阿簡生物筆記

前一陣子查螞蟻移塚行為的時候，看到了一篇blog文章-螞蟻萬人塚

blog作者她說她在國中時意外發現一個讓螞蟻不再出現的方式，她是用膠帶把路過的螞蟻通通黏起來。只要膠帶上黏的螞蟻累積到一定數量，成了螞蟻萬人塚之後，把它放在螞蟻的路線上，後來的螞蟻經過的時候就會開始猶豫，漸漸的螞蟻就不走過來了。

哇！這個方式不就正是利用了螞蟻的費洛蒙嗎？

正好我之前看過幾本國外講science fair project的科學實驗書，也有提到類似的實驗。


第1個實驗是利用蚜蟲，用鑷子把一隻蚜蟲在蚜蟲群上面捏爆，觀察其他蚜蟲的行為。並紀錄隨著時間變化，蚜蟲群的變化是怎麼樣的。

第2個實驗也是利用螞蟻，作法和前面講的蚜蟲一樣，也是在螞蟻群上夾爆一隻螞蟻，觀察其他螞蟻的行為。除此之外，還有接續的實驗，就是夾爆不同族群/種的螞蟻，看看牠們的行為是否相同。

隱藏版課程
這次4/2的生物趴辣客3@高雄，除了有中山大學黃台珠老師的協助以外，還要再感謝中山大學海洋生物研究所呢！


在所長 宋克義教授以及 劉莉蓮教授的協助下，生物趴辣客有延長的隱藏版課程，屆時會有研究生帶領大家走一趟海生所，瞭解一下所內資源及實驗室參觀。名額有限，歡迎大家報名參加。
http://registrano.com/events/e3b2d9


交通
工作人員非常體貼，考慮到很多外地到高雄參加的人，所以決定租借接駁車，有需要搭乘接駁車來回的，需要另外付費80元。確定需要搭乘接駁車的人，務必在本週內完成下列問題並回信至teacher.liya@gmail.com，方便進行租車相關事宜，確認之後會儘快將確實的接駁車狀況mail給大家。

1.姓名： 2.電話： 3.需要接駁的時刻：（去程、回程或來回）


目前接駁車是暫定在4/2早上八點四十在左營高鐵站出口2集合，逾時不候（因為是計時收費的，當天請大家務必準時）

我覺得牙醫公會應該要頒獎給我了，最近常常收到牙醫或是正在念牙醫的網友寄信來問問題。

他們都是問怎麼用Imagej來量東西、算東西，大多數的問題在blog 裡都可以找到類似的解法，不過有些我目前也沒想出該怎麼解，就只好擱著。

今天早上又收到一封來信，他要問的是「如何利用image j測量最大寬度」

這是某老鼠的牙齒

測量點為先以t2 t5的最突點作一lingual線，之後平行移動至buccal，再作一平行線，測量兩條平行線距離。接著，以兩條平行線的中點做一平行線延伸至mesial及distal的最突點，測量此線段距離。他想問如何抓出最突點後，將兩點連線？如何將線段平行移動？計算距離中點？

看到這個問題之後，我想了一下，Imagej 裡其實沒有這麼客製化的功能，除非自己寫個plugin丟進去協助畫線，然後再計算。
再細想了一下，其實只要能先做到他所想要的那個幾何作圖，然後畫好線再去量不就好了嗎？


一想到幾何作圖，我就想到以前學過的兩個軟體，一個是Dr.Geo，這個我曾經在國網中心裡向洪朝貴老師學過，還用它畫過顯微鏡。
另外一個幾何作圖的就是Geogebra，數學老師對這個軟體應該不會陌生，不過在生物醫學界裡可能知道的就不多了。

提問者的醫學測量需求其實用Geogebra就可以輕易完成，我想，當初發明Geogebra的人，應該沒有想到他的軟體可以應用在生物醫學測量上面吧？

作法就直接做成影片，有需求的可以看看。
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如果要再做其他的圖片量測，就直接再插入圖片，然後把剛剛新增的那些點位置移動到新的圖片上，GeoGebra就可以自動測量出來了。

