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用asymptote自製顯微測微尺與顯微鏡教學用玻片

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搭配顯微鏡的設備裡,有一種測微尺,有塞在目鏡裡用的,還有放在載物台上的。有好好學高中生物的,應該都會學過那種作法,那種設備一組好幾百元,以前我大概以為就只有那種可以用了吧,不過後來科學maker的江老師用雷射切割壓克力,做了顯微鏡的校正片,一公分見方的面積裡,畫了20x20的格子,所以每個格子就是0.5mm(500微米)。過去我還真沒想過用這樣的方式作顯微測微尺,以前最多是直接拿尺拍攝。過去我也特別為壓克力的校正片拍了一段怎麼進行顯微照片校正和標註比例尺,請見此影片
用手機顯微鏡的校正片標註顯微照片長度




知道可以這樣用之後,心裡就惦記著,改天也來自己作一個。

後來有次參加BioTop的TopShow,看到文蘭老師拿出一個他們學校用的玻片,也是自己作的。當時我沒拍照,但是看我描述應該知道那是什麼回事。

一般玻片上,用膠帶黏了一片印了東西的透明片。透明片上也印了像上面那樣的格子,還印了AB和pq。有教生物的一看就知道,這個就是拿來讓學生練習看顯微鏡用的。AB和pq是用來看方向變化,格子是用來看不同倍率的物鏡下,看到的格子數目大小有所不同。真是一片滿足所有需求的好玻片,心裡又惦記著,一定自己來作一個。



後來也很巧,看到岩手県立総合教育センター,也有作這樣玻片標本,上頭還有漢字標示的上下左右,想一想還能作很多應用呢。而且他們也有提供pdf下載,用他們的就很好了,不過我就是不太滿足,很想要自己作一個。

作格子算簡單,我有作過,是用powerpoint畫格子,然後拼成20x20的格子群,再縮小到1cmx1cm。作一個算簡單,但是要複製貼上變成整頁A4就有點困難,不是動手困難,而是powerpoint在處理這種多向量的圖形有些障礙,貼個20、30個,CPU運作就已經滿檔了。


上面就是自己用powerpoint作的,下面是去印岩手縣作的文件。其實最近幾次的專研課,我在帶學生作顯微測量,就已經都用上面那種來作了。


雖然自己已經有現成的檔案,不過我想想,還是應該用寫程式的方式來處理,於是上網找看看有沒有用命令列可以繪圖的軟體。一找果然有,就是Asymptote
看它範例的程式都非常精簡,也不算難,十幾分鐘可以上手,於是就有樣學樣做了幾個檔案,用程式語言的迴圈直接排版,乾淨俐落。

就像是這樣......



還有這樣......


黑乎乎一片,正常人應該都看不懂裡頭是什麼。一種是直接學日本的…

用R作成績分析(1)

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有一回參加科學素養新式評量的研習,講師帶大家用R作試題分析,那次的分析理論用試題反應理論,我自己也沒有很了解,所以就是學完了就沒再繼續用了。
後來查看看有哪些用R作試題分析的案例,看到有一個爸爸用R幫小孩的班級成績做了成績分析,他也把一些code詳細地寫出來,我只要照著改一改就可以用了。
正好第一次段考試我出題的,所以我就剛好可以拿來應用了。
準備好成績檔案之後,要先安裝RRStudio,然後貼code進去就可以了,全程不用10秒鐘就可以完成了,這就是文字界面的威力啊。以後再試試看用R來寫SP Table,這樣我就不用為了作試題分析,還特地去開windows來用了啊。


code在此!

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setwd("/media/pancala/3T/試題分析/0test")
scores <-read.table("bio.txt",header=TRUE,row.names="學號")
View(scores)
attach(scores)
summary(成績)
aver <-tapply(成績,班級,mean)

png(file="成績直方圖20格.png", width=1500, height=850, res=120)
hist(成績,breaks=20,main="成績分佈圖",ylab="人數")
dev.off()

png(file="成績直方圖10格.png", width=1500, height=850, res=120)
hist(成績,breaks=10,main="成績分佈圖",ylab="人數")
dev.off()

png(file="成績頻率圖.png", width=1500, height=850, res=120)
plot(density(成績),main="成績頻率圖",ylab="頻率", col='blue', lwd=2)
dev.off()

png(file="各班平均成績.png"…

用imagej的Macro量測線段的垂直線

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五年前一個研究生網友寫信來問這樣的問題,他想要用imagej針對某一線段畫垂直線,不過當初我沒有找到方便的方式,只能跟他說就自己找直角,畫一條垂直線。(用angle tool畫90度的線,然後用Edit/draw去畫線)

