奈米科技世界的驚奇之旅

1、奈米科技世界的驚奇之旅【東區(qū)奈米K-12教育發(fā)展中心種子學(xué)?；ù蟾叫∧蚊捉處焾F(tuán)隊(duì)教學(xué)設(shè)計(jì)】設(shè)計(jì)者：李偲華 游時(shí)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(xué)日期94年9月1日-10月31日教學(xué)時(shí)間共 5 節(jié)教學(xué)班級(jí)三、四、五、六年級(jí)教學(xué)者李偲華 游時(shí)銘、楊慶誠張慧娟、連吳卿、徐平宗單元目標(biāo)行為目標(biāo)一、 認(rèn)識(shí)奈米的意義二、 認(rèn)識(shí)自然現(xiàn)象中的奈米世界三、 培養(yǎng)奈米科技探究的學(xué)習(xí)態(tài)度四、 操作實(shí)驗(yàn)理解奈米現(xiàn)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(xiàn)象二-2能蒐集整理自然界奈米現(xiàn)象的相關(guān)資料三-1能對(duì)奈米科技產(chǎn)生好奇心

2、四-1能操作簡(jiǎn)易的奈米實(shí)驗(yàn)設(shè) 計(jì) 理 念 近來，奈米科技蓬勃發(fā)展，為科技業(yè)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(jīng)費(fèi)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(fā)展的人才，我國亦不例外。儘管奈米科技是高科技，對(duì)小學(xué)生來說似乎很難理解，而且小學(xué)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(dòng)畫影片及自然界中奇妙的奈米現(xiàn)象，引發(fā)學(xué)生探索奈米科技的好奇心。教 學(xué) 研 究 一、 教材分析：1.介紹有趣的奈米現(xiàn)象：從有趣的動(dòng)畫切入，讓學(xué)生對(duì)奈米世界有初步的認(rèn)識(shí)，並引發(fā)學(xué)生對(duì)探索奈米世界的好奇心。2.從自然界中的奈米現(xiàn)象切入，讓學(xué)生

3、認(rèn)識(shí)自然界中的四種奇妙現(xiàn)象，及其相關(guān)產(chǎn)品的特性。二、 教學(xué)重點(diǎn)： 轉(zhuǎn)換奈米科技相關(guān)理論以適合學(xué)生學(xué)習(xí)：對(duì)國小學(xué)童而言，奈米知識(shí)的理論必須做深入淺出的介紹，才能符合國小學(xué)童認(rèn)知學(xué)習(xí)發(fā)展的需求。教學(xué)過程，教師必須作教材內(nèi)容的改變與調(diào)整。三、 評(píng)量方式：1. 實(shí)作評(píng)量：實(shí)驗(yàn)操作2. 口頭回答3. 學(xué)習(xí)態(tài)度參考資料：1. 奈米科技武功祕(mì)笈 民94 東區(qū)奈米科技K-12教育發(fā)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(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)教學(xué)資源時(shí)間分配效果評(píng)量教師準(zhǔn)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(dòng)畫，讓學(xué)生對(duì)於奈米科技有個(gè)基礎(chǔ)了解。2.分組討論（1）什麼是奈米科技？（2）爲(wèi)什麼人類會(huì)覺得奈米科技很重要？（3）奈米科技會(huì)對(duì)人類生活造成什麼影響？二、介紹自然界中的奈米現(xiàn)象1.蓮花效應(yīng)（1）奈米的秘密：運(yùn)用自製媒體素材向?qū)W生介紹奈米級(jí)的蓮花效應(yīng)等相關(guān)資料，讓學(xué)生明瞭奈米科技與未來日常生活的密切相關(guān)，並跟學(xué)生一起討論，奈米科技在生活上會(huì)有什麼影響？（2）奈米布實(shí)驗(yàn)：引導(dǎo)學(xué)生從實(shí)驗(yàn)中了解奈米布和蓮葉表面的細(xì)微顆粒一樣，當(dāng)水滴在其上時(shí)，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(nèi)聚力，及對(duì)非極性物質(zhì)的抗拒，而凝聚成水珠，水珠因?yàn)椴灰赘街诒砻娑_始滾

5、動(dòng)。（3）校園植物蓮花效應(yīng)調(diào)查：跟學(xué)生探討校園中有哪些植物也會(huì)有蓮花效應(yīng)呢?實(shí)際走訪校園植物，請(qǐng)小朋友將調(diào)查結(jié)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(shí)是鱗粉上排列整齊的次微米結(jié)構(gòu)，選擇性反射日光的結(jié)果。Ù翅膀鱗粉具有光子晶體結(jié)構(gòu)的蝴蝶。（2）澳洲的海老鼠其毛髮也具有六角晶格結(jié)構(gòu)。（海老鼠是生活在水深不超過2000公尺的一種海中蠕蟲，身長(zhǎng)約15-20公分，身寬5公分，正式名稱為Aphrodita，是由十八世紀(jì)的瑞典植物學(xué)家林奈(C. Linnaeus)所命名。它的整個(gè)背部覆蓋了毛氈狀的長(zhǎng)刺，呈現(xiàn)出色彩繽紛的外觀。）Ù海老鼠的毛髮具有六

6、角晶格結(jié)構(gòu)。3.攀巖走壁的勇士壁虎（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(gè)胖小孩？ 大多數(shù)的壁虎種類都能在陸地或水裡的所有材質(zhì)表面上停留，牠們爬行的能力是生存的關(guān)鍵，甚至可說是生存的利基，因?yàn)樵谒褜かC物時(shí)，牠們飛簷走壁的功夫比起其他生物更容易獵補(bǔ)到食物。大多數(shù)的壁虎會(huì)從樹上獵補(bǔ)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?fàn)瓊兡茌p易躲避地面上的敵人，譬如同是爬蟲類的蛇。科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)，壁虎能夠在一塊垂直豎立的拋光玻璃表面，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(gè)身體穩(wěn)穩(wěn)當(dāng)當(dāng)?shù)膽覓煸跔澤稀?#160;  

