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畫自己的骨架

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這個活動來自《我永遠玩不停‧STEAM科學遊戲:滿足你無限好奇心與創造力!超過60種酷炫的科學遊戲,化身科學魔法師,邊玩耍、邊學習!

八年級最後的生物專題研究,設計了一個以生物骨骼與運動為主題,最後要產製出不同類型的動畫。
一開始我先以前面提到那本書的一個單元為課程,讓學生二至三人一組,每組兩張全開白報紙。兩張白報紙再用膠帶貼成一大張的白紙,組員一人躺在上面,由其他組員畫出他的身體輪廓。





接下來就是一系列的摸骨,先從手部開始,摸摸看每根手指頭各有多少指骨,手腕裡又有多少骨頭,然後是前臂和上臂。
雖然我們知道指骨之間是分段的,但其實你不太容易摸出骨頭之間的縫隙,摸到的都是一球一球的關節囊。這些型態就是透過親手觸摸可以感覺出來的。實際的樣子在吃雞腿或吃雞翅的時候應該也都看過。
前臂的橈骨和尺骨,不太容易分得出來是兩根,不過可以透過翻掌的動作來推敲裡頭的構造。也就是在上臂不動的情況下,手掌可作到朝上和朝下的不同動作,那就可以猜猜看到底裡面是一根骨頭還是兩根骨頭。


下肢的部份,大腿的股骨是很難摸的,畢竟腿肉太多,根本就摸不到骨頭。但是下肢的膝關節到是很值得東摸西摸。首先是髕骨,這個在做膝跳反射時都會拿來定位的骨頭,摸來摸去就會發現它是一個相對自由自在的骨頭。而在外側的部份,也可以摸到股骨和脛骨的骨頭交接處,是摸的到那個縫的。
腳掌的肉相對手掌來說豐厚許多,大概只能摸出大約的形狀,但是其拱橋狀的結構是值得特別感受的。
你每天都會用到這些骨頭,但是你未必都認識這些骨頭的形狀,也很少仔細觸摸他們。這樣的活動正好提供大家摸來摸去認識他們的機會。

校園的生態調查-螞蟻與其棲地的調查

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延續著前面的探討活動,我們已經大概知道了校園裡有些地方在日照下溫度會非常高,但是有草有樹的地方溫度至少不會那麼高。
在這樣的棲地上,螞蟻的族群數量是如何呢?我們將進行一次族群調查,但是用的不是捉放法,而是誘集法和掉落式陷阱法。同時我們也會調查採集地點的環境因子,包括光照、表面溫度、土壤濕度等。

我們先把校園配置圖畫出來,在上面標上不同的樣區,請你按照你座號找到你的樣區


你和你的同組同學將會使用這個調查單,紀錄你們的觀察與測量數據。
環境因子的測量部份,我們會使用兩種工具,一個是上次使用的數位式接觸溫度計,另外一個則是用 micro:bit製作的測量工具。我們可以用它來測量地面亮度和土壤濕度,程式已經燒錄進去了,你只要將micro:bit放在樣區上,按下A鍵就會顯示出該地點的地面亮度,再將兩根鋼釘以固定的距離插入土裡,再按下B鍵就可以測量出土壤濕度。


每組裝置都會配上電池盒,你只要撥開關即可開機

雖然 micro:bit就可以測量溫度,但是由於其偵測的其實是主機自身的溫度,不太適用於本實驗,所以我們就改用專門的溫度計。

野外測量的時候,請將溫度探頭放在採樣管的管口
測量土壤濕度的時候,也請將鋼釘插在管口兩邊

採樣管其實就是針筒,裡面會放上原味洋芋片,每個管子固定只放半片洋芋片。這種採集裝置是參考國家紅火蟻防治中心的【紅火蟻標準作業程序第8版】的誘餌誘集法 6.1.3.1. 小面積調查:採用市售品牌原味洋芋片,剝裂成小片,每片大小約 7 ㎝ × 1.4 ㎝,或將人工誘餌(如花生醬、大豆油、花生醬與大豆油混合物、罐頭鮪魚、熱狗或糖漿等高油脂性食物)約 3 公克放置於直徑 10 公分且有孔洞的塑膠盒中,利用鐵絲穿過盒子插到土中用以固定,並利用標示旗標定誘餌位置,平均每 100 平方公尺設置 1 個餌站(可依現場作業情況及調查面積斟酌調整餌站數目),餌站設置後應於 1 至 3 個小時回收。