最近開始用Macro,就去翻以前的信件,看到網友的這個問題,於是想著想著就把code寫出來。不過我不太好意思跟那網友說,欸,可以這樣作囉。

畢竟都是那麼久了,五年前是研究生,如果現在還需要這個功能的話,那......。

老樣子,底下影片是操作方式,最底下有code,複製貼上就可以。




macro "DrawVertical" {
   requires("1.37rk");
   if(selectionType!=5) showMessage("Selection Must be staight Line");

   Dialog.create("Setting");    Dialog.addNumber("line Width:", 10);    Dialog.addChoice("Base Line Color:", newArray("cyan", "red", "green", "magenta", "blue", "yellow", "orange", "black", "white"),"yellow");    Dialog.addChoice("Vertical Line Color:", newArray("cyan", "red", "green", "magenta", "blue", "yellow", "orange", "black", "white"),"red");    Dia…

imagej用Macro測多層厚度

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補:有新的作法,請見 imagej用Macro邊緣偵測後測量多層厚度

有網友寫信來問imagej的問題「怎麼測多層膜的厚度」

哎呦!那還不簡單,就一條一條畫線,然後用Analyze/Measure不就好了。如果有一百層,那就作一百次就好了啊。

如果真的這樣作,應該會死人吧?那怎麼作哩?

那就要靠coding了,imagej有提供Macros(巨集)的功能,線上也有詳細的說明書,另外還有幾百個範例檔。於是我研究了一下,寫一個簡單的程式就搞定了。

方法是這樣
先設定好你要的臨界灰階值是多少?意思就是用灰階值去區分你的不同層材料,比方說灰階值100以上就叫做A層,100以下叫做B層。那接下來就是用profile的功能去畫出x軸和灰階值的折線圖,然後去找出來這個折線圖和臨界灰階那條橫線的交會點。找到數個交會點之後,把x座標減一減,就可以得到各層的厚度了。

好的,我打賭應該看不懂我寫什麼,沒關係,反正那是寫給我看的。

底下有錄製一段影片,有需求的就自己看看,然後程式碼擺在本文章最底下,複製貼上自己改就行了。





macro "Measure Multilayers" {
    Dialog.create("Set Threshold");
    Dialog.addNumber("threshold:", 100);
    Dialog.show();

    thre = Dialog.getNumber();
    run("Clear Results");
    print("\\Clear")
    profile = getProfile();
    getPixelSize(scale, pixelSize, trash);
    xAxis=newArray(profile.length)
    x1=newArray(profile.length);
    var j=0;

    for (i=0; i<profile.length; i++)
        xAxis[i]=i*pixelSize;
        for (i=0; i<profile.length-1; i++){

            if(profi…

銅箔紙電路

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玩電路最常用的就是用麵包板了,可是如果是對初學者來說,看懂電路圖到會用麵包板插線,其實是有一段距離的。再者,麵包板的價格也不是那麼便宜,想要在工作坊或是研習場合中玩一些簡單電路,花上一筆錢買麵包板,好像也不是那麼合算。有沒有替代方案呢?有的,就是銅箔膠帶!這也可以拿來作一些科技與藝術的結合呢。

以前我用paper circuit去搜尋時,就看到一些作法,有些是用導電墨水,或是用6B鉛筆塗抹紙張(石墨可導電),有的則是用銅箔膠帶。

使用銅箔膠帶的好處是,不用焊接,只要用銅箔膠帶、剪刀剪刀剪刀還有一般的透明膠帶,再加上一些電子零件(LED、電阻、電容),就可以做出很多電路應用。而且可以直接用銅箔膠帶貼在現成的電路圖上,就可以組出電路了。

比方說這個是上次寫的文章「超簡單的電風琴」裡的弛豫振盪器(relaxation oscillator)



看看影片



材料很簡單,兩顆3V電池(2032),100k歐姆電阻、10uF電容、電晶體1815和1015、LED。


幾乎就是照著電路圖貼就可以了。



如果想要作電池座和開關,也行!用現成的紙和銅箔膠帶就可以







電池座是從這裡Paper battery holder tutorial看到的作法,剪一個這個東西,貼上銅箔膠帶,就可以做成一個電池座(作法在那個連結裡都有喔!)



