臺中市自然科學領域輔導團 (國中組): 2012

2012年10月9日星期二

向上國中林瑋倫同學生物筆記

若需要下載筆記，可點選此連結，利用 Picasa 軟體即可下載。

2012年6月9日星期六

20120608 火炎山探路

2012年6月8日星期五

利用一根棍子 & Google Earth 測量地球周長

2200 多年前 (西元前 3 世紀)，希臘學者埃拉托塞尼斯祇利用一個日晷儀、幾項假說、一個測量值，就測量出地球的周長。他的這個實驗需求不高，我們手上雖然沒有日晷儀，但祇要準備棍子一根 & 裝有 Google Earth 的電腦一台，就能重覆這個實驗。

埃拉托塞尼斯的實驗方法

埃拉托塞尼斯知道在夏至當天 (北半球的夏至是 6/21) 中午 12 點太陽會直射北迴歸線，此時位在北迴歸線上的物體幾乎不產生陰影，而在北迴歸線以外的地區則仍然會有陰影產生。

圖、北半球夏至當日北回歸線地區無影子

以臺灣來做例子好了，我們臺灣也剛好有北迴歸線通過 (在嘉義水上 & 花蓮等地都有北迴歸線紀念館，然而這些紀念館可能不在北迴歸線上)，因此夏至當天中午嘉義地區的影子將會極小。

雖然當日嘉義地區不產生影子，但我所在的台中因為距離北迴歸線比較遠，因此當天中午還是會有影子出現。

圖、夏至當日北迴歸線以外地區仍有影子

夏至中午在台中立起一根桿子，長短不拘，將桿頂與影子頂端連接起來，我們就可以得到一個夾角 x。

圖、在台中可測得桿頂與陰影間的夾角 x

假設太陽是一個巨大光源，照射到地球的光線都是平行的，則這個夾角 x 會等於通過台中至地心及通過嘉義至地心的兩條直線夾角 y。

圖、通過兩平行線的一條直線所產生的內夾角相等

如果地球是一個正圓形，這個夾角 y 佔圓內角的比例就是 y/360。而圓的弧長與角度是相關的，台中至北迴歸線的直線距離：地球周長 = y：360。兩地的距離可以事先測得，夏至當日中午藉由實驗測得夾角 x，馬上就可以得到地球的周長。

圖、夏至當日兩地距離佔地球周長比例等於陰影夾角與圓內角比例

僅僅利用這麼簡單的數學原理 & 器材，在 2200 多年以前埃拉托塞尼斯就能藉由已知的兩地距離 & 影子與桿子夾角求得地球的周長，這個實驗實在是太棒了！而且因為實驗很簡易，國中生很容易在學校進行實驗。

利用 Google Earth 複製埃拉托塞尼斯的實驗

問題來了，我們可以測得到夾角 y 的值，但是我們怎麼去量度台中至北迴歸線的直線距離呢？

買一張臺灣地圖，用直尺量一下兩地在地圖上的距離，再換算一下比例，就可以得到台中與北迴歸線的遠近。不過現在我們不需要特地去買地圖，祇要上網下載 Google Earth 安裝，也可以得到測得兩地的距離。

在 Google Earth 中叫出經緯度資料，再利用尺規功能量度我們所在位置與北迴歸線的距離 (先點一下自己所在的地區，再點一下北迴歸線，Google Earth 就會在兩地之間畫出一條直線，並顯示兩地間的距離)，比方說我服務的向上國中操場正中央到北迴歸線共 76.84 公里。

圖、利用 Google Earth 測得向上國中至北迴歸線距離

利用事先測得的兩地距離，夏至當日再測得桿子與陰影的夾角，國中生也可以推論出地球的周長，這麼簡易就能讓學生探知自然奧秘，這真是一個很棒的實驗啊。:)

給學生的思考問題

你們測量出來的地球周長是多長？
請上網找一下地球實際的周長長度是多少？
你們測量出來的長度與地球實際周長差異有多少？你認為你的實驗可能在哪些部份發生誤差？為什麼？
這個實驗利用了哪些假設？
這個實驗利用的假設會怎麼樣造成誤差？為什麼？