另外，如果是要計算實際長度，上面的影片我沒有錄到這一段，你只要在下方的輸入列中，打上 g / i  和   h / i
左方應變物件那邊就可以自動計算出換算的長度了。

上了好幾年的孟德爾遺傳實驗，上到我實在很想看看當初孟德爾所做的研究到底是怎樣？

拜科技所賜，要找這份研究，不用跑到國外圖書館去借，上網搜尋一下，就能找到那篇了不起的論文： Experiments in plant hybridisation ，這已經是翻譯成英文版的了，如果要德文的在這。

這份不到50頁的論文，開展了遺傳學的重要研究，各位有空真的可以下載來看看，當初孟德爾是怎麼做實驗的。看完之後，還會發現教科書裡面講孟德爾實驗的部份，其實有些和原始論文有出入，另外有些則是教科書未曾提到的資料。


孟德爾用的是鑷子(forceps)，不是剪刀。(現在用的N版課本插圖畫的是小剪刀，害我講錯)在豌豆的8年實驗之前，他先花了2年的時間，從各種子商那收集了34種左右的豌豆品種來挑選實驗樣本。他用的豌豆不是只有那種Pisum sativum，其實還有 P. quadratum、P. saccharatum 還有 P. umbellatum。他所做的七種性狀實驗並非都是來自P. sativum，像種皮圓皺那個是用P .quadratum，豆莢形狀那個是用 P. saccharatum，花位置是用 P. umbellatum。他也不是說只有觀察那7種性狀，早在前兩年的預實驗時，他就觀察到有些特徵的差異只是在於程度的變化不同，可是那個很難拿來比較，所以他才會去挑我們現在知道的那些性狀來比較。關於紫花白花的性狀，還蠻有意思的。我本來以為他看的就是子代植株所開出來的花色，不過其實那個性狀是在比較種皮顏色的差異。會開出白花的種子，其種皮是白色的，會開紫花的種子，種皮顏色是灰色、棕色那類(gray、gray-brown、leather brown) 。所以孟德爾在種皮色（花色）這個觀察中，是直接等親代結種子就可以判斷了，而不是等到親代結種子，然後種子再種下等開花來觀察，畢竟前者和後者的觀察時間，會差到一個生長期耶。高莖用的是6-7 ft的豌豆，矮莖用的是3/4- 1.5 ft的豌豆他的實驗其實是有用到對照組的。他把對照組放在溫室裡，目的是檢驗甲蟲 Buchus pisi的侵擾對實驗的影響，因為擔心 Buchus pisi會帶來外面的花粉。我們後世所稱的AA，在論文裡其實只有寫一個A而已，而aa，在論文裡寫的也只是一個a，倒是Aa都一樣。我們在解釋孟德爾實驗時，會講高莖用T、矮莖用t、紫花用P、…

當老師這麼幾年，深深覺得，學生的表現跟導師真的有關係耶。我們學校的邸怡老師帶的班級總是有種特別的氣質，她帶的幾屆學生都好愛自然觀察，前年6月的時候，她那時帶的學生還會在學校找黑冠麻鷺，而今年她帶的學生是在教室裡養生物。

一開始是幾個男生突然找了小杯子種綠豆，而且還故意放在抽屜裡孵豆芽菜，不曉得這和我在他們教室放橘子種子等待發芽有沒有關係？過了一陣子之後，開始有女生養菜蟲(某蛾)，然後又有女生開始養螳螂。總之，上他們班的課的時候，常常會突然出現很多生物。

上週四，小男生拿了綠豆芽過來給我看，雖然是放在抽屜裡，但還是有照到光線，也因此就讓豆芽菜變綠了，這個豆芽菜養成計劃稍稍不成功。但是我看到他的豆芽菜時，就突然想到一個實驗，是用來觀察植物頂端生長的經典實驗。

我和同學要了一支油性筆和直尺，就在豆芽菜上面畫上一段段間隔 0.5 cm的記號。我跟同學說，過幾天綠豆長高的時候，你看看這個記號會怎麼改變。如果綠豆是整根一起變長，你就會看到這每些線段間隔的寬度，會超過0.5cm。但如果它是頂端生長，你就會看到另外一種模式。

