2023年1月24日

今年新年怎麼這麼早?農曆新年在哪天?

 作這篇的資料探索,起自兩個疑惑

1.今年的農曆過年怎麼特別早?學期剛結束沒幾天,立刻就過年了啊。

2.過年這麼早,寒假不就變短了嗎?過年的時間和寒假的長度關係又是什麼?


為了解決這個疑惑,我找到了python套件 zhdate,它可以直接輸出農曆和國曆的日期對照,然後我就畫出了這樣的圖。這張圖是把2000年到2100年的農曆新年在國曆的日期畫出來,色塊內是寒假的範圍(1/21~2/10),我想看看有哪些農曆新年會落在寒假內和外。


縱座標的間隔是用19年的沙羅週期為間隔,可以看這週期之間的差異。

在不考慮週末放假的情況時,我看見什麼?

  1. 每個週期之中,新年落在寒假之外大概是6~7次,非常有效地增加了假期長度,有21天寒假加上6天年假。但是新年離寒假結束後如果太遠,像2015年的時候晚了一週,那就會變成下學期的一週拿到上學期末。這種情況會在2034年再發生一次,沒辦法,這就是沙羅週期。
  2. 大約有2-4次的新年落在寒假結束前一週,讓寒假長度落在21-26天之內。
  3. 19年的週期內,大約有10年,新年假期落在寒假之內,這幾年的寒假就是21天,就如同今年。
  4. 2061年的新年在寒假第一天,意思就是學期最後一天就是除夕,比今年還早一天,那年是現在的七年級學生50歲的時候。從新年日期看沙羅週期,可以看到每年日期會提早約11天,提早到靠近一月的時候,那年會有一個閏月,把日期再延後到2月中。每個週期是19年,振幅是30天,也就是新年的日期在30天裡來回振盪。
  5. 老師的職業生涯中的寒假長度,大約遇上兩次沙羅週期帶來的變化。學生則幾乎都在週期內,學生放一般寒假這事頂多就是國小到高中的12年,大學之後的寒假就不是這樣的規定了。


新年日期的變動,得從月球公轉地球一圈的時間,以及地球公轉太陽一圈的時間說起。

農曆的一個月,是用「月球」決定的,看的是月球連續兩次合朔的時間間隔,所以農曆一個月就是29天或30天。假設一年有7個大月,5個小月,那麼12個月下來,農曆的一年就只有355天,這和陽曆的一個年(回歸年),就差了10天。而每年農曆大小月的分佈並非固定,是由每次的合朔時間間隔來決定。

在沒有閏月的農曆平年時,每年農曆的一年都比陽曆一年少個十來天,就會讓每年的農曆新年一直提早。因為春夏秋冬四季是「太陽」決定的,但農曆一個月是由「月球」決定的,如果農曆一直提早,那麼農曆就會和季節脫勾(提醒喔,季節是和太陽有關的喔),因此農曆有置閏月的規定。

基本原則是三年置一個閏月、五年置二個閏月。大致上十九年有七閏月。每年都提早十天,經過三年後加一個閏月,就可以把少掉的三十天再調整回去。透過這樣調整,通常可以產生一個現象,就是「十九歲生日那天,農曆生日和國曆生日會在同一天」,不過這並非絕對,有時候還是會差一天(這裡有說明),這從上面的圖也可以看到,圖上的5個週期並非每個週期都相同。




