2016年1月23日

讓國中生帶小學生-大手牽小手課程

寒假剛開始的幾天,1/21 1/22,我們學校辦了大手牽小手的數理科學營 ,對象是小學生。我們生物科的課程是學習單式顯微鏡的製作,並且利用uHandy看自己製作的標本。

這些製作或觀察,對於我的七年級學生來說,已經是很熟悉的技巧,所以我在這個寒假的課程裡,就讓我的學生們,直接擔任各組的助教,去教小學生。這對這群學生來說,是很重要的,因為可以把自己學會的東西教給別人,這也讓他們能夠成長。


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2016年1月18日

µHandy行動顯微鏡新版本預購喔

一年多前開始用µHandy這款行動顯微鏡,效果很好,課程裡只要有談到細胞的部份,我只要給學生玻片,他們就可以直接在iPad上觀察,不用我費盡唇舌來跟他們說半天。像是肌肉、血球、維管束、神經...,反正都有現成玻片可以用,而且用uHandy很方便觀察。

方便觀察的原因是不用對焦,因為他們設計時就已經設定了對焦的位置就是在蓋玻片下,所以玻片放進去就可以直接看。(如果真要調焦,有些APP也是可以調焦的)

之前寫過一些文章講這個的特點,就有些朋友也想買,但那時候的價錢比較高。不過前陣子uHandy的朋友帶來他們新的產品跟我討論,因為製程改變了,所以價錢也可以降低了。之前是金屬的光源載台,現在改成塑膠的,另外還有一些新的設計。

一月底前的預購價是1390元,然後會有兩種固定片(玻璃與不鏽鋼)。預購結束後就只會有玻璃的固定片喔。左上角是新版本的載台、左下角是鏡頭和新的固定夾、右上角是玻璃固定片、右下角是不鏽鋼的固定片,除了這些以外,還有一些簡易採集工具組與顯微探索日誌。




玻璃的固定片,可以直接拿膠帶沾取標本,再貼上玻璃固定片就可以觀察(不用載玻片、蓋玻片),操作方式請看這小朋友的影片。



不鏽鋼的固定片,是適合放傳統玻片的(就是那種自己作的,或是買現成的玻片)。我之前的課程就都是用這種固定片。(Google 阿簡 uHandy)


他們的新網站在此。預購也是上那裡去買,如果是學校要買,那就寫信去聯絡囉。

uHandy: My Tiny Journey

2016年1月13日

QGIS作透明的立體等高線地形模型

最近很著迷於作立體模型,像上次有作過3D列印的客製化地形模型,就是要作哪就可以作哪。但是啊,如果別人也想要作,好像就沒那麼簡單了,於是乎我又開始尋找其他的方案。

我在搜尋日本的資料時,用了「等高線模型 作り方」來搜尋。看到了一些作法,比較常見的就是用珍珠板或保麗龍板,把每個高度都切出一片片,例如100m的就一片,200m的就另一片,最後再一層層黏起來。

還有一種很有意思,是用透明包裝盒來製作的(作品見此連結),在第一個盒子畫上100m的,第二個盒子畫上200m的,最後再把這些盒子疊起來就可以變成立體的等高線模型。

前幾天還看到一個作法(連結在此,這裡可以看到最終作品),是把做出來的等高線圖拿去雷射切割再黏貼起來的,可以做得很精緻。

無論是哪一種,前提都要有等高線的地圖,然後再做後續處理。於是乎我自己找了資料,摸索了一兩天,終於也做出了簡單版本的透明等高線立體模型了。

瞧瞧,這大小大約是一個手掌大,是把等高線印在透明片上,然後透明片再一層一層疊起來,每層都是用泡綿膠黏的,所以就會有厚度。

一張A4可以印製9張圖,這個單個的成本應該是可以在10元內

另一種則是使用了透明便當盒,免洗餐具店一包100個,賣120元。這個模型用了12個便當盒,再加上用的圖版略大,一張A4印兩張圖,算一算成本大約是30元以內。

透明片就直接用透明膠帶黏在盒子上就可以,黏貼算簡單。雖然透明片和盒子都是透明的,不過好幾片疊在一起,還是會有霧霧的感覺。

從底面看地形模型,原本的高山就會變成盆地了。


製作的步驟都算簡單,但是圖片哪裡來呢?

