媛.独立学院教学质量保障体系研究[D].武汉:华中师范大学, 2011.
多元多层 篇3
1971年,Aisenberg和Chabot首次使用离子束沉积的方法在室温下获得了一种性质和金刚石接近的薄膜,他们称之为类金刚石薄膜[1],从此揭开了相关领域的研究者对类金刚石薄膜的关注和研究,而以类金刚石为代表的碳基薄膜材料因为具有高硬度与 润滑一体 性的优势,自20世纪90年代起,成为了各国摩擦表面技术领域研究的热点之一[2]。研究者不仅在碳基薄膜的化学[3]、电学[4,5,6]、光学[7]性质和力学、 摩擦学性能[8,9]方面开展了大量的研究工作,而且在其中一些领域中,结合了类金刚石薄膜制备方法简单、沉积温度低、 快捷、易于工业化推广的优点,已经初步实现了实用和工业化的生产阶段,如磁头的保护兼润滑膜层[10],模具的保护涂层,工业切削刀具、红外光学 器件的窗 口,人造器官 保护膜等[11,12,13]。
碳基薄膜作为一种优异的润滑材料,尽管具有诸多优异的性能,且在许多领域已经具有广阔的应用,但是要满足越来越苛刻的工况条件、进一步拓展碳基薄膜的性能和应用领域,在其性能方面还存在一些问题需要解决:1制备得到的碳基薄膜具有很高的内应力(GPa量级),导致薄膜与基底材料的结合力差;2碳基薄膜材料虽然具有很高的硬度,但是其韧性较低,因此薄膜很容易发生脆性断裂;3碳基薄膜材料的摩擦学性能受测试环境的影响较大,薄膜在不同环境中表现出不同的摩擦学行为。
针对以上3点目前使碳基薄膜在应用寿命和可靠性方面受到制约的关键问题,最新发展起来的纳米复合和纳米多层技术为解决这些问题提供了切实可行的途径。这两种技术的应用可以很好地改善碳基薄膜的力学及摩擦学性能,使碳基薄膜实现高硬度、高韧性、低摩擦和环境自适应性。
纳米复合技术的基本思路是利用复合材料技术来弥补单一基础润滑材料的弱点,集多种材料的优异性能于一体, 从而很好地满足空间机械润滑、耐磨的要求。研究表明引入一些金属元素(如Ti、Mo、W、Fe、Al、Cu、Au、Ag等)到类金刚石薄膜中,形成金属或金属碳化物纳米晶体镶嵌在非晶碳网络中的复合结构,可以很好地减小薄膜的内应力,并且增强薄膜与基底的结合力[9,14,15]。此外,Voevodin等通过在薄膜中复合纳米晶的WC、WS2来制备超抗磨、具有 “变色龙” 性质的纳米复合类金刚石薄膜。这种“智能”薄膜利用外界的摩擦或环境作用,通过调整自身的结构和表面化学状态, 从而具有环境自适应和自调节性能[16]。除了金属元素之外, 非金属元素Si是另一种常用的复合元素,含Si薄膜的主要特点是在潮湿空气中,磨屑中的Si能够与空气中的水反应形成硅酸反应膜,从而起到润滑作用,使薄膜能在潮湿空气下也具有比较低的摩擦系数,显著改善碳基薄膜在潮湿气氛下的摩擦学 性能[17]。Ting等通过反 应溅射沉 积 (Reactive sputter deposition)技术在各种沉积条件下,在不同基底上沉积复合了金属元素的含氢非晶碳膜,得到了具有功能梯度层和交替纳米层结构的薄膜,得到的薄膜在摩擦学和太阳光吸收方面具有非常重要的潜在应用价值[18]。但是,使用纳米复合的方法也存在一些问题:当复合的金 属元素含 量比较低 时,碳基薄膜会表现出优异的摩擦学性能,但其力学性能却随着金属含量的增高而降低。
设计制备纳米多层结构作为另一种技术途径,由于其制得的薄膜的晶粒尺寸都在纳米量级,这种特殊的微观结构, 使碳基薄膜具有高硬度、高韧性、低摩擦、环境自适应性等独特的物理、力学和化学特性。Wu等使用中频非平衡磁控溅射(Medium frequency unbalanced magnetron sputtering)技术,基于靶材的周期控制,制得了一系列具有不同双分子层周期的MoS2/a-C∶H纳米多层薄膜,这种薄膜表现出了很好的力学 性能,并且在真 空环境下 具有很好 的摩擦学 性能[19]。Wu和Ting使用直流 反应溅射 沉积 (Dc reactive sputter deposition)技术,基于基体的周期转动制备得到了金属/类金刚石层交替的纳米多层薄膜[20]。但是,上述具有纳米多层结构的碳基薄膜在制备过程中都需要人工进行某个沉积条件的周期性调控,这使得制备过程较为复杂。
