文章

目前顯示的是 七月, 2020的文章

畫自己的骨架

圖片
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

圖片
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

圖片
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?

圖片
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

圖片
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。