2012年8月30日

webcam改裝紅外線攝影機

上回玩紅外線攝影已經是2007年,將近五年前啦。

當初寫這篇《看不見不代表不存在-自製紅外線濾鏡攝影》,主要的改裝就是在相機前面加個可見光不能過,但紅外光能過的濾鏡,作法是用玻璃紙。後來我還在網友的網誌上,看到改良版的作法《窮人的紅外線攝影》。有別於我用口紅膠黏玻璃紙的作法,他作的是將玻璃紙泡在有加膠水的水中之後,再撈起疊起來。再用膠帶的紙卷當濾鏡框,紙卷上塗膠水,把那疊還沒乾的玻璃紙黏上,並用橡皮筋捆綁。等到乾了之後,自然就會成為平整的濾鏡。

雖然人家已經找出改良版的作法了,但是啊過了五年,我都沒再玩它。直到最近瘋狂地玩弄webcam,再加上昨天突然想到要用webcam作光譜儀,上網找資料,找到一個超級棒的網站PublicLaboratory。

這個網站專講如何用簡單的方式從事公民科學研究,舉凡污染物的檢測、環境調查等等,都有低價DIY的作法。我翻這個網站時,看到他們用氣球吊一個能連拍的相機到高空拍攝地面,然後將收集到的照片拼接成大地圖,這樣的草根地圖活動好吸引我。而更棒的是他們用的相機還改裝成紅外線攝影機,所以拍攝出的地圖就是紅外線的地圖耶。那個地圖能夠看植被的分佈,還可以進ㄧ步遙測分析光合作用呢。

我看了他們改裝紅外線相機的網頁之後,才知道五年前我拍的紅外線攝影照片還差了什麼。原來是我當初沒有把相機內的紅外線濾鏡拔掉。不過五年前相機那麼貴,就算知道,我也不敢拔就是了。

通常相機或 webcam的CCD 或CMOS都可以感應紅外線,但是廠商會在鏡頭和 CCD之間再加一層紅外線濾鏡,把紅外線擋掉,只留下可見光進入到CCD。而我們要作的剛好相反,我希望讓紅外線進入CCD,但可見光不要進來,所以我得把紅外線濾鏡摘掉,讓紅外線得以進入,另外再加一個可見光濾鏡,把可見光擋住。

相機要拆紅外線濾鏡還要拆很多東西,但是我最常用的低價webcam要拆就很容易了。先把鏡頭卸下來,就像左邊那樣,接下來就得用暴力破壞啦!

左邊的鏡片上有紅色反光,那片就是紅外線濾鏡,為了要將它拆掉,我用過鎳子、焊槍都沒用,後來動用斜嘴鉗和尖嘴鉗才大功告成。


這個就是剛用斜嘴鉗剪開的樣子,再用尖嘴鉗把那些殘肉夾掉。原來那個濾鏡是方形的,難怪我一開始用鎳子挑不起來。當濾鏡拆掉之後,再用曝光後洗好的底片剪兩小片貼上去,當作可見光濾鏡,就大功告成啦。剪兩片是要擋掉大多數的可見光,如果沒有底片,也可以用兩片偏光片疊起來用。
IMG_0098

接著就是拍攝樣本啦,這張看起來都是白雪,就是頭前溪河床上的植被。因為植物會反射紅外線,所以植物會特別白。



書房裡的盆栽也來試試,下圖最左是沒有作任何改裝,直接拍攝的樣子。第二張只有去掉紅外線濾鏡,但還沒加上可見光濾鏡,第三張就是完工照。因為有些人會以為直接變成黑白照就是紅外線攝影了,所以我特別把第一張圖去彩度變黑白照變成第四張。透過第三張和第四張的比較,這樣就知道到底兩者有何不同啦。


之前寫《斑葉大不同》這篇時,我知道白鶴芋和黛粉葉兩種植物葉子很不相同,黛粉葉的白斑只是因為結構的空隙造成,而白鶴芋的白斑可能就是因為葉綠體的問題了。我本來以為在紅外線攝影下,白鶴芋會看得到白斑,而黛粉葉看不到,但是經過攝影之後,卻發現兩者狀況都一樣,完全看不到白斑。因此我推測白鶴芋的白斑部份很有可能還是能進行光合作用,畢竟那裡不是完全的白,它是淡綠色的樣子。






當我用紅外線攝影機四處照時,突然發現桌上的目鏡出現異狀,這個目鏡用肉眼看是全黑的,但是用紅外線攝影,卻發現只有底下的套環看得到,而上方的部份卻消失了。手一摸才知道,消失的部份是塑膠殼,而照得出來的套環則是金屬,看來兩者反射紅外線的能力也大不相同。


最後不免俗的還是要來照一下眼睛,雖然以前就已經拍過了,不過那時候用的是貴貴webcam,而且是另外用紅外線光源補光,webcam本身沒有作任何改裝。而現在我們不用紅外線來補光,用的是改裝的俗俗webcam,結果效果非常讚啊,頓時讓我變成大眼帥哥啊。

用紅外線攝影機拍瞳孔的效果超好,原因只有一個,因為瞳孔就是個洞啊,不會反射紅外線,一定是黑色的。

webcam改裝顯微鏡的前傳

本篇的製作其實比上篇《用webcam 製作數位倒立顯微鏡》更早,因為有這篇的試作,才會有那篇倒立顯微鏡的出現。


手動對焦的webcam有個特色,你可以把鏡頭旋得非常外面,甚至到了快要掉出來。那時候的webcam就可以當作一個超級放大鏡來使用,甚至可以看到液晶螢幕上面的點點像素,這是肉眼無法看到的景象。



有次不小心把鏡頭旋到掉下來,突然想起相機若是把標準鏡頭反轉,可以變成微距鏡。於是我就試著把鏡頭反轉過來。
 


結果就有很大的放大倍率了,雖然解析度不算太高,但還是可以分辨螢幕像素間的區隔。
 



後來因為對顯微鏡有莫名的愛好,所以我把webcam的鏡頭拆掉,反接上顯微鏡的10倍目鏡。這樣的工作距離(目鏡到玻片的距離)約是2.5 cm。
 


出現的影像就是這樣,如果把目鏡和webcam的距離再多拉開一點,倍率就可以更高一點,但解析度不會提昇。
 

坊間有專業的產品,例如Dino-lite,它拍攝螢幕的樣子如下圖,倍率比不上上面幾個,但解析度似乎比較高。
 


後來我有改用10倍物鏡來試試,雖然可以看,但效果跟十倍目鏡差不多。


我的目標其實是想弄出解剖顯微鏡的數位替代品,基本上加裝10倍目鏡或是webcam的鏡頭反接都可以達到放大的效果,但是工作距離不夠大,在操作上還是會有困難。畢竟有誰能夠在2.5公分的距離內進行細部操作呢?

