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阿梅的生物圈一號由韓中梅製作,以創用CC 姓名標示 3.0 台灣 授權條款釋出。
此作品衍生自montanahanbio.blogspot.tw。

下載檔案請注意

這個部落格的目的

1.讓學生在需要時能有材料自學/預習/複習
2.生物教師(現在及未來的)能一起討論更棒的教學活動

所以請求檔案分享時請您寫個信告訴我您是誰囉~


感謝台中二中葉婉儀老師、台南二中李宜欣老師、平鎮高中蔣佑明老師、嘉義高中林芳妃老師、旗美高中蔡佳娟老師融入校內課程
探究實作與問題解決的全部課程紀錄列表 請點選https://reurl.cc/xEYoqZ
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2014年5月17日 星期六

用Caminalcules來串連高中生物的演化教學

Caminalcules(以下簡稱卡卡獸)是堪薩斯大學的Joseph H. Camin教授發明的一組虛擬生物,可以用來討論很多phylogeny的教學活動。

1979年Camin教授過世, Robert R. Sokal 在1983年時將這一組生物首次發表在Systematic Zoology上。在當時主要是用來做數值分類學的教學探討,不過也很適合用在高中的演化教學上。

原本的檔案在此 The Classification & Evolution of Caminalcules

Sokal也寫了四篇文章,老師們若想讓學生玩得更多一點,可以參考
  1. Sokal, R. R. (June 1983). "A phylogenetic analysis of the Caminalcules. I. The data base". Systematic Zoology 32 (2): 159–184. doi:10.2307/2413279. JSTOR 2413279.
  2. Sokal, R. R. (June 1983). "A phylogenetic analysis of the Caminalcules. II. Estimating the true cladogram". Systematic Zoology 32 (2): 185–201. doi:10.2307/2413280. JSTOR 2413280.
  3. Sokal, R. R. (September 1983). "A phylogenetic analysis of the Caminalcules. III. Fossils and Classification". Systematic Zoology 32 (3): 248–258. doi:10.2307/2413445. JSTOR 2413445.
  4. Sokal, R. R. (September 1983). "A phylogenetic analysis of the Caminalcules. IV. Congruence and Character Stability". Systematic Zoology 32 (3): 259–275. doi:10.2307/2413446. JSTOR 2413446.

國中的生物教學也可以用,請參考阿簡生物筆記: 串連演化與分類的「建構演化樹」2014

而我在這邊寫的是我自己在2011及2013讓學生與老師們玩的紀錄。

在記錄之前,有個重要的點~~那就是目前的親緣重建盛行的是支序學派Cladistics,而這個活動是表型學派盛行時發展的活動,所以使用上要特別注意,請參考顏聖紘老師寫的文章


根據老師要達到的教學目標,重組這些材料與教學活動,都非常好用。
就我自己想到適合的教學目標有:
1.如何建立生命樹
2.如何瞭解生命樹
3.演化的證據
4.演化與分類
5.演化的模式:共組與祖徵衍徵、趨同演化、痕跡器官、活化石.....
6.演化的動力:突變的隨機與天擇
7.不同的數據處理對結果的影響
8. 事實與假說(facts vs. hypothesis)
9.分類階層
10.命名

雖然看起來好像是給小朋友玩的遊戲,卻是有非常多的內容可以討論
http://blogs.scientificamerican.com/WSS/post.php?blog=25&post=1363

Using Caminalcules to Model Phylogenetics - Evolution




根據時間的長短,老師們也可以安排不同的方法來進行活動
一節課到四節課都是可以的。
這個活動可以引出課綱中的教學目標,所以不需要再花時間去上課本的東西。
讓學生直接瞭解我們要教的東西,老師就不用把課本上的文字再講一遍
(學生真的不會聽進去,即使是用功的學生也不會把老師講的東西留在腦袋到明天,他們是靠課後復習來「懂」)
也就是說這個活動可以替代老師講授,不會有「沒有時間上這個」的問題。

