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。






























2017年9月26日

讓實驗器材在盒子裡乖乖坐好

這篇是延續這篇的《用IKEA說明書的概念規劃實驗器材》,其實我覺得之前我那設計蠻好的,就讓學生收器材的時候知道哪個東西要放哪裡,不過天算不如人算,人算不如學生算。即便都畫好器材的屍體線,學生還是沒有辦法「直覺」地把它們放在正確的位置上。


於是乎我想要把這個器材盒立體化!我拿塑膠瓦楞板做雷射切割,看起來就立體了,有一個一個洞,應該會讓人忍不住想把東西放在洞裡吧?






不過塑膠瓦楞板出乎我意外的難切,雷射切割的速度得放慢才切得過去。於是乎又想到別的材料了,跟老王聊一聊得知他們釣蝦的人會特製「釣蝦槍箱」!用泡綿特別切割出每一個器材的洞,可以歸位器材又可以避震。太好了,那我就改用泡綿來切看看好了,這樣器材就可以歸位又避震了(並沒有這種需要好嗎)


試了一片泡綿,果然比塑膠瓦楞板好切很多,從此之後敝校的實驗器材就走高級風了,謝謝。一切看起來更顯高貴與尊榮不凡,忍不住讓人想把器材放進洞洞裡吧?










自製iPad倒立顯微鏡觀察洋蔥質壁分離與小魚尾鰭

簡單的說這篇,就是我設計了一個iPad用的倒立顯微鏡,要觀察的洋蔥連皮都不用撕直接放在培養皿上,就可以直接觀察細胞。而且要加鹽或加鹽水,也都是直接在培養皿裡操作就可以。而且在培養皿裡直接觀察的好處是,可以一次觀察多種標本,也不用擔心湯湯水水的流來流去。而用iPad來做數位顯微觀察的好處很多,一方面是可以兩三人同時觀察,也可以利用錄影的方式回放或加速播放,可以看到細胞的變化。

前面是摘要,現在是前言介紹一下。國中生物裡,我們都會講到一個科學概念-植物細胞放在濃鹽水、濃糖水會發生細胞質脫水的質壁分離現象。這不是教科書裡的實驗,不過我為了讓學生能夠真實看見而理解,我都會儘量讓學生操作這個實驗。

不過操作上常會遇到一些問題:以往的作法是先做一片洋蔥表皮(或水蘊草葉片)加清水的標本,顯微觀察後再於蓋玻片旁邊滴鹽水,另一邊則是用吸水紙把水吸掉,就像是在做顯微染色一樣,不過這個作法好需要練技術。

後來我就乾脆讓學生一次做兩片玻片,一個泡清水,另一個是泡鹽水的,同時製作兩片就可以同時觀察。但是這又有一個問題,無論是做鴨跖草或是紫洋蔥,如果是要撕皮,都不太容易一次撕下全部組織都是帶紫色的,常常都是只有一小塊是紫色的。除非看到紫色部份的變化,否則不容易觀察到質壁分離的現象。而如果是觀察水蘊草,又會因為水蘊草的細胞比較小,而且有兩層,所以學生直接使用複式顯微鏡觀察就不是那麼直接可以觀察,即使看到也不太容易意會到自己正在看到質壁分離。

總之,這是一個很值得做觀察探究的實驗,但是卻不太容易操作的實驗。


不過呢,經過幾年的嘗試和學習,今年總算突破了。一方面是在科學maker社團中學習到手機顯微鏡的一些技巧,另一方面則是有賴於數位加工技術。



我手上的這個就是用在iPad前鏡頭的倒立顯微鏡!本體是以5mm壓克力製作,中間加上手機顯微鏡的鏡頭組。由於鏡頭組的焦距約是3mm,所以我在上面再黏上一片2mm的壓克力,而塑膠培養皿的底約是1mm,亦即只要標本貼在塑膠培養皿上,就可以落於焦距上。

此外我也在本體下方再加上一小片2mm壓克力的擋板,當置放於前鏡頭的時候,靠著就可以對好鏡頭位置。



下面這個影片就是實際操作的過程,可以看到我怎麼安裝怎麼觀察和紀錄。



如果使用縮時攝影拍攝就可以看到如下的結果


不過在教學上使用時,我建議還是用普通錄影的方式(而不是縮時攝影),因為以下幾個原因:
1.一般錄影在播放時,就已經可以用拖曳時間軸的方式看到快速變化的情形,不需要特別用縮時紀錄。
2.iPad原生的縮時攝影功能無法設定幾秒拍一次,所以縮時攝影會看不出來實際上在幾分鐘的時候有什麼變化。而知道在幾分鐘發生變化是很有意思的,你可以把這變成探究的問題之一。比方說事前讓學生猜幾分鐘的時候會發生什麼變化。
3.除非你拍得夠久,否則縮時攝影後的影片時間會很短,短到很難停下來好好看清楚。


前面的影片裡使用的紫皮洋蔥,我都是直接切小塊放在培養皿,不需要撕皮就可以觀察。也因為這樣,所以可以維持組織的完整性。加上鹽之後,可以看到位於邊緣的細胞開始脫水,而中間的細胞則仍然沒有變化。這當然也是探究的問題之一,想想看為什麼是邊緣的地方開始脫水呢?


這樣的實驗裝置非常方便,因為不需要特地前往實驗室,就可以在現有的教室內進行實驗,而實驗後的清洗也很簡單,就只要把培養皿沖一沖擦乾就可以。當然更重要的是,學生要進行這個探究活動,也非常簡單。就只要幾個步驟:
1.放顯微鏡在iPad上,放培養皿在顯微鏡上,放洋蔥在培養皿上
2.開啟錄影
3.加鹽




用這樣的器材也可以進行更深入的探究活動,我在九年級的生物專題裡,就讓學生配置連續稀釋的鹽水和糖水。每組使用不同濃度的溶液,然後錄影觀察。最後大家把影片調整到同一個時間(例如滴加溶液後的一分鐘),同時比較此一時刻的細胞脫水了幾排,也可以估算其生理食鹽水濃度約為多少。甚至也可以直接用直尺測量在不同時間階段的細胞形狀變化情形,將原有的質性實驗改變成量化實驗。









這樣的實驗裝置可以更輕易地觀察小魚尾鰭了,特別是最近本校的水池裡放養了幾百尾孔雀魚,可以讓學生自己撈起來自己在室外做血液循環的觀察了呢!
(下面的教學流程中,因為翻拍的關係,似乎不太容易清楚看到血液循環,不過實際看iPad,是非常清楚的)




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