近年来,在利用物 理气相沉 积 (Physical vapor deposition,PVD)法制备多 元复合碳 基薄膜时,Gerhards[21]、 Wu[22]、Zutz[23]等逐渐发现薄膜在生长过程中自发形成纳米多层结构的特殊现象,如图1所示。这一新的制备技术既具备了纳米复合技术集多种材料的优异性能于一体的优势,又实现了纳米多层技术在微观尺度上使材料具备高硬度、高韧性、低摩擦、环境自适应性的优点,同时其自形成特性也弥补了纳米多层技术在制备过程中需要人工进行某个沉积条件周期性调控的不足,从而可以作为另一种有效的技术途径来解决目前制约碳基薄膜性能和应用的关键性问题。此外,纳米自形成也是物理学、化学、材料学在纳米尺度上交叉而衍生出来的一个新的研究领域,它将为具有纳米多层结构的碳基薄膜材料在设计与制备方面提供新的机遇和理念。因此, 本文重点综述了近年来国内外多元碳基薄膜自形成纳米多层结构的研究进展及发展前景。
1多元碳基薄膜中自形成纳米多层结构的影响因素
自形成(自组织)即是系统在某些外在条件下,自发地形成宏观有 序结构的 现象。Prigogine创建的耗 散结构理 论[24,25,26]和Haken创立的协同学[27]共同构成了自形成理论的核心内容[28]。Prigogine在研究偏离平衡态的热力学系统时发现:一个远离平衡态的非线性的开放系统,通过不断地与外界交换物质或能量,在系统内部某个参量的变化达到一定的阈值时,系统将会出现“行为临界点”,在越过这个临界点后系统将离开原来的热力学无序分支,而进入到一个全新的稳定有序状态,由原来的混沌无序状 态转变为 一种在时 间上、空间上或功能上的有序状态。这种在远离平衡的非线性区形成的新的、稳定的宏观有序结构,由于需要不断与外界交换物质或能量才能维持,因此称之为“耗散结构”(Dissipative structure)。
自形成纳米多层结构的碳基薄膜在PVD沉积过程中各个等离子体处于非平衡状态,且由混乱无序的状态自发形成了有序的纳米多层结构,因此可以推论耗散结构理论与自组织纳米多层结构之间可能存在一些内在的联系。其中复合元素、制备技术、沉积参数等影响因素即为耗散结构理论中提到的系统内的参量,当其中的某个 因素达到 一定的阈 值时,系统就会出现“行为临界点”,在越过临界点之后系统进入全新的稳定有序的状态。因此,目前认为碳基薄膜在沉积过程中自形成纳米多层结构主要与复合元素、制备技术、沉积参数等因素相关。
1.1复合元素对自形成纳米多层结构的影响
实验表明复合元素的性质会对自形成纳米多层结构的薄膜产生影响,一般认为共沉积两种不同元素时,当两种元素不相熔时,沉积过程中会发生两种元素的相分离,从而自发形成纳米多层结构。Wu等[20,29]研究认为,只有与碳化学作用较弱甚至无作用的金属元素在沉积过程中才能自发形成纳米多层结构。然而随着进一步的研究发现即使是Cr、Ti这种与碳作用很强的金属,也能在合适的沉积条件下自发形成纳米多层结构[30,31,32],这与Wu等[20,29]的研究成果完全相反。而且,Abrasonis[33]和Pardo[34]认为除了金属与碳之间相互作用能力强弱的影响外,金属元素的含量也是一个重要的影响因素,自形成纳米多层结构需要一个临界的最低金属含量。Pardo等[34]发现纳米 多层结构 的形成随 着Cu含量 (见表1)的增大而得到明显增强,如图2所示,当Cu的原子分数超过15%时,薄膜中明显形成纳米多层结构,但薄膜的硬度和弹性模量会随之降低。对于不同的金属元素,此临界含量可能存在较大差异,目前尚缺乏系统研究。