而開關的作法也很簡單,銅箔膠帶反折到底部的膠面,要短路的時候,就連結,平常的時候則是會翹翹的,就會斷路了。




不要看銅箔膠帶兩面都是銅,以為都可以導電,其實銅箔膠帶一面是膠面,那邊導電效果很差,所以當你要作分叉或是轉角的電路,就要有一些特別技巧。




比方說這個轉彎的電路,我從上面貼下來,本來要右彎,不過我得先拐左,折出一個角



再往右邊貼過去


其實貼起來的樣子是轉彎處會有一個小三角形,不過那平常是壓扁的,根本不會影響。作轉彎的電路,不要直接剪兩條銅箔再那邊互相重疊貼喔,記得膠面導電效果差喔。




如果需要兩條銅箔膠帶互貼,那就把要蓋在上面的那條剪一個三角形



然後把三角形反折貼在膠面



這樣你貼在另外一條銅箔上的時候,才會又有膠面可以黏、又有金屬面可導電。



作這種銅箔紙電路,用SMD的LED也相當方便,只要用透明膠帶貼住SMD,然後讓正負極可以碰觸到兩邊的銅箔就行了。SMD的LED和銅箔有時候會不容易接觸,可以在一開始就把左右兩條銅箔的末端反折,讓末端膨膨的,這樣就比較容易接觸LED…

追蹤熱島效應

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這是我利用Arduino、GPS模組和溫度感測器做出的新竹市熱島效應調查圖



 我在Make雜誌37期看到Forrest M. Mims III,寫的這篇Amateur Scientist: Tracking Heat Islands驚豔不已,也很想作一個。

Forris M.Mims 用的是Vernier LabQuest 2加上GPS功能,然後再用熱敏電阻去測溫,不過LabQuest的價錢...所以我要用比較平價的方式去達成。就決定用Arduino加上GPS模組和溫度感測器了。

其實不一定要用GPS模組,只要能接受GPS訊號的手機(要能存軌跡),再加上一個能每秒測溫度和紀錄時間的arduino。帶出去同時測量這些訊號之後,事後再用時間當索引,把每個溫度測定的座標抓出來也是可以用。

我使用的GPS模組是IM120417017 GPS模組,測溫是用LM35溫度感測器,裝在車子上載著繞一圈。得到GPS定位對應氣溫的資料後,再用QGIS這個地理資訊系統的軟體處理出圖。




整個裝置就是這樣一盆,然後把溫度感測器接到車外,GPS天線靠近窗邊。供電用的是行動電源,因為輸出只有5V,所以我是連接到Arduino的USB port。



得到的結果和預想的一樣,在大馬路交叉口(東大路和經國路交叉口)或是鬧區(新竹車站),溫度比較高。而在綠地附近,溫度就低了。當然這樣車載調查的前提是,這段調查期間溫度不至於隨時間變化太大。

放後照鏡旁邊,雖然測的時候是陰天,但是也有可能受到陽光照射影響,而且也有可能受到行車速度影響。陽光照射可以用個容器改善,但是速度要怎麼改善?



再來講一些程式細節的東西,GPS模組輸出的資料較難閱讀,所以需要TinyGPS++的函式庫來解讀。輸出的東西,同時輸出到Serial port、LCD和SD卡裡頭。

最後得到的文字檔,改個檔名變成csv,可以用Google地圖來作資訊視覺化。
從Google地圖的「我的地圖」,找到「建立地圖」,接著用「新增圖層」,用「匯入」的方式把csv檔送進去。然後指定經緯度的欄位之後,可以將不同的溫度範圍用不同色階表示。不過Google地圖一個圖層只能匯入2000個點,所以後來我改用QGIS來處理。


GPS和溫度的文字資料,用「Layer/Add Layer/Add Delimited Text Layer」來匯入

先到Plugins裡安裝O…

用蔬菜沙拉算熱量與測養分

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教科書的課文和實驗在講養分與酵素時,都會提出熱量標示標籤還有利用米飯、芭樂等進行養分檢測實驗。不過我覺得這個課程可以更有整體性,而且要更能從其中得到生物學相關知識,於是我去數字超商買了一個蔬菜沙拉來作實驗了。

這是有什麼了不起的啊,只是把米飯、芭樂等換成蔬菜沙拉啊?





