2017年3月16日

科學名人誰像誰

這算是廢文等級的,本來只有發在臉書塗鴉牆上,但是因為累積了三張,所以乾脆整理在blog上。看看以後會不會繼續累積?

看到林益世的相關新聞時,覺得他很面熟,直到上課的時候翻課本,才發現怎麼跟孟德爾先生有點神似。其實孟德爾的另外幾張照片會更像,但是因為找不到林益世剛好的角度,所以只好配合林先生的角度來找照片了。


孟德爾與林益世



有一次看臺大科學教育發展中心的電子報時,我眼睛掃過之後,忽然覺得怪怪的,再掃回去看仔細,以為是看到藝人九孔,結果是介紹亞佛加厥。

亞佛加厥與九孔




四月份國家地理頻道要播愛因斯坦的影集,最近在播一些短片。https://www.facebook.com/ngc.tw/videos/10155291150194170/

我看愛因斯坦22歲的樣子,突然又覺得很面熟,一想,啊!就跟抗日的羅福星好像啊。
愛因斯坦與羅福星


3/19再補一個,雖然不是科學名人。

學生看了我的貼文,跟我說這兩個也很像啊。學生沒講之前,我只覺得好像在哪裡看過鄭用錫呢。
講竹塹的歷史一定會提到鄭用錫,像是明志書院、建竹塹城、建北郭園、台北頂下郊拼的和解啦,都跟他有關係。他也是台灣納入清帝國之後,第一個臺籍進士。
右邊那位則是是財經節目的主持人。


鄭用錫與廖學慶

2017年3月15日

營養器官繁殖的作業-請不要吃掉小孩的作業

最近一陣子是地瓜、馬鈴薯被大量種植的時候,不是為了農作,而是為了交作業(營養器官繁殖的作業)

上課的過程,偶而可以聽到一些趣事

1.有學生念著「馬屁精,翻跟斗」,這是學生學來的口訣,是用來背誦馬鈴薯是塊莖、蕃薯是塊根。這樣的知識對不懂植物器官特徵的學生來說,可真是只能硬背了。

2.一個女學生唉著,自己沒辦法交作業了,一問原因,還挺讓人噴飯,學生說作業被媽媽吃掉了。向來只有聽說作業被狗吃掉,怎麼現在作業連媽媽都能吃呢?

原來是媽媽愛美,想減肥,都在吃蒸地瓜,有一天看地瓜沒了,就把學生種的地瓜拿去蒸掉啦。

3.後來,又有一個學生也來跟我說,他的作業沒辦法繼續下去了,因為某天他在晚餐吃到馬鈴薯咖哩,心頭一驚,問了老爸這馬鈴薯哪裡來的,老爸說就盤子裡的馬鈴薯啊。(對,就是學生的作業)

所以學生只好悻悻然地又去買了一顆馬鈴薯來種。過兩天又在餐桌上看到馬鈴薯,一問之下又是自己的作業,這回是媽媽把馬鈴薯炒掉啦!

在此誠懇地呼籲各位爸爸媽媽,請不要把小孩的作業吃掉,感恩喔~~

2017年3月14日

遺傳黑盒活動-猜猜你的基因型是什麼

進行探究教學的課程中,有一個很典型的活動叫做黑盒(black box)

讓我引用維基百科對黑盒的說法

黑箱,指一個只知道輸入輸出關係而不知道內部結構的系統或設備。與之相反的是白箱。 例子有:
  • 物理學/電子工業中,指未知內部結構,只露出若干接頭的電路,如二埠網絡;
  • 計算機科學中,指內部工作方法不清楚的程序。(也許是閉源軟體)
  • 系統工程學中指一個系統只能根據其外部表征來推測其系統功能,而不能了解其內部詳細構造。例如中醫就是一個黑箱系統,尤其是經絡結構。


你要叫black box為黑箱也是可以,可是不要把這名詞跟政治、選舉的「黑箱」混為一談。舉個例子,這黑盒的課程通常是這樣設計的,老師先製作一個實體的箱子,箱子內部有特別的機關,如果是電學的,它可能就是露出一些接頭作為輸入端,然後有輸出端,也許是些燈泡。學生拿到這箱子,不可以把它打開來看裡頭的祕密,但是他可以利用科學方法去研究街頭和燈泡的關係,比方說試試看哪些接頭接來接去,燈泡就會亮,哪些不會亮。

學生做完了實驗,就要用他做實驗的結果去推論,到底箱子裡頭的機關長得什麼樣。課程的重點是探究的歷程,倒不會放在學生是不是真的猜對了。

真實世界的探究就是這樣,科學有其真相、事實,但是我們永遠無法得知那個真相是什麼,我們能做的就是盡可能往真相多靠近一些,得到一些比較接近真相的答案。
我兩個朋友也寫過黑盒子的教學,小p舉的是喝水鳥的例子
喝水鳥(黑盒子)的探究教學

眉毛人舉的是箱裡走玻璃珠和乒乓球的活動

而這個連結的教案,也是很有意思的黑箱。他設計出一個箱子,有三個倒水的入口,四個出水的管子,叫做Magic Water Box 。
Magic Water©: A Black Box Activity

