2020年10月13日 星期二

應用AI植物辨識app 觀察校園植物

前陣子在臉書上看到同行朋友帶學生出野外觀察想法,心底生出羨慕及無限佩服,因為生物學是來自實地的觀察,真實的接觸過,比課本、影片更能理解。但因前後各種行政手續的繁雜、經費報帳、活動規劃,任課老師必須一人包辦,更別說一個老師同時兼顧40個人的人身安全或是學習效果,或是費了好大勁帶去,卻在野外滑手機或是聊天。後者這樣的現象,曾經讓我爆炸多次。後來我想我們對身旁事物不感興趣,來自兩個原因。一個是沒有餘裕,時間與精力的餘裕。二是沒有從這些事物上獲得感動的經驗。

"我們祖先所擁有的大腦不一定能了解事實,但一定能讓大腦的主人在為生存而戰時佔上風。因此,我們的大腦並不會演化成根據理性去推斷,而是將判斷合理化;不會演化成看見事實,而是創造真實"   "我們往往只看到自己想看到的事物,而不是真正存在的東西"  (引述自 像科學家一樣思考,史坦利。萊斯)   

如果關於生存 ( 工作、家庭、升學等 ) 各種焦慮存在腦中,就算有空下來的時間,也不一定有精力想去主動觀察和我心中覺得此刻重要的事情沒有直接關係的事物,容易選擇以熟悉自在的慣性方式去度過空下來的時間。然而教育的目的就是創造生活慣性經驗以外的破口,提供時間、方法,讓學習者在這個場所嘗試、犯錯,但是也得到新經驗與理解事物的方式。

所以這次課 我沒有甚麼很深刻的生態理論,我只想讓學習者從視而不見到偶爾回眸,

我想給出的是餘裕與主動體驗的機會,這需要 

1. 特定的時間 (一節月考前已經上完進度的空白課)

2. 自由觀察的空間 (整個校園中學生選擇自己想看甚麼植物、看多久、跟誰一起看)

3. 觀察的目標與方法 (指定觀察植物的生殖器官、生物辨識的app)  (引導學生教師在專業角度中希望他能多看一眼的事情) 

關於戶外教育,常有師生比懸殊、被帶著聽解說、真正駐足觀察的時間有限,該如何把主控權還給學生,是個難題。植物辨識軟體的存在,解決了部分的問題。我這次故意使用兩個app讓學生都試試看,形色 或是 Seek 來自兩個不同的database,分別有優缺點,但都有即時辨識的功能。只要有手機,學生就可以像是有家教般,用自己的速度去觀察。

那我呢?我也很自由的飄來飄去看學生在幹嘛~~  有時候也蹲下來一起看她們看到甚麼,或者當第3種植物辨識的app  XD  


應用AI植物辨識app 觀察校園植物

目的 : 1. 學習使用兩套AI 辨識生物app 來辨識校園植物,並且了解AI辨識的優缺點

           2. 利用手機與外加顯微鏡頭,觀察校園植物的生殖構造

           3. 觀察大葉桃花心木種子從高處落下的過程

時間 :  1節課

實施對象 : 高三上完植物世代交替的學生

步驟 : 

1. 教室說明  (1) 請學生下載好兩個app,並解釋AI辨識生物的方式與真正的分類學有何不同

(2) 拍照主題為植物的生殖構造,並且需要利用app辨識名稱

(3) 1~4人一組,每組可以拿一個顯微鏡頭,每人至少拍一種植物,越多越好,一組10種以上滿分,確認在教室集合時間

2.  學生分兩群,一群在5樓丟大葉桃花心木種子,一群在樓下撿

3. 各組分散自行觀察,30分鐘後回教室。

結果 : 30分鐘左右,平均一組人馬可以觀察到7~8種植物的生殖構造,並且使用app辨識出名字。(我會跟學生說為什麼辨識不出來,還有辨識出來的名字是否正確) (我事前也是做了很久的功課,把校園中很多的雜草都透過 iNaturalist 建立了資料庫,自己認了很多遍)


心得 : 

