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澱粉酶藝術,用自己的口水作畫

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好久以前看到這個連結,一直躍躍欲試。實驗方法是拿濾紙均勻上澱粉液(上漿),乾了之後,用自己的口水在上面塗抹,然後噴上碘液上色。

我今天試了幾次,總是沒能成功顯色,原因在於濾紙上漿之後,最好要等到乾燥以後再進行,不過我總是等不及。

但是作著作著,突然想起一般影印紙就有上漿了啊,何不直接使用影印紙來作!即知即行,果然成功,可媲美文青的藍晒圖。




操作流程是這樣,取噴瓶,裡面放入稀釋的碘液,我大約是稀釋十倍。如果沒有稀釋,澱粉呈色時顏色會很深很深,我覺得那就不美了。



畫筆的製作,用吸管就可以,前端塞入棉花。大吸管可以做成大楷的,小吸管就做小楷的。



工具製作完成後,就拿張杯子接自己口水,拿「畫筆」吸取口水,在影印紙作畫之後,等幾分鐘乾燥以後,用噴瓶將稀釋碘液噴在「畫作」上就完成了。

呈現白色的部份,就是澱粉被口水澱粉酶分解的證據!以後作唾液澱粉酶的實驗,用這樣的方式來驗證也是很直觀的。

只是要注意的是這些顏色保留時間不久,幾分鐘之後顏色就褪了。

在實驗過程中,我曾經想是不是只是紙上澱粉被液體稀釋了或是吸走了,所以我也用純水來作實驗:用「畫筆」沾純水在紙上作畫,乾了以後,再用稀釋碘液噴灑。結果就是像下圖一樣,我寫了「Water TEST」,在圖中隱約可以看到TES。

而且這些字並沒有像上面的圖片那樣呈現白色,有對照組織之後,就知道上面的圖片呈現原因,就是澱粉被分解了。

心臟黏土模型

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最近看出版社送來的教學配套裡,有一個生物著色本,其中一個是心臟的構造
(去年我自己也有用Inkscape畫一個

看著這張圖,我突然理解了為什麼學生看不懂這個圖了。關鍵是這裡頭的線條有多重意義,比方說血管的部份,那繪製的線條就代表血管的邊緣,看不到血管的厚度,但是在心臟部份,卻又表示心臟肌肉的厚度。

再來是切面的問題,心臟是切一半的切面,但是血管沒有切面,但卻又可以看到動脈瓣。總之就是一個有經驗的人看得懂,但初學者完全看不出其立體關係的圖。其實我們自己畫在黑板上的圖,也是一樣的問題,難怪老師教得再用力,學生也是一直看不懂那圖。(阿就是圖有問題啊)


把立體構造變成平面的圖,一定遇到這種問題啦!但是怎麼辦呢?

前一陣子玩黏土就發現,黏土可以幫助建構立體概念,所以我就自己從平面的圖捏出立體的心臟,再將各種構造用貼紙標示上去。不過說是立體,其實只是半立體的偽3D模型。幾條血管沒有按照實際位置,像是肺動脈和主動脈的位置,還有從右肺來的兩條肺靜脈,但這樣調整應該會比較容易理解。

雖然有這些瑕疵,但是我認為這對於學生認知心臟構造是有幫助的,特別是如果讓他們自己來捏的話。捏的過程應該也要看看實際上瓣膜的照片,這樣才知道被稱為「膜」是為什麼,不然像我的學生,以前還以為瓣膜就是兩條線耶(沒辦法,因為老師簡圖就是那樣畫)




唾液澱粉酶實驗2016紀錄

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翻閱前兩年上課紀錄,之前寫著學生就算做完這實驗,也往往不知道這實驗在做什麼。

原因是唾液澱粉酶的實驗步驟多,而且還蠻難懂,學生要弄懂至少要知道以下四件事情。
1.唾液裡有澱粉酶
2.澱粉會被澱粉酶分解產生(麥芽)糖
3.(麥芽)糖加入本氏液,加熱後會變色
4.100度的澱粉酶會失去活性

四件事都要懂,才能理解實驗在幹嘛啊,但要完全都懂,可真的有難度啊。第二點和第三點比較容易搞定,第二點就用吃的(澱粉變成麥芽糖),第三點可以用看的(加熱變色),但是第一點和第四點都是看不到摸不著的。