當然一開始還是讓學生要知道六大養分是什麼,有什麼功能。接著就是由我提出任務,用這張照片,把每份熱量和每100公克熱量都遮蓋起來,讓學生計算。計算完後,提出一些問題。



這份營養標示沒有列出什麼養分?為什麼?營養標示裡沒列出的東西包含水和維生素。維生素的含量其實很少,就以這份沙拉主成份的高麗菜去搜尋營養成分,高麗菜的維生素A、維生素C加起來都不到1g。(看標示怎麼知道主成份是高麗菜?答案是成份會按比例多少排列,高麗菜擺的是第一個。)
維生素A98 IU維生素C36.6 mg鈣40 mg鐵0.5 mg維生素D0 IU維生素B60.1 mg維他命B120 µg鎂12 mg
每100公克的蔬菜沙拉,水的含量有多少呢?如何計算?
經過簡單計算,水的含量有88.3%(這份沙拉50元,有44元是在買水,可以這樣說嗎?),計算水的含量,有什麼意義呢?蔬菜沙拉本質上就是由十多種植物的器官(葉、果實)所組成,意味著就是這些生物的水分含量有這麼多。(回想一下人有多少比例是水?)

知道主要成份是水之後,再來是觀察營養標示,構成這些植物的成份,第二名是什麼?喔,是碳水化合物耶,植物裡頭主要的碳水化合物是什麼?為什麼碳水化合物底下又有寫糖?中間的差值是什麼?差值代表的其實是膳食纖維,不過計算熱量時,其實是連膳食纖維都一併計算進去了。

組成成份第三名又是什麼?如果把這些成份化成圓餅圖,那代表的其實不只是「食物中的養分比例」,還代表的是「構成生物的主要物質」

這就是我說,要從這個活動裡獲得更多的地方,因為我們的教材裡其實是沒有教構成生物體的主要物質是哪些,但其實只要轉化本來的教學素材就可以了。而在選擇素材時也要慎選,如果找蔬菜沙拉,不要找那種把沙拉醬的營養標示都算進去的,那樣的脂肪量會很高,超出本來要討論的「生物體的主要物質」應該有的含量,第二,不要選加工食品來當素材。

當然用蔬菜沙拉會有的問題,就是你探討的的不是單一生物。如果要找單一生物,又有營養標示,倒是可以直接用Google搜尋那種食材或生物,比如豬肉空心菜......。搜尋頁…

手上的口水分解澱粉的微型實驗

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這是「檢驗唾液分解澱粉」的實驗,材料有碘液(裝入點眼瓶)、封口袋、米飯、棉花。設計的目的是能在教室裡操作,而不需要被實驗室裡的設備綁住。


請學生拿一團棉花放在嘴裡,再拿幾顆米飯放進封口袋之後,倒入少許水,用手指隔著封口袋擠壓搓揉米飯。等到米飯都揉碎了,再把嘴裡的棉花團吐到封口袋裡頭。接著用手握著封口袋,用手將它加溫。一段時間後,滴入一些碘液,看看呈色反應。上圖左邊有加入含唾液的棉花團,右邊則是沒加入棉花團。 可以用這實驗討論以下幾件事情 對照組的設計:此實驗的解釋是否只有「唾液能分解澱粉」一種?其實這也可以解釋為「棉花能分解澱粉」,但如何設計實驗排除此可能性呢?以下幾種設計,哪種較好?為什麼?
a.把棉花放入封口袋,加碘液測試
b.把棉花放入含有破碎米飯的封口袋,加碘液測試此實驗和與課本實驗相比,執行上有什麼差別?此實驗是檢驗澱粉(反應物)是否完全分解,而課本的實驗是檢測麥芽糖(生成物)是否產生。為什麼課本不檢驗澱粉的分解,而是檢測麥芽糖的生成?若是澱粉沒有完全分解,則碘液就會有呈色反應。但如果檢測麥芽糖生成,則只要有生成,就會有反應。此實驗也可以進行麥芽糖生成的檢驗,只要將實驗步驟第三步改成加入本氏液,再放進熱水裡泡著就可以。可以用加入本氏液的此實驗進行挑戰任務,根據已知的科學原理,挑戰對唾液作處理,然後在某限定時間內,不可以檢測出麥芽糖。