7、; 生物黏附著於表面靠的不外乎是化學(xué)黏著或機(jī)械作用，甚至兩者兼具。但不同於金龜、蒼蠅、松鼠、貓、老鷹等動(dòng)物，壁虎攀爬過的表面不會(huì)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(xué)沾黏（從壁虎腳趾的切片可看到淋巴、肌肉、血管等細(xì)胞，但未看到能分泌黏液的腺體），也不是靠機(jī)械式的抓扒；壁虎之所以這麼能爬，靠的是獨(dú)特的四腳功夫-腳趾上的皮瓣。壁虎腳底的祕(mì)密    動(dòng)物學(xué)家經(jīng)由電子顯微鏡觀察大壁虎，發(fā)現(xiàn)壁虎腳趾的皮膚是由三個(gè)層次的組織構(gòu)成的精密結(jié)構(gòu)，能夠和接觸面完美接合，不能不說是大自然精巧的設(shè)計(jì)之一。    這三個(gè)層次的結(jié)構(gòu)始於皮瓣

8、（lamella），這是軟質(zhì)的脊?fàn)顦?gòu)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(qǐng)見圖4-3與圖4-4(a)）。    鑲嵌在皮瓣裡的角質(zhì)素毛髮，名為剛毛（seta），是一種長(zhǎng)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(xì)毛，以平均每平方英寸300萬根的密度分布在皮瓣上，相當(dāng)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(jìn)（伸進(jìn)）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?cè)僖噪娮语@微鏡深入剛毛的尖端，會(huì)發(fā)現(xiàn)剛毛尖端是由400根到1000根狀如牙醫(yī)使用的鴨舌板的匙突（spatula）所組成的，長(zhǎng)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(shù)百萬個(gè)毛髮（2）壁虎膠帶：為什麼壁虎膠帶黏力一級(jí)棒，卻又好撕，能夠反覆使用？ 科學(xué)家仿照壁虎腳上毛髮的幾何排列構(gòu)造，製成約2微米長(zhǎng)、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(shí)驗(yàn)結(jié)果這種高強(qiáng)度纖維每0.5平方公分約可負(fù)重大於100公克的物體，並可數(shù)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(jià)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(zhì)輕且抗拉能力強(qiáng)，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(yuǎn)記得回家的路-海龜  關(guān)於海龜回遊的觀察研究，對(duì)出生在美國東南海岸的一種海龜游動(dòng)進(jìn)行的觀察顯示，幼海龜在大西洋中沿著順時(shí)針路線出遊，經(jīng)過若干年後又能回到出生地產(chǎn)卵。這些海龜是依靠什麼導(dǎo)航呢？有的觀察研究者認(rèn)為同地球磁場(chǎng)有關(guān)，並進(jìn)行了這樣的實(shí)驗(yàn)研究。在裝有海水並加上人造磁場(chǎng)的大容器中，觀測(cè)到磁場(chǎng)的確影響海龜?shù)暮叫?。?dāng)人造磁場(chǎng)反向時(shí)，海龜?shù)挠蝿?dòng)也反向。這表明磁場(chǎng)是影響海龜?shù)暮叫械摹?#217;海龜回遊圖（2）裝著方向

11、記憶雷達(dá)的-採蜜蜂 蜜蜂體內(nèi)因存在磁性的奈米粒子而具有羅盤導(dǎo)航的作用，可以為蜜蜂飛行時(shí)的的活動(dòng)導(dǎo)航，讓蜜蜂外出工作時(shí)不會(huì)迷失方向。（3）可以摸黑走路回家的-蝦子(龍蝦) 當(dāng)龍蝦放到被捕處12至37公里遠(yuǎn)的地方，在運(yùn)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(jìn)。就算在運(yùn)送過程中利用磁鐵來干擾其地磁羅盤感，牠們還是不會(huì)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(shí)，為了避免被敵人發(fā)現(xiàn)，演化出看起來異常漆黑且不會(huì)反光的眼睛。飛蛾眼睛的角膜表面具有奈米級(jí)的細(xì)小突起，甚至還小於光線的波長(zhǎng)，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(yè)模仿此種蛾眼效應(yīng)，推出不會(huì)反光的玻璃，將來在鏡片、電視及電腦螢?zāi)簧?，?yīng)有可觀的應(yīng)用潛力。DVD影片小白板 白板筆簡(jiǎn)報(bào)檔奈米布自來水放大鏡簡(jiǎn)報(bào)檔簡(jiǎn)報(bào)檔簡(jiǎn)報(bào)檔20”20”20”20”40”40”40”能認(rèn)真欣賞能認(rèn)真聆聽並適時(shí)提出問題能認(rèn)真操作實(shí)驗(yàn)?zāi)苷J(rèn)真從事調(diào)查能認(rèn)真聆聽並適時(shí)提出問題能認(rèn)真聆聽並適時(shí)提出問題能認(rèn)真聆聽並適時(shí)提出問題三、課程省思1.動(dòng)畫影片生動(dòng)又具有教育意義，學(xué)生很容易融入情境當(dāng)中，一面欣賞生動(dòng)的內(nèi)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(xué)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(xiàn)象，教師共介紹四種，分別是：（1）蓮花的自潔效應(yīng)（2）壁虎腳底的祕(mì)密功夫（3）光子晶體（4）動(dòng)物磁，其中學(xué)生較容易理解蓮花的自潔效應(yīng)，應(yīng)是教師搭配真實(shí)的蓮葉以及奈米布的實(shí)驗(yàn)，