2013年1月31日

Arduino製作老鼠轉圈計數器


老鼠養了幾週之後,突然想起當初買的籠子是附有滾輪的。當時的想法是倉鼠才會愛跑滾輪吧,小白鼠應該不會跑滾輪才是,所以買回的那天起,就沒把滾輪裝上去。誰知道,我裝上滾輪之後,兩隻小白鼠對它好奇得很,然後其中一隻(科科)就抓到要領,馬上弄懂怎麼玩滾輪了。

我對老鼠玩滾輪這件事一直很納悶,老鼠明明知道在上面跑並不會讓身體前進,牠怎麼會願意在上面一直跑一直跑呢?難道老鼠也懂得「玩」?有動物行為學者拿動物的玩樂作為研究題目,像小貓小狗的玩,其實就是練習長大之後的捕獵行為。但老鼠在滾輪上跑,這又幫了牠什麼?還是說因為牠是圈養的動物,籠子裡面很無聊,所以難得有好玩的就會一直玩?

看老鼠玩滾輪好像很開心似的,我突然想到有沒有機器可以測牠轉了幾圈啊?一查之下才知道,現在賣的滾輪原來有些有附計數器功能的啊。再繼續查,原來有小學生的科展是想用倉鼠跑滾輪來發電的啊。
報告連結:鼠力發電廠

且先不管最後發電成不成,但他們的實驗數據讓我覺得很有趣,他們觀察到楓葉鼠一天最多可以跑34833圈,而老公公鼠可以跑到82730圈,不知道我這邊的科科一天會跑幾圈啊?

在那份科展作品中計算圈數的方式,他們一開始是用跳繩的計數器,但發現位數不夠用(僅有四位),所以改用電子計步器外接磁簧開關,感測的方式是在滾輪上黏一個強力磁鐵,外頭再用磁簧開關感應磁鐵的靠近,。滾輪轉一圈之後,磁鐵靠近磁簧開關,使開關短路,然後就可以讓計步器數字加一。而計算一分鐘可轉幾圈的方式,則是用攝影的方式拍攝一分鐘內計步器增加了多少數字。這個感測裝置很有創意呢!給他們拍拍手。

這也給了我一個想法,我也想來測小白鼠跑幾圈,但是我不只要知道總數,我還想知道他們何時跑,跑多久,跑多快。既然要知道這麼多東西,就不能單用一個電子計步器了,這就得要Arduino出馬啦。


同樣是在滾輪上黏一個強力磁鐵,外面有磁簧開關感測磁鐵的靠近,再把磁簧開關的兩端接到Arduino,再連接到電腦。
IMG_0670



整個運作的過程就是這樣
 


我用這樣的裝置紀錄24小時之內滾輪轉動的圈數,在這一天中滾輪轉了17620圈,以滾輪內徑32公分來計算,這隻老鼠一天就跑了5.638公里呢!

那麼牠是在什麼時候跑的呢?統計後發現在晚上九點到早上五點之間是最密集的時候,而中午12點到下午三點則是另外一階段。

mouse

速度上的分析是這樣的,牠們的速度大約落在90-130 RPM之間,偶而可以有跑出150 RPM以上的佳績

speed

再來看的是耐力部份,我以60 RPM為界限,看看科科能夠以60 RPM以上的速度持續跑幾秒鐘。分析後發現大多是能持續3-4秒鐘的奔跑,但也有可以連續跑5秒鐘以上的能耐,不過都跑不太久就是了。所以科科應該是練短跑的,若要牠長跑,可能就比較沒辦法了。

duration

如果未來要作更精確的分析,可以改用兩個磁鐵配合兩個磁簧開關,偵測更真實的瞬間速度,也可以得知滾輪是順時針轉還是逆時針轉。甚至也可以拿來作些什麼實驗,比如餵牠們吃什麼營養保健食品,看看有沒有更會跑滾輪。

以上是結果分析,看起來好像很容易,實際上在數據處理花了不少功夫。接下來就是講怎麼寫程式,怎麼分析畫圖,所以是很硬斗的內容了。


Arduino的程式

Arduino的檔案在此
https://sites.google.com/site/pancala/Home/mouseWheel.ino?attredirects=0&d=1

這程式所作的事情就是把磁簧開關當按鈕來用,Arduino要紀錄按鈕什麼時候被按下,然後把被按下的時間傳給電腦的終端機印出來,我使用的終端機程式是Access Port

本來我用gobetwino來接收,想說gobetwino就有增加時間戳記的功能,我可以省去撰寫時間戳記的程式,但測試一天後發現我的舊電腦配上gobetwino會delay,以致於無法正確產生時間。不知道是電腦的問題還是gobetwino的問題。所以後來我直接用Arduino來產生時間戳記,程式修改自官方網站附的函式庫Time