2012年8月29日

用webcam 製作數位倒立顯微鏡

這個口腔皮膜細胞,不用顯微鏡,光用webcam就可以拍出來,你相信嗎?
 

每年上完顯微鏡課程,學生都很希望自己能擁有一台顯微鏡,然而,並不是每個家庭都願意花數百到數千元買顯微鏡。因此我一直很希望能製作一個低價好用的數位顯微鏡,幫助那些有興趣探索顯微世界的大人或小孩。

經過一段時間的摸索,我找到答案了。我的對象是這種便宜的webcam,網拍可購得的價錢最低可至125元,所以我就叫這種為125webcam吧!過去我製作電子目鏡也都是用這種125 webcam,現在我就讓它變身成顯微鏡,過程不用10分鐘喔。


第一步,先把webcam的鏡頭拆掉,留著備用


接著,用小螺絲起子把兩個螺絲拆掉(藍色箭頭指示)



再把主機板後面的兩個螺絲也拆掉(藍色箭頭指示)


這步的重點是要拿出中間那個,本來是用來讓webcam鏡頭固定用的裝置,我就先叫它「固定環」吧。拿到之後,再把拆掉的裝置組合回去吧。


組合好之後,再將鏡頭「倒置」放在webcam上面,然後用熱溶膠把它固定在webcam上面。請各位先忽略掉鏡頭兩邊那個綠色的粗線。




再把固定環旋入鏡頭中,這個固定環的角色就是載物台,同時它也可以藉由旋轉而升降。


現在來看看光源的部份,本來我的初始設計比較複雜,我將原有webcam的LED剪斷之後,另外將線接出,並用鋁線固定,外面再套上熱縮套。這個概念是還不錯,LED的電源由webcam自身供應,但問題是這樣的作工繁複,還得動用焊槍銲錫,一不小心就會毀掉整個webcam,像我就因為銲錫在 PCB板上亂流,導致一個webcam報廢。


為了能方便推廣,所以我採用別的作法,光源改採外接。準備曬衣夾、 3V鈕扣電池、LED燈、鋁線。利用曬衣夾將電池和LED夾住,而鋁線是用來將光源固定在這個顯微鏡上,我還在鋁線和webcam銜接的地方,另外以熱溶膠固定。



這樣的作法雖然光源開關不易,但的確簡化了製作的流程,而且你也可以任意更換各種顏色的LED呢。


如果每個學生手上都有一個這種顯微鏡,那麼他們也許就可以利用課餘時間,進行生活週遭事物的顯微探索。


最後來貼個比較圖,這種改裝的webcam顯微鏡倍率大約是100倍左右。
  比較

2012年8月23日

iPad與我的生物教學

因為前一陣子手滑,不小心敗了一台New iPad,所以最近幾週一直摸索如何用 iPad來上生物課。

用iPad來上課就是用來取代我原本的小筆電,所以許多小筆電能作到的事情,我就得找出方法克服,這是一連串跌入錢坑的過程。首先是硬體的部份,iPad要接VGA輸出螢幕到單槍,得先有這個轉接線,或是去買個最近剛在台灣上市的Apple TV,不過要用那個東西,教室裡也要有無線網路的環境才可以。

硬體大致上解決之後,再來就是眾多軟體的問題。在網路上很多米國人寫出了學生怎麼用iPad來學習,不過我的層次比較低,我得先找出我要怎麼用這個工具來教學。

播放影片圖片
首先,生物老師們對影片、圖片的教學需求非常大,通常我們都會有個資料夾,裡頭還用層層資料夾收集了各種教學影片,如果是用PC或NB,大家就直接把整個資料夾擺進去,要用的時候,就點開來看就可以了。可是遇上iPad這就有大問題了,iTune不支援資料夾上傳,更何況有層層資料夾,而且我們用的影片很多都是網路收集來的,格式很多種,有flv、mp4、mpeg。此外我還把圖片和影片放在一起,所以我要找到一個app能開影片、圖片,又能支援層層資料夾。

花了幾天時間摸索,終於找到方法了。iPad裡安裝 BUZZ Viewer HD ,這個可以讀很多影片格式和圖片,前面講的flv和mp4那些都可以讀。把ipad和電腦連接之後,Ubuntu 12.04會出現兩個磁碟,一個是[xx的ipad],另一個[xxipad上的文件]。去點那個[xx ipad上的文件],找到Buzz Viewer,再點進去,就會出現一個Document的資料夾,只要把那些多媒體檔案整個連資料夾複製貼上就可以了,接下來就可以像PC和NB那樣使用它們了。

可是還有些多媒體檔案是swf格式啊,怎麼辦?我目前找到的方法是,swf轉成HTML5的格式後,用safari來開。

充電
另外,和我電腦連接的時候,我也想順便充電一下,我在這裡找到如何讓ubuntu可以幫ipad充電的方法。


以上的問題都是因為 iPad的特點(其實應該算缺點),所以得想辦法解決。接下來就要利用iPad 的優點了,那就是找各式各樣的app了。基於本人小氣的個性,所以大部分都是找免費的。如果是要付費的,也都是找真正會在國中生物裡頭用到的。