1.2制备技术对自形成纳米多层结构的影响
不同的制备技术也会对自形成纳米多层结构产生影响, 在薄膜的生长过程中,选择的制备技术必须提供足够的能量和非平衡环境,从而有利于薄膜在热力学上产生相分离,形成纳米多层结构。Gerhards[21]和Zutz[23]采用质量选择离子束沉积技术,实现了沉积离子流、离子能量以及不同离子比例的精确控制,薄膜生长过程十分干净单一,有利于研究纳米多层结构的形成机制。Wu[29]和Corbella[31]利用反应磁控溅射技术,以Ar/CH4为反应气源,通过溅射金属单靶制备了具有纳米多层结构的含氢碳膜。Chen[32]和Pardo[34]利用阴极弧非反应磁控溅射技术,通过共溅射石墨靶和金属靶, 制备了不含氢的具有纳米多层结构的碳膜。近年来,PVD技术也逐渐向着复合化和功能化发展,如离子束与磁控溅射结合、磁控溅射与多弧离子镀结合等多功能PVD装备也已经成功应用,这为进一步研究纳米多层结构的可控制备和自形成机制提供了技术支持。
1.3沉积参数对自形成纳米多层结构的影响
在PVD制备薄膜的过程中,控制溅射功率、偏压、沉积温度和气压等一系列重要的沉积 参数,通过改变 离子流密 度、不同离子比例、离子能量和离子迁移性进而影响薄膜的微观结构和性能。纵观以往研究成果,薄膜生长表面离子的轰击作用是产 生相分离 和产生纳 米多层结 构的决定 性因素[22,29,30,33,34]。高的溅射功率和溅射频率、高的偏压、短的电极距离、低的工作气压等因素都有利于增大等离子体的离子流密度,提高离子能量,从而显著增强生长表面的离子轰击作用,使沉积原子能够扩散到更远的距离,在薄膜中引起局部原子富集,自发形成纳米多层结构。但是对于不同的金属元素和制备技术,自发形成纳米多层结构的离子流密度、离子比例和离子能量各不相同。因此,还需进一步研究复合元素、制备技术、沉积参数之间的耦合作用及其对自形成纳米多层结构的影响。
2碳基薄膜自形成纳米多层结构的机理探讨
目前,关于碳基薄膜中纳米多层结构的自形成机理还没有形成统一、完整的解释。生长表面高能粒子的轰击作用是产生相分离和形成纳米多层结构的决定性因素,这一点已经被大多数实验验证,也被大多数研究者所接受。但是薄膜的生长过程与原子在表面上的形核、生长、扩散、粘接,以及原子之间的相互作用、兼并、失稳分解等一系列复杂的过程密切相关。在这些复杂的原子过程中控制纳米多层结构形成的关键因素是什么、离子轰击是如何影响表面原子之间相互作用的、纳米多层结构自形成的起因是基于调幅分解还是与形核生长有关等一系列问题还不 清楚,目前仍处 于争论之 中。关于碳基薄膜中纳米多层结构的自形成机理就目前的文献报道来看,主要包括以下几种解释。
2.1金属与碳不同的沉积速率以及金属对碳的催化作用
Wu等[20,22,29]对制备得到的薄膜研究发现与基底相连的第一层都是金属富集层,因而认为在反应磁控溅射中金属与碳不同的沉积速率以及金属对碳的催化作用是纳米多层结构形成的起因和推动力。但是这种机理没有考虑沉积原子的形核、生长、扩散以及原子之间的相互作用等因素,也没有考虑金属催化作用的强弱对纳米多层结构的影响,更无法解释离子轰击在纳米多层结构形成过程中的关键作用。
2.2调幅分解作用
碳基薄膜在沉积过程中各等离子处于非平衡的不稳定状态,强烈的离子轰击作用可以产生足够的过剩能量,这些过剩的能量被沉积原子吸收进而产生相分离。同时高能离子轰击生长表面,产生表面偏析和次表面扩散区,从而发生上坡扩散;偏析和相分离之间的相互作用也产生积极响应, 沿着生长方向产生成分调节,形成纳米多层结构。Corbella等研究了自形成Ti/C纳米多层薄膜的形成过程,他认为在一定Ti含量下自形成纳米多层结构是基于调幅分解,原子之间的相互作用倾向于相同种类原子克服熵最大化而形成上坡扩散,而初期Ti-C浓度在热力学上的不稳定产生了空间调制,从而分离为富钛和富碳的纳米层状结构[31]。
