以玩碳奈米材料遊戲為主題，發展可適用於辦理奈米寒假營活動之科學遊戲教學模組，能使國小學童認識此一新興科技。遊戲教學模組包含奈米觀念之簡介，碳六十、碳八十、奈米碳管、碳奈米探針尖錐模型等。並以張昭鼎文教基金會辦理國小奈米寒假營活動為例，帶領學童認識自然界中的碳奈米現象，體現以玩碳奈米材料遊戲之教學模組。
 

生活中碳組成的材料有鑽石、石墨、活性碳、碳纖維等，從中得知巴克球（富勒烯）、奈米碳管、石墨烯及奈米尖錐之結構與應用，進而了解碳奈米材料家族的結構與鍵結。

富勒烯（fullerene）是一種完全由碳組成的中空分子，形狀呈球型、橢球型、柱型或管狀。富勒烯在結構上與石墨很相似，石墨是由六元環組成的石墨烯層堆積而成，而富勒烯不僅含有六元環還有五元環，偶爾還有七元環。碳奈米管是由層層結構近似於石墨的蜂巢狀碳原子薄層，緊密包裹而成的中空長形圓柱體，其兩端為柱形的未飽和石墨，並扣上五邊形的環狀蓋帽，其圓柱直徑只有數奈米寬，而柱身卻有千分之一米長，因此長寬的比例很大。在肉眼可見的儀器設備中，這種尺寸的分子設備是史無前例的，因此在奈米管的專業應用上，正呈現大規模的成長。

碳奈米管是1991年由日本NEC公司的飯島澄男所發現（Iijima, 1980），當時的他正在研究多碳化合物電弧蒸發合成在陰極的沈積物。他發現陰極沈積物的中心位置有各式各樣閉合的石墨結構，包括之前從未被觀察到的結構類型－奈米粒子和奈米管。不久之後，科學家便陸續發現，他們只需改變電弧蒸汽的條件便能製造出大量的奈米管，於是世界各地的實驗室便開始爭先恐後地投入奈米管物理和化學性質的研究工作。巴克球和碳奈米管都是在碳氣化成單個原子後，在真空中或惰性氣體中凝聚而自然形成的，這些碳原子凝聚結合時會組合成各種幾何圖形。巴克球是五邊形和六邊形的混合組合，而不同的混合產生不同的形狀。典型的奈米管完全是由六邊形組成的，每一圈由10個六邊形組成，當然也有其它的結構。巴克球與巴克管具有多種性質，科研人員積極研發它們在雷射、超導領域以及醫藥領域的應用前景，並取得了不少成果。

以下介紹相關的遊戲教學模組設計，包含奈米觀念之簡介、碳六十、碳八十、奈米碳管、碳奈米探針尖錐模型等遊戲教學模組，以張昭鼎文教基金會辦理國小奈米寒假營活動為例，體現以玩碳奈米材料遊戲教學模組。

 學習目標

遊戲教學模組的學習目標在讓學童：
1. 了解物質大小尺寸有別，甚而物質的尺寸數量相同，但是排列不同其性質亦有差異，進而能了解奈米尺寸的相對大小。
2. 認知物質大小尺寸變成奈米尺寸時，特性會改變。
3. 拉近與碳奈米現象的距離，認識自然界中已存在的奈米現象。
4. 了解現在社會中碳奈米科技的應用，明瞭碳奈米的應用潛力。

 遊戲教學模組內容設計與學習目標之關係

遊戲模組一：初探奈米科學─奈米尺度的相對大小
學習目標：了解奈米尺度的相對大小。
器材：棉繩、剪刀、尺
1. 各組分發一公尺長的棉繩，將其對半剪開後，請學童剪成10公分長的棉繩，再由10公分長的棉繩剪成1公分長的棉繩。並以1公分的棉繩，請學童剪成最細的繩條，並以分組競賽的方法鼓勵，此時最細的棉繩約0.1公分。將1公尺、10公分、1公分及1公厘的棉繩排列一起比較其大小。
2. 特別將1公尺與1公厘比較說明千分之一的大小，引導出奈米即為3次的千分之一，因此是很小的長度單位。
3. 請學童利用不同的方法將現有的棉繩排列出10公分的長度。學童應有(a)以100公分的長棉繩剪成10公分，(b)直接以一條10公分棉繩排出，(c)另以10個1公分排出10公分長度等三種方式。

小活動大樂趣：
1. 8公分平均分成八等分，一等分就是　　　　公分。
2. 毫米是米的千分之一，寫成　　　　米，微米是毫米的千分之一，寫成　　　　米，奈米是微米的千分之一，寫成 　　　　米。


遊戲模組二：初探奈米科學─表面效應
學習目標： 相同質量的材料，顆粒越小，接觸表面積就會越多，活性就越大，表面效應就越強。
器材：軟磁鐵片、彩色圖版
1. 將1個10cm立方體外包的軟磁鐵片拆下，平貼在彩色圖版上。
2. 將相同體積，8個5cm立方體外包軟磁鐵片拆下，平貼在彩色圖版上。
3. 比較相同體積、不同大小立方體所形成的表面積大小的異同（後者的表面積是前者的二倍）。


遊戲模組三：碳奈米材料─碳六十（C60）分子（巴克球）模型組裝
學習目標： 了解C60是由60個碳所組成的，知道頂點的數目和是60，要發揮推理及組裝能力來推算出有32個面，可以由12個五邊形加上20個六邊形所組成。
器材：巴克球組；組裝過程如表1。

小活動大樂趣：（單選題）
1. 為什麼叫做巴克球？
　(1) 發現者名字叫巴克。
　(2) 巴克球會發出巴克巴克的聲音。
　(3) 巴克球是巴斯光年做出來的。
　(4) 巴克球是在巴西發現的。
2. 一個巴克球含有幾個五邊形？
　(1) 10。　(2) 11。
　(3) 12。　(4) 13。
3. 一個巴克球含有幾個六邊形？
　(1) 19。　(2) 20。
　(3) 21。　(4) 22。

 結論

（一）學童常會有細菌是最小尺寸物質的迷思
可以在遊戲模組一時特別強調各種物質的相對大小關係，一般細菌大小約在750至1250奈米之間，常較通常的奈米粒子大許多。而且奈米粒子亦非最小尺寸大小的物質，還有比奈米粒子更小的粒子。

（二）對學童接觸科普活動而言，應該是首次接受遊戲模組四「碳奈米材料─碳奈米探針尖錐磁珠模型組裝」
建議在進行教學前，可以先進行手指柔軟的暖身操動作，以利碳奈米探針尖錐磁珠模型組裝。

（三）學童也較少接觸遊戲模組五「碳奈米材料─奈米碳管模型組裝」
建議放慢教學進度，漸進地導引組裝出一彎曲形奈米碳管。