人體解剖
生物課程講到許多人體解剖學,像是消化、循環、呼吸、生殖、神經、內分泌...。要教這些東西,如果有PC或NB,在有網路的環境之下,可以去用BioDigitalHuman或是ZygoteBody,瀏覽器連上去就可以有立體的人體模型可供教學使用,這些iPad都沒辦法用。

在iPad裡有個很值得購買的app:Visible Body 3D Human Anatomy Atlas 2
我們課程裡講到的人體解剖學的東西通通都可以用這個東西來演示。


腦部解剖
如果單獨只講腦部的解剖,可以用 3D Brain


呼吸道
從鼻腔開始的上呼吸道,可以用 Upper Respiratory Virtual Lab,走虛擬實境這招,大家就像是被縮小一樣,走在這趟呼吸道之中。

骨骼肌肉
因為我對骨骼肌肉有著莫名的愛好,所以我用3D Muscle Premium 2,裡頭除了跟Visible Body 3D Human Anatomy Atlas 2一樣有著各部的解剖外,還有肌肉運動的動畫。我很喜歡做伸展、瑜伽,了解這些構造對我可相當重要。

消化道
Build a Body:裡頭有各種消化器官,玩法就是把它們拼起來而已,適合拿來讓學生比賽拼圖。

看心臟
Explore the Heart in 3d :可以看心臟搏動、血液流動、瓣膜開閉
Virtual Heart :可以看心臟搏動、瓣膜開閉、心音的聲音、調整心跳速度、心肌內的電傳導過程。
iHeart Touch:可以用點擊互動的方式看到冠狀動脈硬化,一直到心臟病發的進程

眼球解剖
EyeDecide  可以控制眼球轉動的肌肉、分解眼球、切開眼睛看內部構造、



神經電位的顯示

Backyard Brains 這個app是搭配spikerbox使用的,但如果要轉用在看聲音的變化,也是很棒的。



神經遊戲
以下這些遊戲有的是測反應時間,有的是利用大腦知覺
反射神经
The 反射神経
Stroop Effect
Speed



各器官解剖
Netter's Anatomy Atlas:有精美的解剖圖,如果不是一定要用3D的模型在那轉來轉去,純粹只是要看圖的話,可以用這個。
Visual Anatomy Lite:功能跟上面那個差不多,也是看解剖圖的。
Surgical Anatomy - Student Edition:功能也是看解剖圖的,畫風很讚啊,嘿嘿。


虛擬實驗室
The Virtual Bacterial ID Lab
國中生物一定用不到這個,最多是高中生物拿來講PCR鑑定細菌種類,這個app有PCR的虛擬過程。這個裡面的內容,也有web版本

演化

  • Swimbots :就是這款遊戲的iPad版本
  • TimeTree HD :輸入物種名稱,可以看兩者的親緣關係。在國中教學,好像無用武之地。
  • Evolutionary Biology:裡頭有幾種簡單的演化遊戲可以玩,其中天擇的那個遊戲還不錯,玩家擔任天擇的重要角色,當蛇去吃老鼠。
  • Bug sim:裡頭有各種顏色的方塊(當bug),還有許多的小點點(food),我們可以設置不同的bug和food數量,還有突變率,去看整個生態系改變
  • NHM Evolution:大英自然史博物館出的App,要錢的,不過很值得。可以看從前寒武紀開始的繪本,一直到近代。這邊有操作畫面。
  • Devolve Me:可以看數萬年前的你的模樣,軟體跟我這篇文章用的軟體同一家,不過是iPad版的
  • EarthViewer:講演化很好用的軟體,可以看大陸漂移,可以看地球各時期的二氧化碳、氧氣、生物多樣性...等資料來對比。官網在此


生態環境
Google Earth :這個不用多說了吧



書籍

Turning The Pages:裡頭有虎克那本Micrographia的原本掃描,彷彿可以親自看到那本書
E. O. Wilson's Life on Earth(National Edition):iBook 2出來的時候推廣的教科書,下載得從iBook2裡頭搜尋書籍 Life on Earth,可以下載到Introduction那章。

細胞
iCell:這個推薦,可以看動物細胞、植物細胞和細菌的立體模型,可轉可放大。
3D Cell Simulation and Stain Tool:一樣是看細胞的模型,但只有動物細胞的,而且是那種切一半的,細胞核變成馬桶模樣的那種。


看玻片
SlidePath
Objective
以上兩個功能差不多,都要有網路環境。就想像成看Google的衛星地圖吧,只是看的對象改成玻片。

這個是一款遊戲,從手部一路放大,到細胞層次再到分子層次。遊戲的目的是要收集各種圖像,像是有絲分裂的各期啦,染色體啦、中心粒...,收完之後到Lab去玩排序。就算不玩收集排序的遊戲,也可以把它當作細胞版的Google地圖啦。
特別一說的是,它們公司最近在研發一款用 Kinect玩的生物遊戲  http://www.kinectbiology.com/

分子生物
Molecules:可以看各種分子的分子結構,像DNA啦、胰島素啦,不過這個國中很難用得到。



生態

蛙蛙叫:圖鑑類,收錄台灣所以青蛙叫
啾啾叫:圖鑑類,收錄台灣42種鳥叫



實物投影機
接下來是教學授課的需求,iPad的相機可以拿來當實物投影機,用在拍考卷、課本、作業等,可以即時用於授課。基本上這個用它原有的相機功能就可以作到了,但是如果要達到拍照後繪圖,或是即時將照相機的影像拿來繪圖,那就要其他app了。

先講硬體的部份,要當時實物投影機一定要有腳架,前幾天去大創買了39元的廚房用品,剛好可以拿來用,寬度剛剛好耶,如果再高一點就更好了。




如果是在理化實驗室的話,也可以改用鐵架夾一片板子,iPad放在上面就可以了。


要拍照拿來繪圖講解,那可以用 Skitch for iPad,它還可以把相機相簿、瀏覽器畫面、地圖等的圖拿來畫。我在帶野外課程時候,也會用這個app,像是要指引遠方的景物或植物,我就可以拍照後拿它來圈畫,這樣就可以方便指引了。