頂多設計一個簡單的「課本閱讀學習單」,或利用問學問題引導學生歸納該節課程的概念,或請他們從課本中整理出答案,就可以了。

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一個活動的引導是非常重要的,但也跟老師的個人風格及師生間的互動模式有關,所以完全是因人而異的。

情境設計:
學生分組後代表的外星演化分類科學家團隊,碰到外星考古學家(老師)從外星帶回一批奇怪的生物,所以演化分類學家團隊(學生)要比賽誰能最早發表、最合理的推論。

條件說明:
1.沒有該種化石代表沒挖到。
2.若有多種變化的可能,用最簡單的代表最可能的。
(這兩個條件是我給學生玩的時候發現若沒有先講就玩不下去的,我覺得若有時間,在活動的最後可以回頭來看這兩個條件的正確性)

活動流程:目標--生命樹的建立、演化的證據、演化的模式、事實與假說。
需要一張大一點的桌面,一張至少A3大小的白紙與鉛筆。
每個老師可以用不同的展示方法,我是都弄成有磁性的圖卡,然後給他們全開的軟磁白板與白板筆。

1.發下現生種,請學生把他們認為的親疏遠近用筆圈出來。
(老師可提供範例,讓學生理解什麼叫用筆圈出親疏遠近)
有時間的話,一定讓同學把結果畫在黑板上(用號碼代替種名)並且說明原因。
這樣同學就知道原來同一組證據會有不同的推論,也可以請同學說出支持自己論點的理由。


2.發下化石種,可以一次發所有的,也可以分次發。
我喜歡分年代發,這樣就可以讓學生經歷「當有新證據出現時,要修正自己原先的理論」
我會先發19myr及18myr的種類下去,因為比較簡單,順便示範用樹狀圖表示他們之間的關係。

3.發下17myr的種類,此時大約還不太會有爭議。主要是讓學生了解樹狀圖的意義。

4.老師可以將各組的化石依照時間放在講桌,請各組完成一個年代後再到講桌拿下一個年代的化石。(這樣可以一目瞭然各組的進度,看需不需要幫忙)
也可以老師在各組遊走,視各組的進行狀況,決定各組拿化石的進度。
兩者各有好處,不過大班的話,可能放在講桌比較可行。
不過我覺得,至少由老師掌握發放到15myr比較好,因為可以讓學生熟悉一下規則與方法。

5.不論哪一種發放方式,很重要的是老師必須要在各組遊走,看到不一樣的排列時,詢問同學如此排列的原因,他們討論的過程可以請學生去別組看看。或是把別組的排列邏輯帶到不同組供大家考慮合理性。
或是在各組學生有不同意見時,做適切的引導。
記得請學生記錄下來每次意見不同的內容與處理方式。

6.當各組學生完成所有化石與現生種的樹狀圖後,請學生將樹狀圖用代號畫下來。
並且與一開始的分類相比較。討論看看為什麼不一樣。

7.已經完成的組,請學生檢視圖裡面
(1)哪些支系已經完全滅絕
(2)哪些支系從很久以前就沒改變(順便討論活化石的定義)
(3)哪些特徵雖然在現生種看起來一樣,但追回祖先時就發現不一樣(趨同演化)
(4)有沒有哪些年代的特徵變化很快速?很緩慢?可能有什麼原因嗎?

8.如果還有時間,可以請同學把自己的樹狀圖畫在大張的海報紙上,並上台發表報告,尤其著重在各組間的差異,與討論使用的特徵如何給予不同的權重。

9.給一棵「最合理」的樹供學生討論





2013年8月31日 星期六

某版選修生物生命起源內容疑惑

IMAG0363


IMAG0362
我對這個講法好疑惑,不止是因為沒碰過,也覺得不太合理。

第一個不覺得合理的地方是,若說因為光合作用出現在不同分支中,考慮到在不同分支中同時演化出光合作用的機率很低,所以光合作用應該是祖徵。那麼每個分支都有光合作用的消失,好像機率也不是那麼高。如果現在的異營來自光合自營失去光合作用,那麼在各分支的異營原核生物都應該有不同的光合作用系統的殘跡?