今天周二，距離上次畫線的日子過了五天，其實我忘了之前曾經畫過線。小男生在還沒上課之前，就把他的綠豆遞來給我看，我一看好驚喜，頂端生長的現象好明顯，於是就用了一兩分鐘的時間介紹了一下這個生長模式。



上圖左邊是五天前的綠豆芽，經過五天的生長之後，就成了右邊的模樣。每個黑點之間的間隔距離原本是0.5cm，過了五天，莖頂的記號間隔明顯大了很多，而在子葉附近的記號並沒有改變。

其實這也可以延伸出一個問題
「小明(問題的主角永遠都是小明)在七歲的時候，爸爸幫他在樹上畫上了一個和他等高的記號，請問等到小明20歲的時候，這個記號會變高、變矮還是不變？」

把寫反字是一個很酷的技能，酷到你在生活中完全找不到實用的地方。

要寫出左右相反的字，筆劃慢慢想慢慢寫，總是會寫好的。但如果打算快速寫好，就有點訣竅了。

關鍵就在「把紙壓在額頭上」，就像是自己在臉上寫字一樣，不用刻意去想反過來的筆劃怎麼寫，依著一般寫字的筆順，就可以輕而易舉的寫出反字了。

2010年用資訊科技的方式協助細胞分裂和減數分裂的教學，得到很正面的效果。

所以今年2011年也來試試看吧！不過天算不如人算，今年第一個班級的投影機完全不理我，所以我只得立刻改成板書的教學。

前面有提到，分裂過程這種動態的資訊，若是能展示出動態的過程來教學，會比單純只有靜態圖片好得多。但那同時也要注意，用動畫很容易會造成資訊量過多、速度太快的問題。

當板書遇上這個需要展示動態過程的概念時，怎麼作？要黑板上的圖片自己動起來，那個是不可能的事情，又不是電子白板，所以只好努力找方法了。

為了能夠讓學生的注意力專注在染色體的變化，所以我就用了「提示」的方式來作，也就是「畫重點」。

上第一個班的時候，我把過程畫在黑板上，要學生也跟著自己畫一遍過程，不過初學此部份的學生畫過程會有很大的問題。所以後來的幾個班，我就直接先畫好過程發給他們，因為是完全自己手繪的，所以黑板上的圖片和他們拿到的紙本是相同的。其實這牽涉到一個很重要的認知過程，如果教師提供的圖片資料，和學生手上的不同，那麼學生就得花多餘的心力去判斷對應兩者的異同。花心力去建構，本來是件好事，不過別忘了時間因素，我們一節課只有45分鐘。

學生拿到的圖片就是下面這張



先說細胞分裂的部份，一開始我要學生專注在單獨一個染色體，從頭到尾的變化情形，所以我要學生把一個染色體塗紅。如此一來，由左至右，自然就可以看出這個染色體發生什麼事情，有複製，也有分離。


