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利用SEMM測量指紋皮溝深度

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以前做皮膚SEMM時,很想把膠片做橫切,這樣就能測量指紋皮溝的深度,但因為是塗在玻片上進行的,所以膠片會黏在玻片上,無法完整取下,通常拿下來的時候,都會被拉長或是拉斷,所以後來就擱置這個想法了。 但是早上試用科學Maker江老師提供的矽橡膠製成的光柵模具時,突然想到過去那個問題怎麼解決了。 關鍵在於矽橡膠的低表面能,不會黏住熱熔膠,所以我只要先把熱熔膠先擠一團在矽膠模具上,等到降溫到手可以觸碰的溫度時,再把手指壓上去,過幾秒後,就可以印出手指的皮溝模型,而且也能夠順利拿下這個模型。 有了這樣的模型之後,就可以切割這個模型來測量皮溝深度了。雖然不知道量這個要幹嘛,但是總覺得能突破一些過去的問題就覺得很興奮。 下圖示手指皮膚的壓印 下圖則是把上述模型再橫切,就可以看到皮溝的側面,然後就可以測量深度。

醬油蛋擴散實驗的數據分析

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在擴散作用的原理講解之後,實際用個醬油蛋來進行擴散作用實驗吧。 這個實驗的細節流程可以看我幾年前的紀錄 醬油蛋的實驗 每位同學製作一顆醬油蛋之後,每隔約一小時紀錄一次醬油擴散的距離。收集了全班的數據之後,畫出這樣的圖。 在前一篇文章【 用python做擴散作用的建模 】中,特別提到短距離擴散會很快,但是長距離就要花更久的時間,時間和距離並非成正比關係。在這張圖中,也約略可以看到這樣的特性。 每個學生之間的數據之所以會都不太相同,原因可能是控制變因,環境溫度、蛋的條件、醬油種類....。 那麼擴散的時間和距離到底呈現什麼樣的關係呢?根據理論應該是時間和距離平方成正比,或者是【時間開根號】與距離成正比。 我們就可以設計另一個實驗來收個數據。讓學生自己設計變因,例如醬油的種類、醬油的濃度、蛋的煮熟方式、存放的溫度等等。然後規定紀錄數據的時間點分別是0、1、4、9、16、25小時。注意到了嗎,都是完全平方數。在數據繪圖時,將這些數據開根號後當作x座標,距離當作y座標,理論上就會得到線性的關係。 例如,下圖的數據來自楊同學的實驗,她使用同一種醬油,但用了不同的濃度作為變因。橫坐標是將小時開根號,因此就可以看到幾乎呈現正比的趨勢。由此圖也可以預測,若要達到 1mm需要多少時間,或是多少時間時可以達到多少距離。

2021的構樹吹泡泡

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 最近幾年帶維管束的活動,都會帶學生做「室外教學」,剪一段構樹枝條,讓學生剝皮、啃樹皮、拉扯樹皮體驗韌皮部、觸摸木材,最後用構樹吹泡泡。 雖然活動都相同,但學生都不相同,所以每每都能看到學生的不同有趣面。像是這個,我以前沒想過用分叉的枝條來吹泡泡,吹起來效果也挺好的。 一群人蹲在地上沾肥皂水吹構樹泡泡,看起來實在太像什麼詭異的儀式。 把構樹泡泡,放在構樹的皮上,看起來更顯詭異。 吹構樹泡泡有趣的點,就是這些泡泡本身就反應了維管束三個字的各自含意。 1.泡泡的體積很小,因為維管束的「維」就是「細」長的意思 2.能夠吹出泡泡,因為維管束的「管」是個「中空」結構 3.能夠吹出很多泡泡,因為維管束的「束」是「很多」根管子 除了吹泡泡以外,學生也自己找到了有趣的玩法,拿構樹葉片當成胸花,一邊說著以後畢業典禮就這樣,自己拿構樹組合校園植物變成胸花了。