如果是要畫即時的畫面,那Board Cam 算是不錯。不過它有個問題,預設的拍攝倍率已經是放大過的了。除了畫以外,它也有類似雷射筆的功能,付費版的還可以調整倍率、將畫面凍結來畫(也就是拍照),白板功能等。


白板功能
真的要有白板功能的話,我自己希望是能將畫面擴大縮小,又可以加入圖片,所以那些有whiteboard名字的app,其實沒辦法滿足我的需求,最後我反而找上了筆記軟體。

PenultimateUPAD都算不錯,但是前者的頁面不能放大,所以我比較推薦UPAD。拿筆記軟體來當白板軟體,好處就是因為有多頁可以使用,畫過的東西不用擦掉,直接翻下一面就可以用,要看之前畫的東西只要翻回去就可以了。另外,筆記軟體畫上去的線條是向量圖,頁面放大之後一樣清晰,此外也可以匯出版面的圖片。


顯微鏡投影
之前寫過這篇,電子目鏡的應用(3)-顯微影像的無線投影 ,就花些錢買設備就可以了。除了拿來當顯微投影之外,用C310的 webcam或是P2V不作改裝,也可以用在遠端拍攝上。例如學生坐在那不動,你帶著攝影機走到他們座位上拍他們的作業。



計時器
上課常常會用到「三分鐘內做好什麼事」或是「計時一分鐘」,所以iPad裡頭也要裝幾個計時的app,多裝幾個,每次用不同的可以有好多新鮮感啊!
計時器+
Sand Timer
PresenTimer
MultiStop


光譜儀
如果會自己製作光譜儀來拍照的話,這個app LearnLight可以用來做分析,不過目前的版本還沒有辦法輸入自己拍攝的圖片,但android版本的可以啊。

聲音
Frequencies Pro :基於小孩和大人所聽到的音頻不同所做出的APP,簡單說,就是個固定頻率的頻率產生器
SpectrumView:可以即時做頻譜分析,可用在分析樂器,男性和女性聲音
FreqCounter:可即時顯示頻譜和波形
Tone Gen.:頻率產生器
SGenerator Lite:頻率產生器
Flouier Touch:可多點觸控產生多種頻率的聲音,可看拍頻和合成的波形
iAnalyzerLite:可錄音分析波形頻率
spikerbox:可看波形,可調整時間和振幅尺度



充實八月-生物趴辣客5、TOPshow1、全國國中科學探究成果聯合發表會

生物趴辣客5在今年的8/4熱烈展開之後,過了好幾個禮拜,我居然都還沒有寫下些什麼,因為八月連續數週的週末我都軋得滿滿的,再加上週間滿滿的暑期輔導課。滿滿的行程讓我靜不下來沈澱思緒,現在終於有時間可以思考這期間發生的種種重大事件了。

2010年的生物趴辣客在台北的一家咖啡廳進行開始,當時根本沒想過要辦到2345,一切是因為皮卡彎和BioTop的催生,才會衍生出後來的趴二@彰化,再加上yenwen、莉亞、小蔡等人,再生出趴三@高雄,接下來順理成章地再回到台北和彰化,生物趴辣客就辦到五了。


近兩年的時間,生物趴辣客給了許多人靈感,進而推動了許多社群活動。像是我們學校的阿芬老師做了校內的社會科討論社群,阿清老師在校內辦了班級經營的群師分享活動,新竹市自然科和國文科也辦了趴辣客,高中化學學科中心辦了化學百寶箱趴辣客,梅子辦了高中端的小型趴辣客,彥文看到的短演講和分享的可能性,在南部連兩年辦了博客會客室和科學同好會@高雄,小p推動了國中學生的科學探究分享,辦出了全國國中科學探究成果聯合發表會。生為生物趴辣客的始作俑者,忍不住尾巴翹了起來。


不過,雖說是始作俑者,但是真正由我主辦的生物趴辣客,其實只有趴一而已,隨後的四屆都是由全台各地的熱血青年自告奮勇所促成,當過小菜的人下回可能當工作人員,也可能當主菜,而當過主菜的,下次可能當工作人員,一夥人在小菜、主菜、工作人員中輪迴。也就是說生物趴辣客就是個多細胞生物,每個細胞都沒閒著,細胞之間進行分工,形成各種組織構成器官、系統。


因為每個人都是參與者,生物趴辣客硬是出現了與眾不同的特性,它會成長、演化,也會傳染。在趴四的當晚,一群人在網路上忍不住討論起趴辣客辦到第四屆了,似乎很難嘗到深度,分享的東西很容易只留在「教什麼」,卻很難進到「怎麼教」和「怎麼學」。除了這樣的感嘆外,我自己也發現趴四裡,我和其他人的互動變少了。。


怎麼辦呢?大家找出了癥結點,那就是時間不夠。真正要能進行討論,得有充足的時間,從趴一到趴二,我們規定了小菜只有2分鐘,雖然我對這個2分鐘分享的解讀是它就像「電梯簡報」,或像是電視廣告一樣,短短地講出精髓就好。不過我要坦白說,當初會訂兩分鐘的真正原因其實是因為趴一在咖啡館辦,只包場3小時,扣掉主菜之後的時間,剛好就只能讓小菜們分享2分鐘而已啊!後來趴二到趴四的時間,雖然從趴一的半天升級成一天,但都聚焦在增加參加人數,沒有增加個別的分享時間,更不用說有什麼提問和討論的時間了。

過去幾場活動增加了參加人數,讓我們發現原來生物趴辣客有辦成大型研討會的能力,像趴三和趴四都是有百人左右來參加。但是辦得太大,卻讓我們感覺少掉了互動討論和深度,這並不是我們所期望的,因此在這次的生物趴辣客5當中,我們大幅限制了參加的人數。透過BioTop的細心規劃,我們坐在環形的座位上,不僅看見台上的分享者,也和台下的參與者彼此面對面。每個參與者有三到五分鐘的發表時間,再加上許多討論時間,這次的活動的確達到了討論的深度,並且有不少的精彩對話。