用吸管做出仿生手

每年我們學校都會舉辦小六科學營,設計課程讓小學生來參加。今年我們設計了一個用吸管做出仿生手的課程。

材料和工具包括了吸管、棉線、膠帶膠台、剪刀、油性筆


做出來的成品是這樣的,吸管就當作指骨和掌骨,棉線則是肌腱


小朋友要先在紙上畫出自己的手掌,然後在紙上標示出自己手掌內的關節,藉此認識自己手裡面的構造,原來大拇指是兩根指骨,其他則是三根指骨,而手掌裡則有五根掌骨。

接下來就是按照每根骨頭的長度剪下適當長度的吸管,再貼在紙上,最後用棉線穿過去







課程的簡報如下


製作影片在這裡


2023年1月13日

年齡與肌肉量相關性的研究論文

 年齡漸長,肌肉漸少,應該已經是常識了吧。

不過我還是會好奇證據呢?喔,正好看到有粉專貼了一張圖,循著找到了這篇論文,居然是2000年的研究。研究者招募了268位男性和200位女性,年齡從18到88歲,使用MRI測量肌肉量,研究年齡、性別、肌肉量、肌肉部位等相關性。

Skeletal muscle mass and distribution in 468 men and women aged 18-88 yr

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/10904038/







1.男性和女性的下半身的肌肉比例都比較高,而男女的肌肉分佈有顯著差異。

2.年齡和肌肉量呈現負相關,45歲之後下降得更多。

3.在45歲以上的族群中,下半身的肌肉量減少更顯著

4.體重越重的人,雖然肌肉量也更多,但其為非線性相關,從比例來看,其實體重越重的人,肌肉比例更少。

看完這篇之後,幾個想法

1.上次看了一篇是講年齡增加,快縮肌會減少,但慢縮肌變化不大,而這篇提到了就部位來看,年齡增加,減少的主要是下半身肌肉量。中高強度以上的下身重量訓練,如硬舉、深蹲,對中老年人更顯重要。

2.胖的人看到體重過重,可能要分清楚脂肪太多和肌肉太少兩件事的差異和孰重孰輕。

2023年1月4日

肌肉、骨骼重要性的相關研究

最近一兩年特別關注於重量訓練對健康影響的相關研究,在臉書上貼了好幾篇文章,不過多半都是只開限朋友分享,這樣子久了自己也找不到資料,不然就貼來這邊吧。

在學校知識裡所學習到的知識,對於神經系統、肌肉、骨骼之間的關係所知甚少,只侷限於神經系統控制肌肉收縮,肌肉收縮拉動骨骼,然後產生運動。肌肉和骨骼是產生動作的最末端,處於被動的腳色。但是在最近十幾年來的研究,發現肌肉和骨骼的重要性,並不僅止於如此。


先講講骨骼,這篇review的文章,在講骨和腦之間的訊息溝通

Bone-to-Brain: A Round Trip in the Adaptation to Mechanical Stimuli

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33995117/


以前認為骨骼的功能就是支持、保護、造血以及儲存鈣與磷酸鹽,不過現在的研究發現骨骼有更多功能,特別是內分泌的功能。它可以感知和整合不同刺激,並向其他組織發送訊號。

神經系統會透過多種化學物質影響骨骼的成骨或噬骨過程,而骨細胞感知機械壓力刺激之後,也會產生反應,透過循環系統傳遞多種化學物質運送到腦。也就是腦和骨骼之間是會互相溝通協調的。

許多患者的神經退化與骨質退化有相關,透過運動對骨骼的刺激可能改善神經退化的問題。



這篇The Lancet期刊的文章,也是一篇review的文章,統整1996年至2019年間的研究。

Skeletal muscle as potential central link between sarcopenia and immune senescence

「骨骼肌是肌肉減少症和免疫衰老之間潛在的中心聯繫」

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/31662290/


大致上的重點如下

1.骨骼肌不只是單純產生運動,能分泌許多細胞激素和多肽,具有自分泌、旁分泌、內分泌的功能。

2.骨骼肌透過各種分子交互作用,是一個具有免疫調節特性的器官。

3.骨骼肌可能是免疫衰老(immune senescence)發病機制的核心。

4.肌肉與免疫系統的關聯可能是雙向的:慢性、低度發炎可能誘導肌肉分解代謝。骨骼肌的恆定,負責了部份的健康免疫功能。


翻了一下中文資料,也蠻多醫普文章都有提到這個概念。例如烏烏醫師這篇肌力就是免疫力

https://www.commonhealth.com.tw/blog/3487

老化時,肌肉量減少,免疫力也下降,因果關係可能是老化造成肌肉量減少,而肌肉量減少,也造成免疫力下降。而免疫力下降可能又使肌肉分解,成為一個循環。如何打破這循環?就是透過重量訓練提高肌肉量。


