2017年12月11日

3D列印的腦模子

你可以從這裡下載我這篇說的檔案

這是前一篇說的《手繪稿轉成svg檔,變成3D列印的餅乾模》,然後我把檔案又改來改去,新做的腦模子。我把內層改成8mm高,外層是10mm高,試著看壓紙黏土的效果如何。




看起來是手繪圖的細節太多時,其實就不容易壓得好



等待黏土乾了以後,可以將腦區用不同廣告顏料塗上顏色,不過買顏料時忘記買黃色,以至於整個腦都青青的,看起來相當Blue啊,這樣不行哪







用3D列印自作一個腦的印章

上次教學做的3D列印造型餅乾模,其實稍做改變就可以變成印章了。我想製作過程應該不用再拍教學影片吧(其實我懶),在inkscape的操作方法都和餅乾模那一篇一樣,不同的是在tinkercad裡頭的操作,我是讓內層長高到2公分,底層的圖案長高到1.8公分,再把兩個拼在一起就可以了。

3D列印出來之後,並不是就可以拿來蓋章的,還需要在砂紙上打磨才可以。






腦的印章檔案你可以在此下載
https://www.thingiverse.com/thing:2705257


腦章可以幹嘛呢?就改作業的時候幫學生蓋章啊,就是一種加持或是進補的概念啊。

2017年12月3日

用針筒、三通和單向閥模擬血液循環系統模型

前幾天看到祖文老師在臉書上發文,他用針筒三通和單向閥製作了循環系統的模型,讓學生自己用材料包組裝起來解決循環系統的問題。
臉書文章連結  https://www.facebook.com/zuwenlee/posts/10203512388006050


看到的時候很驚喜啊,因為一年多前我就買好了這些材料,不過就是擺在那邊遲遲未動手(其實是忘記了)。祖文老師實施的課程內容,提供了完整的指引,所以我就跟著來做一組。


材料是兩個針筒、四條長水管、六段小水管、四個單向閥、兩個三通、四個長尾夾、兩個水杯,製作方式就如同上面影片那樣。

影片中呈現的是,要設計出一個裝置把A水杯的水抽到B水杯,再讓B水杯的水回到A水杯,完成一套循環。

幾個要思考的點:

  1. 其實影片中的樣子會很容易被以為是開放式循環吧?因為沒有微血管,所以可以再想想如果要更類比整個循環系統可以怎麼做。
  2. 除了將水染色以外,我覺得還可以找很迷你的紅色珠珠來類比紅血球,看紅血球在血管中流動。(不過這個紅色珠珠真的要小到能過針筒的孔,還有單向閥的孔)
  3. 也可以把動脈和靜脈之間用更細的水管接起來,類比成微血管,就不一定要流進流出某個水杯,而是讓這個微血管固定在某片紙板上(上面書寫著身體組織或是肺部)
  4. 設計問題可以去模擬開放式循環和閉鎖式循環的差異。
  5. 除了設計製作人的雙房雙室循環,也可以設計問題還可以去模擬魚的單房單室循環是如何運作的。

另外,謝甫宜老師也提出他的看法,也是這個活動設計時也需要特別去思考的點。
「將這些單向閥,杯水,針筒與三通管,塑膠管等逐一標示而作為類比物,等同於建構「模型」(建模,modelling),尚且需要指出「類比物」與「實體」之間的差異性(科學學習心理學,熊召弟等人著),就能有助於學生「辨同別異」了。But, 野人獻曝斗膽提出小小建議,如有不當或冒瀆處,務必見諒:「通常建構科學模型(即屬於一種類比教學模式,黃台珠教授),學生常無法適時轉換,以及辨識類比物與實體之間的差異性」,以本活動為例,學生真能理解「針筒或三通管,單向閥等類比何物(循環系統的位置或器官),並且指出這些機師頭與真正循環系統的差異在哪兒呢?」因為,模型(建模的結果)就是抽取自然現象重要變因之簡化的探究歷程,與實際而複雜的自然現象有極大的差異。尤其,像是這麼複雜的循環系統……」





2017年12月2日

製備維管束標本的好方法-爛爛芹菜葉柄是好物

這次做芹菜泡在紅墨水的實驗,居然讓我發現了一種觀察維管束很棒的方法,是以前從來沒有做過的方法。先說說以前怎麼做觀察維管束的,觀察維管束可以像是觀察香蕉維管束,取出皮上的絲放在顯微鏡下觀察,可是觀察的時候一定會伴隨著旁邊的薄壁組織,或是可以觀察衛生紙或是用酸鹼解離的木筷、竹筷,但是你看到的就是分離的一段段維管束細胞。