1.從入口一倒水,就會從出口一出水,一切就跟預期的一樣,這就是控制組(對照組)
2.從入口二倒水,過了一陣子,出口二才會流出水,而且還是紅色的
3.這是最詭異的,從入口三倒水進去,它會從兩個出口流出來。水倒得少,它從出口三出來,水得倒多一些,才會從出口四流出來。而出口三流出的是黃色水、出口四卻是藍色水。而當你慢慢倒水的時候,會看到承裝出來水的杯子裡,底層是黃色水,而上層是清水,接下來才會從出口四流出藍色的水。而如果你倒得快一點,出口四則是流出綠色的水。

而除了上述現象外,三個不同的入口還用了跟出口不同的顏色(純粹是讓狀況更混淆)
學生根據這些現象,就要用以下幾點去思考
1.你要研究的問題是什麼?
2.擬出你的假說(可以用畫圖的去猜測黑盒子內部長什麼樣)
3.更細部的去討論你的實驗設計
4.得到結論


非常棒的探究課程吧!不過在生物單元裡很難岔出去使用。
那生物課程裡就沒有「黑盒活動」了嗎?其實有的

最近我上孟德爾遺傳,搭配了「美人尖遺傳」的活動,就是兩人一組,每個人都拿A和a的紙牌,隨機出牌組合出子代的基因型,最後再看看跟理論值的3:1有沒有一樣。不過我用的是積木,就是我拿來做排序、看年輪、競賽活動的籌碼,是超好用的積木。(請搜尋「一元積木」)

有次上課的時候,我看到學生做出來的結果,居然20個子代都是aa。心想怎麼一回事,問了之後,才知道那擔任親代的兩個學生,居然拿的都是aa的。

一開始我還很火,想說他們亂做活動,這樣就沒有3:1的答案啦。但過會突然想到,他們這樣的實驗,反倒讓我想到可以設計出很棒的探究活動,為什麼一定要Aa x Aa?為什麼要把所有的基因型都攤出來,再去看表現型是什麼?真實的世界裡才不是這樣呢!(這是在傲嬌什麼啦)
我想到,其實孟德爾的實驗就是在探究遺傳黑盒,他就是想弄清楚豌豆為什麼有的時候高莖和高莖配,會產生矮莖,有的時候配出來又只有高莖?而高莖和矮莖配,卻又有高有矮?這就跟前面說的Magic Water Box很像啊。

孟德爾用七年再加兩年的時間,去探究黑盒裡到底有什麼,不過我們生物課是用一節課的時間,把黑盒子的布揭開來,教你直接看裡頭的祕密,再讓你直接看從入口倒水下去,那個水是怎麼從出口流出來的。其實我們可以這樣做,把布重新蓋上(國防布?),讓學生探究一下那個黑盒子裡到底有什麼?

想法有了,那就來設計一下作法。其實跟美人尖的遺傳作法大同小異,但是改變了設計,會變成非常有意思的探究活動。(建議是在美人尖的遺傳之後,花一點時間再繼續做,因為學生會比較熟練這在幹嘛啦)

我讓學生四人一組,一個人為組長,組長領取了三個塑膠袋,發送給三個組員。每個塑膠袋裡都放了兩個積木,分別是AA、Aa和aa。

  • 組長要做的事情,就是負責「看積木代表的基因型,說出表現型」,他等於是知道所有祕密的人,所以組長要慎選。
  • 拿到塑膠袋的三個組員,絕對不能看塑膠袋裡的積木,即便是從袋裡隨意撈出積木為配子時,也不能看自己撈出的是什麼。
  • 每組再發下一張紙,要紀錄譜系圖

各組要在「只知道親代和子代的表現型」的情況下,推論出哪種表現型是顯性?哪種是隱性?而三個塑膠袋裡放的積木又是寫著什麼?

一開始我先告訴組長,不同的基因型呈現的表現型是什麼。這裡我就沒有用高莖和矮莖,也不是「有無美人尖」,這種性狀很容易被猜測成「高的或是具有特徵的就是顯性」(實際上就不是這樣判斷的)。我用黃色和綠色,看起來沒有什麼強弱之分的特徵,AA、Aa的表現型是黃色,而aa是綠色。

當組長拎回三個塑膠袋回去時,他可以窺視袋子,然後告訴組員「你是黃色」或是「你是綠色」,但是不能告訴他們「你是Aa或是aa」

組員之間就開始進行生殖模擬,任兩個人從自己袋子裡隨機摸出一個積木,把積木秀給組長看,由組長告知生出來的是黃色還是綠色。

因為組員有三個,就暫稱是甲乙丙三人,大家就在紙上畫出譜系圖,甲乙配會生出什麼、乙丙配會生出什麼......。至於要生出幾個?要生到什麼程度?就由組內自行討論,要生到「能從譜系圖中,看出甲乙丙三人的基因型」就可以停止。最後再由各組報告譜系圖,說明那是怎麼判斷的。

