奈米科技世界的惊奇之旅

1、奈米科技世界的驚奇之旅【東區奈米K-12教育發展中心種子學校花大附小奈米教師團隊教學設計】設計者：李偲華 游時銘、楊慶誠張慧娟、連吳卿、徐平宗一、課程說明單元名稱奈米科技世界的驚奇之旅教材來源自 編教學日期94年9月1日-10月31日教學時間共 5 節教學班級三、四、五、六年級教學者李偲華 游時銘、楊慶誠張慧娟、連吳卿、徐平宗單元目標行為目標一、 認識奈米的意義二、 認識自然現象中的奈米世界三、 培養奈米科技探究的學習態度四、 操作實驗理解奈米現象一-1能理解奈米的意義一-2能說出奈米尺寸的大小二-1能了解種自然界中的奈米現象二-2能蒐集整理自然界奈米現象的相關資料三-1能對奈米科技產生好奇心

2、四-1能操作簡易的奈米實驗設 計 理 念 近來，奈米科技蓬勃發展，為科技業帶來許多的衝擊，也影響人們的生活甚鉅，因此世界各國都積極投入大量的經費及人力推展奈米科技教育，希望藉由教育的力量，從小紮根，培育未來奈米科技發展的人才，我國亦不例外。儘管奈米科技是高科技，對小學生來說似乎很難理解，而且小學裡也沒有精密的儀器可用來觀察真正的奈米尺寸，但是教師們還是希望透過動畫影片及自然界中奇妙的奈米現象，引發學生探索奈米科技的好奇心。教 學 研 究 一、 教材分析：1.介紹有趣的奈米現象：從有趣的動畫切入，讓學生對奈米世界有初步的認識，並引發學生對探索奈米世界的好奇心。2.從自然界中的奈米現象切入，讓學生

3、認識自然界中的四種奇妙現象，及其相關產品的特性。二、 教學重點： 轉換奈米科技相關理論以適合學生學習：對國小學童而言，奈米知識的理論必須做深入淺出的介紹，才能符合國小學童認知學習發展的需求。教學過程，教師必須作教材內容的改變與調整。三、 評量方式：1. 實作評量：實驗操作2. 口頭回答3. 學習態度參考資料：1. 奈米科技武功祕笈 民94 東區奈米科技K-12教育發展中心出版2. 深入淺出談奈米科技 民93 可道書房出版3. 奈米，不是啥稀米 民94 天下文化出版二、課程設計教學活動教學資源時間分配效果評量教師準備小奈小米的驚奇之旅影片。教師自製媒體素材、小白板、白板筆。一、奈米科技世界的驚奇

4、之旅1.欣賞小奈小米的驚奇之旅動畫，讓學生對於奈米科技有個基礎了解。2.分組討論（1）什麼是奈米科技？（2）爲什麼人類會覺得奈米科技很重要？（3）奈米科技會對人類生活造成什麼影響？二、介紹自然界中的奈米現象1.蓮花效應（1）奈米的秘密：運用自製媒體素材向學生介紹奈米級的蓮花效應等相關資料，讓學生明瞭奈米科技與未來日常生活的密切相關，並跟學生一起討論，奈米科技在生活上會有什麼影響？（2）奈米布實驗：引導學生從實驗中了解奈米布和蓮葉表面的細微顆粒一樣，當水滴在其上時，可以將水與接觸面的角度拉大。讓接觸面積更小，再利用水本身的內聚力，及對非極性物質的抗拒，而凝聚成水珠，水珠因為不易附著在表面而開始滾

5、動。（3）校園植物蓮花效應調查：跟學生探討校園中有哪些植物也會有蓮花效應呢?實際走訪校園植物，請小朋友將調查結果寫下來。2.光子晶體（1）蝴蝶蝴蝶真美麗-花間飛舞的蝴蝶其翅膀上的斑斕色彩，其實是鱗粉上排列整齊的次微米結構，選擇性反射日光的結果。Ù翅膀鱗粉具有光子晶體結構的蝴蝶。（2）澳洲的海老鼠其毛髮也具有六角晶格結構。（海老鼠是生活在水深不超過2000公尺的一種海中蠕蟲，身長約15-20公分，身寬5公分，正式名稱為Aphrodita，是由十八世紀的瑞典植物學家林奈(C. Linnaeus)所命名。它的整個背部覆蓋了毛氈狀的長刺，呈現出色彩繽紛的外觀。）Ù海老鼠的毛髮具有六

6、角晶格結構。3.攀岩走壁的勇士壁虎（1）壁虎腳底的秘密:壁虎憑什麼飛簷走壁？壁虎的兩隻腳可以舉起一個胖小孩？ 大多數的壁虎種類都能在陸地或水裡的所有材質表面上停留，牠們爬行的能力是生存的關鍵，甚至可說是生存的利基，因為在搜尋獵物時，牠們飛簷走壁的功夫比起其他生物更容易獵補到食物。大多數的壁虎會從樹上獵補飛行的昆蟲，並吸食樹幹的汁液，偶爾也吃植物的葉和花。此外，壁虎爬行的神技也使牠們能輕易躲避地面上的敵人，譬如同是爬蟲類的蛇。科學家研究發現，壁虎能夠在一塊垂直豎立的抛光玻璃表面，以每秒1公尺的速度向上攀爬，而且只靠一根趾頭，就能夠把整個身體穩穩當當的懸掛在牆上。   