是有沒有辦法看看完整一條乾乾淨淨維管束呢?嘿,有喔,就是用「爛芹菜」。

不知道其他老師有沒有這經驗啦,我是常常這樣,就是會拿幾株芹菜先泡在紅墨水裡給學生看,因為學生做實驗的那幾組不一定會有漂亮的紅墨水芹菜啊。泡在紅墨水的那幾株常常會一泡就泡好幾天,然後就爛掉了,以前我就是直接丟掉了。

但是今年在丟掉之前,突然覺得泡著爛芹菜的水,那樣子很像之前做解離木筷的液體,就是看起來糊糊的感覺,直接告訴我這一定有文章!於是我就把芹菜放進燒杯裡,拿滴管吸水噴水來回沖芹菜葉柄爛爛的部位,果然就讓我沖出了紅色的長條,啊這就維管束啊!而且還好長好幾條耶。



下一步當然就是拿一條最細的放在顯微鏡底下囉



真沒想到,這樣就讓我看到了經過活體染色的維管束,這些主要都是螺紋導管(木質部的細胞)



被壓住牽扯的地方的導管會破掉,就呈現像彈簧的樣子,就是像之前觀察藕斷絲連的絲那樣啊



仔細看這些被染色的細胞,還能夠看到細胞接續上下部位的交界



這一張還能看到單獨分離的導管細胞,斜的部位就是穿孔板了

一個懶惰的舉動,居然讓我發現製備維管束標本的方法,可以觀察到維管束的「維」--細細長長;「管」--中空,可以吸收紅墨水;「束」--聚集在一起。以往這個實驗我都會放在課程概念之後才做,不過這個發現,讓我覺得想要把這個實驗安排在課程最前面了,先讓學生看吸了紅墨水的芹菜,巨觀地理解維管束在植物內部分佈的空間關係,然後微觀這些維管束的構造,才去學習那些科學概念。

2017年11月25日

解剖豬心...熟的

教到循環系統不免來示範切顆豬心給學生看,不過每次動刀都有一些困擾。整顆血淋淋的,操作起來有點不便,切完之後我也不方便煮了吃掉,就只能當廚餘處理。

最近就想啊,與其如此,不如我就先煮熟了來做示範觀察好了。於是就買了心臟,在前晚先電鍋一杯水蒸熟,或是用煮的煮十幾分鐘,隔天就帶了料理剪刀還有醬油膏去上課。

  • 料理剪刀可以剪得很霸氣,可以快速縱切橫切。
  • 剪下的都是食物,可以用牙齒舌頭感覺血管、瓣膜、心臟肌肉的韌性
  • 剪下的切面可以觀察冠狀動脈和靜脈的橫切面
  • 沒有廚餘問題,切完沾醬油膏都進消化系統了

(底下圖片這個有點沒熟,要再煮久一點才好)



底下我特別錄製一段影片,說明怎麼下刀可以切出好觀察又好吃的切面(一次享受多種口感)

觀察吸紅墨水的芹菜葉柄

關於蒸散作用實驗,今年嘗試修改了一些實驗觀察的步驟。
想了一些方法來改變,像是讓學生用燒杯裝水,外面套塑膠袋,用來控制蒸發的問題,再來用電子秤來精確量化蒸散的水量,還有準備附燈風扇來做操作變因,可以調整風強弱或是燈開關。因為實驗的場地因素,給學生操作的時候不是給紅墨水,而是用一般水。另外有一杯插紅墨水的芹菜,專門用來切片觀察維管束的染色分佈。

不過我試作一次時,電子秤很難在數十分鐘得到水量的變化,所以其實後來還是用量筒來操作。另外,學生使用的裝置是各班重複使用,也就是芹菜都是一直插在量筒裡,每個班操作的時候,就是補水到一致的高度,過十幾分鐘後再一起看數字降低多少。我也給學生一個挑戰,給予帶燈風扇,讓學生挑戰在實驗期間讓水分能被蒸散最多,怎麼操作就讓學生自己思考了。