首先是圖資,這來自NASA與METI推出全球數值地形資料(GDEM)第二版,中研院有下載拼接起來了,請到下面的連結下載

臺灣30米數值地形模型資料(DEM)第二版

下載之後,就是用QGIS取出等高線和出圖了,老樣子,錄影教學比較容易學會啊。




2016年1月12日

用SciBrick作繪圖工具- 等高規トースカン(scribing block)

看看這橘子有什麼特別的呢?你有看見上面一條條的線都是平行的嗎?你知道要怎麼在一個立體的物體上畫出這樣的平行線嗎?


有一種工具叫做トースカン,英文叫做scribing block,我不知道中文怎麼稱呼那個東西。你用那個詞去Google一下圖片,會看到那個樣子。

補充說明,SciBrick社團網友回覆,這個東西的中文名字好多種...劃線架/劃線盤/鉗工劃線盤/劃線規/劃針/ 等高規。


看看這篇,知道那個工具可以用在雕塑、作工藝品,它能夠在立體物件上繪製出參考線。先畫一張設計圖,然後在立體物件上用那個工具畫上參考線,之後要作雕塑就可以有依據
http://www.dab.hi-ho.ne.jp/artos/tosukan/tosukan2.html


那麼來看看要怎麼做出這個工具呢?就用SciBrick就行了。

側面看一下,油性筆是用兩片短板夾著,然後再鎖在長板上面。

換個角度再看一張,比較知道是怎麼鎖的。


當然不是只有可以固定筆,也可以拿來固定放大鏡、雷射筆等工具喔。

2016年1月10日

光碟機改裝的針筒幫浦

 突然想試試看作一個針筒幫浦,想到了之前拆出了一些光碟機,於是拿了M6螺絲、螺帽,還有SciBrick組了一下。

四角的立柱是M6螺絲


翻到底面,可以看到針筒是用SciBrick夾住的,而活塞桿則是用光碟機讀取頭推動的。


我曾經試過用25mL的針筒來測試,結果發現光碟機的步進馬達推不動,後來換成這種3mL的才勉強推動。

如果要拿來推動大容量的針筒,我看還是要用42型的步進馬達比較適合。不過這種小型的光碟機步進馬達,還是很適合作一些小型的改裝。


目前這種配置下,能夠推動的體積解析度可以到多少呢?算算看

這個步進馬達配置的螺桿間距是3mm,也就是轉一圈會前進3mm
然後這種步進馬達轉一圈是走20步,用easy driver來控制的話,可以到1/8微步
也就是走了20*8微步之後,會前進3mm
一微步就是前進0.01875mm

這個3mL的針筒內徑是9.54mm,半徑就是4.77mm
當步進馬達走一微步,能推出的液體容量就會是
3.14*4.77mm*4.77mm*0.01875mm
=1.34mm^3
=1.34uL

不過這是理論值,實際上還是會因為很多因素而改變推出的量

Instructables網站上有一篇是用3DP去印出針筒幫浦的外殼,然後寫code去控制的,之後如果我要作,也可以用那來參考。

2016年1月8日

澄清石灰水的表面凝結

今天作了活動-用澄清石灰水檢測二氧化碳的活動,活動中不小心把石灰水撒在桌面上了,正當要清理的時候,突然發現石灰水表面已經出現「凝結」的現象。

一時玩心大起,乾脆拿起吸管吹起石灰水表面,好玩的是,隨著吸管吹過,石灰水表面也立刻出現「凝結」的表面。

上頭所說的凝結,指的是形成碳酸鈣的現象。也不知道這可以幹嘛,但是就覺得很有意思,好像有一天會拿來用,不如就先紀錄下來吧。
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2016年1月6日

塑膠袋作呼吸相關活動

前面這一篇「串起恆定的一系列活動-體溫、氣體、水分」,說的主題其實是塑膠袋和運動作恆定活動。

其實還沒有寫完,塑膠袋還可以拿來作一些活動喔。我當然知道用塑膠袋其實挺不環保的,所以盡可能的讓塑膠袋可以一直被利用,而不是用完就丟。

首先是呼吸運動的模型,一般都是用寶特瓶加上氣球,不過有作過的就會知道,由於氣球太有彈性,充當橫膈的氣球不容易裝配,而且沒兩下氣球就裂開,或是鬆開。

其實可以用塑膠袋代替氣球,會方便很多。

充當肺臟的塑膠袋,用橡皮筋反綑在瓶口,而充當橫膈的塑膠袋則是用膠帶黏貼在瓶底。底下的照片看起來真是不清楚,不過那是因為都是拍透明、半透明的東西所致。實際上的狀況自己做了就會知道,效果會很好。透過一些特別的調整,可以讓肺充氣時,盡可能貼緊瓶壁(這個就是氣球很難達成的)。調整的方式也是自己試試看就知道了,關鍵在於「減少體積」。




第二個可以用塑膠袋協助的就是綠豆的呼吸作用,說穿了就是用塑膠袋裝綠豆,那麼這可以怎麼應用呢?