這次的時間掌控是從yenwen的科學同好會@高雄那邊學來的,弄個平板電腦的計時器,報告者自己看時間,啟動計時和按下停止。本來以為這樣我就可以放手專心聽,但是有些朋友的時間拉得太長了,所以我還是沒辦法放下心去聆聽。


我在筆記上寫的心得零零落落,

  • kitty:分類紙牌遊戲,張數高達260張。我在分類課程中值得仿照
  • 明哲:酵素探究實驗,用針筒+試管(附塞)改善了我先前的作法。針筒可以當作提供雙氧水的工具,避免手部誤觸,也可當作測量產氣結果的工具。
  • 小魚:分類盒的設計,經由大家的回饋,我覺得改變成類似拼地圖的作法也不錯。
  • 水月:考古盆的教學設計,我非常欣賞,雖然是多節課的活動,但是值得仿照,看看能不能改成短時間就能進行的活動。(附記:阿清老師已有修改版)
  • 小新:社會性科學議題,值得用角色扮演來模擬,大家互相交換角色來評估對單一議題的看法。聽眾回饋說可以用「模擬公聽會」的方式來進行,剛好我之前想過,不過沒實際作過,值得看看有誰曾經作過。另外,有聽眾回饋,科學新聞的分析可以去著重資料來源的異同是否造成報導角度的改變。
  • 利玲:用色卡教生物多樣性,如果把色卡改成有意義的生物名稱,也許有不同的教學模式會出現。
  • seed:種玉米和綠豆讓學生觀察軸根和鬚根。我以前作過是帶學生挖校園小草來觀察,不過給學生種來觀察倒是沒試過,今年來玩玩。
  • 惠真:用水筆仔來染布,這超酷的。先前學校歷史老師就問過我這個事情,但是我沒實際玩過,所以只能猜測。惠真老師說拿水筆仔的枝條直接煮,不用媒染就可以染出很漂亮的布了,這我一定要親身玩玩。

還好幾個朋友都寫得很詳細,補足了我記憶的缺口,此外分享的內容在生物趴辣客官網之後也都會放上去。


身為一個帶頭嘩聲說要辦的人,其實很關心以後可以怎麼玩。這次原先預計是請大家報告三分鐘,剩下兩分鐘來討論,如果沒有打算要討論,那就講到五分鐘沒關係。不過這樣的計畫幾乎被打亂,多數人會講到超過五分鐘,然後自己按掉計時器之後再繼續講,坦白說那時候我都會在心裡面埋怨。報告超過時間加上熱烈的討論,結果我們中午是邊吃便當進行,這樣其實會累慘大家。如果中午能按原訂計畫有一段空白時間,那麼大家一定能在那時候有更棒的討論。

下次再辦,還是要把那些大大小小的趴辣雞都拿出來,用眾雞的力量來控制時間。

再來是報告的人數,這次將近30個,其實還是有點多。未來可以讓「說菜」的人少一點,也許到20個,單獨報告的時間就可以久一點,三到五分鐘也許還是值得一試。其他想參加的人,一定還是要付出,像是實物展示或當工作人員。這次沒有打算弄實物展示,結果就感覺少了點什麼,其實交換的禮物應該順便擺出來當展示品,那裏面可是有很多好料的東西耶。

另外,再來談到「討論」這件事,因為趴四的時候,大家都覺得沒有討論很不過癮,所以我曾經動過一個念頭,就是在下午的時間,用一兩個小時的時間,同時分四場討論不同的東西,例如某場就由小p來帶討論科學探究的事情,另外一場就Yukie來討論閱讀...。不過最後我實在幻想不出來實際操作的情形,所以後來就改成延長個別報告和增加報告完討論的時間,其實效果也很棒。

我本來以為,那個分場討論的念頭很難執行,不過晚上大家留下來用餐的時候,這樣的討論居然莫名其妙自己出現了。我覺得月鈴老師很奇妙,無論是趴辣客的會場或是餐廳裡,坐在那邊自然地就可以帶起很多討論。
IMAG0576

對了,還有一項大事要說,趴六打算到台南去辦。我們很想要在成大辦,因為辦完之後可以在台南逛街吃眾多小吃,所以如果有的老師和同學可以協助,麻煩通知一下( pancala@gmail.com ),感謝感謝。

大家在趴四辦完之後,還留著吃晚餐,其實目的是為了隔天(8/5)的大活動-TOP Show 1。這是什麼活動哩,關鍵就在BioTop的這個社群,我來複製貼上一下這個活動說明:
TOP show是什麼聚會?這是起因於:常常聽到教師被課室常規問題所困擾,也常常聽到同仁提出:教室規矩不好的班、教再多都沒用。但是卻也常聽到安安靜靜聽課的班級,被老師抱怨死氣沉沉沒反應。
尤其是初任教師,更對於「教學知識」(PK: pedagogical knowledge )的需求大於「學科知識」(CL: content knowledge),因學科知識可以用功學習而得,但教學知識卻要靠經驗累積,而且此經驗常常是默會(tacit)並難以被當事者察覺的知識。

BioTOP點子工作室基於好點子要多分享的立場,以及參加了四屆生物趴辣客的經驗,想取法阿簡老師的部分模式,試著舉辦一場關於課室經營的分享與對話。透過類似同好會的對話交流,試圖協助大家聚焦、系統化、並表徵出自己經驗之中那些「只可以意會不可言傳」的寶貴知識。

您的教學經驗中,曾經有什麼有效經營課室教學情境的撇步呢?您想知道別的老師的小秘訣嗎?是否透過別人的回應更能激發出您自己的經驗歸納與創意發想?歡迎您來與我們分享、秀出您的寶貴經驗。