觀察維管束分佈時,用了之前設計的倒立顯微鏡,只要把芹菜葉柄片放在培養皿上再放在鏡頭上,就可以看到被染色的部位在維管束內側的樣子。

2017年11月23日

手繪稿轉成svg檔,變成3D列印的餅乾模

最近這幾天,細胞造型的餅乾模子突然很夯。

一開始是看到我大學同學瑜紋老師在Amazon買了一些來設計生物課程,覺得好酷炫。後來我以前學生也轉網站給我看,然後泛科學在臉書也有貼文章介紹,好多人看了都好想買一個喔。

不過對我而言,最想要的倒不是買一個,而是去做一個。因為能力有了,要什麼就有什麼嘛!因為以前就有設計的經驗,所以摸索一下就找到方法了。

以下就是介紹,你可以直接看影片來學習。





一開始是先做手繪稿,因為自己畫比較能掌握自己要的東西,而且可以留下重點就好,當然你網路上找圖也是可以做的。接著手機下載App:Adobe Capture,用它的「形狀」功能來拍攝你的手繪稿。其實它可以直接出向量檔,但是那是要付費的。免費版本就是只能出png檔,沒關係,我們再用向量軟體轉向量就好。




接著用inkscape把點陣圖轉成向量之後,把影像的路徑抓出來,分別製作內層、外牆和底部。(這部份我就用影片來說明了),再把以上三個影像分別存成三個不同的svg檔,一一匯入TinkerCad裡面,個別設定三個的高度。外牆要最高,因為做模子要切斷外圍用的,內層就是低一點,只是用來壓形狀的,底部就是設成薄薄的就好。(文章最底下有我設計好的幾個模型檔)


最後拿去3D列印機列印出來就可以用了,不過雖然名為餅乾模,用在教學上可能就不是壓餅乾了,而是壓黏土了。一開始我先用我手邊的樹脂土來壓,效果普普,還會有一些黏土黏在模上面挖不下來。









後來改用超輕土,一整個難用,整團黏土都黏住模子,變成好像什麼糕點一樣。後來我看超輕土的成份也是樹脂,那我就放心多了,拿去水下用牙刷刷一刷就好了啊。




最後是用紙黏土來做,果然效果還是紙黏土最好,很好壓,取下來的時候也不會像樹脂土那樣容易變形。





等這紙黏土乾了以後,就可以上色了。我是用色鉛筆來上色的,這樣看起來還不錯吧,或許就可以用這模式再來開發一個生物課程了!



動物細胞模型

2017年11月21日

怎麼統計心搏脈搏的資料

在循環系統的課本活動中,有個量測脈搏和心搏的活動,要學生分別量測運動前後的數值,有些教科書是要收集全班的數值做平均。

但是我覺得除了做成平均數外,其實數值有更好的統計方式。看這張圖就知道了,是否比較好呢?

做法很簡單,就叫學生自己量好了,就到教室一角去貼點點貼紙,貼紙就放在那處,不用發給學生。藍色貼平靜的,紅色貼運動後。

討論問題如下:


  1. 「我的脈搏正常嗎?」如何知道脈搏是正常的?從圖上怎麼知道
  2. 正常的脈搏是一個特定的數字,還是範圍?
  3. 運動後的脈搏和運動前有什麼不同?哪個比較分散?為什麼會比較分散?

個人身體的數值,如果只是計算出平均值,那麼就會消弭掉這些個別差異,只會看出運動後的全班平均值比平靜時要高(要知道這個就看個人資料不就知道了嗎?)

2017年11月19日

imagej分析色塊面積/骨骼橫切片面積比例

以下兩部影片是因為研究化石的黃大一先生在科學Maker社團問起色塊面積怎麼算。本來我錄了第一部影片說明,而後來更進一步了解才知道要分析的對象其實是骨骼橫切面的面積比例,所以我就又錄了第二部影片來說明。

這類型的分析問題經常被問起,其實解決方法都類似,就是圈選區域後加入ROI Manager,然後再做數學運算(XOR之類的)



2017年11月17日

用胎音機和Cardiio的App同步聽心音看脈搏

課本實驗「觀察心音和脈搏」,今年換了新作法。最主要還是這實驗有個觀察目的就是要觀察到心音和脈搏是同步的,但是課本流程的安排實在很難真的體會到這件事情。

流程的安排通常是一個人負責聽心音,另一個人聽脈搏,一起計時算次數。但其實我教了這麼多次,能夠得到一樣的數字的真是少之又少,學生也幾乎沒辦法發現「喔,原來這是一樣的」,都馬是老師直接說。