用python做擴散作用的建模

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 在之前的課程裡,我們簡要地以這篇文章「 賭博、擴散與擴散實驗 」介紹了擴散作用的基本原理。 在學習過程中,我利用colab撰寫python程式進行擴散作用的建模 https://colab.research.google.com/drive/1gL6b-KyEaIiXmm2_4vMAxN4ZyhBvc_48?usp=sharing 每隔一段時間(假設一秒),丟一次只有兩面的骰子。骰子為1,就向右走,骰子為2就向左走 經過N段時間之後(意即丟N次骰子之後),粒子會移動到距離原點多遠的地方? 每次做一組實驗,都會走到不同的地方 如果今天重複做多組實驗呢?例如做了一千組實驗,每個實驗都是丟10000次骰子,那麼大部分會走到哪裡?大部分都只會走到正負100以內的地方,平均移動距離約是80。 用直方圖來看,會更清楚這個趨勢。我們大致上知道丟 10000次骰子,平均可以移動到80左右的部份。 如果我們再做更複雜的實驗,也更完整的實驗,看看N和平均移動距離的關係呢? 看看M次[丟N次骰子]的平均移動距離 例如: 20次[丟1次骰子]的平均移動距離 20次[丟2次骰子]的平均移動距離 ... 20次[丟400次骰子]的平均移動距離 然後我們把數據畫出圖,就會是這樣。雖然丟骰子越多次,有機會移動到比較遠的地方。但是會發現次數和距離並不是成正比。前面有說過我們當作每隔一秒丟一次骰子,所以你可以把骰骰子的次數當作時間。換句話說,就是時間和距離並不是正比的關係。 在一維空間的擴散現象就是這樣,在短距離的擴散是快速的,但要移動到更長的距離,就要花更長更長的時間。 由這個實驗去看看我們前篇文章所說的果凍細胞的擴散實驗。如果要讓細胞能快速用擴散作用獲得養分,那麼細胞就不能太大顆。越小顆才能越有效率。

果凍細胞的擴散實驗

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此實驗的基本流程: 混有酚紅酸鹼指示劑的紅色果凍,放入醋酸水溶液後,果凍會由外向內逐漸變色。藉由這樣的過程進行各種擴散作用的實驗設計 首先說明酚紅果凍的製作方式 材料用超市購買的吉利T,用 1000水加25g吉利T,加入20mL以上的酚紅(酚紅加越多,果凍可以越紅)。這樣的量,約可以做兩個便當盒的果凍。 用電磁爐煮熱水後,加入吉利T和酚紅,不需要到煮沸,只要能溶解就可以。倒入紙便當盒之後,放入冰箱冷卻備用。估計像上面一盒吉利T至少可製作16便當盒的果凍,而且做完實驗後,果凍還可以回收溶化再製作。 另外需要食用醋,我使用的比例是100mL的水加上10mL的醋。越濃有機會讓實驗進行比較快。 在後續實驗,各組需要的所有工具如下:美工刀、護貝方格紙、長鑷子、裝溶液的燒杯、培養皿、電子秤、碼表 實驗一: 細胞擴散實驗 細胞的大小和形狀如何影響材料進出細胞的速度? 請將細胞切割成規定大小的方塊。 計算立方體的表面積與體積,記錄在表上。 將細胞放入裝醋的容器中,紀錄紅色完全消失所需的時間。 紀錄表格 編號 尺寸 (cm) 表面積 (cm 2 ) 體積 (cm 3 ) 比表面積(表面積/體積) (cm -1 ) 時間 (sec) 1 1x1x1 2 1x1x8 3 2x2x2 4 1x1x2 5 1x2x2 6 1x1x3 7 1x1x4 8 1x1x5 9 1x2x3 10 1x3x3 上述的一盒果凍,約可分給三組學生使用,讓學生在護貝的方格紙上切割方塊,投入燒杯後計時觀察費時幾秒果凍可變透明。 實驗報告是將這些數據繪製圖表得到結果,並討論 哪個因素對擴散速率的影響最大?解釋這個因素這麼重要? 實驗二: 形狀如何影響擴散速率? 設計一個擴散效率最佳的細胞,其體積和質量最大化但擴散時間最小化的細胞,請將你的細胞畫在下方。 這個實驗需要使用電子秤,學生設計好並切割果凍細胞後,放在培養皿上秤重。(須先秤培養皿空重) 學生的分數計算方式是「果凍重量(mg)/時間(sec)」。也就是要能在最短時間內,使最大質量的果凍變透明。這仰賴著學生對於擴散作用的理解程度。 在此實驗中,我另外限定了一個條件,細胞必須在20分鐘內變透明,否則視為死亡。畢竟一個細胞如果要花上20分鐘,都無法使外界的養分擴散到細胞中央,那這細胞怎麼活下來呢? 事實上在此實驗進行前,我們已用了不少時間不斷講解細胞尺寸與擴散作用