於是就希望慢慢打底的方式來讓學生理解,糖加入本氏液會變色,這個在前一節作過了,這節就先準備一組一杯白飯,讓他們咀嚼感受甜味(理解上面說的第二點)

這些理解之後,就一步一步操作實驗。
唾液的收集,就是準備紙杯和棉球,讓每一個人都嚼棉球100下後,整組人都把棉球和口水吐進紙杯裡。如果口水太少的,就再加入少許水,讓澱粉酶可以溶到水裡。

實驗的試管標示,從美玲老師那學到使用彩色橡皮筋標示,非常簡單。以往是貼標籤紙,但是加熱過程中,可能就會脫落或字糊掉,用彩色橡皮筋就沒這問題了。

用紅色橡皮筋標示加熱100度C的試管,藍色則是室溫。請各組將紙杯裡的口水平均分配到這兩個試管後,就集中把各組試管放在試管架中。



紅色試管放入沸水中加熱10分鐘(不是從室溫開始加熱算十分鐘,而是放進去的時候就已經是沸騰的水)


完成之後,請學生加入澱粉液,就放入泡腳機中恆溫水浴,其實五分鐘左右就產生糖了,接著再請學生加入本氏液,然後放進鍋中的試管架加熱。

一節課完成這些是可以的。


另外最近看的鄉間小路雜誌也搭上澱粉酶



但是寫的文章卻錯了!



以下是板書,學生作實驗的空檔,就把實驗流程整理在筆記本上














霧霾的比較

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幾天前聽說咱這裡也進入霧霾之城了,去翻翻定點攝影的檔案,把連續兩天同一個時間的影片截圖出來,做出了這個圖,可以比較不同時間,同一個地點的拍攝照片。


其實這也還是延續之前所作的定點天空拍攝計畫,當時作的圖是把同一個天空拼接在一起,跟上面的圖不同作法,可看出的資訊也不同。

Google Doodle的雷文霍克單式顯微鏡畫錯了

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https://www.google.com/doodles/antoni-van-leeuwenhoeks-384th-birthday
10/24是雷文霍克的生日,一早就看到很多人轉貼Google Doodle的這個可愛圖示
不過看著看著就發現他畫錯了啊




我想畫的人(doodler)一定沒用過單式顯微鏡,兩個地方有錯。

首先是水滴的位置,應該是在單式顯微鏡的另一側,雷文霍克是透過顯微鏡去看水滴,不是透過水滴看顯微鏡。

第二是看的位置,畫裡頭他看的位置其實是個支架,畫家也許把它當作目鏡了。實際上要看的地方是水滴那個高度。

手癢了就寫信給那個doodler了,也寫信給google,會改嗎?過了幾天再看,也還是一樣,我想是不會改了,那好,剛好以後可以拿來當教材。

最後順手分享一個很可愛的動畫,是介紹雷文霍克的
https://www.facebook.com/biointeractive/videos/1143927785694532/

用S2A+Transformer製作資料記錄器Data Logger

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一般若要使用Arduino作Datalogger,有幾種方式

儲存在SD卡,要會接線,要會撰寫程式寫入SD卡中用Serial.print,然後用終端機程式接收後,另存新檔 如果要同時觀察這些數據的變化折線圖,又要找別的軟體來即時呈現,像是利用PLX DAQ+Excel。對於初學者來說,學會這些的門檻太高了
以同樣功能來說,用S2A+Transformer來製作,簡單很多呢!
以下兩部教學影片就會說明怎麼自己堆積積木來完成這些功能,將感測到的資料存在本機的文字檔,還能有時間戳記,同時還將資料作即時繪圖出來觀察。




橫山大山背遠眺觀音山與面天山

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最近天空時好時壞的,有時候霧霾重到嚇人,有時候又透明度很高。

觀景的話,橫山的大山背不錯,因為也沒什麼遮攔,要看到竹北、湖口那些地方式很容易的。但是沒想到當透明度高的時候,從這裡(新竹縣橫山鄉)居然也可以看到淡水區那邊的面天山還有八里那邊的觀音山


看的方位是剛好都沒有山擋住,距離約莫80公里


觀音山的景放大一點,然後調整一下亮度對比,右邊有個隱隱約約的山,就是面天山向天山那附近。觀音山腳下的城市是林口台地,還可以看到台地右側有一個煙囪正冒煙呢




這是從橫山看的六福村(位在關西)


遠眺湖口台地,我想住在台地的人應該很難察覺到自己住的地方是個台地吧,除非從遠處觀察才會發現。


隨意拍攝,沒想到有拍到新竹高鐵站,後面的山就是湖口台地

樟樹重生

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要判定動物的死亡是容易的事情,頭斷了、心臟不跳了或是腦幹失能了....