但又遇一個問題,電腦必須送出現在時間給Arduino,但時間需用Unix Time才行。若是使用Linux,可直接以終端機送出以下命令,直接校正Arduino
TZ_adjust=8;  echo T$(($(date +%s)+60*60*$TZ_adjust)) > /dev/ttyUSB0

但我接鼠籠的是Windows,所以我得用Excel來轉換Unix Time,轉換方式是參考這個網址的。由於Excel 內部的時間起點是 1900 年 1 月 1 日,日期是整數,時間是小數。而Unix time是從1970年1月1日開始計算,以秒為單位。若是要將Excel time轉換成Unix time則是將excel time減去1900/1/1 到 1970/1/1 的 25569 天,再乘上一天的86400秒,所以轉換公式是
=(NOW()-25569)*86400

我在Excel得到Unix Time之後,在字串前加個T字,用Access Port透過Serial Port送給Arduino來校正時間。(原附的那個Time程式寫法是得在Unix Time前加個T,我沒改,所以得照做囉)

得到的檔案我會再把時間裡的":"取代成空白,藉此把log檔變成像這樣8欄的資料。第7欄是磁簧開關接通時的時間點,單位是毫秒,時間的起點是從Arduino開始執行程式時計算,millis()這個函數會在約50天左右的時候發生溢位,所以有要以此為參考做偵測紀錄的要注意這點。第8欄是計算當時的瞬間速度,計算方式是用這次的時間減去前一次的時間,再用60000去除這個數值,藉此轉換成RPM(每秒幾轉)


2013 1 29 12 18 03 82114827 28
2013 1 29 12 18 09 82120516 10
2013 1 29 12 18 10 82121388 68
2013 1 29 12 18 14 82125460 14
2013 1 29 12 18 15 82125921 130
2013 1 29 12 18 15 82126728 74
2013 1 29 12 18 16 82127560 72
2013 1 29 12 18 18 82129641 28
2013 1 29 12 18 19 82130488 70
2013 1 29 12 18 20 82131546 56





Python計算持續時間
下面這個程式是用Python去算以60 RPM持續跑多少時間,輸入的檔案是mouseWhealNumber,輸出是duration。

#/usr/bin/python
# coding: utf-8
output=open('durationResult','w')
time = []
speed = []
for line in file('mouseWhealNumber'):
  line = line.split()
  a = int(line[6])
  b = int(line[7])
  time.append(a)
  speed.append(b)

start = []
end = []
duration = []
for i in range(len(speed)):
  if speed[i] >= 60 and speed[i-1] < 60 :
    start.append(time[i-1])
  if speed[i] >= 60 and speed[i+1] < 60 :
    end.append(time[i])
for i in range(len(start)):
  duration.append(str((end[i]-start[i])/1000.00)+"\n")
output.writelines(duration)
output.close






Gnuplot繪圖

有了以上的數據資料後,接下來是用Gnuplot繪圖。下面是繪製持續時間的圖

reset
unset title
set terminal postscript landscape enhanced color solid
set output 'duration.ps'
fname2 = 'durationResult'
bin(x, s) = s*int(x/s)
bw = 1.0
set style fill solid 0.4
set xlabel "Duration Time (sec)"
set ylabel "Frequency"
unset key
plot fname2 using (bin($1,bw)+bw/2):(1) smooth frequency  w boxes



這個是繪製什麼時間跑步的圖

reset
set terminal postscript landscape enhanced color solid
set output 'time.ps'
set boxwidth 1
set style fill solid 0.5
set grid ytics
set xtics 0,1,23
set xrange [-1:24]
set xlabel "Hour"
set ylabel "Frequency"
unset key
plot 'mouseWhealNumber' u 4:(1) smooth frequency w boxes




這個是繪製速度的圖

reset
unset title
set terminal postscript landscape enhanced color solid
set output 'speed.ps'
fname2 = 'mouseWhealNumber'
bin(x, s) = s*int(x/s)
bw = 10
set style fill solid 0.4
set xlabel "Speed (RPM)"
set ylabel "Frequency"
set xrange [0:250]
unset key
plot fname2 using (bin($8,bw)+bw/2):(1) smooth frequency  w boxes





Gnuplot繪圖的參考資料有以下幾個
http://www.ruskabebic.com/wp/gnuplot-for-commoners/gnuplot-3/

http://darksair.org/wiki/Gnuplot.html

https://docs.google.com/viewer?a=v&q=cache:Y2D3z5ieX3EJ:ftp://210.45.212.113/pub/soft/gnuplot/gnuplot_tutorial.pdf+&hl=zh-TW&gl=tw&pid=bl&srcid=ADGEESiRvYdsqv1KUTR0pbcdH4dxaSFFlmLH9oQZ3ZyG4oytCqRJf4LLCnB9QW0wI8nXYwZXszPoI8lDB5oEezcyb9_T5Diqdh4YadafDr69YaXQRyFqiq-9hDCcyJ7BdN5_YvnWXtb1&sig=AHIEtbSHeOJQi7weTHewpSf4mi5CK0hqlw