1. 從五樓用力扔種子蠻有趣的,月考前很舒壓,而且種子兩面塗不一樣顏色,會看見翻面感覺。另外帶去看學校裡的大葉桃花心木,果實的高度真的有四五層樓

2. 從學生照片看到校園不同角落,我不知道有種韭菜花,也發現蠻多花是早上開下午閉合,例如睡蓮、黃鵪菜等,難怪下午的班級拍到的跟早上不一樣

3. 顯微的視角是學生比較沒有用過的觀察,有興趣的學生可以自行跟我借用,因為顯微,必須蹲下來,靠近植物細看,當中有人拍了很多小花小果的顯微照片,而且極美。

3.兩個app辨識的能力不太一樣,Seek 很能辨識常見雜草 (例如飛揚草、鱧腸、黃鵪菜),但有時候給到屬名或是無法辨識。形色 大部分都會給一個名字,但問題是不是台灣的俗名,是大陸名,有時候也不是對的物種。可以跟學生討論,在藉由AI替我們初步辨識後,還可以做甚麼來確認。

我自己是 iNaturalist的愛用者,常受到各地專家的協助 (其中大部分是台灣熱心的植物學者),替我辨識了我拍的各種植物照片,讓我學到不少。但iNaturalist要入門需要數節課的時間,比較推薦長期一點的課程,可以讓學生在學習過程中,也逐步建立自己的生物觀察資料庫。Seek正是利用 iNaturalist去進行即時辨識的app,只要先下載app,有網路就可以辨識相機中的植物影像。形色則是大陸所研發的app,辨識速度快,可惜是大陸名稱而且有時植物種類不正確,我自己如果使用就還要去用學名查一下台灣名字,所以不常用XD

4.當自由存在的時候,學生個性不同,所做的行為也不同。有人想慢慢拍,有人想多認幾種。我覺得都很好。只要願意停留,都好。


這是Seek的介面,整體觀察完可以請學生刷這個畫面來給我看她的觀察,這裡顯示的照片就是自己拍的





國慶連假在家中替大葉桃花心木種子雙面上不一樣閃亮亮的顏色,塗了六七十個 
(數量大一起丟才壯觀阿)


便宜的手機夾式顯微鏡頭

限量十個外借

 
跟種子放在同一個盒子,這就是我這堂課所有的教具


學生帶我看到的韭菜花~~


操場正中央草坪一區一區的藍豬耳 (如果用顯為拍攝,很容易被app辨識出來)





這是學生拍的掌葉萍婆果實,這樣的照片無法被辨識出來(或是給了差異很大的物種名稱)



正在用辨識的畫面


沒有手機也沒關係,負責找到可以拍的花朵


這片潮濕的角落草地上,就有五六種植物可以看到生殖構造。蹲下來看到的世界也蠻大的


2020年9月8日 星期二

細胞建模的方式之二 : 細胞剪貼

這個活動簡單的來說,就是將紙本的細胞內各種胞器圖片剪下,然後按照細胞學的知識,排出個恰當的位置。活動素材也是台灣師大附中張瑜紋老師找到的 (再度感恩學姊,讚嘆學姊,灑小花~~),原始來源是這裡 https://bbsrc.ukri.org/documents/build-your-own-cell-pdf/


拿到後自己做了一張圖 尚未標示構造
拿到後自己做了一張圖 尚未標示構造


這是我覺得最簡單的建模方式,因為如果要學生自己繪圖的話,不擅長畫畫的同學會很吃力,加上課本上很多都是立體圖形,要仿繪也不容易。但光是剪貼與排列,就可以發現一些學生的概念要修正的,如果當做簡單的回家作業,對於胞器的形態與位置也是個簡單而快速的複習。