今年的變更就只是多用一個App:Cardiio就搞定了,這個App的好處是可以看到脈搏的波形,然後也能自動計數。因為工具改變,所以流程也要跟著改。這個App直接視覺化脈搏,加上胎音機或是聽診器聽心音,可以真正用來理解原來心跳和脈搏是同步的。

以下是課程流程

  1. 會測量自己的脈搏:測量橈動脈、頸動脈的教學
  2. 用AppCardiio自己測量平靜脈搏次數
  3. 用Burpee Jump 5下或High knee Run 10秒(這兩種都能迅速提昇心率),然後立刻用Cardiio測量運動後-->得知運動後脈搏增加
  4. 胎音機連接教室廣播系統,教師示範用胎音機聽心音(請一個學生當模特兒),先聽平靜的心音,全班一起做此同學心跳的30秒計次。再請學生Burpee Jump 5下後,再立刻用胎音機播放運動心率,一樣做30秒計次。-->聽到心跳的聲音,幫助下一步用聽診器,另外也用來說明運動後心跳增加
  5. 聽診器使用教學,請同學自己聽自己的心音。這部份很難作到每個人都能順利聽到自己的心音,有些人真的不容易聽到
  6. 聽診器和Cardiio同步使用,一邊聽心音,一邊看自己的脈搏波形,可以發現心音和脈搏波形的高低是連動的。--->建立心跳和脈搏的關係。
  7. 最後老師用胎音機和Cardiio同時偵測心音和脈搏,iPad上脈搏的波形是用AirPlay同步投影到學生各組的螢幕,胎音機的聲音是透過喇叭播放。再讓前一步沒有做成功的學生可以有機會觀察。
以上會用到35分鐘左右的時間,最後十分鐘我再讓學生用iPad加顯微鏡錄製小魚尾鰭的顯微影片。一個影片30秒~1分鐘,學生間再用Air Drop互傳影片,而解說尾鰭血流則是下次上課再做。


























用胎音機和Cardiio的App同步聽心音看脈搏的操作流程影片

尋找手上的靜脈瓣2017

九年前(哇賽)拍過找靜脈瓣影片(用橡皮筋看靜脈瓣的存在),今年再來更新一下,因為持續有運動,皮下脂肪少了,更容易觀察到靜脈了,每天沒事的時候就在玩自己的血管,所以就乾脆再拍一片更新的。


這些箭頭貼紙指向的地方就是靜脈瓣所在的位置



走出教室,在陽光下拓印年輪吧!

認識年輪有很多種方法啊,像我收集了很多木頭,都是可以讓學生每人一個仔細端詳的,不過我還是很喜歡帶學生走出教室,到戶外實際觀察木頭。

課本知識還是要跟實際生活經驗連結,不然我覺得學習是很無效的。雖然這種連結跟考試成績很難有連動關聯,就你做了,考試也不會就比較好,題目還是看不懂,不過至少我在解釋時,就能夠用他產生的經驗幫他連結知識

今年安排的室外課主要有幾個活動,一是作年輪拓印,每個學生發一張A5白紙,請他們自己帶一隻鉛筆,走到校園裡的松木圍籬,用手感覺年輪上不同的凹凸,然後做個年輪拓印,之後這張紙再貼上筆記本,對應《植物的運輸構造》單元。

拓印完之後就是再看看看學校兩棵樹,一是有著大樹洞的木麻黃,看看什麼叫做樹即使有洞也還是能活的樣子。另一個則是去看前幾年被砍掉的樟樹,當初請總務處把砍下的樹頭木塊留在原地,就成了實際上可以讓學生觸摸木頭的場域。

另一個活動是今年新加入的,叫做啃樹皮。到校園某個有很多構樹的角落,讓學生實際拉扯構樹的樹皮,體驗什麼叫做韌皮部,另外也讓學生舔舔樹皮,其實會有一點點的甜味,或者也可以嚼一嚼構樹皮,一整個覺得自己是梅花鹿。

構樹的樹皮觀察,剛好配上學校在校慶前的清修樹木,所以用的砍下的枝條。

假設時間能更多的話,我會希望把原本的教師引導觀察的活動,變成讓學生自己探索看看。比方說畫下那棵有大樹洞的木麻黃,然後用工具探測到底它的樹洞有多大再畫下來。又或者讓學生一組一把修枝剪,創造自己把樹皮撕下的感覺。

