或許您的作法有鮮明的理論取向,但也可能是大雜燴地把所有理論調合產生化學作用、成為您的可行之道;甚至不必一定要套什麼學術的理論大帽子,有時憑直覺及您的受教經驗,也會迸出奇妙的知識火花。

只要是有助於課室教學的常規維持、引起動機、動機維持、紛爭處理、突發事件處理、評量、合作、情意的融入、品格的陶養、例如問與答策略、POE、引起動機策略、閱讀引導策略、競爭策略、弱勢學習者在教室的安置、強勢學習者的輔導、師生對話策略、學習責任與自由度等,不限科別及學生年齡,不限您的教師身分種類(職前或在職、體制內或體制外),都歡迎分享出來。

當天的活動是在彰師大的圖書館進行的,每個老師都大方貢獻出自己如何經營課室的方法,擔任主講的皮卡彎,將自己的課室經營策略分散在大家的個別分享之後。比如說我講到學生上課睡覺時,我會怎麼處理,皮卡彎就會接著講,她如何用友善的方式來處理,化解本來可能產生衝突的境況。

這樣的活動十分新穎,因為課室經營的研習並不多,即使有,我們也未必能從單一講師的策略中找到適合自己用的方式。但TOP Show所作的,卻可以有效改善這樣的問題。眾多老師分享的策略中,一定有些是自己能夠採用的。

我在這個豐富的八月裡,除了8/4的生物趴辣客5之外,8/5參加BioTop辦的TOPShow 1,8/11-8/12參加天文望遠鏡製作,8/18-8/19還參加了一個由八縣市14所學校的師生共同參與的活動-「全國國中科學探究成果聯合發表會」


我帶了數年的專題研究,漸漸發現「比賽」這件事會弄壞了學生進行科學研究的樂趣。許多學生進行科學研究是為了參加科展,而參加科展是為了得獎,而得獎是為了增加升學的籌碼。換言之,如果這件事情跟升學無關,那麼許多學生就不會進行科學研究了。


科學研究這麼有趣的事情,為什麼一定要有什麼功利目的呢?就不能為了「想知道」、「有趣」而研究嗎?我曾經聽過一個老師對前來找他指導科展的學生說「你這個題目不會得獎,所以你不要作這個題目」。得獎的確是種肯定,但這並不是唯一目的。


其實新竹市每年都有資優班的專題成果發表會,但是那是個有比賽性質的活動。有設資優班的學校每年派學生去報告自己的專題成果,最後有評審講評,然後評選出優良、佳作等,可是學生之間並沒有交流,我想真正的科學社群需要的應該不只是這樣。


我很感動小p居然可以辦出這樣的活動,你可以想像它是學生版的趴辣客,只是分享的內容變成了研究成果,而且更重要的就是學生們會彼此交流討論,也就是說這是一個國中生的學術研討會,不可思議,對吧?


在這個活動中,除了學生們的報告交流外,第二天還有一場由學生們擔任老師的活動。那是由台北龍山國中和新竹光武國中的學生所擔綱進行的課程,他們將專題研究成果轉化成課程來教給在場的學生。這又是另外一個不可思議了。


我們過去認為學生作不到事情,其實可能是我們並沒有給他們機會。這群13歲到15歲的中學科學家們有了自己的學術研討會,也有了上台擔任教師的機會,未來還可以出現什麼機會呢?我們期待著。



我很佩服這群在網路上結識的朋友們,在這幾年內,我們作到了許多很酷的事,至少我們覺得我們改變了一部份的科學教育,我們創造了教師的交流活動,也促成了學生們的互動。並不是因為有什麼上級指示,一切只是因為我們就是想要這麼作!



我曾經在噗浪年會中說過「我想透過我這隻火柴,點燃其他火柴、仙女棒或是炸藥」,我知道這把火正在四處蔓延著。

2012年8月17日

電子目鏡的應用(3)-顯微影像的無線投影


傳統的顯微鏡課程中,學生各組有一台顯微鏡,學生有疑問時,老師四處奔走幫學生看顯微鏡,但由於師生沒辦法同時針對同一個畫面討論,所以常有溝通上的問題。例如老師說要看中間細胞的細胞核,學生卻把整個細胞當作細胞核。此外,若是教師發現有組很棒的東西,希望全班都來觀看,我們的作法就是要大家來排隊看那台顯微鏡,不僅浪費時間,同時溝通上也會有些問題。畢竟不是每個排隊者都知道要看的重點是什麼,總不能每個人都講一次吧。

但是這樣的情景,只要把電子目鏡引入,教學上的改變就會有大改變。這裡分成三種應用來講。


第一種應用,你手邊有一個電子目鏡,還有一台筆電,那麼當你在周遊列國的時候,可以隨時將電子目鏡插入學生的顯微鏡裡,大家同時以電腦螢幕來溝通(如這個案例)。

第二種應用就是有6台電腦和6個電子目鏡,這樣就可以讓學生分組將影像拍攝下來,如同看小魚尾鰭的這個案例


第三種應用,同樣是一台電腦和一個電子目鏡,但是和第一個應用不同的是,當你想把某台顯微鏡的影像給大家看的時候,你不是只呈現在筆電的螢幕上給少數人看,而是用單槍投影出來給全班看。這樣的作法並不是把電腦和電子目鏡擺在講桌,把顯微鏡搬到講桌去投影。我們要作的是電腦在講桌連著單槍,我們帶著電子目鏡到處跑。

要達成這樣的功能,需要另外兩個設備,一個是無線分享器,另外一個是行動電源。



教師只要帶著電子目鏡+無線分享器+行動電源,就可以透過無線分享器將影像訊號傳到數公尺之遙的iPad或電腦,然後將影像投影出來。這裡我使用的電子目鏡是這篇提到的羅技C310。




其他的材料包括 FEBON WIFI 分享器 價格1500元,行動電源我用5200mA的,價格899。
http://www.sunriase.com/2011/11/2-febon-120-home-surveillance-wifi-ip.html
文章連結
WIFI USB Router+ UVC A/V USB grabber card 等於 WIFI Video Server??