以下是作業中常見的概念問題

1.中心粒不在細胞核旁邊




2.內質網與高基氏體位置離很遠



3.核糖體的標示不清或是位置不完整


這張的核糖體是比較完整標示出位置的,在內質網上、細胞膠狀基質中、與粒線體當中


這張圖中另畫了一個核糖體的圖,但是比例上太大
這張圖中另畫了一個核糖體的圖,但是比例上太大

這張未標示出游離的核糖體
這張未標示出游離的核糖體


4. 由內質網開始的蛋白質分泌流程圖,常常貼反方向

左上角蛋白質分泌過程中,內質網的方向應朝細胞內,而最後的分泌性蛋白質應朝外
左上角蛋白質分泌過程中,內質網的方向應朝細胞內,而最後的分泌性蛋白質應朝外

蛋白質分泌過程方向錯誤
蛋白質分泌過程方向錯誤

可能因為蛋白質分泌過程貼下去有點滿,有學生索性沒有貼XD
可能因為蛋白質分泌過程貼下去有點滿,有學生索性沒有貼XD

有的標註在外面,我覺得也很好
有的標註在外面,我覺得也很好


5. 將纖毛誤植為鞭毛

圖示有說明是纖毛,本來希望貼像這張圖這樣,在細胞的哪一側都可以
圖示有說明是纖毛,本來希望貼像這張圖這樣,在細胞的哪一側都可以




這個貼法把應該靠近細胞那一面的貼到外側,加上刻意離細胞一段距離,我想是把纖毛誤會成鞭毛的意思
這個貼法把應該靠近細胞那一面的貼到外側,加上刻意離細胞一段距離,我想是把纖毛誤會成鞭毛的意思

這個肯定誤會成鞭毛了
這個肯定誤會成鞭毛了

也是纖毛誤會成鞭毛
也是纖毛誤會成鞭毛

把纖毛剪短,好貼在圖的兩側 XD
完全無法預料到的做法 : 把纖毛剪短,好貼在圖的兩側 XD



批改時我希望學生能加上標示,有的學生更另外上了顏色

這張圖的顏色上得很美阿
這張圖的顏色上得很美阿





這張圖的顏色還有層次的區分
這張圖的顏色還有層次的區分







這次作業批改完,要進行說明的時候,就直接用自己畫的圖,上面貼便利貼標示要注意的事項,再將圖片傳給小老師,公布在班上的群組中,用圖說明容易許多,也可以讓想改進的知道問題所在











2020年8月11日 星期二

吃吃的生物學系列 細胞吐司 make your own cell





這個活動是利用市售的食品,在吐司上排列出細胞內的各種構造相對位置,過程中要注意構造的型態,與其他構造的功能相關性,來擺放適當的位置。

最後將建模完的成果拍照後,用力吃光光 ! (活動目的)






(本圖片來自台灣師大附中張瑜紋老師學生的作品)


本活動與其他細胞模型製作相比 我覺得有三點好處

1. 在課堂內可以完成 : 除活動外其中還包括閱讀文本、討論。更重要的是可以從學生擺盤的方式,馬上知道學生對於細胞構造的概念哪些不清楚,在後續教學上可以立刻補強。

2. 材料取得、保存容易 : 吐司學生自備,其他皆可在全聯或食品材料行取得

3. 製作完畢的成品可以吃掉 : 減少因建模產生廢棄物

附加的好處是學生間的互動變多,邊排版邊疑惑邊問同學,同時笑語吃吐司


當然,只要適用譬喻的方式就一定有與原來的真實情況不完全相符合的部分,例如內質網不是真的像我買的餅乾一樣是網格狀,粗糙跟平滑內質網的差別也不僅僅是核糖體有無。這是用現成的材料快速建模的缺點,所以教師在使用這類教案的時候,也要注意會因此形成哪些 "新的迷思"


前言 :

 之一 : 這個活動是來自於  台灣師大附中的生物老師 張瑜紋老師

她參考國衛院與大同高中合作的營隊活動與國外資料做出來


國衛院與苗栗大同高中合辦「暑期夏令科學營」,在「細胞烘焙坊」中,讓學生挑選形狀類似胞器的食材,並裝飾到吐司上,依照理論建構自己的細胞城市https://udn.com/news/story/7266/4006840?fbclid=IwAR3LTQsYPVfRAJ-Dxqw0fTk4cUVMZUK5MrfyLm2ZRx5nB2h5TIWSbZj1s24