2013年1月29日

老鼠訓練師2

這個是延續上次老鼠訓練師文章,前陣子一直在看有什麼好玩的可以訓練這幾隻老鼠,不過我不是很努力就是了。

現在最大的成就,應該就是訓練他們跳手圈啦。以下的影片有用LED燈吸引牠們去抓,還有讓牠們爬上籠頂倒吊著抓燈,還有讓牠們主動上到手掌,最後就是鑽我手圍起來的圈圈了。




未來目標是訓練牠們玩丟球的遊戲,而訓練的方式則是會參考此頻道
The World's Smartest Mice

作者的FB是http://www.facebook.com/smartmice,裡頭有很多訓練的影片可以看,或者要直接詢問作者也可以。

另外值得一提的現象是,那兩隻白老鼠,前幾天一直出現騎乘動作。如果是狗的話,可能是用以顯示地位不同,但我不知道老鼠也有這樣的行為啊。


IMG_0666

後來我用用"Humping" or "riding behavior"來查相關的研究,是有看到一篇

Activities associated with conflict behaviour in mice


The dominant mice spent significantly more time in social grooming, social sniffing, genital sniffing and food control than did the subordinate mice. Humping and tail lashing also were exhibited significantly more by the dominants. Significantly more tail lashing occurred in pair contacts when fighting, usually accompanied by attacks and chases, took place than when only attacks and chases occurred. Correlations between latency and time spent in conflict behavior and in social sniffing were significant.

裡頭是有說dominant的小鼠會有humping(騎乘)的行為,不過那篇的研究對象是雄鼠。可我這裡的兩隻是母鼠,這樣是否也有同樣的意義呢?

2013年1月25日

電視筆記-橘子好吃的祕密

這篇是看NHK的 ためしてガッテン,1/26日的單元「歓喜!みかんワールド 裏ワザ5連発!」的電視筆記,講的是怎麼挑好吃的橘子,還有怎麼吃到甜橘子。圖片都是翻拍該電視節目的。


節目開始,先教大家玩橘子飛盤,這名字我亂取的,這是把橘子皮切下來以後玩擲遠的活動。

用指甲在蒂頭附近切下一個園



放手心用手壓平後,就可以比賽來擲遠啦。國中生如果學會這招,以後營養午餐有橘子的時候,我們學校和附近鄰居可就慘了。




再來就是講怎麼挑好吃的橘子,節目中有強調,隨著品種和栽種環境不同,這個挑選方式可能不是全都適用。


橘子的甜度,和它生長的方式有關係,如果橘子朝天長,甜度就會比較低,朝下長就會比較高。



不過進了市場,怎麼知道哪個是朝地長的橘子呢?節目說,看蒂頭啦,朝天長的果梗比較粗,朝地長的會比較細。(下回去橘子園採橘子的時候,來特別注意一下)




另外還可以看果皮,果皮的顆粒細細小小的會比較甜



節目穿插的是某位藝術家的作品,拿橘子皮來作編織!



我。的。媽。呀。有種怪異的美感耶。很有德國生物學家Ernst Haeckel那本Art Forms of Nature的感覺啊。


再來就講到橘子的細部了,我們吃橘子其實吃的都是裡頭的汁囊


一顆橘子有多少汁囊呢?工作人員花了5小時算出來了!有3854個汁囊。



汁囊是從哪長出來的呢?從解剖橘子花來看



把子房橫切後,一顆顆大顆的種子從中軸長出,汁囊是從外側的璧上長出。





這一個個綠色小珍珠,就是汁囊的小朋友



把一個果瓣的拆開後,汁囊分離出來看,可以看到有長柱的汁囊,也有短柱的。那個短柱的會比較甜



短柱生長位置是在靠外壁的部份,至於長柱的因為比較長,所以就會延伸到中間




節目中說了一個如何1秒鐘就變甜的方式,這個節目每次講到這個技法,都是一樣啦,就是切一刀。橘瓣縱的切一刀,就可以把比較甜和比較不甜的分開來了。你就專吃外側的好了。



儲藏方式也會讓橘子的風味改變,經過儲藏之後,甜度沒什麼變,但是酸度會下降,所以這樣也就變甜了。



農家的儲藏方式是在高溫、高濕度的狀態下儲藏。


以前的節目還有介紹怎麼讓橘子變甜,方法就是捏捏捏。



而且一定要正妹穿和服來捏捏捏




捏一捏之後,酸度也會下降



家中買了橘子,儲藏方式也要注意,不可以多層堆疊,最多三層



上面再蓋個報紙,而且要通風,不然就會發霉囉



以上,就是電視筆記啦。

本來最後還有一個冷凍橘作法,不過我沒錄到,後來看一些文字介紹,似乎是這麼做的。把洗好的橘子放到冷凍庫冰,拿出來放到冷水裡頭,再放到冷凍庫裡繼續冰,這樣就可以讓橘子外層有冷凍的水膜。