超簡單的電風琴

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前幾週逛到「2012青少年のための科学の祭典」的資料-「超簡単な電子オルガン」-超簡單的電風琴,看到材料很簡單,所以也想跟著作一個。



你說它哪裡吸引我呢?其實就是作者想到用5P母頭來取代焊接或是麵包板,焊接有危險性,初學者要學習一陣子,也不能全班玩,而麵包板又貴。而我自己實作時,則是換成用杜邦端子來作,電晶體則是換成2SC1815的NPN,和A1015的PNP。

底下圖片的紅色代表杜邦端子母頭,藍色代表公頭。所以總共需要杜邦端子公母線5條,杜邦端子母母線4條。



這種電路叫做弛豫振盪器(relaxation oscillator),日文叫做「弛張型発振回路」


用最最生活化的譬喻就是用日本庭園常見的ししおどし(鹿威し),竹管慢慢注水進去,水滿了就會往下倒出水,並且因為敲擊石頭,發出聲音。如果竹管的容量很小,那麼倒水的頻率就會很快,相對的,竹管大,頻率就會低。

在SC1815和A1015組成的relaxation oscillator中,電容就是竹管的角色,而電阻也控制了注水的時間。所以改變電阻和電容就可以改變發聲的頻率。如果喇叭換成LED,則就可以改變發光的頻率。


在這篇文章裡,也有這個Relaxation oscillator的麵包板插法,不過是日文的。
http://www.rlc.gr.jp/prototype/led/tenmetu/shichou/pika.htm


我在搜尋Relaxation oscillator時,看到這個文件覺得很有趣。這是日本的學童科學雜誌「子供の科学」,其中的「KIDS電子工作」專欄文章,也是作這個Relaxation oscillator的發聲構造。從網站還可以看到其他文章。
http://www.murata.com/ja-jp/campaign/ads/japan/elekids/ele/try


製作過程很簡單,把五個杜邦端子線母頭用膠帶先固定在一起,然後把A1015的字面朝自己,插入端子母頭的中間三個洞




A1015則是腳開開的,同樣面朝自己,右邊兩腳插入最右邊兩格,一格一腳。最左邊一隻腳,插入最左邊的洞



再把電容插入第三腳和第五腳,如果電容是有極性的那種,負極則是要插最右邊喔。

以上是最基本的部份,剩下就是連接電阻和電池。喇叭可以使用LED來替代,這樣就可以看閃爍發光了。



電阻和電容可以先用這樣參數的零件來試試看,電容…

Maker工作坊後的隨想-關於Maker與教育

這是參加「進擊的Maker工作坊」之後寫下的一些心得,當天看到的實體物品在前篇講過了,這篇來說說聽到的演講心得,把聽的東西跟自己的經驗對應結合。


學OO的目的 很常聽到有人會說「學OO要幹嘛,以後又不會用到」,面對這種提問,最常見的回答就是「你怎麼知道以後不會用到,說不定.....」。不過你為什麼要花時間去學一個你未來不一定會用到的東西?

我覺得這點要從那個OO說起,那個OO到底怎麼來的?我覺得OO最常出現的就是數學名詞,像是三角函數、微積分...,第二名可能就是物理名詞。至於化學名詞,可能不容易上排行榜,因為我們不斷地從食品安全事件中發現,原來我們一直在吃這些化學名詞。
我講一個之前的經驗,我以前會好奇學畢氏定理(勾股定理)的實用性是什麼?知道那些之後能作什麼?上次去日本時,在書店的建築那區看了很久的書,看著看著,我領悟了道理,原來沒有電腦協助的情況下,只要懂得應用勾股,就能運用規和矩設計出複雜的建築,例如多層的屋頂 ,這個叫做「規矩術」。想細部了解,就看看這個 大工規矩術技能
所以畢氏定理有沒有用?當然有用,只是現在的教育模式並不是為了蓋屋頂而設計的,而是單純去教你那些原理。要拿來應用嗎?頂多是寫寫所謂的「應用題」,但並不是讓你運用在真實的場域裡。