第二個不覺得合理的地方是,原核生物的代謝作用這麼的多樣,要所有的異營原核生物都死光光,這是可能的嗎?

看到的時候立馬聯絡相關在大學負責教授普生演化的老師,討論這段文字。
當下討論出的疑問有
1.原核生物本身並不是單系群
2.原核生物的光合作用演化是多次獨立演化的結果,有很多不同類型,例如氧的有無、胞內結構也不同等。
3.異營原核生物的代謝路徑非常多樣

當然也聯絡出版社,希望得到更多的參考資料。
可惜多次聯絡所得到的資料都是年代久遠(campbell 6th 中文版),而且也無法支持課文內容。



中文版裡說「光合作用只起源一次且發生於現今所具有光合作用能力的原核生物類群的共同始祖上,而與這些光合生物關係密切的異營性原核生物類群則可能是在演化歷程中喪失期光合作用的能力」
這一段話是合理的推測

但是「縱使第一個生命是異營的,並演化出自營生物來,但今日我們所看到的多樣性異營生物則是演化自光合性始祖的次級後裔」
這一段話則需要假設現在的異營性生物飾演化自現今原核生物的共同祖先才成立。而且還要確定現今的原核生物是單一起源。

第二頁中說的藍菌化石年代早於氧氣累積年代只說明早期光合作用不產生氧氣,也不能說明早於異營。

又,出版社提供的資料中,英文部份並沒有支持中文版的內容。



我跟幾位老師討論後的有些疑惑
1.就光合作用的基因來說,的確是單一起源,可是就個體起源來看,光合作用似乎是多起源?
2.原核生物有很多的基因水平轉移,而真核生物的光合作用是來自於內共生。在課文所說的異營原核後裔有包括真核生物的始祖嗎?
3.就我所知原核生物並非單系群,較接近真核生物的是古細菌,古細菌裡應該有非光合自營的種類,這些非光合自營的古細菌也是從光合自營共祖經過喪失光合作用基因而來的嗎?




後來出版社聯絡上了周成功老師,老師的回覆是

「原始生物演化的過程並沒有直接的証據,大半都是依憑現有生化的知識,重新建構出來的。由於原核細胞彼此之間遺傳物質橫向交換非常頻繁,DNA序列的此對並不能正確推論它們之間的演化關係。老師的懷疑是合理的,而教科書僅僅提供一個合理的推測。光合作用是原始生命形式能否持續的一個必要條件(海底熱泉附近的生物例外),因此以光合作用生物為食物的異營生物應該是後來演化出來的。有關光合作用的演化過程可以參考貓頭鷹出版社最近的一本書:生命的躍升。作著Nick Lane是這方面的權威。」




所以又立馬上網買了生命的躍升,一看之下真是超愛的,學到好多東西啊。尤其是討論光系統演化的段落,好好看啊。

但是,我把相關的段落一看再看,並沒有看到支持課文中的敘述。
而且就因為原核細胞彼此之間遺傳物質橫向交換非常頻繁,要如何這麼確定的說現代異營原核生物是光合自營類群喪失光合作用呢?

也就是基因本身可能是單一起源,但會有水平轉移,所以可能造成不同類群中的細菌都獲得光合作用的基因。

想了很久,有一個很想問的問題是,課文講的是在哪個時間點的事情呢?所謂的光合作用演化是不是指的是在光系統的階段而已?所謂的原核生物是不是在真細菌古細菌的演化之前?