附註：

24 節氣，如夏至，是以太陽在黃道面上的位置為基準訂定的。本來我想說『驚蟄、穀雨、芒種、霜降』這樣的節氣名稱與農業很有關係，應該是以農曆為基準吧？還自信滿滿的跟同事打賭。結果，我輸了。24 節氣完完全全是依照陽曆訂定的，跟農曆一點關係也沒有。
經過 haklim & memes 兩位老師指正，農曆是陰陽合曆。所以，雖然 24 節氣是以太陽在黃道面上的角度訂定，0 度時是春分，之後每 15 度一個節氣，但與農曆還是有關係，因為農曆是陰陽合曆，除了參照月亮圓缺之外，也參照了太陽的位置訂定部份曆則。

原文發表於：利用一根棍子 & Google Earth 測量地球周長

為貧民區帶來光明的保特瓶

雖然我們已經很習慣電與水帶給我們的便利了，但是有很多地區是還沒有電的，要不然就是有電但是價格太高讓人無法負擔，所以到了夜晚這些地區總是漆黑一片。

這些地區甚至在白天也是漆黑如夜，因為該區域的人們房子沒有採光設計，戶戶緊臨相接，完全沒有空隙讓光線照入室內。沒有自然光，又買不起電，白天室內也像黑夜。

為了讓大家都能享有光明，一群麻省理工學院的學生設計了一個簡易的發光裝置把太陽光導入室內，讓沒有錢購買電的人們也能享有光亮的室內生活。這個神秘的裝置就是一瓶裝滿水的保特瓶！

依據 http://isanglitrongliwanag.org 的說法，每一個保特瓶可以帶來約 55 瓦燈泡的光亮，比起裝玻璃天窗的亮度高的多，祇要多裝幾瓶就可以讓房子亮起來。當然，因為這保特瓶引導太陽光到室內，所以陰天、晚上就沒用處了，但光是能在白天讓室內保有光亮就已經可以改善許多人的生活了。

要製作這樣一個發光瓶並不難，需要的物品有：

空保特瓶 1 個
10ml 含氯氣漂白水 (用來殺死黴菌、綠藻)
水 (最好是純水，不要用自來水，否則會長青苔)

做好的保特瓶就可以當 55 瓦的燈泡使用了。

看到這個製備方式，我趕緊跑去垃圾桶撿了一個保特瓶做試驗。但因為我房間有窗子透光，所以看不太出來這個保特瓶導引光線進入房間的效果。如果把光纖裝在這個瓶狀燈泡的表面，利用光纖再把光線引導到其他房間去，這樣的應用應該可以多很多吧？

無論如何，這個保特瓶給我最大的感觸是：原來要改善生活、要帶給別人方便，並不一定要非常貴重的儀器設備，簡單的保特瓶就可以改善許多人居住環境、提昇生活的品質。

原文發表於：為貧民區帶來光明的保特瓶

科學方法試題

科學方法是國中自然第一冊第一章一個很重要的概念，不過在課本裡面卻是以非常枯燥乏味的方式呈現，如果按本宣科，我想學生是完全沒興趣的。

之前我寫了一篇《跟柯南學科學方法》來說明科學家是怎麼運用科學方法做研究的。其實就如標題所言，科學家用的方法與偵探用的方法都是相同的。這個例子比課本的例子有趣多了，所以學生印象深刻，到了三年級複習時都還會要我一定還要重新演一次。

不過我還是覺得這樣的教學是不對的，因為這樣的教學祇是讓學生可以應付考試而已，但他們並不會把科學方法應用在生活當中。因此當我看到月鈴、阿簡在各個章節試著導入科學方法時，我也就開始向他們學習。

學習月鈴 & 阿簡之外，看到關渡自然公園的活動涵納了科學方法時，也很開心的寫了一篇文章介紹關渡自然公園的做法。文章寫出來後，學弟喜青也分享他在東眼山應用英國田野學習協會 (Field Studies Council, FSC) 活動指南設計的一套課程，就是在調查活動裡融入科學方法，讓參與者能真正運用這一套方法解決問題。

學生真的懂科學方法了嗎？

方法是學了，但學生是不是能真的應用在生活中呢？這我們就得檢測一下了。所以我設計了兩個情境，看看學生是不是真的理解了科學方法。底下是我設計的題目：

大國師上占星台觀看星象之後，一臉驚恐的連滾帶爬衝向圖書館。三天後大國師終於從圖書館出來，直奔皇宮向皇帝報告：『皇上，近日將有九星連線，我們的世界恐怕要完全崩解了啊！』