2.3离子与固体的相互作用及金属晶簇的稳定性
然而,Gerhards等[21]认为调幅分解来解释纳米多层结构的自形成机制是不合适的。因为它没有办法解释为什么在相同条件下C-Au薄膜形成多层结构而C-Cu薄膜形成复合结构。他们认为自形成纳米多层结构是由:1离子碰撞引发的原子迁移;2金属原子在生长表面的分离;3表面原子的优先溅射;4金属和金属碳化物粒子在离子碰撞时的稳定性等过程共同作用的结果。他们认为在离子的沉积过程中,首先一些金属原子在表面偏析形成晶 簇,之后在后 续碳离子C+和金属离子Me+的进一步轰击作用下,这些金属晶簇被溅射出来,溅射系数SM的表达式为:
式中:rf=[C+]/[Me+],是C+和Me+流量的比率;SCMe是后续C+溅射出来的金属原子产率;SMeMe是后续金属原子溅射出的金属原子的产率。当SM>1时金属晶簇不再生长并且随后进入表面金属簇被碳覆盖的稳定状态,继而不能形成纳米多层结构;当SM<1时表面的金属簇将继续生长,之后的碳离子会植入金属晶簇内部,在金属晶簇的表面偏析分离, 最终消除和金属晶簇之间的含量差距,一旦金属晶簇被碳覆盖,其生长会停止,在新生成的碳表面会形成新的金属晶簇, 这个过程不断重复,最终产生碳富集和碳缺少层交替的多层结构。Zutz等[23]通过实验进一步验证了上述观点,其机理模型如图3所示。
2.4其他形成机理
此外,Chen等[32]发现在富Ti层中TiC纳米晶具有很宽的尺寸分布,并且较细小的TiC纳米晶都分布在非晶碳层的下面。因此他们认为产生相分离的驱动力主要是由于形核和生长机理,而不是调幅分解机理。Abrasonis等[33,35]考察了沉积温度的影响,结果表明纳米多层结构的形成与沉积温度关系不大。由于高温下生长表面Ni的扩散会增强,因此他们认为自形成纳米多层结构与扩散过程或调幅分解无关, 而与载能离子 碰撞引发 的弹道扩 散有关。 但是Chen和Abrasonis等都没有给出详细的解释和机理模型。
3展望
利用碳基薄膜自形成纳米多层结构的特征,可以为具有高强度、高韧性及环境自适应特性的新型碳基薄膜材料的设计与制备提供技术支持;同时还可以推广到其它具有磁学、 光学和电学等功能的纳米结构薄膜的设计和制备上,这对促进薄膜材料的技术进步具有重要的科学意义、理论价值和应用背景。尽管目前对于多元碳基薄膜自形成纳米多层结构的研究取得了一些进展,但在实际应用中还有待加强对以下问题的研究。
(1)对于碳基薄膜自形成纳米多层结构的起因和驱动力进行更加深入的研究,并加以一些计算模拟作为机理研究的辅助手段,最终形成统一、清晰、完整的自形成机制。
(2)对于制备过程中各个沉积参数之间的耦合作用及其对碳基薄膜自形成纳米多层结构的影响规律还不清楚,需要进一步的研究。
(3)加强对碳基薄膜自形成纳米多层结构可控制备的研究,通过结构的可控制备,进而实现力学与摩擦学性能的可控调节,实现新型多 功能碳基 薄膜材料 的设计与 制备。同时,PVD技术向着复合化和功能化发展,集多种制备技术的优点于一体,为研究纳米多层结构的自形成机制和可控制备提供新的技术支持。
(4)考察具有纳米多层结构的多元碳基薄膜的力学性能及其在多环境下的摩擦学性能,这对设计、制备适应各种极端苛刻条件下的新型润滑材料具有重要的理论指导意义。
摘要：碳基薄膜作为一种新型的固体润滑材料其结构设计与调控一直是研究的重点与热点。近年来,在利用物理气相沉积法制备金属-碳多元薄膜时发现原位自形成纳米多层结构的奇特现象,研究表明在薄膜中形成纳米多层结构,可以很好地从微观尺度上增强薄膜材料的机械与摩擦学性能,从而利用纳米多层结构的自形成特性使润滑材料实现强韧一体化及多环境适应性。主要综述了在碳基薄膜制备过程中,复合元素、制备技术和沉积参数3种主要的影响因素分别对自形成纳米多层结构薄膜的生长和微观结构的影响规律,探讨了薄膜中纳米多层结构的自形成机制,展望了碳基薄膜自形成纳米多层结构的发展前景。