Build your own cell  http://www.ucarecdn.com/16bd0a10-67e4-4ee1-b099-69e475dd43fe/


張老師是我大學的家族學姊  (師大蝶家萬歲~~)

這次的活動就是我看她讓學生玩而覺得必須要學 XD 

學姊不僅分享教材給我  

還大方地讓我寫成網誌 做成一個教學記錄


之二 : 選擇這樣的細胞建模方式有幾個原因 

世面上許多細胞模型的建構方式,有的是利用寶麗龍或其他做模型的材料,做出來的成品會更接近構造、更精緻,對於工藝擅長手巧的學生是很好的體驗。

可惜通常要用課外的時間去完成,也常在課程之後,因為收藏維護的不易,逐漸變成一種大型廢棄物。

之前在學長的網誌中看到他的做法也很心動,因為既小又可以在課堂上完成  

阿簡生物筆記 : 用樹脂土製作的細胞模型 

http://a-chien.blogspot.com/2016/09/blog-post_6.html


國外也有多種建模的方式可供參考  


10 Awesome Ways to Make a Cell Model

https://www.weirdunsocializedhomeschoolers.com/ways-to-make-a-cell-model/

只是後來發現可以有吃的~~就滿腦子想說弄吃的好了 (喂~~)

而且購買食物很舒壓,邊傷腦筋怎麼擺邊吃餅乾也很舒壓,推薦給壓力大的師生使用


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細胞吐司~~細胞建模活動 

目的 : 建構細胞內各構造的型態、相對位置的概念

時間 : 連續兩節課

流程 : 

1. 20~30 分鐘  閱讀   (這個時間老師要布置材料)

(1) 閱讀課文中細胞核與細胞質內各構造的描述

(2) 說明要注意型態(會畫或是會用口語描述)、位置與功能的相關性

(3) 同時製作表格整理。

2. 10 分鐘  討論   (沒有1~2步驟學生真的只是會擺上所有材料就開吃噢!)

(1) 討論各胞器型態,請學生練習描述說明。並且交換表格看

(2) 說明吐司代表細胞、吐司邊代表細胞膜

(3) 老師提供的材料是細胞內的各種構造,想想如何擺放相對位置、數量怎麼安排

(4) 作業繳交方式說明 

3. 30~40分鐘  活動進行 

 取材料、擺盤、拍照、吃掉吐司跟所有材料 

  (班上多出來的材料有學生要擺上自己的吐司也可以,合理就好)

4. 10~20 分鐘  教學並說明擺放原則

     進行細胞核與內膜系統教學  

    擺放原則 : 例如內膜系統相連性、中心粒靠近細胞核、核糖體灑的位置......


5. 後續活動 : 在完整進行細胞構造的課程後,用紙本剪貼的方式,讓學生另外建構一個細胞模型,做為課程後測

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材料準備 :  

(這材料是我自己掏腰包,記錄花費跟份量,希望不要有人像我一樣抓不到份量而多買了)

1. 吐司由學生自備

2. 食品材料行購得

構造名

食品

容量

價位

用量

膠狀基質

果醬

900 g*2

NT100*2

4個班 (每班40)

中心粒

小棉花糖

一公斤 *1

NT190

12個班應該沒問題

核糖體

巧克力米

900 g *1

NT125

12個班應該也沒問題


3.全聯購得

構造名

食品名

單價

用量

內質網

華元野菜園

20

1包可以用 2 個班

高基氏體1

華元鹹蔬餅 (220g)

55

1包可以用 4 個班

高基氏體2

寶咔咔

20

1包可以用 1 個班

粒線體

黑金剛帶殼花生

48

1包可以用 2 個班

溶體

波的多薯圈圈 (168g)

55

1包可以用 4 個班

液泡

透明果凍條

33

1包可以用 2 個班

細胞核

奇福餅乾 (盒裝)