如果你是皇帝，聽到大國師報告後該怎麼做？(Ａ)趕快找個地洞躲起來　(Ｂ)這祇是一種假說，不需嚴肅看待大國師的報告　(Ｃ)怎麼辦怎麼辦？我也不知道該怎麼辦！　(Ｄ)馬上開祈福法會
　
承上題，請問你為什麼要這麼做？(Ａ)地洞是最安全的地方 (Ｂ)國師提出的假說沒有實驗證明，還不知道這個假說是否正確　(Ｃ)我也不知道為什麼　(Ｄ)希望祈福法會能讓九星分開
　
國師：『皇上，我參考數千年的文獻，歷年來的占星師都說這個現象是世界毀滅的徵兆，您一定要嚴正看待這個現象。』身為皇帝的你覺得 (Ａ)這些書經過數千年的考驗，所以一定正確 (Ｂ)既然有這麼多人這樣說，這一定是正確的　(Ｃ)趕快請國師把這些文獻拿來讓自己參考一下　(Ｄ)如果該假說為真，世界在第一個觀察到九星連線的占星師時代就毀滅了，所以這些文獻記錄的都是錯誤的假說

氣象預報：『衛星雲圖顯示颱風沙卡將帶來豪大雨，請嚴防豪雨。』

如果你聽到這樣的氣象預告，請問該怎麼辦？ (Ａ)不用嚴肅理會　(Ｂ)怎麼辦怎麼辦？我也不知道該怎麼辦！　(Ｃ)準備防災需要的物品，如乾糧、手電筒　(Ｄ)在窗外掛晴天寶寶希望出大太陽
　
承上題，為什麼你要這麼做？ (Ａ)氣象預報是根據過去正確的資料做出的預測，所以可信度很高　(Ｂ)這是假說，不用理它　(Ｃ) 我也不知道為什麼要這麼做　(Ｄ)多拉A夢說晴天寶寶可以帶來晴天，應該有效

以上就是我設計的一些小問題，如果對上面的題目有什麼建議的話，請讓我知道。如果喜歡的話，也請拿去用，不用客氣。:)

原文發表於：科學方法試題

利用 Google 協作平台匯整學校資料

Google Apps (及教育版) 中統整 Google 眾多產品，讓同一個機關團體中的使用者能協同作業。

如果要編輯共同行事曆，可以使用 Google 日曆共同編輯；需要線上共同編輯檔案的，可以使用 Google 文件；如果想要在團隊中共享檔案，則可以利用 Google 的協作平台 (Google sites) 進行檔案分享。

要使用 Google 協作平台很簡單，祇需登入自己的信箱，在信箱頁面的左上方就可以看到協作平台的連結，點選連結就可以開始使用。

圖、點選協作平台連結開始使用

進入協作平台頁面後，可以看到目前擁有的協作平台清單。每個人可以建立無數個協作平台，並與不同的人分享檔案。

同一個人不論建立了幾個協作平台，其總容量祇有 1GB，所以協作平台不適合放大檔案。但像學校的簡章、辦法、規定，檔案不大，但又常有人要下載參考，這就很適合放在協作平台提供眾人共用。

比方說要把我們學校的資料放在網路上供大家參考，就可以建立一個向上國中檔案櫃讓同仁們把檔案丟到這個協作平台中，與所有人共享檔案。

圖、進入向上國中檔案區

Google 協作平台可以隨意新增頁面，而這些新增的頁面都可以在左方工具列看得到相應的連結。我新增了一個『行政業務』讓同仁放置行政資料檔案，另新增一個『領域資訊』讓大家分享教材。

圖、檔案放在行政業務區與同仁分享

每一個頁面底下還可以再新增子頁面，在左邊的連結區也都會看到對應的連結。我想，如果把所有的檔案都放在行政業務區會太亂，所以底下又依處室區分，將檔案分門別類才容易尋找。

