2017年4月26日

定點攝影看見鋒面通過

4/11一早看見鄭明典主任貼出了一張照片,有網友在竹北拍到了冷空氣前緣的滾軸雲通過的畫面。



我想說竹北跟我還蠻近的,平常一直在做定點攝影的機器應該也有錄到吧。回家之後把上傳到雲端硬碟的照片下載下來看,再把它們轉成影片。結果....



並沒有看見明顯的滾軸雲,但是可以見到在八點多時低空出現一團雲。我拿這影片去問鄭主任,問說是不是滾軸雲呢,他很親切地就告訴我:「受地形影響,滾軸雲會變形,不容易判定。影片最後可以看出來風向明顯轉變,那也是鋒面通過的特徵~」

喔喔,所以雖然沒有拍到明顯的滾軸雲,但是透過定點攝影我倒是也拍到了鋒面通過呢。

這次使用的機器是motionEyeOS的樹莓派

2017年4月24日

遺傳黑盒活動-基因解謎的卡牌遊戲

這個活動是修改這篇《遺傳黑盒活動-猜猜你的基因型是什麼
活動目的:學生透過活動自己產生與紀錄各種的譜系圖,在只知道表現型(黑和白)的情況下,要判斷出表現型黑色和白色,哪個是顯性,哪個是隱性。

準備材料:一張數字對照表,還有數張數字卡片(使用空白名片卡紙,上頭直接書寫數字)。對照表是用來對照不同的數字組合會代表什麼顏色,比方說拿到卡片3和5,就是組合出黑色。




每組分三個人,稱為ABC。A和B分別代表爸爸和媽媽,C則是負責告訴A和B,他們代表的顏色,還有他們生出的子代是什麼顏色。

每組發下一張對照表還有一疊卡牌。A和B全程都不可以窺看卡牌上的數字為何,一切只有C可以看。

A和B先從那疊數字卡牌中各抽取兩張,但不可以看牌。這些數字代表A和B所帶有的基因型




假設A抽到3和7, B抽到2和11,那麼C就根據對照表查詢,知道兩個人的數字組合都是白色




接下來AB兩人個別隨機出一張牌(但自己不能看牌內容),牌面給C看,由C告知他們生出的小孩表現出什麼顏色。



連續做數次隨機拿牌出來再收回,要做幾次可以自己決定



把父母、小孩的表現型整理成譜系圖,然後看看能不能判斷出黑色和白色哪個是顯性。以這個例子來看,目前是無法判斷的,所以可以再將原牌丟回牌堆裡,混合洗牌後重抽,再重複以上步驟。直到覺得已經可以判斷出顯隱性。


討論的問題:
1.如何判斷顯隱性?
2.不同的數字代表不同的等位基因,有的是顯性,有的是隱性,你能夠從剛剛的活動中判斷出哪個數字代表顯性嗎?




遊戲的設計祕密
其實我給予的卡牌並非從1-19號都有,只有用到8個號碼,所以真實的對照表是長這樣的8x8表格。不過這樣的對照表若是給C看到,聰明一點的應該就會猜出其實白色是顯性。

為了隱藏這樣的資訊,所以我將對照表擴張為19x19,並且亂寫那些不會出現的號碼組合顏色,如此一來即便拿到了對照表,你也無法直接判斷出黑色白色哪個是顯性。
對照表設計的檔案在此,掌握設計原則後,要把黑白改成其他性狀也都可以,或是重新製作數字也都行。

順便一考,從這張真實的對照表中,你判斷得出來哪些數字代表顯性的等位基因嗎?