但是你要怎麼判定植物的死亡呢?特別是一棵樹?

去年十一月,那顆我常常帶學生去看的樟樹被砍了,詳見此篇樹怎麼變粗。被砍了就死了吧?我當時也是這麼以為的。



好一陣子我就沒有再留意這個地方,但是最近工友除草時,我才發現工友刻意留下兩株植物,仔細一看竟然是樟樹。


原來這些是從原先那棵樟樹萌發的不定芽,目前像是多主幹的樣子,這算是他的後代嗎?我想不該這麼稱呼,這應該是視為樟樹重生了。即使被砍到只剩下樹頭,而且樹頭都空了,但是還是能繼續存活下來。是不是能在未來幾年長成大樹呢?讓我們拭目以待。

這讓我想起那棵生命力旺盛的台灣欒樹,也是這樣存活下來了呢!

imagej+webcam+光譜儀分析多色手電筒波長

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延續前篇《用imagej連接webcam作即時光譜分析》,小p跟我聊到如果是課堂上分析RGB LED會蠻不錯的。

於是我就實做了,用 imagej連接webcam去拍攝光譜儀,然後用多色手電筒照射,即時呈現波長分析的資料,不過可惜目前plot profile的橫軸的數字沒辦法直接替換成波長。解決方案可以直接自己作一張400nm-700nm的標尺圖片,縮放到合適的大小,然後放在光譜圖的底下也可以。


S2A+Transformer+LM35研究體溫恆定時皮膚的回溫速度

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突然想玩這的原因,是因為十月出看到VernierAsia在臉書上的一篇文章 https://www.facebook.com/VernierAsia/photos/a.467290409955540.110287.466844640000117/1385030671514838/?type=3

他們貼一個教案,是用熱像儀還有表面溫度感應器搭配他們的感測主機進行恆溫相關的探究活動。目的在了解表皮血管分佈和溫度恢復之間的相關性。

實驗的部位是指尖和二頭肌皮膚,先用冰塊降溫,然後測量溫度隨時間的變化情形,藉此了解不同區域的回溫情況。

這裡有他們的實驗教案
http://www.vernier.com/files/innovate/vernier_skin_vascularity.zip

過去也寫過關於數個體溫恆定的測量活動,也有測過體表溫度,當時是用PLX DAQ送到Excel分析。 體溫恆定的測量活動 串起恆定的一系列活動-體溫、氣體、水分
體溫恆定的活動-體表溫度的測量 體溫恆定的活動 關於恆定的幾種觀察活動 電子溫度計的體溫探究活動
最近因為在玩S2A(Scratch To Arduino)和Transformer的結合應用,所以就試著作看看,本來只想隨意玩玩,沒想到一試成主顧!製作好的檔案在此。 https://drive.google.com/file/d/0Bzwhi7Oh9a5Za0JUdVZQbmJYb0k/view?usp=sharing

記得要先開啟Transformer,建立S2A與Arduino的連結後,隨後用離線版或線上版的Scratch開啟此檔案,就可以同時量測與即時繪圖,如果有需要將結果存成文字檔,也可以另外加個Transformer的積木就可以。

舞台界面是這樣,可以同時呈現兩個腳位的感測器資料。我使用的是LM35的溫度感測器,因為是類比資料傳輸,所以只要Arduino接收其輸出電壓再進行換算就可以。如果是一秒鐘紀錄一個點,則舞台上可以呈現七分多鐘的資料紀錄。





畫面中的兩條線是同時測量手指和手臂的體表溫度,在接觸冰塊降溫後,看其回升溫度的狀況。

紫線是手指,綠線是手臂,體表溫度的基線約是31度。X格線一格是60秒,y格線是從10度到35度,加上冰塊降溫之後,大約兩分鐘降到18和22度左右後,拿開冰塊,讓皮膚回溫。可以發現紫線的手指大約四分鐘左右可以回到基…