圖、每一頁面都會出現在下拉式選單

進入適合的頁面中，按『新增檔案』就可以把檔案上傳至協作平台與他人共享。

圖、新增檔案

檔案放置多了後，如果開始感覺原本的頁面太過雜亂，想要再進一步分類，那就再建立一個新頁面來放置檔案就可以了。

圖、新增子頁面

要建立一個可以放置檔案的頁面祇要填寫頁面的名稱 (這個名稱之後會出現在左邊連結中) 及幾個簡單步驟就可以完成。

圖、命名新頁面

為頁面取好名字後，記得要將頁面性質設定為『檔案櫃』，這樣子它才可以存放檔案。

圖、將頁面性質設定為檔案櫃

最後，決定這個頁面要放在哪個位置。因為我覺得教務處底下已經有太多檔案，所以我將自己的一些檔案獨立出來放在資訊組這個頁面中，但是再怎麼說，資訊組也還是屬於教務處的一部份，所以我選擇讓這個檔案放置在教務處之下。

圖、設定頁面放置位置

按下建立鈕之後，在教務處底下就多了一個新的頁面可以存放資料了。

圖、多一個頁面可以存放資料

雖然 Google 協作平台提供的空間並不多 (祇有 1GB)，但是祇放置一些文件檔案的話，這 1GB 的空間還是很足夠的。大家就好好應用一下吧。:)

原文發表於：利用 Google 協作平台匯整學校資料

從相片你發現了什麼 -- 顛震立體圖

前天傍晚走到學校側門面對的中興街去拍照。原本計畫去拍 Mr. さかな這家日本料理 (好吃，想到就流口水…… :p )，不過走到一半，看到廖迎晰工作室門口放了一座雕塑，忍不住停下來拍了一張。

圖、廖迎晰工作室門口金屬雕塑

拍了之後發現畫面後面有張椅子，實在很礙眼，所以我移動一下位置，希望能避掉那張椅子。受限於現場，我東移西挪的再拍了一張之後發現狀況更糟，因為椅子沒避掉，反而又拍入了半朵花，畫面更雜亂……

圖、被椅子 & 半朵花破壞畫面的金屬雕塑

雖然拍了兩張不及格的相片，不過我倒是滿開心的，因為這兩張相片剛好可以用在生物課上。

為什麼可以應用在生物課上啊？嗯，你仔細看一下這兩張相片，有沒有發現什麼特別的地方？看不出來？那我將這兩張相片組合在一起，你再看一下。有沒有發現，雕塑變成立體的了？

圖、立體的雕塑

訊息傳遞與感覺的產生

不論是把兩張相片分別呈現，還是兩張相片同時呈現，眼睛接受到的訊號應該沒有任何差別。但是為什麼同時呈現的相片有立體感？不用說，秘密就在這兩張相片之中。:)

看一下這兩張相片，一張的角度在左邊，一張在右邊，而且兩張相片的拍攝距離並不遠，差不多就是我們兩隻眼睛之間的距離，所以這兩張相片所呈現的畫面就像是左右眼所看到的畫面了。

當我們把兩張相片快速切換，讓兩張相片的訊息短時間內先後進入大腦中，大腦誤以為這是同時來自左右眼的訊息，所以把傳入的訊號進行處理，讓我們產生立體的感覺，這就是為什麼兩張相片同時呈現我們會看到立體圖片的秘密了。

我們學過，眼睛是光學受器，外界的光線變化刺激眼睛上的受器，並經由神經把這個訊號傳入腦中，再由大腦把訊息組合成為影像，從這個例子就可以印證之前上課的內容嘍。

另一個可以證明眼睛祇是受器，大腦才是產生感覺的地方的例子是 1960 年代，白內障手術剛被開發出來的時候發現的。

白內障手術開發出來後，有些出生後就有白內障的人接受手術，結果發現手術完後他們還是看不到任何東西。正確的說是他們有看到許多混雜的光線來回穿梭，但是那就像電視機斷訊時呈現的雜光畫面一樣，完全看不到任何有意義的畫面。

因為從小就患有白內障的人，大腦掌管視覺的那一部份完全沒有接受過光線訊息，因此當它真正接受到光線訊息時不知道該怎麼處理這些訊息，無法把訊息組合成有意義的畫面。必須經過數年的練習，這些從小就患有白內障的人士的大腦才能將光線訊號組合成視覺。

言歸正傳，祇是從兩張拍失敗的相片卻可以發現這麼多有趣的事，你不覺得生物這門科學很有趣嗎？;)