塑膠袋軟質,可以用擠的就把氣擠出來,也可以插吸管、風管來將氣導出,或是也可以試看看倒入石灰水,直接搖晃。也因為塑膠袋方便操作,也能一人兩人使用一袋來設計不同變因。

2016年1月5日

QGIS製作行政區圖

最近有人問我說,他想作地圖,是像搜秀資源網那樣的行政區圖,有什麼方法可以作?
我說很簡單哪,只要有QGIS和政府開放的圖資就可以了。




QGIS是一個開放原始碼的地理資訊系統軟體,
政府開放的資料則都是在政府資料開放平臺,以前這類圖資都要去交通部運輸研究所下載,然後他們也不會常常更新,現在都在政府資料開放平臺之後,有什麼地理變更,都會作更新的。

要搜尋那些圖資,可以用「TWD97經緯度」這個關鍵字去搜尋,就可以找到像以下這些檔案
村里界圖(TWD97經緯度)
鄉鎮市區界線(TWD97經緯度)

然後把這些檔案下載以後,再用QGIS開啟就可以。
詳細操作我就錄製成影片來說明,

播放清單在此
QGIS製作鄰里行政區(Youtube播放清單)

個別影片在此


串起恆定的一系列活動-體溫、氣體、水分

教科書裡是用功能來分章節的,像是神經、內分泌、動物行為、植物感應,這些都放在第五章的協調,而第六章的恆定大多數都是講動物的,只有幾段是介紹植物的水分調節和氣體吸收。其實我覺得這樣對於生物整體概念的了解還少一些東西,於是我會把後面這兩章的順序調整成動物生理和植物生理兩個部分。

其實前一次段考也是分成這兩塊,像是養分、酵素、消化、循環我就會連在一起講,談養分怎麼進入細胞,然後才是植物的部分,所以這部份就像是動物生理(上)和植物生理(上),然後第三次段考就是動物生理和植物生理的下。

我會在動物生理談恆定的時候,把核心放在「活動或運動時身體發生什麼事情」,然後用這個核心去延伸出血糖恆定、氣體恆定、體溫恆定...等。像是血糖恆定時,就會讓學生試試看運動後測血糖

體溫恆定就會從測體溫開始,材料就是耳溫槍和體溫計,兩人或三人一組。首先是先說明這個活動最後的結果就是要做出一張折線圖,縱坐標是溫度,橫坐標是時間,要看的是隨著時間體溫怎麼變化,圖上頭有核心溫度和體表溫度兩條折線,當然就是用不同類型的溫度計來測量了。

接著全班一起討論可以有哪些變因,看這些事件發生後體溫有什麼變化。每個班討論出來的變因大致上都相同,只有少數不太一樣,然後先猜測這些變因會讓核心溫度和體表溫度有什麼改變,接著就是實測了。
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從測量到畫出結果的折線圖,其實就是一段科學探究的訓練,包括了怎麼設計表格紀錄,到怎麼製作。比較好的方式就是一開始就設定計時器,然後記錄每次進行活動時的時間,還有每次測量體溫的時間。
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同時也要規劃哪些活動要先做,盡可能不要把你認為會升高體溫的活動擺在一起,因為這樣會沒效果。另外因為有小便和喝水的活動,也要記得先喝水,才比較能尿得出來。因此要先做好順序規劃,每完成一個就打勾一項。
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我發下半張方格紙,讓學生在上面標註做出結果。然後討論幾個問題:

  1. 怎麼知道是恆溫動物?
  2. 恆溫的體溫都維持不變嗎?
  3. 有沒有哪個體表溫度變化跟你猜想的不一樣?