用imagej連接webcam作即時光譜分析

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看到科學maker社團裡,江老師說到最近的科學積木會多一些光學元件,他提到說元件裡會加一個USB 攝影機,可直接連ImageJ即時分析。其實我從來沒想過直接用imagej連webcam,不過既然江老師提了,那就來試試看。
google一下之後,找到一個plugin可以讓imagej開啟webcam的影像,名字是Webcam Capture https://imagej.nih.gov/ij/plugins/webcam-capture/index.html
安裝之後,就可以用imagej分析即時動態的光譜
以下是實做的影片

顯微鏡課程裡的溝通誤解

上一篇《溝通裡的相對方位與絕對方位》講到一些顯微鏡的例子,學生其實不一定弄得懂複式顯微鏡調節輪的外面和裡面。
你以為就這樣嗎?不只喔。最近有幾個例子,是讓學生寫兩種顯微鏡的比較表時發現的。

學生自己寫了調節輪的數量來比較,結果有些學生會寫解剖顯微鏡有兩個調節輪,複式顯微鏡有四個調節輪。
一開始我只覺得學生都亂寫,後來才想到他們這樣想還蠻合理的喔,是老師自己把左右兩邊合成一個,可是初學者並不是這樣思考的。


有一項我規定寫「視野方向」,這個老師應該知道就是問什麼上下顛倒左右相反的,完整的寫法應該是視野看的的方向和實際有什麼差別。講這樣學生就懂你在講什麼嗎?也未必

我看到有一種情況是,學生都會寫「向下」,因為物鏡都是朝下看啊,所以就是向下。換句話說,如果是倒立顯微鏡,那個物鏡朝上的,他們就會寫向上。

第二種情況是寫「固定」、「自由轉動」,這個是因為我們顯微鏡鏡筒有些鎖死固定的,有些是可以左右旋轉。

這些又是上一篇講到的座標原點問題啊,大家講的方向,其實都不一樣啊。


此外,語言上的斷詞也會有誤會,像今天就有學生問「老師,有水中小生物,那有沒有水大生物?」
看得懂嗎?
水...中小生物
水...大生物
(右手背拍左手掌)唉啊,真是想不到啊想不到

遇到這些問題,我倒不會有那種「學生怎麼那麼笨」的想法,我會去思考這些問題發生的原因是什麼?學生遇到的困難又是什麼?教學者可以怎麼去協助。看!多正向思考啊,所以說學生不會,不一定是他真的不會,而是老師阿呆,沒做好溝通哪!

溝通裡的相對方位與絕對方位

這篇是個雜談紀錄,講的是溝通裡的方位、角度。

算是延續這兩篇的感想
用樹脂土製作的細胞模型生物課程裡的模型製作

10/1參加了一個研習,主辦的老師在指引大家路線的說明上,用了一個我很少見到的指引
「進校門後直走.......走東北方的樓梯」

我看到的時候,覺得很驚訝,也很欣賞,因為用的是絕對方位的指引喔,以前遇過的指引,像是進門左轉、右轉的,或是大樓左邊樓梯上來之類的。其實常常會因為座標原點的改變而錯失方向,一種是我們走一走歪了一下,左右轉就混亂了,另外一種就是指示者是站在大樓裡頭說左右的,可是我們是面向大樓的,兩人的左右是相反的。

那麼用絕對方位就是萬無一失了吧?其實也不一定,舉幾個例子,我搭高鐵到台北的時候,會聽到月台廣播說「要前往哪裡哪裡,請往東出口」,然後我就聽到有路人抱怨「啊我怎麼知道哪邊是東邊?」。還有,google導航會說「前方三百公尺,向東」,那個也會讓人一頭霧水。
晚上跟梅子講到這個,就討論到很多關於方位的現象。比如說他親人小時候在中國,指引方位就是用東西南北,到了台灣才發現怎麼台灣人不是這樣指引方向的。
方位的指引有很大的學問呢,城市裡用絕對方位指引的前題,是自己一定要知道東西南北在哪裡,這在地廣人稀容易見山的城市,或是有方正規劃格局的城市裡(例如台北、高雄、曼哈頓),應該是不難。