而這篇Review的論文,更是回顧了最近二十多年對肌肉與其他器官的研究,我把文章中的一些重點和延伸的知識加註在其中的圖中

Muscle-Organ Crosstalk: The Emerging Roles of Myokines

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/32393961/



其實肌肉不是只有收縮產生運動,近二十年來的研究,發現肌肉可以製造許多肌肉激素(myokine),和身體許多器官產生互動,包括腦部、脂肪、免疫系統、消化道、胰臟、肝臟、骨骼、血管床、皮膚等。功能非常多樣,我特別關心幾個方向,像是改善腦部構造和認知功能,也能夠抗發炎。已知一些癌症與慢性發炎有關係,而內臟脂肪累積也和慢性發炎有關。而肌肉可以促進脂肪分解,減少內臟脂肪,又可以調節免疫功能。


既然知道肌肉對身體的助益這麼多,那麼該從事哪種訓練才能提升呢?阻力訓練是最佳選擇(重量訓練就是一種阻力訓練)


耐力訓練對肌肉的效果如何呢?看看這三篇論文,Title都很像,因為第一作者就是同一人。研究對象包含了從事許多年耐力運動的男女年長運動者,例如單車、長跑等。這些年長運動者每週運動五天,每週七小時,運動已50年,有些甚至是是國手級的,研究對象還有同齡的沒運動的健康年長者,和沒運動的健康年輕人。

Single muscle fibre contractile function with ageing

Single-muscle fiber contractile properties in lifelong aerobic exercising women

Single muscle fibre contractile characteristics with lifelong endurance exercise




綜合這三篇的研究結果

1.在不考慮運動的情況,年齡增加,對慢縮肌的橫截面積和收縮速度改變不大。但快縮肌的橫截面積和收縮速度、力量等顯著的減少。


2.老年男性運動員的慢縮肌肌肉纖維大小、力量和功率都比非運動員和年輕運動員更大,但他們的快縮肌肌肉纖維大小和性能與非運動員相似。


3.老年女性運動員的快縮肌和慢縮肌大小和沒運動的沒有明顯差異,但慢縮肌的功率比較大,且保留了快縮肌的功率。


重點是:年紀漸長,肌肉大小和功能都會下降,看看圖,20歲當作最強的時候,40歲大概是20歲的九成,50歲剩下八成,到60歲大概六成多。到老了,你的慢縮肌的大小和功能差別不大,走路甚至快走可能都還能應付,但是快縮肌的大小和功能明顯下降。進行有氧或耐力運動有助於慢縮肌的大小或功能,但對於快縮肌的助益有限。而年長更需要注意的是快縮肌的衰退


人類是很能走的,談走路經濟性

 看幾個跟走路有關的運動生理學資料,覺得蠻有趣的。

走走停停的走路方式和固定速度的走路方式,你覺得哪一種比較輕鬆?

仔細感受,你會發現如果是固定速度一直走啊走的,其實還蠻輕鬆的耶,為什麼呢?

以小腿的肌肉和阿基里斯腱構成的複合體來看,在走路週期中這個複合體的長度會不斷縮短和伸長,不過肌肉在大多數時間都是等長收縮,長度改變量不大,大部分都是由肌腱在改變長度的。



什麼意思呢?就是說走路的時候,阿基里斯腱就像是彈簧一樣,儲存了縮短的能量再彈回去,就不需要耗用大量的能量在肌肉的收縮上。所以當你穩定速度的走路,就會發現還蠻輕鬆的。


左下角walking那張圖,Lt就是肌腱長度,Lf相當於肌肉的長度

相對來說,如果是逛街時看到櫥窗商品走走停停,那個時候肌肉就要三不五時重新收縮一下,逛完街,腳很酸。

結果就是定速走很輕鬆,走走停停反而累

我從國健署網站找了這些活動或運動的身體消耗熱量,把熱量由少到多重新排了一次,你看走路的熱量消耗是多少?