7、; 生物黏附著於表面靠的不外乎是化學黏著或機械作用，甚至兩者兼具。但不同於金龜、蒼蠅、松鼠、貓、老鷹等動物，壁虎攀爬過的表面不會殘留任何的黏液、抓痕或皺摺的痕跡，表示壁虎不是用黏膠似的化學沾黏（從壁虎腳趾的切片可看到淋巴、肌肉、血管等細胞，但未看到能分泌黏液的腺體），也不是靠機械式的抓扒；壁虎之所以這麼能爬，靠的是獨特的四腳功夫-腳趾上的皮瓣。壁虎腳底的祕密    動物學家經由電子顯微鏡觀察大壁虎，發現壁虎腳趾的皮膚是由三個層次的組織構成的精密結構，能夠和接觸面完美接合，不能不說是大自然精巧的設計之一。    這三個層次的結構始於皮瓣

8、（lamella），這是軟質的脊狀構造，很輕易就可以壓縮在一起，因此壁虎的腳趾能貼合像樹幹和石頭一般的不平滑表面。若我們讓壁虎在玻璃面爬行，則能從玻璃背面清楚看到被壓扁的皮瓣（請見圖4-3與圖4-4(a)）。    鑲嵌在皮瓣裡的角質素毛髮，名為剛毛（seta），是一種長約約人髮直徑兩倍（30 m130 m）、直徑約人髮直徑十分之一的捲曲細毛，以平均每平方英寸300萬根的密度分布在皮瓣上，相當於每隻腳上分布有50萬根剛毛。捲曲的剛毛比起直的毛髮更容易壓縮，而且能塞進（伸進）物體表面上極其微小的凹洞裡，使得剛毛只需要稍微彎曲，便可以獲得最大的接觸面積。 &

9、#160;   我們再以電子顯微鏡深入剛毛的尖端，會發現剛毛尖端是由400根到1000根狀如牙醫使用的鴨舌板的匙突（spatula）所組成的，長度大約200奈米至500奈米。（摘錄自【奈米，不是啥稀米】天下文化出版）Ù壁虎腳上有數百萬個毛髮（2）壁虎膠帶：為什麼壁虎膠帶黏力一級棒，卻又好撕，能夠反覆使用？ 科學家仿照壁虎腳上毛髮的幾何排列構造，製成約2微米長、500奈米直徑以1.6微米周期排列的高彈性聚醯亞氨纖維，實驗結果這種高強度纖維每0.5平方公分約可負重大於100公克的物體，並可數次重覆使用，被名為壁虎膠帶。目前這種新膠帶仍在試用階段，研究人員正積極尋找更防

10、水、價廉的其他材料，如用於製造防彈衣的克拉纖維複合材料（kevlar），材質輕且抗拉能力強，也將被試用製造壁虎膠帶。×電子顯微鏡下的壁虎膠帶。4.生物磁性（1）永遠記得回家的路-海龜  關於海龜回遊的觀察研究，對出生在美國東南海岸的一種海龜游動進行的觀察顯示，幼海龜在大西洋中沿著順時針路線出遊，經過若干年後又能回到出生地產卵。這些海龜是依靠什麼導航呢？有的觀察研究者認為同地球磁場有關，並進行了這樣的實驗研究。在裝有海水並加上人造磁場的大容器中，觀測到磁場的確影響海龜的航行。當人造磁場反向時，海龜的游動也反向。這表明磁場是影響海龜的航行的。Ù海龜回遊圖（2）裝著方向

11、記憶雷達的-採蜜蜂 蜜蜂體內因存在磁性的奈米粒子而具有羅盤導航的作用，可以為蜜蜂飛行時的的活動導航，讓蜜蜂外出工作時不會迷失方向。（3）可以摸黑走路回家的-蝦子(龍蝦) 當龍蝦放到被捕處12至37公里遠的地方，在運送過程中，牠們的視覺和嗅覺線索都被除去，然而在釋放後牠們總是是朝被捕的方向前進。就算在運送過程中利用磁鐵來干擾其地磁羅盤感，牠們還是不會迷路。因此龍蝦顯然是有地磁地圖感。5.其他 許多夜行性的飛蛾在夜間飛行時，為了避免被敵人發現，演化出看起來異常漆黑且不會反光的眼睛。飛蛾眼睛的角膜表面具有奈米級的細小突起，甚至還小於光線的波長，所以反光性極低，而且似乎可以吸收來自四面八方的光線，詳見

12、圖四。市面上已有企業模仿此種蛾眼效應，推出不會反光的玻璃，將來在鏡片、電視及電腦螢幕上，應有可觀的應用潛力。DVD影片小白板 白板筆簡報檔奈米布自來水放大鏡簡報檔簡報檔簡報檔20”20”20”20”40”40”40”能認真欣賞能認真聆聽並適時提出問題能認真操作實驗能認真從事調查能認真聆聽並適時提出問題能認真聆聽並適時提出問題能認真聆聽並適時提出問題三、課程省思1.動畫影片生動又具有教育意義，學生很容易融入情境當中，一面欣賞生動的內容，一面省思奈米科技世界的驚奇之處。尤其是欣賞完影片之後的分組討論，學生能藉由問題重新思考影片所要傳遞的訊息。2.自然界中的奈米現象，教師共介紹四種，分別是：（1）蓮花的自潔效應（2）壁虎腳底的祕密功夫（3）光子晶體（4）動物磁，其中學生較容易理解蓮花的自潔效應，應是教師搭配真實的蓮葉以及奈米布的實驗，