或者更可以加入組間的互動,把自己組的譜系圖交給其他組,由其他組的人來依據譜系圖判斷那些親代和子代的顯隱性,並且評估是否可以明確判斷出顯隱性。

最後老師再去反問學生「你們要怎麼判斷黃色是顯性還是隱性?」、「顯性個體的基因型有兩種可能,你們要怎麼配對才有辦法確定?」

這些流程、判斷其實都是先前有教過學生的,甚至還做過題目的,但是學生自己探究,跟老師一步一步教那學習的結果是不同的。

在這個活動中,組長的角色很重要,他知道袋子裡所有的答案,也就是幾乎是透視黑盒的人。如果有機會的話,我倒是很想試試看,用JavaScript寫寫看,讓學生用拖曳點擊的方式,來生生看,然後去判斷結果。


現在想想,其實就跟先前寫的這個文章,像是FrogPond、Geniverse差不多的意思嘛,都是在用方法探究那個遺傳黑盒子。
科學探究軟體-FrogPond

2017年3月13日

用髮圈認識染色體套數和對數

幾年前在路上撿到髮圈,發現它跟染色體有點像,於是那時候就去買了一些髮圈回來要教染色體,不過買回來居然就放在櫃子裡,一直忘記拿出來。

最近我挖出來了,整理一下,配對排一排,想了個活動來應用。學生對染色體的「套數」一向不是很容易懂,雖然我常常用「麥噹噹的套餐」來比喻,不過感覺學生還是很難內化再遷移用在染色體的判斷上。

(麥噹噹的判定法,就是一份套餐就是一個漢堡、一個可樂、一個薯條。如果你有兩個漢堡、兩個薯條、兩個可樂,那就是兩套。)

IMAG3217IMAG3215

我就想啊,其實可以讓學生實際抓染色體來理解看看。首先就把這堆染色體堆成小山,跟學生說,這是巨大化的染色體。

要組長前來帶回六條染色體,還必須要兩兩成對,回去各組之後,再請同學抓出「一套」染色體,拿在手上。

再問學生他們一組有幾套染色體、幾對染色體,還有幾條染色體。如果還有一些不懂的同學,再用其他學生自學的時間,我另外再用這個實體模型來教學。感覺上,學生是有多理解一些了,畢竟是長得和染色體樣子像的東西。

我會選用這個當教具,還有另外一個理由,我希望可以在接下來談到 DNA和染色體的時候,再把這個拿出來用,這個東西其實拉開來就是一條一條的。雖然和實際上的染色體組成不相同,但是對於國中生來說,這樣的類比應該也就足夠了。

題外話,我覺得DNA 這個字真的被用到爛,我用網路書店查DNA的書,那搜尋出來的結果中,真的是在講DNA的不到一成耶。

什麼「幸福DNA」、「城市DNA」、「心靈DNA」、「工作DNA」,你看如果把這些DNA換成中文名,「幸福去氧核糖核酸」、「城市去氧核糖核酸」、「心靈去氧核糖核酸」、「工作去氧核糖核酸」,書名看起來就很詭異,不過用英文感覺大家又都看得懂那書名在寫什麼了。
  

2017年3月12日

用python搭載兩台webcam製作立體影片

用anaglyph去youtube查,可以看到很多立體影片,我在講到神經系統的時候,有時就會發下紅藍立體眼鏡,讓學生在教室裡看一下立體電影。

如果是要做立體圖片,倒還簡單一些,用電腦的話,就用StereoPhoto Maker或Gimp都可以。
詳見文章:
用StereoPhoto Maker做各種立體圖片
用GIMP作立體相片

而現在人手一台智慧型手機,要用手機做立體相片也是很容易就能作到的,各位可以用anaglyph去查app,就可以看到不少。

不過如果是要製作影片的話,那就有點難度了,同時用兩台攝影機拍攝不是問題,問題在於兩個影片要能在時間上對在一起。我曾經想過幾種作法,如果是用兩台一樣的攝影機(或相機)架好固定的距離之後,再用工具讓相機同時拍攝,這樣就可以在電腦裡合成。而如果要時間軸對在一起,還可以在拍攝的前段錄製一段氣球爆炸聲,最後在編輯軟體中用音軌對在一起。不過這些想歸想,都沒有實際製作就是了。

而前些時候,在用python和OpenCV在玩webcam的時候,突然就想到可以用這來試試。反正影像合成輸出影片我已經會了,只差同時接收兩個webcam影像了。

這在python中實現也相當容易,會收一個webcam就會收兩個,就這樣而已
cameraCapture0 = cv2.VideoCapture(0)
cameraCapture1 = cv2.VideoCapture(1)

接下來的思維就是把每個擷取到的像素運算一下,套疊不同的色板,模式就用screen。這是數年前用GIMP在玩的時候,學會的套疊方式,在GIMP的說明中可以看到計算的方式。

不過目前學習的階段,還沒有把聲音一起擷取和匯出,所以做出來的影片是無聲的。

程式碼就放在github上
https://github.com/ChihHsiangChien/2webcamMakeAnaglyph

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