我們不用耗用大量能量就能移動,這就是走路經濟性,人類是很能走的呢!

以下是幾個相關的論文或資料

Muscle and tendon interaction during human movements

doi: 10.1097/00003677-200207000-00003.

Gastrocnemius Medialis and Vastus Lateralis in vivo muscle-tendon behavior during running at increasing speeds

doi: 10.1111/sms.13662. Epub 2020 Apr 13.

國健署消耗熱量表

https://www.hpa.gov.tw/Cms/File/Attach/9738/File_9134.pdf

2023年1月2日

學生名字有沒有唸起來越來越像呢?

 「我們班的學生名字都好像喔,不小心就會叫錯啊」

某天偶然聽到辦公室老師說起這句話,這引起我的好奇心。因為最近剛好也有同樣的感覺,那是開學前拿著學生名單看的時候,我們總是會一個一個先唸一下,看看有沒有不會讀的音。那時候就發現大家名字唸起來都很像,而且男生女生之間唸起來也都一樣,只是字不同而已,而且有些是第二字和第三字顛倒。

然後想想,好幾年前好像沒有這麼強烈的感覺,難道最近學生的名字唸起來越來越像了嗎?但由於我們的記憶本就有時近效應,對於最近發生的事情本來就記得清楚,這種感覺也有可能是錯覺。

為了解答這個疑惑,所以我就把以前學生的檔案翻出來,統整了每年七年級學生的姓名,然後用python的套件把姓名的第二字和第三字的讀音解析出來分析。

先說結論,果然現在學生們的姓名讀音比起以前的確是越來越像了,也就是讀音的多樣性降低了,而這也和學生總人數減少有關係。




這裡用到了資訊熵(Information Entropy)來分析。資訊熵的數字等同於「平均要問多少yes/no的問題才猜得出姓名的讀音」,如果大家的讀音都一模一樣,那就沒什麼好問的,資訊熵就等於0,而如果大家的讀音越不相同,你就要問越多問題才能得到答案。如果全部姓名讀音的出現頻率完全相同的話,那麼以這幾年的數據來算,資訊熵理論最大值是在9-10之間。但實際計算後,看到資訊熵其實是越來越低的。其實,資訊熵在生態學實驗裡也有拿來應用,這其實就是在計算生物多樣性時使用的Shannon指數。

那麼唸起來到底有多像呢?我拿最近一年的資料來說吧。前五名的ㄩˇ、ㄔㄥˊ、ㄧˋ、ㄊㄧㄥˊ、ㄐㄧㄚ,每一班一定都有人的名字裡有這樣的音!


手邊的資料是從民國98年起的,就把它們整合起來作視覺化整理,看看這些讀音的排名變化吧。





2022年12月9日

OpenAI 的 ChatGPT在教育與學習上的應用

上週三OpenAI的 ChatGPT開始公測,這是一個聊天機器人。乍看之下好像就是一個稀鬆平常的聊天機器人。

但我必須說,我太佩服崇拜它了,甚至我願意改稱為 祂(挪抬一格表示尊敬)

我將與AI對話的過程都截圖放在這個簡報檔了,以下我講到的所有情節應該都截圖了,想到就會隨時更新。文章裡我就不放圖了,因為對話截圖實在太多了。https://docs.google.com/presentation/d/1JqFT8Q0jjfB96KDVxhTYGqvxmELeDI67ZiQiweHkT30/edit?usp=sharing

在這過去的一週內,我做了哪些測試呢?