多元多层 篇4
新课程实施以来, 小学数学课堂教学有了很大改观, 课堂上教师充满激情, 师生互动, 充满探究和研究的氛围, 这充分体现了以学生为主体的新课改理念。在作业设计上, 许多教师观念依然陈旧, 往往过多地依赖教科书和习题集, 投入到作业设计上的精力微乎其微。作业设计不科学, 不仅加重了学生的课业负担, 而且制约了学生学习的灵活性, 扼杀了学生学习的积极性。如何以新课程标准为依据, 设计出内容新颖、有趣, 形式多样, 有层次性的新型数学作业, 提高学生的学习能力, 这个问题应引起数学教师的重视。
如何在学生作业设计上落实新课标精神呢?下面笔者谈谈在新课标下小学数学作业的设计。
一、设计趣味性作业, 适应学生的心理特征
乌申斯基指出:“没有丝毫兴趣的强制性学习将会扼杀学生探求真理的欲望。”学生对所学知识一旦产生浓厚的兴趣, 就会主动、轻松、持久地集中学习。新课标要求教师从学生熟悉的生活实际出发, 选择学生身边的、感兴趣的事物, 激发学生的兴趣与动机。新颖、生动、灵活多变的事物往往更容易引起学生的兴趣, 促使他们的思维始终处于积极状态, 产生强烈的求知欲, 进入最佳学习状态。根据这一规律, 笔者在设计作业时, 尽量做到“活”一点、“新”一点、“趣”一点、“奇”一点, 尽量多设计一些具有童趣性和贴近学生生活的作业, 以游戏、儿歌、故事、谜语等学生喜闻乐见的形式展现, 提高学生的积极性, 激活学生的思维, 让作业变得更生动、更有趣味性。
例如:学习“圆周率”后, 可布置学生上网收集有关数学家祖冲之的资料, 让学生进一步感受我国作为一个文明古国和数学大国的历史。
又如:学习了“数的整除”这单元后, 我用这单元的知识把某学生家的电话号码编成了一道竞猜题。
某学生的家庭电话号码为7位数, 每个数字依次是:
() 2和3的最小公倍数
() 5的最大约数
() 一位数中最大的合数
() 一位数中最大的质数
() 8的最小倍数
() 既是偶数又是质数
() 最小的奇数
() 比所有自然数的公约数少1的数
学生根据这些条件, 猜出了“65978210”这个号码, 果然是某学生家的电话号码。这样把作业寓于猜谜之中, 让学生“吃”得有滋有味, 使学生在“乐”中求知。在此基础上, 再适时让每位学生发挥自己的聪明才智, 把自己熟悉的电话号码进行设计包装, 考考大家。师生互动、生生互动, 课堂气氛生动活泼, 提高了学习活动的有效性。学生学习积极性很高, 都想通过自己提出的“挑战性”问题“难倒”同伴, 这充分展示了学生的自主性、独立性和创造性, 突出了学生的主体地位。
二、设计多层次作业, 尊重学生的差异性
新课标指出:要关注学生的个体差异, 有效地实施有差异的教学, 使每个学生都得到充分的发展。但由于受天赋、家庭、教育等各方面因素的影响, 学生的数学知识和数学能力的差异是客观存在的。在数学作业的设计上, 我们不能搞“一刀切”, 应从学生的实际情况出发, 针对学生的个体差异设计不同的作业, 使“人人都能获得良好的数学教育, 让不同的人在数学上得到不同的发展”。
在教学中, 笔者一般把作业分成三个层次, 对于各个层次的学生提出不同的要求。对低层次的学生:低起点、补台阶、拉着走、多鼓励;对中层次的学生:有变化、多思考、小步走、多反馈;对高层次的学生:多变化、有综合、主动走、促能力。
例如:教学《长方形和正方形面积计算》后, 设计以下三个层次的作业:
A.一块长方形的菜地, 长6米, 宽4米, 面积是多少平方米?B.一个正方形的花坛, 周长40米, 它的面积是多少平方米?C.学校要在操场上用16米长的栏杆围成一个每条边的长度都是整数的长方形或正方形的花坛, 有几种不同的方法?怎样围花坛里种的花最多?