使用的webcam必須是MJPEG,像羅技的 C310、 C525 或是愛比科技的p2v都可以。

接上電源和webcam製成的電子目鏡之後,用瀏覽器(chrome 、safari 、firefox)開啟 10.10.1.1:8196 就可以看到顯微鏡的影像了。

手機也可以接收影像訊號觀看,如果是 ipad / iphone ; 用內鍵的safari 瀏覽器就可以,android 就要下載ip cam viewer來看。

webcam改裝成電子目鏡(3)

這篇紀錄會出現,得從週末參加的天文望遠鏡DIY說起。在那活動中,學到了新的作法之後,發現能夠改善先前作的電子目鏡的缺點,所以我就一口氣把之前作的都改掉了。

這個新的電子目鏡作法,不在需要目鏡,所以材料價格只有Webcam本身。目前市面上能買到最便宜堪用的,價錢只要125元,我給學生分組用的電子目鏡,就是那種的。

此外所需的材料還有塑膠水管、熱溶膠、螺絲起子、斜嘴鉗。

塑膠水管是到五金行買 4分的自來水管,內徑16mm,外徑22mm。然後外圈纏膠帶,纏到外徑變成23mm,透明膠帶大約纏繞6圈就可以了。

用膠帶來增加外徑,好處是膠帶有彈性可以微調,如果有報廢的顯微鏡目鏡,也可以拆下底下的套筒來用。

這個新款的電子目鏡,原理其實和第一款相同,就是讓物鏡產生的放大倒立實像直接落在Webcam的CCD上面。

要說明這個案例,可以用我在科博館聽顯微鏡的光學原理課程中學到一個方法,把顯微鏡的目鏡拆掉之後
 

然後把一張描圖紙擺在鏡筒上面,這樣就能夠把物鏡產生的放大實像投影在描圖紙上。而電子目鏡就是把這個放大實像投影在Webcam的CCD上。


我用的是這種最普通的平價webcam,125元而已,先把腳架拆掉,這是為了輕量化。


把他外殼拆掉,然後我要把旁邊的LED燈,用斜嘴鉗剪掉,這是為了將水管製的套筒平整黏在表面外殼上。


剪掉之後,再把外殼組回去
  

最後用熱溶膠把套筒黏上去就可以了,左邊用的是廢目鏡的套筒,所以尺寸剛好,右邊用的是水管作的套筒,加工程序也只有再捆上6圈膠帶而已。



到底這樣的電子目鏡三代,和前面二代或是直接用相機拍顯微鏡有什麼差別呢?以下拍攝的樣本是昆蟲腿,目標是腿上的紅色的鬼東西上,物鏡倍率都是4X,且標本位置沒有改變,僅略為轉動調節輪而已。

用數位相機拍攝可以拍到肉眼所見的全景。在沒有Zoom in的情況下,自然會看到外圈的黑色成像圈。二代的電子目鏡拍攝結果是下圖A,比數位相機拍的要放大一些,且同樣會有成像圈。而使用三代來拍攝的話,則是像下圖BCD。黑框內的三組是用不同廠牌的Webcam,放大倍率更大,且不會有成像圈。成像的表現果然跟價錢有關,羅技HD C310是最好的。


這款webcam果然是好物,除了改裝之後的外型,簡直像是專用的顯微鏡產品外,更棒的是我們可以用它的MJPEG格式來作很酷的應用。請見《電子目鏡的應用(3)-顯微影像的無線投影





2012年8月16日

反射式天文望遠鏡DIY

前一陣子金星凌日的時候,看到MaRko貼了幾張照片,是他用水管作的反射型天文望遠鏡讓學生看太陽的樣子。後來在《泛科學》上看到這篇《那些年, 我們一起DIY的天文望遠鏡》,我很期待哪天能有機會參加這個活動,作一個天文望遠鏡。


後來在科學人雜誌上看到一則,原來八月份科學人就會辦一場製作望遠鏡的活動【窺探星空-天文望遠鏡DIY】。興奮的我,每天都盯著網站看,擔心錯過這個活動,幸好我眼明手快,很快就報到了這個活動。

這個活動製作的望遠鏡規格如下,是屬於反射式的望遠鏡
D(口徑)200mm
F(焦距)800mm
F-ratio(焦比=F/D4.0
d(次鏡口徑)70mm
P(集光力=(D2-d2)/72716
M(極限星等=6+2.5logP)13.14
full-light FOV(全光視場)
1度
解析力(138/D)0.69角秒
倍率(F/目鏡焦距)40(20mm目鏡)、267(3mm目鏡)



折射式的望遠鏡遜於反射式有以下幾點:

  • 研磨面較多,容易有誤差
  • 折射的物鏡材質需透明
  • 折射會產生色散
  • 鏡身太長,會有重心的問題


製作過程雖然需要不少木作工程,但是吳教授教授得非常清楚,所以即使是國中和國小的學生,他們也能夠獨立完成這項工作。


花了一天的時間,望遠鏡大體完成,然後再花半天的時間學習光軸校準,所得的成品就是這個巨大的傢伙。


活動結束前的大合照中,參加者排排站,望遠鏡也要排排站。全部排起來的樣子,我突然覺得這很像抽油煙機的大管子。



第二天的下午,吳教授教了利用webcam作天文攝影的方法。在還沒開始之前,發下了塑膠水管,再加上我們自己準備的泡綿膠、熱溶膠、透明膠帶等。我本來以為作法會是和我先前寫過的這篇《webcam改裝成電子目鏡(2)》一樣,那是把webcam接在目鏡上的作法,但是做了才知道是像這篇《webcam改裝成電子目鏡(1)》的作法,不用望遠鏡的目鏡,webcam也拔掉鏡頭,讓像直接投影在webcam的CCD上面。