可是我從來沒吃過這樣的橘子耶,不知道風味如何啊,也不知道這樣的目的是什麼?

驗血ABO活動

寒假我們學校辦了一個醫學營,裡頭安排一個驗血活動。雖然我這邊有採血筆可以幫學生採血,不過我們還是把採血的過程交給學生自己來做。不敢玩,那就自己喪失機會囉。

小小兩罐Anti-A 和Anti-B就要1500元了呢



在玻片上各滴一滴


然後拿出預藏的採血針
 

啪吱一插,鮮血共共勞



用牙籤各別加在Anti-A和Anti-B裡頭,然後就來看有沒有凝集反應啦,像這樣就是兩個都沒有凝集,所以是O型


這個是兩個都有凝集,所以就是AB型啦



做活動的那時,想說還有點時間,就跟學生說,咱們來玩混血遊戲吧。玻片上各滴了一滴AB型的血,和 O型的血。然後用牙籤各自和對方攪和,所以左邊的血滴是AB型+O型,右邊則是O型+AB型,有反應嗎?看不出來耶。




那麼再來玩滴血認親的遊戲吧,同樣是AB型的血和O型血各自滴入水中,看看會不互溶,唉啊,果然會啊,難道這兩滴血的主人有血緣關係!?別笨啦,管你是哪種血型,滴到水中,血球都會因為水滲透入細胞,通通爆爆爆,哪來什麼不互溶的事。

大香黑米,腸腸輪血

我有唸路邊招牌的習慣,看到怪怪的招牌就想拍。
這是上個月去台南永康看到的招牌。

賣的是大香黑米,應該是經過品種改良的米,跟黑糯米差不多,但是會有濃重的香味。此外,老闆不只賣米,還鼓勵大家多多輸血,他也很用心,故意把這個概念藏在別字裡頭,目的是要引起潛移默化的效果。
大黑香米

2013年1月24日

imagej作顆粒計數和粒徑量測

網友來信,問了一個顆粒計數和粒徑量測的問題。
最近我剛忙完,可以來解答一下。


粒徑

步驟簡單說
1.比例尺校正:畫線,Analyze/set scale
2.設定計算粒徑的測量值:Analyze/Set Measurements/Feret's diameter
2.設定範圍(閾值):Image/Adjust/Threshold
3.計算:Analyze/Analyze particules



操作影片請看

粒徑測量的相關文章請見用Imagej測最大粒徑和最小粒徑



以往寫imagej操作都用文字加貼圖,其實還蠻麻煩的,現在我都改用影片操作,據說好像比較容易懂。

這次改用 Kazam來錄影,比以前用的螢幕錄影軟體好用多了


2013年1月19日

獲頒生物科學教學卓越獎







去年七月的時候,收到中國生物學會的來信,信裡寫到本屆的理事長王震哲教授推薦我為「生物科學教學獎」候選人。王老師是我大學時的導師,我那時候還偷偷地把他的種子植物分類學考古題給上了網(足見我以前就喜愛分享,即使是別人的東西也照分享不誤),聽說老師後來還自己上網看到了,結果害得老師只好翻新題型,真是不好意思啊。我那時候還有寫一個用來背植物科名的excel檔,叫做種分試煉場,說來也算是有造福人群啦,啊哈。

推薦歸推薦,會不會得獎也不知道,到了年初時收到了通知,果然有得獎,心裡頭真的很高興啦,說來也算是這個Blog帶來的,感謝之。

順帶一提,同樣是要拼得獎的優良兒少網站甄選,雖然我怨的要死,但是後來得知我學生因為有投票,所以還中了一台HTC手機呢!

「 手皺防滑來自演化」之標題亂下

昨天收到科學人電子報,看到一 則[SA最新消息]。

手皺防滑來自演化

標題《手皺防滑來自演化》,摘要寫著「每當泡澡久了一點、手腳浸在水裡時間長了一點都會皺巴巴的,這到底是為什麼?你可能以為這是某種滲透作用,但其實這都是神經系統故意造成的!」

可是當我點進去讀Science American的報導,還有那篇研究人員的報告之後,才發現這標題亂下嘛!而且內文也不是該篇研究的重點嘛!