2017年4月23日

演講紀錄-探究課程工作坊之分析與發現(10)-結語

這次演講沒有把分析與發現每部份都談,像資料變資訊的方式和原則,我就沒細說,畢竟這是比較細節的部份,常常是要看案例的不同,才能決定要怎麼呈現。(後續的工作坊,我就會著墨於這個部份了)

還有思考智能當中的批判思考和論證那些,在分析上也很重要,演講時沒多講,不過我倒是有特別強調運算思維。

準備這場演講耗神不少,平常有什麼想法就用Google Keep記錄下來,整理簡報前一週再用Coggle整理架構,把自己非常發散的想法理出頭緒。整個過程就像是把幾十個纏在一起的耳機線解開,然後還要把這些耳機線頭尾相接排好好,變成有序的架構,這真是要思考設計很久,不過每次結束都可以讓自己又練到一些功夫,也是很有價值的。

結束之後,又花了一週的時間,把自己的簡報、思緒再度整理成前面九篇Blog文章,而且還添補更新了一些自己的想法與作法,寫一寫也有超過一萬字。雖然超級花時間,但是最大的好處是自己紀錄下來,以後可以再回頭看看自己的軌跡。

演講紀錄-探究課程工作坊之分析與發現(9)-生物課本裡的活動與實驗

在生物課裡怎麼做分析與發現?
要說分析與發現,似乎就是需要有數據能作圖的實驗吧?不過生物課裡頭有多少是有數據的實驗呢?

為了回答這樣的問題,我把國中生物教科書裡的活動整理如下表。

也許各位有不同的分類方式,不過我是這樣分的,第一類是學工具和方法,像是顯微鏡的使用、製作檢索表和算族群數量。

第二類是資料解讀,如天擇的探討。其實這類是我覺得天擇的探討放到右邊的第三類也怪怪,所以另外成一類。

第三類就是典型的會進實驗室進行的實驗或活動了。


是實驗還是活動
在準備這次的演講資料時,翻閱了國中理化的教材,赫然發現理化課本裡稱呼學生做的那件事情都叫做「實驗」,但是生物課本裡都叫做「活動」

什麼叫實驗?什麼叫活動?活動是比較廣的稱呼,就是課程進行的時候,那些非講述式的、用來驗證、理解課程內容所作的那些事情。而實驗是具有實驗設計基本原則的那些活動(基本原則就是設置重複、隨機排列、誤差控制....)

那這樣的界定下,生物教科書裡頭有沒有實驗啊?讓我把上面的圖再放大一些,看看那四個象限。大多數的活動都是觀察型的活動,也不會透過量測或計算產生有數字的結果。而即使是有實驗組對照組設計的實驗,也多是沒有產生量化結果的。

要說是真的有實驗設計,而且真的可以用數字描述結果的,就是蒸散作用(看芹菜在有無葉子的時候進行蒸散作用,在量筒裡留下了多少水),還有心音脈搏的測定(量運動前後)。

這也難怪有一個高中生說,他在國中七年級的生物學到自然,到了八年級理化學到了科學。


生物活動裡可以產生數字的實驗怎麼會那麼少呢?生物實驗裡,如果範疇是在個體裡發生的事,那麼就是跟生命現象有關係了。生殖和生長多數無法在短短一兩節課觀察到(不過也有啦,像是花粉管生長),而感應和代謝相對好操作,像是植物感應或動物行為,而代謝如酵母菌發酵。時間不允許加上量化不容易,所以就會比較難規劃出產生數字的實驗。

讓活動變成實驗
想要讓學生多做一些實驗活動,一種作法是外加,但由於時間因素,有時候會替代原有課本活動,但這在有統一教材的考試狀況下不太容易進行。(當考試考的都是課本的實驗,結果你作的都不是課本的實驗,那這樣老師要承擔的壓力就重了)

另一種則是延伸,讓本來的活動多加一些可以討論分析的元素,讓其接近探究的實驗。我認為這是比較容易進行的。我是這樣想的,把上圖的平面圖,再多一個Z軸,變成三維的立體分類,延伸的方式就是思考「讓活動朝向量化或有實驗設計或能運用思考智能」:



具體地說就是:
1.是否可以將質性描述的結果量化?
2.是否可以讓觀察活動增加實驗設計?增加操作變因。
3.是否可引導學生從觀察到的結果,運用思考智能做不同方向的延伸。