但如果身處在地下的車站月台,或是快速移動的車輛裡,這就不容易直接判斷絕對方位,所以這時候反而用另一種方位指引會容易得多。

教學裡的方位指引
講這些方位,其實還是會講到跟教學溝通有關係的事情,方位有一個關鍵是座標原點放在哪,顯微鏡的教學上也有座標原點的問題。我想大家第一個想到的就是視野,喔喔,其實不是喔。其實是粗細調節輪喔,有些顯微鏡機種的粗細是做成同心圓的,所以有些溝通上就會出現問題呢。
以前我教顯微鏡的時候,有時候會發現學生怎麼弄不太懂我在講的是哪個調節輪?因為我是在顯微鏡後方(或前方),有時候就會說用「裡面」的粗調節輪。當粗調節輪成為「裡面」的時候,這個方位的座標原點在哪呢?就是顯微鏡的直立軸,所以靠近直立軸的粗調節輪就成了裡面。但是學生如果是把同心輪的輪軸當作座標原點的軸,他就會覺得「裡面」的調節輪是細調節輪。
哈!想不到吧,兩人的座標原點不同,就會有這種問題啊!所以如果要溝通顯微鏡的調節輪,就用大輪、小輪就可以了。




除了顯微鏡以外,還有什麼方位溝通的問題呢?我晚上在臉…

python分析水蚤心跳數與頻率

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延續上篇《用Tracker分析水蚤心跳》,繼續來談分析。
上回利用Tracker分析水蚤心跳的影片之後,得到這張圖。


接下來想問的就是,心臟搏動了幾下,心跳頻率又是怎樣?
如果要算數量,應該就是做出上面那張圖,然後一個峰一個峰算吧?算個這樣一張還好,如果今天要算的是十秒鐘內的心跳數,或是整整一分鐘的心跳數呢?有沒有簡單一點的算法?

有的,那就要寫程式去運算囉。
寫程式之前,要先教電腦判斷哪個叫做峰,這用肉眼看很明顯,但是電腦讀的是數字,是看不出這圖的。

所謂峰,就是一端高高,兩邊的比它還矮。知道這個概念之後,就是把它轉變成電腦能懂的語言:從0秒開始去掃每個時間點的亮度值,每次都去比看看,這個值是不是比前後兩個值都大,如果是,那這個點就是峰。

而要計算頻率,就是把每個峰出現的時間點紀錄下來,每一個都去減掉前一個峰的時間,這樣得出週期的時間,接著再取倒數,就可以得到頻率了。

想過這些過程之後,就是開始實做,我用python2來作,用了兩個初次使用的lib,分別是numpy和matplotlib。


程式碼如下,執行前先照著前篇文章的影片說明,把時間與亮度的對應值存成文字檔(這裡用heartBeat為例),接著就執行了。

=========================================

# -*- coding: utf-8 -*-

import numpy as ny
import matplotlib.pyplot as plt

a = ny.loadtxt('heartBeat')
dataN=a.shape[0]
HBduration=0
HBfeq=0
preHBtime=0
heartBeatNum=0
xlist=[]
ylist=[]

#for k in range(0+1,dataN-3,1):
for k in range(0+1,1784,1):
    if (a[k+1,1]<a[k,1] and a[k-1,1]<a[k,1]) or \
    (a[k+2,1]<a[k,1] and a[k-1,1]<a[k,1]) :
        HBduration=a[k,0]-preHBtime #count HeatBeat duration
        HBfeq=1/HBdu…

用Tracker分析水蚤心跳

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生物實驗裡有一個觀察「水溫對水蚤心跳的影響」,就是看看在不同水溫中,水蚤心跳的速度有多少。怎麼算水蚤心跳呢?以前作實驗的時候,是用打點計算,就是看水蚤心跳收縮一次,就在紙上用筆點一下,連續紀錄個十秒鐘之後,看看紙上打了幾個點,就當作水蚤心跳跳幾下了。

說來容易,不過實際作的時候,真是太困難了,跳的慢的還好一點,跳得快的根本就快到跟不上。

昨天看到科學maker社團裡有人貼了一隻水蚤心跳的影片(要看到影片,得加入社團喔,或者看這個,速度也差不多)。跳動得這麼快,怎麼算心跳呢?