我覺得啊,這段課文是很棒的,是能讓學生思考很多的,值得再多寫一點,寫得更完整,好讓學生能更清楚這段文字要教授的演化情境。濃縮的文字有時會造成大的誤解與困惑,這樣的誤解與困惑,若和此段文字的教學目標重要性相比,也許有點令人遺憾呢。







2013年3月6日 星期三

精彩絕倫演化大展-從龍到獸


科博館在3/29開始展出一場精彩絕倫的特展--從龍到獸,大家一定要去看。

理由1.展品由中國大陸借出的困難度比美故宮、羅浮宮真品出借。借展過程超過十年!!而且平常不會展出的科博館館藏標本這次也會出現喔~

理由2.展品的貴重程度遠超過故宮、羅浮宮展品(不管歷史意義、演化研究的意義,都大上數萬倍啊)

理由3.黃土高原的地質穩定,使得標本是系列化被挖掘的,不像其他地點,即使是化石群,也常常因為地質活動而使得不同年代的化石混雜。因此這系列展出的標本能夠被確定的資訊遠超過其他地點的化石。
臨夏回族自治區有一層層堆疊完整的獸類化石群出土,且許多物種已列為地層指標動物,甘肅的黃土高原,把演化故事堆積在保存完好的地層中,從中生代恐龍滅絕到新生代的哺乳動物輻射演化都可以看到,非常難得。

理由4.現在對於恐龍的瞭解已經與我們以前所知相異甚遠,恐龍並不「恐」喔~~來更新一下對恐龍的常識吧。


選修生物-脊椎動物循環系統的演化之教學我思

 教人類的循環系統若能由脊椎動物的演化來講起,我覺得樂趣會多一些囉

1.我會先比較開放及閉鎖式的優缺點。
我覺得一定要強調的是開放式循環系統的優點(交換效率好),免得學生覺得閉鎖式一定比較高級。
另外閉鎖式循環系統雖然循環效率好,但是交換效率相對來說就比較差。不過從另一個角度來看就是能篩選物質囉。

 2.脊椎動物的演化
除了說明心房心室的數目變化外,重點應該在血液動力學。
心臟是提供動力 的唯一來源,因此若是經過微血管後能先回到心臟補充動力,則去下一個微血管的動力會比較大喔。

關於脊椎動物的循環系統演化,首先要推薦的就是這個網頁,我覺得可以讓學生看這個圖,想想裡面的問題(有時間我再加上來)




另外我覺得可以講的是哺乳類的心臟常有心室閉鎖不全的疾病,其中之一是台灣常見的川崎氏心臟病,可以介紹這個病的徵狀、心臟結構的異常圖













然後可以讓學生看胎兒的心臟發育過程的影片

接下來可以帶到胎兒循環系統在出生前後的變化,我覺得超神奇的,學生相信也會很好奇囉。

以下文字來源在此
 胎兒在母體內的血液循環和出生後的血液循環有所不同,胎兒接受由胎盤帶來的養分和氧氣的血液,經臍靜脈(Umbilical vein)。靜脈導管到下腔靜脈,和由下肢、腹部內臟經下腔靜脈的血一同流入右心房,經卵圓孔到左心房,左心室,大動脈以供應頭部及全身所需,而上腔靜脈的血液則大多經右心房到右心室,肺動脈,90% 的血液再經動脈導管到下行主動脈,而10%的血液則經肺動脈到肺部。大約有65% 的血液最後流經臍動脈回到胎盤,而其餘35%的血液則流到胎兒的組織及器官。

出生後的血液循環
出生後,進行氣體交換的部位由胎盤變為肺臟,不再需要靜脈導管、卵圓孔和動脈導管,它們都萎縮或關閉。上腔靜脈和下腔靜脈的血液,流入右心房,右心室,經肺動脈到肺臟,變成含氧濃度高的血液( 含氧濃度為 95% 至 97% ),經肺靜脈流入左心房,左心室,然後打入主動脈,供給全身組織所需,代謝後的血液 ( 含氧濃度為 70% )經腔靜脈回到心臟,完成循環系統。卵圓孔功能性癒合通常在三個月大時。而動脈導管的關閉則在出生後 10-15 小時內。若要維持其暢通,可給予PGE1或維持低氧壓。一般若通過動脈導管氧氣壓力大於 55 mmHg,則動脈導管會收縮而提早關閉。