舉幾個例子來說

  • 觀察洋蔥細胞,就看看加鹽水、加清水有什麼不一樣。或是分組觀察不同部位的洋蔥鱗葉細胞,估計大小。(參文:洋蔥表皮細胞會長大
  • 觀察水中小生物,練習估計視野裡有多少微生物,不同水樣裡的差異是什麼,水樣表面和深層不同位置的差異是什麼?
  • 醣類的測定,除了檢測不同食物的醣類,也可以檢測同一種食物在不同處理下的改變,像是煮過和沒煮過的飯。或是同一種食物的不同位置的醣類差異,像是花生殼和花生種子的澱粉是否有差異。
  • 反應時間的測定,可以看看在不同干擾情況下的反應時間。接尺時同時回答問題,或是同時要按手機。(參文:接尺反應延伸實驗
  • 營養器官繁殖,看看不同環境下的馬鈴薯或萬年青生長情況如何?(參文:2011寒假作業紀錄-探究取向的營養器官繁殖實驗
  • 觀察顯微鏡之後,讓學生運用想像創造的思考智能,想像如何改進顯微鏡,創造出新的顯微鏡。(參文:設計一個顯微鏡吧
  • 觀察了顯微鏡下的細胞,運用建立模型的思考智能,將平面的細胞在腦子裡建構出立體的樣子,然後實際捏出來。(參文:用樹脂土製作的細胞模型
  • 運用推理論證與批判思辨的思維討論演化的文本內容:
    如我在2011整理的這篇《從閱讀進行探究的例子-演化》提到的,Joseph Schwab所稱的enquiry into enquiry(探究中的探究,現在想想叫做「從探究到探究」似乎也可以表達其意義)。這是透過文本的思考,去理解科學探究時發生的過程。這篇《生物教師手冊 Ch6-2 探究活動-天擇》也是這樣的方向。

實驗進行時,也不需要每一組都做一樣的,可以用平行化的設計,同時讓不同組學生進行不同變因,像是唾液澱粉酶的活性實驗,可以全班分三種溫度進行。

產生量化實驗或是實驗設計並不是目的,而是手段,重點是讓教師有更多素材指導學生探究能力的「思考智能」和「問題解決」。


收集數據的方式
生物實驗的數據其實不多啦,但是遇上要收集全班的數據來做分析時,也是很麻煩的,以下提供一些方式。

1.Google表單:製作出來的表單,用縮網址或QR code,當學生得到個人或各組數據後,即時上網填報,目前我有三個實驗會用到Google表單來收集數據:美人尖的遺傳、我們像不像、接尺反應時間。(參文:從反應時間學交通安全(2016課程紀錄)用Google表單玩遺傳活動

2.Poll everywhere:線上投票的網站,可以直接產生圖表,目前用到的活動是統計全班身高,可以直接產出長條圖。(參文:平板電腦搭配poll everywhere進行課程互動
ppt.cc/b7GWl

3.貼紙+大方格紙:全員投票,投完票就產生出XY圖
我在內分泌單元或是遺傳單元講到身高的時候,會提到政府機關會利用教育機構進行國民的身高和體重的調查,藉此建立身高或體重的常模,然後藉此判斷個體是否有不正常。而年齡、身高和體重此三個因子的數據作圖,除了可以做出生長曲線,也可以做出評估BMI健康體位之用。像生長曲線、BMI的建立,其實就是建模的過程。(參文 每年身高怎麼長

每個人發一張圓形貼紙,黑板貼的是大張的方格紙(A4拼接),橫座標是身高、縱座標是體重。大家上前找到自己的位置,把貼紙貼上去,貼完後,全體的數據也就自動收集變成資訊了。



用這張圖可以來談建立模型,初步的作法是利用線性迴歸建立趨勢線,不過光是一條線並不足以描述標準體重,因為標準體重是個區間範圍。






在這圖裡,標準體重是個白色區間,是一個範圍。(紅色是過重、白色是理想、藍色是過輕)



圖源:http://www.weightlossresources.co.uk/logout/news_features/idealweight_w.htm



平常上課學生都同齡,所以都沒辦法拿來比較年齡,但這次研習成員有不同年齡層,所以就可以做出比較特別的XY圖了。這是要做出「年齡與水晶體彈性的關係」,水晶體彈性是以眼睛能看到的最近清楚距離來評估的,能看得越近,水晶體就越有彈性。(這個主題是跟蔡任圃老師那學來的)