同樣這篇研究,港媒是這樣寫的
(剛有人來信說,我連結連的中國報不是港媒。是的,我連錯了,所以我現在改連到明報,然後報導內文還幾乎都一樣耶)

手腳浸水皺皮 助水中握物防滑倒【明報專訊】手指浸水皺皮有何作用?英國科學家指出,手腳浸水後起皺為進化優勢,有助在水中有效握緊物件及防止滑倒。
英國紐卡素大學神經科學學院的研究發現,把手浸在暖水30分鐘的實驗參與者,比未有浸手者能更快以拇指和食指拾起或移送水中的波子等濕滑物件。
研究主管斯馬爾德斯(Tom Smulders)表示:「我們的研究顯示浸水後起皺的手指,能在濕滑情况下作出更好的拿揑。這好比輪胎上的胎痕,能提升車輪與路面的接觸,以增加握力。」斯氏更稱,手腳浸水後起皺可能是進化優勢,能提升在濕滑表面下的活動能力,例如在濕滑河邊環境下採集食物。他說:「這可能是靈長目祖先進化成人前的生理適應,方便牠們以四肢走路。」惟斯氏補充,起皺的手指在處理乾物時沒有優勢,起皺的手指亦會減低手指的敏感度。
這篇研究談的不是手皺的演化,研究人員召集20名受試者,以2x2的設計進行實驗(皺摺/未皺摺  x  乾物/濕物),結果發現溼手造成皺皮,有助於拾握溼的物品。至於是不是演化而來,並非這篇研究或報導的重點。有些人把這個結果解讀成「為了拾溼物,所以人手演化出手皺」,這樣就是陷入「演化有目的」的迷思。


一年多前也有一篇《關於「泡水之後,手指為何產生皺摺」,我想說的是...》,其實談的也是類似的事情。

2013年1月17日

多元評量-實作和關鍵字限定的短文寫作


選擇題的評量段考時就已經做很多了,平時評量我就會考些別的方式,這是最近考試的其中一題,要拿來當回家作業也是可行的。



請進行以下活動,監測自己每分鐘心率和呼吸率的變化。靜坐3分鐘,每分鐘測量心跳和呼吸次數15秒,再將此值乘4即為心率和呼吸率,原地起立蹲下1分鐘後(運動時不需測量),再測量每分鐘心率和呼吸率,一直測量到心率和呼吸率回復靜止時的水準為止。

 (1)個別畫出運動前後心率和呼吸率的變化折線圖
 (2)請以短文描述解釋,在這個活動中神經系統如何影響心率和呼吸率的恆定?文章中需包含以下關鍵字:二氧化碳、氧氣、心臟、葡萄糖、受器、肌肉、肋骨、橫膈、腦神經、呼吸作用。可重複使用這些關鍵字,需在關鍵字下畫雙底線。


第一小題是一個短時間就可以看出恆定現象的活動。考的除了基本的作圖能力外,還要讓學生能看到自己體內的恆定(心跳、呼吸)。雖然在講循環系統時,都會讓學生測量心搏脈搏,講呼吸系統時,也可能會測呼吸次數,不過我們做的都只有某個時間點的數值,並沒有做隨著時間變化的情況。

IMG_0629

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第二小題要作的是用限定的關鍵字去描述科學概念,這個題目的價值在於可以評量出選擇題看不出的迷思概念。像氧氣、二氧化碳等的關鍵字,出問題的比例不大,最容易出問題的是「呼吸作用」、「腦神經」和「受器」。

如果是要學生寫呼吸作用和呼吸運動的比較,或是寫選擇題去選哪個是呼吸作用,通常還不成問題。但是如果寫成短文,就會看到學生寫出「利用橫膈收縮舒張和肋骨上升下降進行呼吸作用」,顯見沒搞懂呼吸作用和呼吸運動的差別。

「腦神經」一詞在選擇題通常是考腦神經有幾對,但是學生真的懂那是什麼嗎?考了短文之後,發現我學生裡有1/3會搞錯。他們會寫「刺激傳到腦神經,由腦神經命令...」、「腦幹中的腦神經命令...」、「腦神經命令腿部肌肉運動」

所以這些學生大概把腦神經當作中樞神經在看待了,我想這和日常生活用語也有點關係,廣告不是常說什麼腦神經衰弱嗎。

「受器」一詞,學生考試的時候普遍感到困擾,不知道受器要怎麼掰進文章裡,怎麼會這樣呢?我猜想是這樣的,我們講受器是在神經系統那章講到的,通常都是講受器接受外部環境的刺激,但是現在看的是恆定,許多學生沒有意會到體內環境也需要受器接受刺激啊。不過這我也需要檢討,因為我沒有把月鈴老師說的「神經和內分泌是過程,恆定是結果」這個概念完整傳達,所以學生會把第五章學的神經內分泌,和第六章的恆定分開來思考,因此少了整體性的概念。