另外也可以使用掉落陷阱法 掉落陷阱法:於調查區域中平均每 100 平方公尺設置 1 個採樣點(可依現場作業情況及調查面積斟酌調整採樣點數),各採樣點應相距10 公尺以上,每採樣點設 4 個掉落陷阱,以各相隔 1 公尺之囗字型設置。掉落陷阱為直徑 3 公分、深 12 公分之塑膠管,將塑膠管埋入地下,管口與地面齊平,管中裝入約半滿的 75%酒精。陷阱於放入 24 小時後回收,鑑定螞蟻種類並計算數量。

但是我實際操作過…

「樹下有比建築物下溫度低嗎?」的紅外線溫度影像驗證

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延續著前一篇的探究活動,探討建築物和植物下的溫度差異。我手邊有熱像儀,就拍攝照片和熱像的對照來看看。我使用的產品僅有熱像,所以是用手機拍攝實景影像後再合成出對照圖,合成的方式可以看此篇: 用imagej做熱像影像的衍射映射變形合成


沒什麼意外,這種人工鋪面在陽光照射下,溫度會超過50度

樟樹的樹幹表面溫度32度,樹下的溫度也類似,只有日光照射到的地方比較高。

這張的溫度差異非常明顯,有土壤和植被,表面溫度差異會非常大,可以想見的是這個紅磚的人工鋪面在日照當下,就會造成校園微棲地的破碎化,一條熱河阻隔了兩處島嶼。
遠處的樓梯表面是洗石子的鋪面,溫度就比磚地低很多

即便是太陽照射到的樹,溫度還是不會升太高,當然也是其他伴生生物的首選棲地

這張和下張可以比較出有豐富植被對於土壤表面溫度的影響,沒草的土壤非常熱啊


學生種植的植物中,可以看到即便植物照射了太陽,卻也不會升高太多溫度。值得注意的是,土壤上有一些落葉,溫度就比活的植物要高了。

這張也是發現落葉的溫度甚至比磚牆還高,這也有可能是分解作用造成的現象。


這是用來驗證植物可水土保持的實驗,左邊的寶特瓶沒有植物,也沒有澆水,右邊的植物有一些發芽了,土壤也有澆水。在熱像中看到右邊的寶特瓶溫度低了很多,我推測這主要還是和土壤含水有關係。

最後看一下照射陽光的樹冠和柏油鋪面,這樣就知道為什麼植物對於建築物降溫有多大幫助了。

課堂操作的簡單的探究實驗-樹下有比建築物下溫度低嗎?

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108課綱課程末的單元是植物與環境的關係,正好現在是天氣當熱的時候,於是帶著學生做了這個探究實驗。
問學生在外面很熱的時候,有大樹和水泥涼亭下可以乘涼,你想選哪一個?為什麼?答案五花八門,有人喜歡水泥涼亭,因為通常有椅子。而不喜歡樹下的人說,樹下會有毛毛蟲,很恐怖。也有人喜歡大樹下,因為覺得比較涼快。
到底樹下涼快還是水泥涼亭這種建築物底下涼快呢?這就成了我們要探討的主題,預測出來的答案十分多樣,但答案到底是什麼呢?學校裡沒有水泥涼亭,所以就找大樓的走廊上來測測看吧。

測量的方式就使用這種數位式接觸溫度計,兩人一組,一組一個會比較適合。首先在教室裡規劃好紀錄的表格,探討在日照下和陰暗處的不同地點的表面溫度,例如大樹下、草下、草上或是人工鋪面等。

氣溫大約34度以上的情況下,樹洞的溫度是32.2度

樹下陽光照不到的地方是32.1度





草底下,有葉子遮住陽光的地方是42.6度

在草地上的葉子表面,陽光照得到的地方,溫度是 45.2度



而校園裡磚塊鋪成的人工鋪面地面,溫度則高達 54.8度



接觸式溫度計測得正確溫度大概要 30秒到 1分鐘的時間,一組學生測量三到五個地點的溫度,加上事前的規劃討論,一節課內可以完成這個探究的活動。
不過一節課的時間,通常沒有時間再轉換成圖表,大概只能透過紀錄的數字進行討論。可以討論什麼呢?
同樣是照射太陽的地方,為什麼人工鋪面會比樹幹或草地還熱?如果校園裡有很多水泥鋪面,對校園裡的生物會有什麼影響?有草的覆蓋處,和有樹冠的覆蓋處,哪邊的溫度比較低?為什麼?