其實我後來作電子目鏡時,已經不是像這篇《webcam改裝成電子目鏡(2)》用瓶蓋來連接webcam和顯微鏡了,同樣是改用塑膠水管來作。只是呢,我選的水管的內徑大於目鏡的外徑,是拿水管架在目鏡上的。但在天文望遠鏡製作營中學到的作法是,選塑膠水管外徑小於鏡筒的內徑,把塑膠水管當套筒塞進鏡筒裡,空隙則是用雙面泡綿膠帶和透明膠帶纏繞,我覺得這樣的作法比我之前的還好,所以回到家之後,我隔天就開始把先前作的電子目鏡,統統改掉了。不過這就留待另外一篇再來紀錄了。

2012年8月2日

外傘頂洲旅行記錄

前些日子看到劉還月老師在FB上提起了8月份要辦一趟「東石內海的產業與外傘頂洲的變遷探索旅行」。行程簡介讓我心動不已,剛開放報名,我就立刻下手,感謝劉老師讓我幸運中獎,獲得參加的資格。

會想參加,無非是想去看看那塊陌生的外傘頂洲。去年看到謝老大去外傘頂洲的記錄,我多少對外傘頂洲有些許的了解,而這趟親身前往又可以帶給我自己什麼感動呢?

劉老師帶領的旅行有幾個我很欣賞的地方,是我認為我將來要帶學生出去時也應該學習的部份。其一,他會要求參加者在前往旅行之前,事先閱讀大量資料,這讓我們對行程所到之處有充足的了解。其二,他要求參加者必須攜帶當地地圖,單張或整本皆可,這是讓旅行者對了解當地的地理樣貌的入門方式。

其實,光是地圖我就想很久了,究竟該帶哪種地圖去玩呢?一是用Google地圖拼接列印,既有衛星圖也有街道圖,二是用上河出版的台灣地理人文全覽圖(可我只有第1版的),三則是用最近剛買的台灣1/25000全覽百科地圖集。東翻西翻,最後決定用上河的地圖,主要還是因為比例尺比較適合我去玩耍的地方,雖然戶外生活的比較精細。在影印地圖的時候,也順便發現了,原來上河的地圖是近似A3版面,而戶外生活的是A4版面,不過這是題外話了,反正印完之後拼起來就可以變成大地圖了。

坦白說,我對雲嘉南那塊真的不熟悉,所以事前閱讀地圖真的很重要。原來那塊大平原和濁水溪有莫大的關係,雖然目前外傘頂洲是靠著北港溪的積沙造成,但早期的確是仰賴著濁水溪從上游帶來的沙。

2012年8月1日

風速紀錄器及音效卡相關利用

我是個很會胡思亂想的人,每逢各種天氣現象發生,我都會亂想可以拿來做什麼應用。比方說,前陣子地震頻傳,我就在噗浪上紀錄了一些簡易地震儀的作法,後來甚至還找到更多地球科學教學的相關應用活動。(連結在此 http://www.plurk.com/p/glr7kv)

氣壓變化大的時候,我就想要做氣壓計,而最近颱風來了,我又想到什麼呢?

窗口擺了個抽風扇,本來的目的是為了在晚上可以把外頭冰涼的空氣抽入室內,可是外頭強風吹阿吹,反而讓原本靜止不動的扇葉發狂似的轉個不停。
 

我突然想到,這不就成了發電機嗎?

於是我就拿了電表量插頭的電壓、電流,結果居然沒電?後來才想到,哎啊,要把抽風機的開關打開啊。開了之後一測,果然有電,可是電表只有直流電的那檔有2v的可以測,所以就用直流電來測。我拿著相機本來要拍電壓和電流最高值,但數字一直改變,沒辦法拍到,只好單純用觀察的。我觀察到插頭的電壓最高是0.01v,電流約是0.05mA。
  

本來想要找東西把這電存起來,但是一時想不到方法(王大胖老師提點了,可以加電容來做)。後來我想到先前做過電腦示波器(自製示波器看閃爍頻率),也許我可以用電腦來看風力產生的電。

找到了當時做的線之後,插上電腦後,我改變心意了!不如用電腦來紀錄電量改變,進而可以用做紀錄風速。

我把線一端連接插頭,另一端則插耳機插孔,用audacity來錄音,用電腦音效卡接收電訊號的改變。透過這個方式,我就可以了解風速的變化,我的電腦就成了風速紀錄器啦。


不過這個風速紀錄,只能看出相對大小而已,實際風速還是大小( m/sec)還要找其他方法校正。

如果是要長時間紀錄,那麼audacity就有些設定值要改,不然檔案會很大,我建議改兩個地方,(1)取樣速率從預設的44100 Hz改成8000 Hz (2)僅用單聲道錄音,從編輯->偏好->裝置,將錄音裝置改成一聲道。

這讓我想到,只要是透過電壓或電阻的改變來傳資料的感測器,只要透過和音效卡的連結(意思就是插到電腦耳機插孔),就可以讓電腦變成資料紀錄器。而在沒有電腦的情況之下,也可以將訊號直接用錄音筆錄下。這就像最近幾年在科展上,很常用到的量測技術。利用音效卡+光電晶體(或光電二極體)+紅光二極體(或紅光雷射),做時間或速度測量(可見此篇科展作品-《音效卡計時器及其應用》)。

最近看到一個實際的例子,就是mobile01上的這篇文章 [DIY]便宜好用-使用耳機孔的IR遙控器(適用可播.WAV的player)。作者利用紅外線接收器把遙控器的訊號錄下來(變成一首短曲),這個訊號還可以再用紅外線發射器播放出來。

這種概念的延伸可以做好多事情。例如:
  1. 要知道一天內遙控器按了哪些鍵,那就可以利用電腦將這些按鍵傳出的紅外線訊號都錄下來分析。
  2. 想知道冰箱一天被開了幾次,那就弄光敏電阻+錄音筆放在冰箱裡,但前提是不會被冰壞。當冰箱一開,光敏電阻照到光,電阻下降,錄音筆錄下這個訊號。事後再分析就可以清楚知道冰箱被開了幾次,還有被開了多久了。

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