參考連結：

原文發表於：從相片你發現了什麼 -- 顛震立體圖

科學閱讀經驗分享

傳播科技的發達讓許多人離開校園後仍然能從報章媒體持續學習。

而且，報章媒體呈現知識的方式比學校老師的教學方式有趣的多，所以從報章媒體學習的效果可能比在學校還高 (*淚目*，註一)。

雖然新聞媒體是一個良好的學習資源，但是術業有專攻，記者不可能對每一門知識都全然瞭解，難免發生一些錯誤，這時就需要讀者對新聞的可信度進行評判，以免被錯誤的訊息誤導。

其他領域的新聞我不熟，但是科學新聞的評判倒是能有些建議，所以就講講科學新聞的閱讀吧！底下是我在上課時用的教學內容 (對話是學生給予的真實回饋，但是當時我沒記錄是哪些同學發言……) 希望有參考價值：

將科學新聞做排列

這邊有五篇科學新聞，請你仔細閱讀後，將這五篇報導從最不可信排列到最可信：

『排列好了嗎？好，請你拿起你認為最不可信的那一篇文章，請你說一下為什麼你認為這一篇文章不可信。大雄，請問你最不相信的是哪一篇？公貓多為『左撇子』？好，那你為什麼覺得它最不可信？』

『因為：

數字太完美，21 隻公貓有 20 隻是左撇子，家裡的貓似乎不是如此　
才用 42 隻貓做研究，可能有誤差　
貓是從哪邊來的也不知道，說不定這些貓都屬於同一個家族，所以都是左撇子。　
祇讓貓抓 10 幾次魚肉就下結論，這個實驗似乎有點草率

就這樣。』

『嗯，你說的很有道理，那有沒有其他同學同樣認為這一篇最不可信的？多拉 A 夢，你也覺得這一篇最不可信，那除了大雄說的這三點之外，你還有沒有覺得哪些地方很可疑的？』

『我覺得這一篇新聞

從頭到尾沒有提到研究者是誰這一點很奇怪，祇知道有這個實驗，但是實驗是誰做的卻完全不明不白，這很詭異。
　
課本提到一些重要的發現時，都會指出發現者是誰，比方說米勒與尤里把原始大氣通電產生氨基酸；孟德爾發現遺傳法則；達爾文提出天擇說。所以是誰做的研究應該要說明白，但是這一篇文章都沒提到，讓我不太相信這一篇新聞。
　
文章說祇有在複雜行為時才會有慣用手的現象，但像我是習慣使用右手的人，我開門時也都會用右手，不會一下子用右手開門，一下子用左手開門啊，所以我覺得這一點也很可疑。
　
啊，對了，這個實驗沒有對照組。

這是我覺得比較奇怪的地方，所以我覺得這一篇最不可信。』

『嗯，好，綜合大雄 & 多拉 A 夢的說法，他們覺得公貓多是左撇子這一篇最不可信有幾個原因：

研究者不明
實驗方法有問題，祇抓魚肉十幾次似乎不太可信
受試者個數 (我們說這個叫做樣本數) 太少，祇有 42 隻貓，而且沒有交待受試者的來源。
沒有對照組。可是這個實驗要怎麼做對照組啊？我不太知道耶。因為實驗沒有詳細講，所以我真的不知道怎麼做對照組。好，不管，就是沒有對照組，這是一個缺點。
另外，不複雜的行為貓就不會有明顯的左撇子行為，這個與我們人類不太一樣，簡單的說就是他們覺得這一點與常理不合、邏輯有問題，所以存疑。

好，我把這幾個問題寫在黑板上，我們待會再來看。靜香，請問妳覺得哪一篇是最有問題的？為什麼？』

……

找了幾個同學，將步驟重覆數次後，黑板上已經寫了一些學生們覺得新聞報導不可信的原因。

『好，目前黑板上寫了好幾個你們覺得新聞報導產生問題的地方，不過這些項目有些是重覆的，有些則是近似。

同學，現在我要請你們把這些原因稍微歸納一下，大致相同的原因就把它們歸在同一類，這樣我們就可以把新聞媒體中常見的錯誤歸類出幾個大項來，日後讀科學新聞的時候就可以用我們歸納出來的幾個常見錯誤類別來檢視新聞的正確性。

所以，現在開始動手吧！』