2017年10月30日

以學生身份實際體驗探究與實作的活動-「中等學校教師探究與實作專業發展提升計畫」


週末這兩天北上在師大分部參加「中等學校教師探究與實作專業發展提升計畫」的活動,讓我們用學生的身份實際經歷了數種課堂的探究活動。

觀察描繪
這個活動我很有感,但是我很糾結要不要把步驟筆記得很清楚啊,因為怕有些要參加的人看到就提早破梗了啊。但是不寫下來,換我以後就忘記了,不管了啦。照寫!但是以下有防雷線,請自行閃開。

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2017年10月29日

用「澱粉」當關鍵詞串起養分與酵素的各個實驗活動

教科書裡「養分測定」和「酵素作用」的實驗做了十幾年,最近才突然覺得做些變更,可以讓這些實驗更貼近生活一些,也更能扮演承先啟後的角色。

這個想法是起自我在備養分這章的實驗課的時候想到的,這章的幾個讓老師備料忙死的實驗課程,關聯性應該可以更強的!本來的實驗活動比較像各自獨立的探討活動

「養分測定」是測食物中是否有澱粉
「酵素作用」是測試影響唾液澱粉酶的活性因素
「光合作用」是測試光照與否影響光合作用

如果我們在這些實驗和課文之中抓線頭把它們連貫起來,那麼這個線頭連著的字,我想可以是這個關鍵字-澱粉。我將這些實驗做了些修改和新增,就成為這樣一個以澱粉為主題的探討專題。

營養素當中的全穀根莖類有什麼共同特色?它們都具有豐富澱粉,而澱粉是什麼?看得到嗎?我們可以從切馬鈴薯的刀口、馬鈴薯攪汁或洗米水的沈澱物,從而得知澱粉就是「沈澱的粉」,且能夠利用行動顯微鏡觀察到澱粉顆粒。
除了顯微觀察看到澱粉以外,可以用什麼方式知道食物裡有澱粉呢?藉由測試白米和熟飯,知道稻米的種實含有澱粉,且利用花生、地瓜、馬鈴薯等食物,也都可以測試出原來在植物的果實、種子、根、莖之中,都可以都含有澱粉。而根和莖更是植物儲存澱粉的大倉庫!
為了活下來,我們每天的食物都有全穀根莖類,因為澱粉是人類所需能量的重要來源,我們吃了它之後怎麼消化它?這個問題將會藉由「酵素作用」的新實驗設計來探討。 
既然果實、種子、根、莖裡頭含有澱粉,那麼澱粉是怎麼製造的?植物是利用葉子來製作出澱粉(的原料)。我們將會「光合作用」的實驗,看到葉子也是有澱粉的,而且也將探討光照是製作澱粉的過程之中很重要的條件。


以這樣的主題來做引導,其中的提問用活動、實驗或是文本說明來釋疑。


1.澱粉是什麼?看得到嗎?
澱粉這個東西,我敢說很多人不知道那是怎麼萃出來的,大概也不知道為什麼叫澱粉。不過如果實際做過就會理解了。至少我自己在實做之前,我也是根本不知道澱粉怎麼來,還有為什麼叫澱粉。實做的歷程可以看我之前寫的《完全手作的粉圓》,不過給學生做沒時間做那麼多,最簡單就美工刀切馬鈴薯看刀面會白白的,或是給一些生米放在杯子裡洗一洗,就可以洗出白色洗米水,放幾分鐘底下就會有沈澱的粉,啊就澱粉(顆粒)啊。至於要不要看顯微影像,就看大家的設備,沒有的話肉眼也是就看到粉狀的東西了。