35

1包可以用 1 個班

跟瑜紋老師不太一樣的地方是內質網餅乾、高基氏體餅乾以及她以口香糖代表溶體,我以薯圈圈代表溶體


全部擺出來怎麼感覺有點像中元普渡阿阿阿~~~


擺在教室內櫃子上就像 buffet 
每個食品上面都附有跟構造相關的圖說






代表膠狀基質的草莓果醬,有兩件千萬要注意的事情
1.有的學生不敢不愛不想吃 (我是隨他們要不要塗都可以)
2. 這種大罐裝的~~要記的帶 開~~ 罐~~ 器  (這種生活用品學校超難找到的)   



























每個人基本領取的套餐,通常都會有多的材料,全班領完可以再去拿

在活動前進行的閱讀及整理內容可以讓學生建模更有概念



從建模與其過程,可以發現學生某些概念不清楚的地方,在教學上就可以有施力點









有學生覺得很像在做手工藝   



最後把成品拍照吃掉,結束活動 
(瑜紋學姊有提示我的小秘訣 : 早餐不要吃太飽XD ,另一位校內的老師是讓兩個人做一份)




  最後收尾的版書



交來的作品 可以看出學生觀念不清楚的地方

狀況一 : 中心粒大爆發~~
我給了很多小棉花糖 當作中心粒
擺放時 提醒學生材料不一定要全部放上去
結果還是蠻多人全放上去









底下的有思考過中心粒應該要兩個一組 (而且很認真的排出兩兩垂直),但是在沒有分列的情況下,應該只有一組



底下是知道中心粒有兩個 但是位置有點不正確




上面的用四個小棉花糖排成兩兩垂直,我覺得以形態來說也是可行



狀況二 : 粒體/粒線體傻傻分不清& 粒線體花生沒剝殼很不像






狀況三 : 老師我不想吃果醬/老師果醬用完了 

不同班級真的很極端,有的班很螞蟻人,瘋狂吃,有的班很不愛吃。如果不想吃,我說就沒放也不要緊,畢竟食物是要愉悅吃掉才好,但是也有的把代表膠狀基質的果醬一坨放在吐司上,這個我就比較不懂了XD

 

沒有果醬也有種清爽的美感沒有果醬也有種清爽的美感





一坨膠狀基質@@  但是這個圖示的方式很賞心悅目



狀況四 : 核糖體 (巧克力米)要灑哪裡 
1. 可以灑在內質網上,形成粗糙內質網。
2. 細胞質中隨機分佈 (但蠻多人灑成一坨)
3. 粒線體裡面 (這個比較多人沒有灑)

底下這個是有灑在細胞核,原來是想表示核仁形成核糖體(但是其實只有次單元被形成)



狀況五 : 高基氏體長怎樣 ?
我在不同班級所用的高基氏體餅乾不一樣,發現原來用鹹蔬餅的會有人擺錯面 (用心良苦卻成空~~) (教學常態)  (落淚~)
但是用寶咖咖的就不會,可能是因為寶咖咖很好吃 ,可惜有的人方向不一定有擺出多層扁囊堆疊的感覺
 

好想幫他們的高基氏體翻身



鹹蔬餅高基氏體,可惜這不是我設定的方向


可惜了這方向,感覺跟內質網沒有連續性 

寶咖咖高基氏體 這樣的方向比較是我原來的設計












再來是出現很特別的標示方式,有些讓我有點懷疑我的作業交代方式是否不清楚@@




師 : "要標示各個材料是甚麼ㄡ"
生 : "豪~~~~~~~~~~~~~~~~~"
師 (收到作業) : "....................."



另類的標示方式,版面很清爽






其他有趣的狀況

咳咳~~~溶體跟中心粒 反了


















黑底的感覺就很專業 (以貌取圖阿阿阿) 
(但其實這個圖有部分位置我覺得可以修正)



前一天忘了買吐司,當天到早餐店跟老闆點白吐司的小朋友,沒想到老闆娘貼心去邊XD




灑了巧克力米(代表核糖體)在粒線體當中,但憂心忡忡我沒發現 XD  (真的要仔細看)



有前景跟後景之分的細胞吐司照片