我盯著影片想一下,就想到最近玩的Tracker可以拿來算心跳。之前用Tracker已經分析了好幾種不同的影片,像是:
用tracker分析植物生長動態
http://a-chien.blogspot.tw/2012/10/tracker.html用Tracker自動追蹤分析地震時窗簾繩的擺動
http://a-chien.blogspot.tw/2016/10/tracker.html用Tracker分析影片霧霾的出現
http://a-chien.blogspot.tw/2016/10/tracker_9.html

Tracker要拿來分析心跳也是一塊小蛋糕啦!但重點是要怎麼分析?人眼判斷心跳很簡單,反正就一顆心臟變大變小,但是電腦沒有辦法直接看出那就是一顆會變大變小的心臟,所以要用電腦能懂的方式來分析。

仔細看影片就會知道,心臟跳動的時候,心臟壁會週期性的移動位置,所以我只要鎖定一個位置,偵測他的亮度變化就可以。比方說我定位在心臟內側,當心臟收縮的時候,肌肉通過那個定點,就會造成亮度降低。

知道原理之後,就可以開始實作




最後製作出來的結果,就是這樣啦。我只取前五秒來作圖,這段時間內就跳了38下呢,所以一分鐘大約就跳了456下呢。如果用手打點的方式來紀錄,真的有人可以一秒鐘點出八個點嗎?



走訪磚窯礦區

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遠方城鎮的半山腰自然出現的雲,一直以為是自然形成的,還煞有介事分析高度,誰知道那不算雲不算霧,是個霾啊,這是等到我弄懂這附近的逆溫層以後才知道。









仔細看地圖,發現那附近有木材場還有磚窯廠,一早趁著冒煙的時候,趕快到現地去看仔細。本以為往上空看時,會看見一團雲霧蓋頂,不過當下卻根本無法察覺,反而是身在遠處才看得到。



事後仔細觀察衛星圖,看到了一個疑似他們的採礦區,隔天繼續前往走訪,原來是有一整片岩層露頭,大片的滿是黏土礦的泥岩,走去那邊鞋子都被黏死。還在泥岩中看到貝類化石,心裡冒出個念頭:如果紅磚打碎,會不會有機會看到生物遺骸呢?


想想也很有意思喔,即便你住在多高科技的地方,生活之所需也還是來自自然資源,像是水泥從石灰岩來的,紅磚從泥岩來的。


晚上順便查了一下地質圖,這地方的地層資料是這樣的
地質年代:上新世-更新世
地層名稱:卓蘭層
地層組成:砂岩、泥岩、頁岩互層
http://gis.moeacgs.gov.tw/gwh/gsb97-1/sys8/index.cfm






STEM To STEAM科技藝術繪本製作

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這週的教務主任智慧科技教育學習社群的研習中,我訂了主題是「STEM to STEAM 科技藝術繪本製作」

STEM是指科學(Science)、技術(Technology)、工程(Engineering)和數學(Mathematics),多了一個A,則是再加上ART,將藝術給加上去。

教學的課程如下
1.學習銅箔紙電路,素材是Jie Qi的High-low tech模板、還有雙面銅箔膠帶、LED燈、剪刀、透明膠帶、長尾夾、2032電池。可以做出按鈕或拉動開關進行電路控制
2.學習程式設計作燈光控制
3.用程式控制銅箔紙電路上的燈光變化
4.結合實體繪畫,做數位燈控繪本



程式設計使用S2A+Transformer的設計,也就是要安裝以下軟體

Arduino IDE宇宙機器人的Transformer,使用的是社群版Scratch 離線版(需先安裝安裝Adobe AIR)
先學習怎麼用鈕扣電池亮起一顆LED


依照模板黏貼銅箔膠帶和LED






學習利用Scratch進行燈光控制


Scratch製作呼吸燈的積木畫面,並且利用廣播功能,使兩個燈非同步控制,一個是PWM呼吸燈,一個是閃爍。






燈光的硬體控制是Arduino,簡單入門的學閃爍



學會銅箔電路以後,也學會S2A的控制燈光以後,就把兩者接起來(用銅箔膠帶當連接線就可以),就可以利用程式控制銅箔電路上的燈光













本來預定的進行方式是每組三人,使用一部電腦,共同製作一頁繪本畫面,有人貼電路、有人排積木那樣。不過施作的結果,可能還是會建議一人一部電腦來完成比較好。