用micro:bit偵測表面肌電,並控制伺服馬達

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micro:bit偵測生理訊號真是容易,最近發現居然可以來測皮膚表面的肌電。肌電的訊號強度夠大,所以也不用特別用放大電路,直接用鱷魚夾夾上鋁箔當作電極,然後用膠帶貼在皮膚表面就可以,貼的位置就選擇肌肉的兩端。
如果是要看訊號,程式也簡單到只要三個積木組合起來就可以。鱷魚夾兩端,一個夾在micro:bit的 P1,另一個夾在GND。

如果是要做伺服馬達的控制,就是先利用上面的程式觀察訊號的範圍在哪個範圍內。偵測不同的位置或是不同貼法都可能讓訊號範圍不同。以目前的例子來說,就是在20-80之間,然後我再用下面這個積木把訊號轉換成伺服馬達的角度。如此以來就可以用肌肉收縮來控制馬達的轉動角度。
以下這個影片演示了運作的過程,不過影片有點遲鈍就是了。

tour creator創造 VR的生態系之旅

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打從很多年前,Google開始有了Google地球、衛星圖、街景服務等。我就一直用這類型的服務在生態系課程中介紹。
甚至前幾年開始也用了Google Expedition的App,帶學生用 Cardboard VR,由我當導遊帶領學生以VR的方式來看課堂不會去的生態系。
之前的Expedition都還是只能用官方提供的場景,但是在去年的時候Google做了整合,使用者可以自己設定場景包,加入Google 街景的照片,或是自己拍攝的 360 照片。然後整合進 Expedition,讓老師可以帶學生體驗客製化的場景。

今年我反向嘗試,與其都是我帶著學生走,不如就讓學生來自己設計場景吧。我的規則是要求學生利用 Tour Creator 設計場景之後,把發布的連結提交到Google 表單上來交作業。
規定如下
至少6個場景,包含海洋、河口、淡水、森林、草原、沙漠台灣優先,找不到的就找國外的最後要按下Publish(發布),用連結交作業加分條件:場景有 point of interest、場景有錄音解說
為此,我特地錄製一段影片教學生怎麼開始利用  Tour Creator 做作業。
然後,這是我的示範作業 https://poly.google.com/view/eesc2Gx40GP

其實一開始我以為學生可以很快完成,結果沒想到光是這個作業,學生就花了快兩節課才完成,原來這個作業有很多門檻。
第一、學生對地理概念尚不清楚,要求他找森林生態,他還不知道要去哪找森林。或是即便找到了,他也不確定那是不是森林,因為他可能都沒去過真實的生態系,何況是街景模式的360照片。問了一些學生,甚至沒去過新竹濱海的香山溼地。
第二、許多學生從地圖上找到一條河的上游,他們就覺得那是河口了,原來他們覺得只要是河到照片邊緣就算河口。即便我們在之前已經說過了河口是在河川的出海口。
第三、對於淡水生態系一直覺得就是指新北的淡水區的生態系
第四、對於草原的想像力,新竹的學生很多只停留在「青青草原」那個地方

這個課程若要做好,從零開始應該不只兩節課。也許下次可以做這個課程的退階,讓學生自行瀏覽教師製作好的場景包,點選場景中的興趣點觀看該場景的亮點,然後辨識那個場景的生態系特色,例如分類生態系,或是判斷是否是人工的(不過蠻難),或是把選項變成場景中的四個興趣點,由老師設定問題,讓學生判斷哪個興趣點才是正確答案,例如判斷哪邊是上下游?…