小孩子:「我以後又用不到」,大人就會說:「以後的事你怎麼知道,說不定以後就用得到」。等小孩變大人之後,「以後」都一直還沒到。

教育的目的難道就是為了等待一個將來不一定會用到的東西嗎?喔,不,其實我們可以把學習變成你的知識就是在用來解決現下的問題。

關於解決的方法,那就要談到實作,用現在流行的詞語來說,就是maker了。


Maker遇見教育
Maker是自己製造製作物品,而這些物品的出現是為了解決問題而生(當然有時候只是為了好玩)。東西要收納,就做出一個櫃子,缺衣服,就自己打毛線、車布自己作一件,沒地方住,就自己蓋房子。(說到蓋房子,那一定要看看這個人怎麼進行野外求生,超精彩的啦。https://www.youtube.com/watch?v=rp3pSOkyZHk

十二年國教課綱裡有很大的改變,高中自然領域的課程裡多了「探究與實作」的課程,國中則是刪了一些教材,要讓學生能多一些動手操作的機會(只是實際執行起來會怎樣,我覺得變數很大)

在這次進擊的Maker工作坊當中,新加坡科學館的館長提到的一些課程,讓我覺得眼睛一…

進擊的Maker國際交流工作坊之展品紀錄

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這兩天去科教館參加了一個很棒的活動-「進擊的Maker。Let’s make it」國際交流工作坊。這個活動邀請好幾個國內外的博物館和社群來演講分享,還有辦一些實作課程。不過說是工作坊,我覺得比較像是研討會,然後內含工作坊那樣。

看那些展品和課程,讓我眼界大開啊,又學到很多東西呢!

這個是波士頓科學館的課程,波士頓科學館有Design Challenges的課程,參與者根據所給的題目,利用材料完成那個任務。像是比賽誰的船跑最快,誰的雪橇最快等等。Design Challenges的課程在網路上也提供了簡單的教案和給教育工作者的一些簡單資源。



這個風洞裝置非常吸引我啊!因為以前我作過一個搞剛的垂直風洞,然後今天看到這個好簡單啊!



結構是PVC管作的,然後用四通和L型轉接頭做成底層結構,再用泡綿管支撐上面的透明塑膠片,風力來源是循環扇上面覆紗網。



外框有用壓克力和PVC管作固定,共作四邊



塑膠片是用三組刺繡框圈起來



丟進風洞玩的是用這些桌上材料做成的物體,像是降落傘、小花等。降落傘的傘繩是用毛根,底下是塑膠杯,調整用的重物則是科學館的圓形軟磁鐵,可以任意增減重量,也可以用滴管加水滴進杯中。




目的是要讓那個物體在某個限定的高度漂浮

在幾個博物館合作的網站LEARN X DESIGN有這個活動教案Soaring Satellites的說明。


這個LEARN X DESIGN收錄的資料很豐富,可以花點時間去挖寶,找一些東西來玩,每一個都可以另外再寫文章來細講,這裡就先整理起來,有興趣的可以自己看。


Paper Circuit 紙電路,用銅箔膠帶、紙張、LED等,就能夠將科技與藝術創作結合Dowels and Rubber Bands I 用木棍和橡皮筋做出一個高塔或是金字塔,技術好的,作一些巨大建築物都是可能的Pterosaur Glider 了解翼手龍的解剖結構後,仿生做出滑翔的翼手龍,材料就用紙張和吸管就可以。參考資料來自國家地理的Pterosaur Glider ExperimentTiny Drawings 顯微鏡不是只有看生物標本而已,這個活動是用顯微鏡去畫畫。用解剖顯微鏡看鉛筆繪畫時的筆觸變化,然後畫出一張小小的畫

這些聚焦的就是在STEM(科學、技術、工程和數學)上面,用動手作去了解,而不只是單純的知識傳授。

看這些活動,就讓我想到我們新竹市的科學奧林匹亞競…