接下來是看同源染色體的變化，通常在細胞分裂的過程教學中，我們不會去關心同源染色體有沒有變化，因為它不會有變化，但這其實是細胞分裂中一個很重要的意義。

怎麼讓學生看到同源染色體沒有分開呢？用一個框框就可以了。首先用一個框框把同源染色體框起來，由左至右一直框，框到最後，就會發現這個現象，沒有同源染色體分離的現象。


而減數分裂呢？單看一個染色體的變化，也可以觀察到那個複製的染色體分離



從左至右開始框，就會發現在第一次分裂時，同源染色體就框不起來了，這裡就發生了同源染色體分離。



兩種分裂過程用顏色的提示框框的群化，就可以把細胞分裂和減數分裂裡發生的事情說清楚了。


現在想想，這麼簡單的教學過程和原則，卻是經過這麼多年的紀錄、反省和讀文獻才得到，所以你看，寫blog真的有很大的好處啊！

我一直以為我不太偏食，不過當離開父母，開始可以自己決定吃什麼的時候，我才發現，我真是偏食。

餐桌上出現的紅色葉菜，我幾乎不會動筷子去夾，可是我自己卻沒發現。往往都是等到吃完之後，才發現紅色葉菜幾乎動都沒動。

我想浩瀚人海中，一定有人會跟我一樣吧？其實我猜這應該是演化的一種趨勢吧？說也很奇怪，紅色的果實和紅色的葉菜給人的味覺感受完全不同。

紅色的果實，通常是成熟的，裡頭會有豐富的醣類。
紅色的葉菜呢？常常有澀味、苦味，得用高溫處理之後才能入口。想來就覺得是「已知用火」之後，才進入到人類食物之列。


酸鹼指示劑

紅紫色的葉菜中，我最有印象的就是紫色高麗菜和紅鳳菜。以前就知道紫色高麗菜可以拿來當酸鹼指示劑，不過從來沒想過紅鳳菜也可以。

我們家的菜都是從主婦聯盟訂來的，當週會出現什麼菜，在開箱之前實在沒什麼把握。前幾天開箱的時候，居然出現了紅鳳菜-我不會動筷的菜，所以最後就統統交給梅子處理了。

吃完飯收拾餐盤的時候，梅子看著那盤紅鳳菜的菜汁，就從櫥櫃裡拿了白醋滴滴看，它居然就變色了，當下才發現，原來紅鳳菜也可以當酸鹼指示劑。

不過這也不是什麼人類的大發現，上網搜尋一下，許多國中小的自然課程，在教酸鹼指示劑時，不是用紫色高麗菜，就是用紅鳳菜啊。

既然人家國小學生都做過這個，極富實驗精神的我，自然也要來嘗試一下，作個酸鹼指示劑吧。

其實作法就是煮菜葉啦



沒幾分鐘，水就變色了



接下來就試試用酸鹼來處理會怎樣，左邊那盤會用糯米醋來滴，右邊那盤會用小蘇打粉（鹼性）



結果，醋滴下去之後，果然變色了，不過小蘇打加下去後的顏色就沒什麼了。



這個情況讓我想到幾個經驗，燙地瓜葉剩下的那鍋湯汁，在水槽裡被各種東西加來加去，有時也會變色，也許也是酸鹼變色。

另外一個經驗是，作光合作用的實驗室，各種葉子拿去隔水加熱煮酒精的時候，也都會出現不同的顏色，並非都是單純的綠色，其中有些應該也是來自植物的花青素、胡蘿蔔素等色素吧。

以前我學生還設計過實驗，要從那杯煮過葉子的酒精中，把葉綠素提煉出來。試過很多種方式，結果最後他們的作法是，點火去燒酒精，等到酒精燒光之後，剩下的粉末裡就有他們要的東西了。最後那些粉末還帶有螢光呢，塗在手上就變成了螢光手了呢。

回到酸鹼指示劑的部份吧，以前曾經看過日本的一個小實驗，也許以後可以學著來玩玩。印象中是用一張紙巾浸滿了紫色高麗菜汁，或許還有加上食鹽？然後用電池接電極去電解，然…

明明現在就是2011 ，可是卻在紀錄2010，這是怎麼一回事呢？
其實這篇要紀錄的不只是教學，還包括我念研究所寫論文的過程。

兩年半前，為名為利地去考了研究所，過著白天當老師，晚上當學生的生活。唸書的那兩年，也意外幫blog增添了好多資訊類的文章，其實很多都是在唸書時候的所見所學。

過了一年，到了要找題目做研究寫論文的時候了，因為我念的是數位科技與學習的研究所，所以我鎖定的方向就是如何利用資訊科技來協助教學。

論文的目標出現在最接近的地方，我在自己的blog 裡找到方向。我連續數年都紀錄了教「細胞分裂和減數分裂」的過程與反省，每年都會嘗試新作法，不如今年就試試看用資訊科技來協助看看吧。

分裂怎麼教
過去的經驗告訴我，光用板書在教室講述這種動態過程時，常常會有學生搞不懂那些染色體是怎麼移過來跑過去，所以我們就會用各式各樣的教具去演示那個過程，像是用紙卡、磁鐵做染色體。

教細胞分裂、減數分裂時，如果用資訊科技協助，那應該怎麼做？我想動畫會是一個不錯的處理，不過我讀到的研究又告訴我，用動畫還是會有缺點，像是資訊量太多(一堆染色體)，速度太快，可是如果光只是用一張張的圖片來講，又沒辦法一眼看出那些染色體怎麼移動，所以我想，那就折衷一下吧，在動畫和圖片中取平均值，弄出一個我可以控制播放速度，而且又能夠減少資訊負荷的特製動畫吧。