用電子秤進行蒸散作用實驗

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  在過去的教科書實驗中,蒸散作用的實驗一直都是用量筒來進行的,但很明顯的量筒在測量上會有一些測量上的誤差。 一般作法有兩種流程,先在量筒裡加固定體積的水,再插入植物一段時間,拿出植物,觀察量筒的水量。這樣的問題在於拿出植物時,可能會夾帶一些水分,使得蒸散作用被高估。 第二種流程是,先在量筒內插入植物,再將水倒入到特定刻度線,一段時間後,觀察水量降到哪一個刻度線。這樣的流程前提是插入的植物上下必須等直徑,不然就會高估或低估蒸散量。 改變實驗裝置,就可以修正這些誤差,像是用電子秤。我使用的電子秤,精度到0.01g。 流程是,杯子裝水後插入植物秤初始重量,一段時間後,連杯帶植物再進行秤重,算兩者的差距。但是光是這樣秤,並不代表減少的水重都是因蒸散作用,因為杯中的水也可能會蒸發。 這部份就可以讓學生討論用不同的實驗設計來克服,例如使用塑膠袋包住杯口,挖洞讓植物插入就好。或是另外準備一杯水,在同樣的蒸散作用進行環境和時間後,測量蒸發的水有多重。 有了上述的實驗測量模組之後,就可以更精細的比較各種植物的蒸散量差異了。例如選用同樣重量的植物,或是同樣長度的植物,或是不同葉片量的植物...。

修改教科書的光合作用實驗的實驗,自訂操縱變因與練習提問與假說

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教科書裡設計探究光合作用的實驗時,是利用鋁箔紙包住葉子去看有包和沒包的差異,因為有這樣的設計,所以通常要在實驗前三到五天就要先設置好葉子。 不過如果我們想在沒設置的情況下就開始做實驗,實驗的操縱變因可以怎麼設計呢? 今年的實驗我這樣操作,先教學生這個模組-「煮葉子、放酒精裡隔水加熱、漂洗、滴碘液」,就是一個檢驗葉片內澱粉的固定流程,然後用一片葉子做示範。 接下來就要求學生要作到的目標-到校園裡找同種植物的兩片葉子,在經過檢驗澱粉後,必須要能看到兩片的澱粉量有明顯的不同。 先說結果,超過半數的學生都可以像下面幾張圖一樣,做出兩片不同有截然不同結果的葉子。   學生尋找的模式大致如下 找植株頂端的嫩葉和底下的老葉 找被其他葉子覆蓋的葉子,和沒被覆蓋的葉子 找操場上直接照到陽光的葉子,和圍牆旁的葉子 我讓學生去尋找兩片葉子之後,接下來會詢問他們幾個問題。問題一:「為什麼你覺得這片葉子會比那片葉子的澱粉量還多?」 而他們的回答,就成了實驗報告裡寫下的「提出問題」,例如: 「植株頂端的葉子澱粉量會比植株底部的葉子澱粉量還多嗎?」 「沒被其他葉子覆蓋的葉子澱粉量,會比被覆蓋的葉子澱粉量還多嗎?」 「直接照到陽光的葉子的澱粉量,會比間接照到陽光的葉子澱粉量還多嗎?」 接下來,我問了問題二:「為什麼你覺得A葉子,會比B葉子的澱粉量還多呢?」 他們的回答,就是實驗報告裡的「提出假說」,像是 「直接照到陽光的葉子,因為接受光線的時間比較多,所以會有比較多澱粉」 在「提出問題」和「提出假說」之後,就是讓他們循著一開始教學的檢驗葉子澱粉的模組進行實驗,最後在讓學生寫出或畫出結果。 然後,就是讓學生寫出「結論」 通常學生都無法一次就寫出完整的結論,他們可能會把結果當作結論在寫,所以必須在這一步驟留下比較多的時間進行反饋和修正。