測試澱粉的部份,就是原有的實驗,再另外加上生米和熟飯兩種材料去測澱粉和糖。


2.我們吃了澱粉之後怎麼消化它?
細節就看這篇《酵素實驗的2017版本-改用生米熟飯了

3.澱粉是怎麼製造的?
這裡就是照課本的,但是在流程中會強調「葉子利用光合作用和其他代謝作用製造出澱粉」,而在流程中會運用運算思維中的問題拆解、演算法這些概念將步驟簡化成下圖那樣子。實驗步驟A和B都只是一個實驗流程的模組而已,實驗步驟A就是個葉子脫色的步驟,實驗步驟B就是測澱粉的方式(就前面實驗學會的方法)。把這兩個步驟合起來就成了這個實驗的步驟,所以如果要進行別的變因的探究,像是塗凡士林啦、切斷葉脈啦,也都只是改變最前面一個步驟而已。


酵素實驗的2017版本-改用生米熟飯了

今年的酵素實驗做了一個變更,就是我從之前用糊化澱粉來做實驗,改成用生米熟飯了。

去年的紀錄在此《酵素與澱粉的實驗-請糊化後使用》,細節那篇有寫。

通常這個實驗大家都會做很久,原因在於加入唾液後保溫的那段時間,不過我想幾十年前設計出這個實驗時,那個保溫37度十幾分鐘的步驟,應該是直接用沒有糊化過的澱粉液,所以才需要久一點的時間,而如果改用糊化的澱粉,那麼保溫時間甚至一分鐘或幾十秒也就夠了。用糊化澱粉還有一個原因,那就是人類吃澱粉類的食物本來就是吃糊化後的啊,請問各位有誰會吃生米、生地瓜、生芋頭、生馬鈴薯...?而更進一步用米飯來代替糊化澱粉,更能符合實際生活經驗,也更能探討很多議題。

這裡附上我上課時使用的學習單,檔案在這邊,是svg檔,用inkscape可以改

這裡我改變學生紀錄結果的方式。因為實驗和課本很不一樣,所以就得另外製作學習單讓學生完成,學生紀錄結果的方式是用色鉛筆畫出實驗結果的顏色,而不是光寫出綠黃橙紅這些顏色。因為顏色的描述無論是口語或文字都是很主觀的,但如果顏色是用色鉛筆畫出的,就能夠相對客觀一些(你回頭看看你周遭藍色的東西,都叫藍色,但是真的都是一樣的藍色嗎?)。而用畫的結果,也更利於後續的討論,因為可以直接看到顏色的不同。

實驗一是前一個步驟做養分測定時就已經知道的事情,生米變成熟飯,都還含有澱粉,也都沒有產生糖(葡萄糖、麥芽糖那些,這裡僅以糖簡化說明)。

實驗二,設計三根試管實驗,三號試管用生米加唾液、四號試管用熟飯加唾液、五號用熟飯加唾液再用筷子戳一戳把飯弄碎。再次說明,這個步驟真的不用很漫長的等待時間,唾液加完走去公用桌加本氏液,再走回來自己桌上放進加熱的燒杯裡,這段時間就足夠唾液澱粉酶分解澱粉產生糖了。實驗結果會看到弄碎米飯的那管不僅變色比較快,也會產生比較多的糖,而生米加唾液,則只會有一點變色。

討論時從結果可以看出「唾液具有讓米飯產生糖的能力」(要搞缸一點,可以加上唾液加上本氏液來驗證唾液沒有糖),再來用三號、四號試管,提問「為什麼我們要把飯煮熟才吃?」,進一步可以說明「已知用火」這件事情有多重要。再用四號、五號試管來討論「攪碎的這步驟就像嘴巴裡的哪件事情?攪碎有什麼意義」,總結就是幫助消化這件事。

在前述實驗二討論之前,我會先收集學生另外兩管唾液來處理,一邊和學生討論問題,我一旁一起進行煮沸和低溫的處理。煮沸唾液的步驟是放在沸水中約十分鐘,而不是放在加熱而尚未沸騰的水十分鐘。很多老師帶實驗沒注意到這點,就會讓實驗出錯,變成煮過的唾液仍然有酵素活性。