剪刀石頭布的生物多樣性遊戲-入侵種的危害

這個遊戲修改自其他環境教育單位的遊戲,但是不知道最初來源是哪裡?
https://lowerthames-conservation.on.ca/wp-content/uploads/2014/06/BAY-Biodiversity-Game-Instructions.pdfhttp://www.idahoeser.com/Education/ISTA2015/RockPaperScissorsInvasives.pdf
遊戲材料

白色卡片:數量為學生總人數,代表本地種紅色卡片:數量為學生總人數,代表入侵種迴紋針:數量為學生總人數x2,代表生命值

遊戲規則:


一開始,所有學生都拿白色卡片,隨機找人猜拳。猜輸的就必須給人一枚迴紋針。兩枚迴紋針都沒有的學生,就代表失去生命值,須離開場外。活動進行五分鐘後,統計場中人數。場外的學生改拿紅色卡片進入場中,代表生態系中的空缺被入侵種佔了。無論紅卡或白卡,大部分猜拳規則都相同,只有一點不同。當紅卡與白卡猜拳時,如果紅卡贏白卡,則取走對方兩枚迴紋針,代表入侵種的競爭能力比本地種強。其他規則都相同,例如白卡贏紅卡也只能取走一枚。場中只要有兩學生各自拿到三枚迴紋針,就可以讓沒有生命值得同學重生進入場中,代表兩個體生了小孩。新進入場中的學生從教師那取得新顏色的卡片。此規則紅卡和白卡都相同。但生殖時只能紅卡和紅卡,白卡和白卡,10分鐘後統計數量。教師進行討論,生物除了盡量維持個體生命外,也會努力生殖增加個體數。再挑戰一次,看看兩次的差異。
可能出現的狀況: 學生未積極猜拳,因為怕輸了就得出場,所以只要不去猜拳就不會輸。學生不會救已出場的同學入場。其實原始版本的遊戲是只要失去生命值就自動變成入侵種,但是我覺得這樣實在很難解釋。

資訊圖表視覺化(13)-輔助線與輔助背景的應用

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利用圖表進行科學表達時,在圖表上添加適合的輔助線或輔助背景,可以增進對圖表的了解。
舉例來說,此圖表呈現各國家的確診數和死亡數之間的關係,我們可以在圖上加上死亡率的輔助線,幫助讀者比較各國之間的死亡率。




在進行實驗時,如何在圖表中呈現對照組的數據?除了如下圖左那樣,直接呈現對照組的數據外,也可以如下圖右將對照組的數據以輔助線的方式呈現,使讀者一眼可看出各實驗組和對照組之間的關係。


這種呈現模式除了用來比較對照組外,也可以用來呈現各組的平均值,並且可以用一些資料處理的技巧,使高於平均值和低於平均值的數據自動分成兩組數列分開繪圖,就可以用不同的顏色來呈現這兩類數據。




例如高於平均的數列,就是先計算出平均值之後,以下列公式來資料處理 =IF(B65>$B$76,B65,NA())
當原數值大於平均值,則以原數值呈現,否則就呈現 #N/A (非數值) 非數值的資料就不會畫在圖表中。


同樣的作法也可以應用在橫條圖上。這些繪製輔助線的方式,其實是應用了組合圖的方式,是以一張長條圖和一張散佈圖結合而成。而散佈圖當中僅有一個數值(對照組或平均值),然後在這個點上繪製超長的誤差線,即可成為輔助線。


除了輔助線外,應用混和長條圖和折線圖的方法,可以做出這種混和背景。這個圖是要用來強調深色背景時為夜晚。



又或者這個圖要呈現溫度變化曲線,在某個溫度範圍中為酵素活動範圍,所以實質上的作用時間僅有紅色一段。這張圖是用堆疊長條圖混進去的。



或者像這種象限圖,左圖是把原圖表的填色設無,然後直接在儲存格中填色。但須注意圖表的大小需和背景儲存格對齊。右圖則是在散佈圖中,添加一個自訂的座標原點,然後此點作出水平和垂直的誤差線,並將此點的標記設為無。



這類型輔助資料的製作方式,請見此影片
Excel做圖表_09_圖裡的輔助資料