2013年1月11日

臉部的肌肉

眼輪匝肌(orbicularis oculi)
手指放在眼周圍,用力眨眼睛(擠眉弄眼),可以感覺到眼周圍的肌肉收縮。因為是環狀肌,所以是向著中間收縮。



口輪匝肌(orbicularis oris)
手指放在嘴邊,噘嘴做親嘴狀或口哨,此些動作是口輪匝肌收縮的結果,同樣是向內側收縮。



顴肌(zygomaticus)
手指觸摸在嘴角和耳朵連線處,當你大大笑的時候就是這些肌肉的動作,所謂「嘴角不自覺上揚」就是這回事。



咬肌(masseter)和顳肌(temporalis)
嚼口香糖的時候,有兩處肌肉會收縮,一個是耳朵下方的咬肌,另外一個是偏頭痛會摸的(太陽穴附近)顳肌

用音叉測聽力

看見音波
 雖然看不見音波,但用敲響的音叉碰觸水面,可見到因音叉而產生的水波。


聲音在哪裡
學生閉上雙眼,教師在學生耳邊彈指,學生指出聲音方向。大腦可利用雙耳的時間差來判斷方向,如果有製作下面影片12:40 的裝置,則可有更有趣的玩法。
http://www.ted.com/talks/beau_lotto_amy_o_toole_science_is_for_everyone_kids_included.html


聽覺測試1
將鬧鐘或手錶擺在耳邊,在何種距離時即無法聽見。測試雙耳的差異,以及不同人之間的差異。試試看將單耳塞住,又有什麼不同。

失聰者有三種,傳導性失聰(conductive)、神經性失聰(nerve)、中樞神經性的失聰。如果要體驗傳導性失聰的話,就把左邊耳朵塞住,讓聲音無法藉由空氣傳進左邊耳朵(但仍然可以藉由頭骨傳進內耳)。


聽覺測試2Weber’s Test
將敲響的音叉(通常用256Hz)放在額頭中線,雙耳聽力正常者,兩耳會聽到同樣大小的聲音(骨導音和氣導音)。
如果是A耳傳導性失聰,那麼則A耳會覺得比較大聲,因為音叉的聲音藉由頭骨直接傳進內耳,而B耳因為仍有環境噪音,所以相對會比較小聲。
如果是神經性的失聰,則是A耳受損,而B耳較大聲。因為A耳的神經都已經有問題了,所以只有B耳能聽清楚。

聽覺測試3(Rinne test

通常用512Hz的音叉,敲響之後把柄抵在乳突骨(Mastoid Bone,耳垂下方位置的骨頭),當受試者表示聽不到聲音之後,立刻把音叉放在受試者耳孔外。正常人的氣導音會比骨導音強,所以音叉拿到耳孔外時,應該還能聽到音叉的聲音。如果聽了覺得沒聲音,可能是傳導性的失聰,因為聽小骨無法正常地把聽道的聲音傳到內耳。也可以把測試相反來作,先放在耳孔外面測試,等到聲音消失後,立刻抵住乳突骨,如果聲音又出現,代表可能有傳導性失聰。

疲勞與血液

聽肌肉收縮的聲音
用聽診器聽咬肌(masseter)的聲音,當咬牙切齒的時候和放鬆時,聲音會不同。這和肌肉收縮時的肌纖維活動數目有關係。

肌肉收縮時的疲勞活動
材料只需用曬衣夾,用慣用手的食指和拇指持續開閉曬衣夾,紀錄0-30、30-60、60-90秒,各時間間隔中開閉曬衣夾的次數,另外再用非慣用手做測試。


血流供應與疲勞
用止血帶綁住上臂之後抄寫文章,觀察有綁和沒綁時,抄寫文章的速度,以及綁住前後,皮膚前後的改變。止血帶也可以用在前個曬衣夾的活動,也許可以改用橡皮筋圈住手腕。可用在講血液供應養分氧氣的課程。




關於恆定的其他活動

水分恆定
需要四天完成的實驗,排空尿液之後,每天喝500cc的不同飲料,包括可樂、清水、糖水、茶(或咖啡)。紀錄多久之後產生尿意,尿尿後用石蕊試紙測pH,進一步還可以測尿量、尿溫、尿蛋白。