實驗三的討論,則是將第五管放進來一起討論,觀察三種不同的溫度(室溫、煮沸、冰過)對酵素活性的影響。

雖然這樣的設計比教科書多一些,但還是能在一節課當中完成的。

這部份的實驗結果,在未來也可以做為演化的例子。以下是幾篇與之相關的科普文章
碳水化合物也是舊石器時代的主食
人類正在加速演化
遺傳變異的由來
狼如何进化成了狗? 专家:淀粉质食物改变了狼
牛頓科學雜誌-酵素
「將米飯分子切碎的反應幾乎無法自然發生,但是只要有澱粉酶,平均每個澱粉酶在1秒鐘內能夠催化1000次切斷澱粉的化學反應。」


酵素實驗的試管標記方式

不太清楚理化實驗是怎麼進行試管標記的?我們做實驗以往都是用標籤貼紙貼試管,不過有個問題就是貼紙要不就是很容易掉,煮一煮就不見,不然就是很不容易掉,撕掉還有殘膠黏在上面,相當惱人啊。也還有一種方式是用3M無痕膠帶貼試管,在膠帶上再寫字,這是蠻好撕的,啊就是要叮嚀學生撕下來不要給我直接留在洗手台裡面!

去年從美玲老師那邊學到用彩色橡皮筋標示試管的方式(請看此文),今年要再做的時候,發現去年買的橡皮筋不太夠,突然想起了我在某某牛排館吃沙拉吧的點菜方式。就每桌都有幾個夾子,你拿著去點菜櫃台那邊夾你要的菜牌子,過幾分鐘後就可以去拿你點的菜了。

木夾子來做標記應該不錯喔,我就在夾子上寫數字,每組實驗桌就給這樣一組。







夾著試管就可以去加熱了,額外的好處是拿著夾子就可以取出加熱中的試管。不過不知道這種作法,對於嚴謹的化學實驗來說,是不是很不妥?另外,因為這是做唾液的實驗,所以有些學生會一驚「這樣不是會夾到口水嗎?」「ㄟ...對!」




另外一個要講的是這次有做把唾液拿去冰的流程,我知道拿冰塊放杯子,試管插進去就好,不過就是想要試試看有沒有更好的方式。目前這種算是可以,等明年看有沒有其他方式。

拿塑膠盒,把盒蓋用雷切機切圓孔,盒子裝一兩公分的水去冷凍。做實驗前把盒子從冷凍庫拿出來,加一點水進去。做實驗時,就可以直接把試管插著這樣做冰水浴。實驗完,水倒掉一些,再拿回冷凍庫結冰下次可以用,這樣就不用另外去做冰塊了。

2017年10月11日

核型、染色體、基因與性狀的塗色活動

這個活動是在Teachers Pay Teachers上看到Science With Mrs Lau設計的活動「Color Your Own Karyotype: Independent Assortment Lesson for High School Biology」和「Understanding Genetics with Robots 3 Day Lesson Plan with Activities」,然後我就嘗試著修改簡化這個版本。


這個連結有我做的svg原始檔和匯出的png檔
https://drive.google.com/drive/folders/0Bzwhi7Oh9a5ZeXFQX09tcUMyYmc?usp=sharing







染色體與基因



chromo


簡單地說,這就是個從染色體的分離和結合出發,加上基因的分離組合,以及基因表現的活動,我自己是在九年級的複習課裡操作這個活動。如果是七年級做的話,大約就是在下冊2-2基因與遺傳的單元之後進行。

學生每人要給一張紙還有準備四色彩色鉛筆還有一枚硬幣。
進行步驟如下
(1)先讓學生把爺爺奶奶外公外婆的染色體都畫不同的顏色。這裡可講的概念包括這是簡化的核型,體染色體、性染色體。

(2)畫出爸爸和媽媽的染色體,記得爸爸的染色體一半來自爺爺,一半來自奶奶,所以顏色要跟著爺爺奶奶的顏色畫,媽媽的染色體亦同。

(3)接著是標示爸爸媽媽的染色體上的等位基因,舉例來說:爺爺的一號染色體到底是哪一條遺傳給爸爸呢?可以用丟硬幣來決定。如果是左邊的那條,那麼爸爸的「爺爺染色體上的等位基因」就要寫ab,如果是右邊就是寫AB。這裡可講的概念,當然就是等位基因、基因還有等位基因在染色體上,跟著染色體遺傳給後代....。
提示:這部份要特別去巡視學生能不能完成,我兩個九年級的班,都有四五個人不懂這是在幹嘛。所以要去個別解說現場補救教學。