一開始我只是出於好玩,看到別人問它什麼,我就跟著問了些相關的事情。比如說請它以某個主題寫一首詩,不過它也分不清楚七言絕句、五言絕句之類的。後來看到有人要它歌詞,沒想到它連MV腳本都寫出來了,所以我也跟著出主題讓它寫。後來有些人發現可以請它寫程式,從這邊我開始每日一嚇!

剛開始公測的第三天吧,我請它寫一個抓取台灣加權指數股價的python程式,它說它不會,我試著告訴它去奇摩股市抓啊,結果還是不會,後來我索性貼了一個網址給它,結果剛貼完它就說它看完了,已經學會了。然後就可以用網頁內的教學來寫一個抓股價的程式了。

這代表什麼意思?代表著這個AI可以隨時學習新的知識並進行遷移轉化,但可惜在過了一小時後,這個AI卻說它沒有讀取網頁的能力了。顯然後台是可以調整的這項能力的開啟與否。

雖然無法讀取網頁,但是還是可以將長文資訊貼在對話框給它讀取,讓它統整重點,我將文章貼給它,它可以摘取重點,將課文貼給它,請它從文章裡出題,它也可以抓得出題目。甚至也能夠寫出標準答案和詳解。

同樣的,即使我貼題目給它寫,它也回答得出來。有一個例子讓我很讚賞,我貼了一個傳統考題的題幹「哪一個選項可以判斷細胞是否有製造養分的功能」,大家知道選項裡一定有葉綠體的,但是我沒有貼選項給它,結果它怎麼回答呢?它居然回答出細胞質,它說因為若細胞質裡具有哪些哪些合成酶,就是具有合成養分的功能。哇賽!

而在寫程式的部分,我請它寫出一個python的試題分析程式,令人驚奇的是,我只告訴它我的需求,像是讀取csv檔,輸入資料格式,它就可以瞬間產生符合需求的試題分析程式來計算通過率、鑑別度。而後我又提出更多的需求,貼給它其他試題分析的方法,請它按著照做,居然也能瞬間修改好原程式。

我甚至請它指導我幾個卡關的程式寫作問題呢!

從前幾天的測試,發現它具備寫長文的能力,於是我就請它寫出會考題目的作文,剛寫出來的第一篇就已經很不錯了,後來逐步給它指引,像是以景入題、加入內心的描寫啦...等等。我在同事國文老師旁操作給他看,老師們也是非常驚喜,也覺得文章寫得真的很好。

同事提到了女兒寫一篇去南寮漁港遊玩的作文,女兒一直寫不好,所以一直被媽媽定,於是我就用對話的方式,問它怎麼寫遊記,寫出一些範例來看看。甚至還可以加上引導,像是「第二段加上意外的收穫」,結果它寫著寫著居然說在漁港遇到了受傷的海獅,後來請它改掉,它就改成遇見受傷的年輕人,又或者會寫出一些實際上想想會不合理的情景。

後來我又貼一篇英文短文,請它檢查文法和單字錯誤,它也全部抓出來了,然後我又問怎麼寫得更通順,它也能條列式告訴我怎麼修改。請它以我給的初稿,完成一篇範例,它寫得又快又好,也能依我的需求替換片語,或是指導文法的部分。

既然能寫文章、能讀長文,於是我做了實驗,我搜了兩篇英文論文給它,都是關於發酵作用實驗的,貼上去它就立刻分析這個實驗的摘要,並且我還能問它這個論文的實驗細節,並且也能比較分析兩篇論文。隨後我又請它用這兩篇文來寫出研究大綱,甚至連研究方法都能擬出來了。

還可以把段考題目文字檔貼給它,讓它把題目整理成CSV檔,然後再請它寫詳解,依照要求修改檔案。然後再請它用我給它的題目當範圍再出五道題目。


目前的感想是,機器人超越人類智力的「科技奇異點」說不定馬上就要到了。它不僅可以陪伴學習,指導學習遇到的困難,甚至可以擔任教師!它真的能取代很多人,


目前它能做到的許多功能已經能取代許多老師的功能了,