呼吸實驗

  1. 用鼻子吸氣嘴巴呼氣,紀錄運動後或憋氣後,吹氣可以多快讓石灰水變混濁。
  2. 紀錄用力吐氣/深呼吸/運動五分鐘後的憋氣時間有何差別。
  3. 原地跑步時,正常呼吸和憋氣,兩者憋氣時間有何差別。
  4. 紀錄靜坐時的呼吸次數和呼吸深度,然後重複對一紙袋吹氣吸氣,直到感到難受為止,紀錄此時的呼吸次數和深度。
  5. 正常呼吸時,紀錄呼吸次數和深度之後,改用口對吸管吹氣幾分鐘,注意身體如何調適。用吸管吹氣會讓呼氣困難,這類似氣喘的狀況。呼氣困難會增加體內二氧化碳含量,所以呼吸次數和深度都會自主調控。
  6. 紀錄不同運動強度的呼吸次數(例:高頻率和低頻率的起立蹲下)
  7. 改用不同長度的橡膠水管來呼氣,觀察呼吸次數和深度的改變
  8. 用力吐氣之後憋氣,和用力吸氣之後憋氣,時間有何差別。用力吐氣之後憋氣,當開始呼吸時,身體會先做何反應?(吸氣),這是位於肺的stretch receptor刺激延腦所致。
  9. 用聽診器聆聽肋骨之間的位置,聽呼吸時胸腔的聲音。



觀察小魚尾鰭的延伸實驗
尋找較大管會搏動的動脈,紀錄脈搏次數以及張口和鰓蓋的運動,並觀察血流速度,當環境溫度降低時(加冰塊),這些運動數據的變化會減緩。



胸腔壓力對靜脈血流的影響
對鏡子觀察頸部靜脈,當憋氣時用力(想像正在憋氣舉重),注意靜脈會鼓起,這是因為胸腔壓力讓靜脈無法順利回流。這種現象除了在運動選手身上可以見到外,也可在管樂吹奏者觀察到。(我測試的時候,還會看到頸部皮膚充血出現小紅點哩)


血壓的測量
利用血壓計觀察姿勢改變(站立、坐下、平躺、倒立)時,血壓/心率的變化,或是吹奏樂器時的變化,手浸泡冰水的變化,常運動者和不常運動在運動後的血壓變化和恢復時間。


同時聽心音和測量脈搏
此活動即可得知心音和脈搏是否同步,兩者約差0.5秒。如果能觀察到動脈搏動(足背、頸部),再配合上聽診器聽心音,更可順利進行。這比起課本上一人測心音、一人測脈搏,兩人算數字來比較要好得多了。

姿勢對脈搏的影響
測量躺下、坐下、站立等姿勢,對脈搏的影響。動脈裡的壓力感受器(pressoreceptor)會將姿勢造成的壓力改變訊號送至延腦,進而影響心搏。

浸泡冰水對脈搏的影響

臉浸泡於低於攝氏21度的水中,測量浸泡前後的脈搏,浸泡時脈搏會減緩。


化學物質對人體恆定的影響
喝含有咖啡因的飲料(茶、咖啡),紀錄飲用前後的心率和血壓變化。


整合性實驗
運動前後測量體溫、流汗度、血壓、呼吸次數、心率、手和臉部的顏色。運動前先靜坐五分鐘測量,運動後每分鐘測量一次,直到恢復運動前的水準。


註:以上活動大部分是從From Field to Lab這本書來的,只有最後2項是網路上無意找來的。

2013年1月5日

測量手的散熱程度

這是在From Field to Lab這本書 p.186的實驗,要測量的是手散出的熱量,工具有溫度計(數位的比較好),1000ml 大燒杯、碼表,實驗一共需做三次。


1.在燒杯中裝入500 ml的冷水,手放入水中,每分鐘測量水溫的變化,每隔一段時間用工具攪動一下水,讓不同溫度的水平均分佈,注意不要讓手直接碰觸溫度計,測量十分鐘後,觀察泡在水中的手會變得比較蒼白,這是因為體表微血管收縮。

2.再裝一次水,泡過冷水手再度放入,同樣測量10分鐘。

3.待手回溫之後,再裝水進行第三次測量,和前二次不同的是,這時手指頭必須在水中不斷運動(打開手指再握拳)


下圖是我在室溫17.8度C下所作的實驗,當體表微血管收縮之後,就會減少散熱,所以水溫上升得很慢,而手泡水時進行運動,會散出比較多的熱,所以水溫上升得比較快。
temp


 附註:如果沒有數位溫度計,也可以自己做一個。雖然這叫做超簡單電子溫度計,不過還是得有個三用電錶來測量。

呼吸作用的測量

課本上有個測綠豆呼吸作用的實驗,錐形瓶裡放了發芽綠豆,上頭塞個漏斗把水灌下去,然後就可以藉此把裡頭的氣體擠到裝有石灰水的試管裡。這個實驗是檢驗呼吸作用產生氣體的定性實驗,但是我還想再找些定量的實驗來作作,後來我用respirometer這個關鍵字找到了一些裝置設計,最近的課程就是讓學生用這個來測綠豆的呼吸作用,測量耗氧量、產二氧化碳量、呼吸商等。