2017年11月13日

蝴蝶效應的活動

輔導活動的同事問我,想要教學生蝴蝶效應,問我知道有什麼活動可以進行。

ㄟ...雖然名字有蝴蝶,但是問生物老師也不一定知道啊!不過Google大神會知道的,所以我就上網查看看囉。

果然有啊,在National Quality Center的訓練活動中有這麼一個蝴蝶效應的活動
http://nationalqualitycenter.org/files/nqc-game-guide-chapters/07-butterfly-effect-game/

進行步驟如下
  1. 讓學生站在空地中央(例如教室桌椅都搬開)
  2. 要大家在場上任選兩個人,但是不要說出名字
  3. 接著要每個學生自己調整位置站在和兩個人相同距離的地方,意思就是和A距離5公尺的話,和B也要5公尺,但不一定要三人同一條線。想像一下自己就是等腰三角形上面那個頂點,另外兩個人就是另外兩個頂點。
  4. 接著老師在場上慢慢移動,當老師移動的時候,整個團體的人群就會一直跟著移動。

課堂上可實作的靜脈瓣半月瓣模型

前情提要【用塑膠袋、塑膠片製作擬真的心臟與靜脈瓣膜模型

我最常做的就是看到別人做的好東西,自己就會跟著做,然後就會開始做些更改,這篇就是一個例子。

為了想讓學生能用更簡單製作理解瓣膜的運作,我將本來的做法更改成用A5白紙製作。

材料與工具:塑膠袋、剪刀、油性筆、白紙、透明膠帶

白紙其實就是血管展開,大約一公分寬的黏貼處,其他部分均分三等分,畫上瓣膜




拿塑膠袋對折(這樣就有四層塑膠膜),蓋在白紙上,把瓣膜的形狀用油性筆畫出來,然後用剪刀剪下。





只需要三片就好



接下來就是把瓣膜貼上去,在邊緣貼上一段一段的膠帶,讓袋子的邊緣密封,三片瓣膜都貼好,最後再把紙筒黏好。



接著個別從兩端吹氣,就可以感受到氣流只能單向流通的感覺了,如果這是血管,那就是血流單向流通了。(模型沒辦法完全阻隔氣流,不過吹氣時會感受到被阻擋就是了)



當從另外一邊吹氣,就會感覺很順,因為瓣膜貼住管壁了。


我想這樣的模型也更好在課堂上實作,理解靜脈瓣和半月瓣的構造與運作。

用塑膠袋、塑膠片製作擬真的心臟與靜脈瓣膜模型

這兩天在Blog上整理前幾天做的瓣膜模型後,在youtube上搜尋看看還有什麼做法,然後就發現了這個更棒的作法,而且是更真實的呢!

作者是西雅圖大學生物系的 Margaret Hudson 老師,製作了心房心室之間的瓣膜,還有心室到動脈間的瓣膜。影片有二部:Making Working Models of Heart Valves
連結
https://youtu.be/H4q1u2aCbjo
https://youtu.be/TUUrcK-8pnc

製作過程在影片中都已經非常清楚了,我想不懂英文也看得懂。當然我也跟著試作了,材料都非常簡單,只要塑膠片、塑膠袋、透明膠帶、棉線就可以。
首先是心房心室之間的瓣膜,左邊是攤開來的瓣膜模型,不過有經過一些簡化了,像是代表腱索的棉線就只有黏上三條。而右邊捲起來的,腱索我黏了10條線。





這樣的瓣膜在逆向流動的時候,就會把瓣膜往上翻,而腱索則阻止過度翻開。





這是從心房處往心室望去,這個方向流動,血液可以流得順暢


側面就像這樣




而如果逆向流動的時候,就會讓瓣膜關閉像這樣


側面看是這樣





接下來是心室到動脈之間的半月瓣膜,左邊是單一瓣膜的構造,方便說明,右邊則是捲起來,內有三片瓣膜。




這種瓣膜像是袋子一樣,從心室往動脈流動,袋子會貼著管壁,但是動脈要逆流回心室時,就會讓袋口打開使血管關閉


這是心室往動脈方向望去,血流順暢



側面看的樣子


血液逆向的時候,就會讓管子封閉

側面看好像沒什麼感覺,所以還是要從管口來看比較清楚


因為材料不難取得,如果要讓學生更了解,我想最好就是讓學生自己做,但時間至少也要半節課。我覺得可以製作半月瓣(就是第二種),也能一起講解靜脈瓣。

*塑膠片可以在文具行買到,或者拿護貝膠膜護貝空的也行。如果不在意側面觀看的透明感,拿A4白紙也是可以啊。

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