学生可根据自己的能力选择合适的题目进行练习, 诸如思维能力、理解能力都比较强的学生可选C, 有利于培养思维的灵活性和深刻性;中等生可选B, 有利于获得成功的体验, 增强学习的自信心;后进生可选A, 紧扣当天所学的内容, 主要用于巩固新知。对学生练习的分层设计, 可以激发学生的学习兴趣, 能让不同层次的学生各尽所能、各有所获, 不同程度地得到成功的体验。这样的设计会增加教师的工作量, 需要教师持之以恒, 广泛收集教材外的题型设计。
三、设计多元化作业, 让学生多种感官参与体验
课程标准明确指出:基本技能的形成, 需要一定量的训练, 但要适度, 不能依赖机械的重复操作, 要注重训练的实效性。因此, 作业不应当是单一枯燥的解题, 而应是富有色彩、充满情趣的多元复合体, 它是一种凭借, 由此激发学生进行多方面的感官体验, 在愉悦合理的情境中参与数学活动、获取知识, 培养可持续发展的学习能力, 并丰富数学学习的经历。
新课程标准强调, 教学应该通过设计真实、复杂和具有挑战性的学习环境或问题情境, 诱发、驱动并支撑学习者的探索、思考与问题解决这种积极的学习活动, 帮助学习者成为学习活动的主体。所以, 教师要寻求作业创新, 设计形式多样、多元化的作业。鼓励学生以看、听、摸和想象等多种感官感受知识的存在、进行学问的探讨, 完成生动活泼的、精彩纷呈的作业。
1. 观察性作业。
如学习“轴对称图形”时, 可以组织学生分组收集日常生活中常见的图形, 观察它们是否有对称轴, 数出或说出有几条对称轴。这个活动可以鼓励学生主动观察, 设法收集。学生可以结合自己的生活环境, 发现、找到自己熟悉的图形中隐藏的对称轴, 并在交流过程中丰富自己的经验。
2. 调查性作业。
如学习人民币之前先让学生去超市了解各种物品的价格, 从而让学生从生活实际出发熟知各种物品的价位。学习了人民币元、角、分后, 让学生到超市购物, 算一算自己购买的物品一共花了多少钱?又如对全班同学的身高进行调查分析。学校每年都要测量学生的身高, 这为学习统计提供了很好的数据资源, 教学中可以作如下设计: (1) 指导学生调查全班同学的身高并进行汇总。 (2) 从汇总后的数据中发现信息。比如, 最高 (最大值) 、最矮 (最小值) 、相差多少 (极差) , 大部分同学的身高是多少 (众数) 等。 (3) 在整理中, 可以让学生尝试运用多种方法。这样有利于培养学生的创新意识和实际操作能力, 感受数学和生活的联系, 使每一个学生都喜欢学习数学, 喜欢做数学作业。
3. 探究性作业。
如教学了“正方体和长方体的体积”后, 教师可设计这样的一道探索题:如何测量一个土豆的体积?对于不规则物体的体积的测量问题, 可以转化为等体积的规则物体测量。让学生在探索中发现, 可以准备一个有刻度的容器, 先注入一些水, 然后把土豆放入水中, 观察水面高度上升的情况, 再根据公式计算出土豆的体积。让学生在探究中体会等量替换的思想, 这样不仅使学生思维活跃、理解深刻, 更重要的是让学生在探索验证中品尝到学习数学的快乐。
4. 开放性作业。
如:0.5 () =500 () , 让学生在括号里填上合适的计量单位。学生根据所学内容可以填几种不同的计量单位。你还能设计这样类型的题目吗?让学生自己设计:如0.5 () =50 () 0.5 () =5 () 。又如:我校四年级师生325人要去参加社会实践活动, 旅游公司有大客车和小客车, 大客车每天每辆需1000元, 限乘40人;小客车每天每辆需650元。限乘25人。你认为怎样安排车辆合适?这样能鼓励学生从多个角度进行思考和探索, 能培养学生思维的灵活性、敏捷性、创造性, 使学生的综合能力得到发展, 也能让学生从中体验到思考的快乐感和创新的成就感。
小学数学作业设计要以《小学数学课程标准》中的基础理念为先导, 充分关注小学生的年龄特点、兴趣、爱好及个性差异, 以学生的发展为根本, 把素质教育的思想寓于作业之中。这样才能激发学生完成作业的兴趣, 培养学生的主体意识, 养成良好的作业习惯, 挖掘学生的潜能, 并在完成好作业中巩固知识, 提高能力, 使数学作业成为他们发展创造的舞台, 成为他们思维发展的乐园。
参考文献