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重點會放在運動這項,大多數學生都會發現運動後的體表溫度會下降,然後就要去猜測原因了。其實主要是因為排汗,汗水蒸發時會帶走大量的熱,所以體表溫度就會下降。

所以現在就把焦點轉移到排汗散熱這件事,這用一些簡單的材料就可以體驗觀察,主要是塑膠袋和橡皮筋就行。而那個黑色膠帶是接下來要做戶外活動用的。
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塑膠袋建議選用聚丙烯這種透明塑膠袋,沒有的話就只好用高密度聚乙烯那種半透明的耐熱袋也行。

這個活動就是無感流汗的活動,手放進袋子裡,用橡皮筋輕輕封口。
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幾分鐘後就會看到內部出現水滴。拿下塑膠袋時也是一個觀察重點,感覺兩手的溫度有什麼不同,那又是為什麼?(可以很明顯感覺到汗水蒸發帶走熱)

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排出的液體就是水嗎?可以用氯化亞鈷試紙來測試。再度測試時,要把塑膠袋翻面,這樣才不會碰到前一次活動產生的液體。再度測試時,準備另一個塑膠袋裝空氣,當作對照組,這部分就是在觀察皮膚能排出水分。
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那麼還有哪裡可以排出水分呢?除了腎臟、皮膚以外,肺呼出的氣體也有水分。
用同樣的塑膠袋就可以測試,把乾燥氯化亞鈷試紙放在塑膠袋之後,略縮袋口,再呼氣進袋口,觀察氯化亞鈷試變色的狀況。

接著用塑膠袋繼續觀察呼氣的狀況,倒一點澄清石灰水進去,一樣略縮袋口,再吹氣進去,搖晃袋子,隨即可以看到石灰水變色。
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從上面的活動觀察得知

  1. 手的皮膚會排出水分,就算沒看到流汗也是會排水
  2. 呼氣會排出水分和二氧化碳
那麼植物呢?一株看起來葉子很乾燥的植物會不會排水呢?用塑膠袋繼續做實驗,套住一部分枝條或是一片葉子,然後用膠帶包住袋口,十幾分鐘後就可以觀察到它們都會排出水分。

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既然都已經拿著膠帶走出教室了,繼續用膠帶來作活動,把枝條轉向用膠帶固定,看是讓葉子翻面,還是枝條往下,總之就是逆著生長的趨勢。隔天再去觀察,這些植物的枝條發生什麼事情。
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這系列的活動要做的就是用簡單重複的材料,來觀察動物和植物的生理反應。

種綠豆的探究訓練

種綠豆這活動看的是光對植物生長的影響,實驗設計很簡單,是一個很合適拿來做為探究過程訓練的活動。

光是怎麼種綠豆就是一個實驗設計了,是直接拿乾燥的綠豆就開始進行實驗了,還是先讓它萌發才種,這就可以拿來討論了。再來是要種幾顆?一顆?兩顆?如果實驗的目的就是想看「光對植物生長的影響」,那又可以怎麼設計實驗?

我的做法就是先弄一個示範包給學生看,使用利樂包來作為種綠豆的環境,因為它不透光,所以這組就是做為沒光的影響,接下來就是讓學生討論怎麼設計變因。

沒光的長這樣,那麼有光的要怎麼設計?如果要設計第三組實驗,還可以怎麼設計?第一組和第二組都是全班一樣的設計,連開孔大小都要一致,分別是沒光的和有光的。
第三組的設計,還要注意控制變因要跟第一、第二組一樣喔,這樣才能夠互相比較。
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十分鐘左右的討論後,得到了數種變因,像是光線的強弱、光線的顏色、光線的方向等,這些就做為每個人作品的第三盒,比方說第三組如果要做光的方向,那麼它開的洞大小就必須跟第二組的一樣,只有位置不同,而如果是做光的顏色,那可能就貼玻璃紙或是改用不同的光源,同樣的,第二組和第三組的控制變因都要一樣才行。

像這位同學做了照光、側面照光和不照光。

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不同變因下的差別都是要引導學生去自己去觀察說出的,像是顏色、下胚軸的粗細、葉子大小等。
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這個實驗結束後,可以繼續做綠豆怎麼長高的觀察,取高一點的綠豆苗,沒照光的和有照光的都拿一些,然後在下胚軸上每隔一段距離劃記一個標記,隔天拿來觀察。

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觀察的重點在於標記的位置怎麼了,提問綠豆是怎麼長高的,此外也讓學生觀察昨日還是黃化的綠豆苗,照了光之後怎麼了。
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學生在標記時,可能會偷懶沒用尺,那麼就是一個試誤學習的好機會,因為可以知道使用測量工具精確測量標記,才可以獲得比較可信的數據。不然如果一開始就隨便標記,隔天來看,就會不知道到底有沒有長高。

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