最後有時間的話,當然可以讓學生再看看胎兒從頭到尾的變化囉


另外有兩個也不錯但是比較舊的影片
http://youtu.be/5DIUk9IXUaI
http://youtu.be/GeKWV0Z2wfY

2013年3月5日 星期二

生命的起源活動

動手作的實驗

TED-談花朵的美麗詭計

明天的影片談花朵的美麗詭計
小試聽力即及字彙
1.flowering plant開花植物
2.sexual reproduction有性生殖
3.pollen花粉
4.scanning electronic micro scope掃描式電子顯微鏡
5.forensics鑑識
6.nectar花蜜
7.symbiotic relationship共生關係
8.adaptation適應(影片誤譯為生物形態)
9.evolve演化
10.pollenator傳粉者
11.orchid蘭花
12.mimic擬態、模仿
13.beetles甲蟲
14.spectrum光譜
15.ultraviolet ray紫外光

TED影片-由雞造出一隻恐龍

感謝myoops團隊中文化了TED,也許就慢慢放給學生看吧。
第一步想放的是Jack Horner的由雞造出一隻恐龍
網頁中有中文及英文字幕,可以參考喔

小試聽力及字彙

1.dinosaur恐龍
2.colony/herd群體/獸群
3.juvenile青春期
4.adult成年期
5.amber琥珀
6.red blood cell紅血球
7.heme血基質(影片誤譯為血紅素)
8.hemoglobin血紅素(影片譯為血紅蛋白)
9.fossilized化石化的
10.blood vessel血管
11.protein蛋白質
12.avian dinosaur鳥恐龍
13.non avian dinosaur非鳥恐龍
14.genetic modification基因改造
15.transgenesis基因轉殖
16.atavism activation返祖現象的活化
17.embryonic胚胎期的

2013年2月24日 星期日

免疫系統的演化

高二及高三都上過免疫系統,而且是我們的免疫系統,有好多機制好多專有名詞。不過我覺得還有一點很重要,並不是所有生物都有像我們一樣的非專一及專一性免疫系統。 植物與動物都能非專一性的攻擊外來的成份,但是脊椎動物能針對「不同」的外來成份而發展專一的攻擊細胞。 目前所知最早的專一性(適應性)免疫出現在八目鰻(Petromyzon marinus)這種生物體內。八目鰻雖然稱作鰻魚,但與食用鰻魚的親戚關係卻是非常遙遠。八目鰻所屬的類群是很早就演化出來的魚,連上下顎都還沒有吶

八目鰻長這樣,(來源)


有關魚類的演化可以參考這個網頁。

目前在北美五大湖區據說是種危害,可以看這邊和這邊。




又是據說科學家認為上下顎與專一性(適應性)免疫的演化約在同期(為什麼會這樣呢?),八目鰻就是目前所知最早有專一性免疫的動物,但是牠們的方法與我們的專一性免疫不同。


人的專一性免疫是利用分化時的基因重組,讓不同的淋巴球擁有結構不同的受體,每一種淋巴球的受體對應到一種抗原,所以我們有非~常多種不同的淋巴球。


而八目鰻的淋巴球只有一種,淋巴球的表面有個受體有個能夠作變化的結構,可以重組以針對特定的抗原來作用。


也就是說,專一性免疫的演化,在歷史上其實是經過多次嘗試的,而且,不知道人類或其他脊椎動物在遺傳上有沒有可能也可以用這樣的免疫方法呢?

http://www.sciscape.org/news_detail.php?news_id=1544

http://www.natureasia.com/taiwan/nature/updates/index.php?issue=6996

http://hk.myblog.yahoo.com/statue-ancient/article?mid=1762&fid=-1&action=prev

2013年2月21日 星期四

雞翅骨骼標本

社團課就是要快樂~
幾週前的社團課我們大吃炸雞翅及烤雞,交代學生作骨骼標本的方法後,上週就讓學生拼骨骼標本。
我提供一張參考的資料讓他們瞭解同源器官的演化及相關位置,再提供板子及標籤。
本週收到成品,真是美麗。不過我還沒有改就是了。

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