拿一隻尺放在眼下,看看眼睛能看到最清楚的尺刻度是多少(感謝帥氣的黃子欣老師擔任此照片的模特兒)




最後做出的XY圖如下,橫座標是年齡、縱座標是能看到的最近距離。

2017年4月17日

演講紀錄-探究課程工作坊之分析與發現(8)-專注於解決問題的思維模式

讓我們回頭重新檢視問題解決的「分析與發現」。在這步驟當中,兩個地方談到了思考智能。

首先是要運用思考智能將存儲轉變成看得到的資料,再來是要用思考智能把資料轉為看得到的資訊。這邊的思考智能是什麼,我們得跳出去,用高一點的角度看看。


分析與發現的翻譯視覺化



如同在Google Maps上,我們zoom out看一個比較大的地圖,然後平移又zoom in。從「分析與發現」zoom out ,看到他是問題解決的一部分,問題解決是探究能力的一部分,而探究能力另外一塊是思考智能,是容易被忽略的一塊。

探究能力



思考智能(thinking ability)是個廣泛的概念,包括想像創造、推理論證、批判思辨與建立模型,要將存起來的存儲轉變成看得懂的資訊,就需要這些思考智能的運作,而其中我認為「運算思維」就藏在「建立模型」這裡。

仔細閱讀課綱裡關於「建立模型」的敘述,它包含了這些:




理解模型的特性,理解有不同的模型的存在,評估不同模型的優缺點,分析模型的特性,要能用「比擬或抽象」描述系統化科學現象。


模型是什麼?我在這篇《生物課程裡的模型製作》提過我的想法


這些示意圖嘗試要將科學裡那些看不到的、抽象的事物具象化,有些是尺度上的變化,把很小的細胞放大或是把葉綠體的內部繪出立體示意圖,有些是用來類比,比方說呈現酵素的鑰匙模型,有些則是去蕪存菁,隱藏其他不相干的物件,像是呈現人體內消化系統、泌尿系統的樣子(所以看這些模型的時候,你不會同時看到其他器官)
當科學家/教科書作者/教科書編輯/教學者用模型來呈現這些事物時,其實和實體都會有一定程度的落差,但學習者卻不一定知道那之間有落差,以至於相信模型本身呈現的樣子,而不知道該事物的真實樣貌。(理化老師想想原子模型、生物老師想想細胞模型、地科老師想想太陽系模型)

具體地說個例子,插圖繪者將平面的紅血球顯微圖像繪製成立體圖(其實還是平面),這是繪者/編輯建立模型的方式,而學習者需要將這個平面的立體圖,在心像中建構出立體的樣子,這是腦裡的建模,如果沒建好就會以為紅血球其實只有凹一邊,因為平面上就是只能看到一個方向啊。

這樣的落差是資訊傳達過程必然會產生的結果,但是能不能有一些方式能讓教學者偵測學習者是否理解模型代表意義呢?其實就是具體的再建模。針對立體模型的這類模型,說穿了就是讓學生用黏土再做出立體的樣子,不過因為並不是所有的模型都是屬於這種平面與立體的模型,所以不是說把所有示意圖都拿來作立體模型喔。比方說長頸鹿演化過程的那個示意圖,那也是個模型,但它是個縮短時間尺度的概念模型,沒事把它變成立體的也沒什麼意義啦。


諸如示意圖、人體簡化器官模型、原子模型、太陽系模型都是模型,模型的產出,一定是經過了經過運算思維所稱的抽象(摘要)的過程,也就是化繁為簡。



我之所以要特別強調運算思維,那是因為這是專注於解決問題的思維模式,如果我們只是跟著實驗步驟,不理解其中設計的思維,那就只會認為那是食譜而已。重點是為什麼要這樣設計,設計的後設認知是什麼?

經過前二篇的說明,我希望大家能理解,其實我們經常在使用運算思維,只是我們沒有意識到而已。而當我們開始意識到我們正在使用運算思維之後,我們就更能利用運算思維來解決問題。就像我們訓練肌肉時,意識到哪條肌肉正在收縮,那麼我們就可以更專注地利用那部份肌肉的運動。

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