後來我做出來的結果，跟我預測的相同。在講細胞分裂和減數分裂這種動態過程時，如果用特製動畫，的確是可以提高學生的學習成效，而且還可以有效地降低認知負荷。

此外，我的研究裡，還有一部分是在探討這些7年級的學生的認知程度，到底到達了什麼程度？如果他們還處在具體思考的階段，那麼我推測如果把染色體移動過程完整地秀給他們看，應該是對他們的學習有幫助的吧？
我用科學推理測驗去測學生的認知發展期，結果發現，我研究的7年級學生(189名)只有 19.6% 進入過渡期，其他 80.4% 的學生通通都在具體操作期。這意思就是大多數學生面對抽象事物(染色體、基因)，可能就是一副鴨子聽雷、滿頭霧水的樣子。在我的研究中，也印證了這樣的想法，針對具體操作前期的學生(佔全部的53.9%)，因為他們還沒有辦法進行抽象思考，所以用特製動畫來教他們，那麼比起光用圖片或是動畫，學習成效是比較好的。


特製動畫特製了什麼
我是用Flash去做這個特製動畫，這邊可以下載。



開啟之後，重點是在紅色框框裡頭…

國中生物課程裡所謂那個「做實驗」的部份，嚴格說來，其實不是真的在「做實驗」。真的實驗會有探究原因的部份，因此會設置實驗組、對照組，樣本做到隨機分配、重複次數...巴拉巴拉一些實驗設計。不知道什麼時候開始，以前的「實驗紀錄本」就改成了「活動紀錄本」，我想也就是這個原因吧？

我覺得在國中生物課程裡，要做完整的探究實驗，至少有兩個地方可以作，一個是「綠豆向光性」的那個實驗。我對資優班學生講實驗設計時，就曾經用這個實驗和「流言追追追」的影片為材料，告訴他們要做到更完整，還需要哪些修正。資優班學生因為有外加的課程，所以有時間做這件事，可是對普通班的學生，我就覺得很可惜，因為沒有太多的時間可以操作這個部份，最多也只能在課程裡偶而加一點探究的東西。關於怎麼加一些，還有加哪一些，這個以後可以再來寫篇文章討論討論。

完成探究性實驗，並不是非得要做科展才行，我們老是把做實驗這件事情冠個龐大的目標，好像做實驗就是為了要做科展，可是因為科展容不下小實驗，所以就覺得小實驗既然不可能得科展，那何必做小實驗。

其實做一個小實驗就是一個完成一個專題研究，是針對一個未知的問題，去設計實驗，進行操作，得到結果做分析的一個過程，也就是在課程的最開始-科學方法那部份的實踐。

因為很希望給學生有進行探究實驗的經驗，所以這次的寒假作業就多加了探究的部份，其實這也是來自月鈴老師的經驗傳授。

如何進行
每年寒假，全台灣大概有半數以上的國中生都在做營養器官繁殖的作業，許多的馬鈴薯、地瓜、落地生根被種下，長大，然後被紀錄著。如果要為這個單純的觀察紀錄，加一些探究的東西，最簡單的方法就是設置對照組。這次的寒假作業就多了一些說明，還有簡單的表格來做這件事。


說明:
許多植物除了可以利用種子繁衍之外,也可以利用根、莖、葉等營養器官產生下一代,這種方式稱為無性生殖。在這個寒假中請同學進行一項小型的專題研究,選擇一項植物的營養器官進行種植,並設計一項變因進行營養器官繁殖的實驗。
步驟:
1. 選擇種植材料,例如
  a.塊根:甘藷、紅蘿蔔、白蘿蔔......等
  b.莖:蒜頭、紅蔥頭、薑、萬年青、黃金葛、馬鈴薯......等
  c,葉:落地生根、石蓮......等
2. 選擇應變變因:選定你所要觀察的應變變因,應變變因最好採用可測量的現象,例如根的生長位置或長度、芽的生長位置或長度等。
3. 設計一項操縱變因進行實驗。以馬鈴薯生長為例,你…