(4)決定爸爸的精子的染色體形式。這步驟延續上述的規則,一樣用硬幣精子裡是爸爸的哪一條染色體,決定了以後就進行塗色和寫上等位基因。這裡要留意,我特別在性染色體的框框空白了,所以就是要學生依據自己的性別去畫出爸爸精子裡的正確的性染色體,還有最底下自己的性染色體。

(5)畫出自己的染色體核型和基因型。依據精子和卵子的染色體,兩個組合起來就成了自己的。這部份會談的就是受精和染色體重組的概念。

(6)接下來就是基因型和表現型的關係了,這裡是師生互動討論,比方說基因型的AA決定眼睛是大眼睛、aa決定是小眼睛之類的。這裡一共有6組基因,我就用眼睛、眼皮、鼻子、嘴巴、耳朵、眉毛這些性狀來當例子。決定好了之後,大家就依據這個規則把那個人的樣子畫出來。


其實光是畫好一張圖大概就要用一節課,我估計是可以用第二節課再講延伸出來的概念,像是孟德爾在不知道染色體的情況下,只靠觀察表現型的比例,就可以推論出遺傳因子的遺傳變化、還有像是Y性染色體的父系遺傳、染色體承載了很多基因...。許多課文上的敘述,都可以用這張圖來搭配說明,我想學生自己動手完成的圖,是會比一切都由老師準備好好的簡報圖片要好的。

2017年10月1日

胰島素結構的紙模型

在九年級的生物專題課裡,延伸講到了蛋白質的結構,不過用講的有點抽象。於是上網找到了一個做蛋白質結構的紙模型圖紙。

這是在Protein Data Bank的網站PDB101裡看到的,在這個目錄裡有許多紙模型的圖紙和教學影片,像是DNA、tRNA、抗體等...。

我使用的就是裡頭的胰島素紙模型,用A4紙彩色列印出來以後,剪成以下五個小片段,然後跟著影片或是教學文件一步一步黏起來。

一開始先黏出A、B兩條肽鏈,A鍊是綠色的,有11種21個胺基酸,B鏈是藍色的15種30個胺基酸,共26種51個胺基酸組成。一邊黏的過程,還可以一邊理解初級結構到二級結構是怎麼一回事



把一級結構捲成α-helix









大約花個二十分鐘,就可以得到一個胰島素模型。不過坦白說,沒有特別說明的話,根本就不知道這個就是胰島素啊。我覺得如果要再加強說明,可以再用3D列印印出一個胰島素分子來輔助說明。

細胞著色的擴增實境APP-Quiver

生物課本裡頭適合用來做擴增實境(AR)的主題中,之前用過的anatomy 4D的心臟和人體。而前幾天在臉書上看到有老師介紹了另一個App,叫做Quiver,也是做擴增實境的。而其特殊之處是可以在感應AR的圖紙上著色,然後再用這個App拍攝你塗了顏色的圖紙,隨後呈現的AR影像顏色就是自己所塗的顏色。

這個APP內建有一些適合教育用的圖紙,最適合生物使用的就是動物細胞和植物細胞

為了方便在在教學上使用,我把圖紙上的英文構造名稱改成了中文,也把一些國中沒學到的名詞(如內質網)刪除,並且把這些圖像做成A4可印四張圖的大小。(可到以下連結下載)


學生畫出的圖紙就像這樣,我會讓他們貼在筆記本上


再用這個app拍攝就可以出現立體的細胞模型,對於學生理解細胞的立體樣子是有幫助的。我也在這個活動後,再讓學生使用iCell這個APP來了解立體細胞的另一種樣貌。






























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