參考資料

實驗裝置可以參考
http://www.elbiology.com/labtools/Microrespirometers.html
http://www.biologycorner.com/worksheets/cellular_respiration_AP_Lab5.html

測量呼吸商可以參考
http://openinfo.npust.edu.tw/agriculture/npus12/ll/agr12exp17.pdf
http://physiol.umin.jp/resp/text/1-03.html






呼吸計的設置需要針筒、毛細管、熱溶膠、膠水、刻度紙。裝置就長這樣,針筒前端黏了毛細管,管子外面黏了刻度紙,針筒裡面塞了棉花和綠豆、棉花滴了一滴NaOH。





因為這個裝置是用在測量溫度對綠豆呼吸作用的影響,所以一個實驗就要有六支呼吸計,高溫組和低溫組各用三支,如果考量到實驗需要重複的情況,那就要更多支囉。


耗氧量和產二氧化碳量的計算
由於要測量耗氧量和產二氧化碳量,所以要有三支裝置,分別叫做ABC三管。A管裝了綠豆和NaOH,B管只裝綠豆,C管只裝NaOH,這個設計是參考蔡老師的文章。耗氧量=A-C;排二氧化碳量=耗氧量-B。

氣體量的計算,除了用刻度紙每刻度1mm來量化外,最好是用毛細管的內徑(直徑)去計算毛細管內減少的空氣柱的體積。


呼吸商數的計算
呼吸商數(respiratory quotient, RQ)就是植物組織或細胞進行呼吸作用時,釋放CO2 量對吸收 O2量的體積之比值。 RQ 的測定值,可以證明呼吸作用的進行,並且可以由 RQ 值來判斷呼吸作用所利用的受質種類。呼吸受質為有機酸的 RQ 值大於 1,呼吸受質為碳水化合物的 RQ 值等於 1,呼吸受質為脂肪酸的 RQ 值小於 1。

  • 呼吸受質為碳水化合物的 RQ 值等於 1
  • 呼吸受質為脂質的RQ 值等於0.71
  • 呼吸受質為蛋白質的 RQ 值等於0.85



呼吸計製作流程

  1. 以熱熔膠將毛細管與針筒相黏,再將刻度紙黏在毛細管上。
  2. 將溶有少量清潔劑的紅墨水吸入毛細管中沖洗幾次,藉由清潔劑降低表面張力的作用,使步驟5加入的紅墨水得以在管中順利移動。
  3. 將脫脂棉塞入ABC針筒內,但是僅在AC針筒中滴入一滴NaOH(或KOH),藉以吸收CO2,再加入一層棉花隔絕實驗材料,避免與NaOH直接接觸。B針筒只加入棉花,但不需加入NaOH。
  4. 將實驗材料放入針筒中並加上活塞。調製不同溫度的水,記錄水溫後,將實驗裝置的三隻針筒置於水浴中,等待五分鐘使整個裝置和水浴達到熱平衡。實驗中需隨時控制水溫。
  5. 用另外的針筒將紅墨水擠入實驗裝置的毛細管中作為標記。每隔一分鐘紀錄紅墨水的刻度變化
     




這個實驗最後要繪製出兩張圖

  • 萌芽綠豆在不同溫度下的RQ值變化
  • 萌芽綠豆在不同溫度下的耗氧量變化


延伸實驗
除了用來看對溫度對呼吸作用的影響外,後續也有些實驗可作,但是得先想出影響細胞呼吸的可能變因。例如:

環境的變因:

  • 溫度
  • 光線(與光合作用互相影響)
  • 壓力
  • 可用的氧氣量
  • 一天中的時刻

種子的變因:

  • 萌芽的階段
  • 種子的年齡
  • 種子的狀況
  • 種子的大小

物種的變因

  • 種子的種類
  • 物種的相剋作用
  • 其他組織
  • 其他生物

學生可以就這些變因去設計控制變因和操縱變因,設計出許多專題研究的題目,像是

  • 剛萌芽的種子和萌芽很久的種子,呼吸速率相同嗎?
  • 以油脂儲存的種子(花生)和儲存澱粉的種子(穀類),呼吸速率是否相同?
  • 不同季節的種子、花等組織,呼吸速率是否相同
  • 單子葉植物和雙子葉植物的種子的呼吸速率

或是也可做動物實驗,例如用25ml的針筒做蟋蟀的耗氧量測量,或用更大的容器進行老鼠的耗氧測試,進一步比較恆溫動物和變溫動物的代謝速率。

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