讓呼吸看得見---從會考通過率最低的生物題談起

通過率最低的是…..
你知道103年的國中教育會考自然科全國平均通過率是多少嗎？答案是53.15%，有點低吧，其實就是不及格阿!以下是103國中教育會考自然科各題評量結果統計，更詳細的資料請參考宜蘭縣自然與生活科技領域專任輔導員陳怡翔的分析（這裡）。
以生物科老師的習性，當然是先看生物科的哪一題通過率最低，結果是編號34的那一題，通過率只有0.26，這也是自然科所有考題中通過率次低的一題，只比第45題的0.25高一點點(但在宜蘭，這兩題的通過率都是0.20)。


以上是第34題----
選項命中迷思概念
這題會成為生物科甚至是自然科通過率最低的題目，應該有些老師會覺得很訝異：這不是我們一再強調的概念嗎？就只是考「所有細胞都是經由呼吸作用分解養分釋出能量」這樣的概念，沒有計算、也不需要統整其他概念，為什麼通過率會這麼低?但以我來看其實意料之中，因為歷年TASA測驗結果都顯示：學生對呼吸作用有很根深蒂固的迷思概念，包括
1認為只有呼吸器官(動物的鰓、肺、氣管，植物的葉子)才會進行呼吸作用
2認為葉子白天進行光合作用、晚上進行呼吸作用
3認為植物的呼吸作用白天呼出氧氣、晚上呼出二氧化碳。
迷思概念形成的原因
之所以會出現這樣的迷思概念，原因可能包括：
1缺乏具體經驗---七年級學生有很多仍在「具體操作期」，必須有具體經驗或實務操作來協助思考，但是呼吸作用是很抽象的---看不到、摸不著，所以學生會把動物的呼吸運動（有親身經驗）誤認為呼吸作用，而植物則連可觀測到的呼氣、呼氣現象都沒有，學生很難想像根莖花....有在進行呼吸作用。
2生物教科書中呼吸作用出現的順序和選用的題材不利建構完整的呼吸作用概念：有關呼吸作用的教材出現在
（1）、第一冊第三章「食物與能量」---此時學生對化學反應與能量尚無概念，只能死記「細胞會進行呼吸作用釋出能量」
（2）、第一冊第六章，在動物---以呼吸運動來強調體內如何維持二氧化碳的恆定，但沒有連結到「二氧化碳是來自所有細胞的呼吸作用」、「呼吸作用是分解養分釋出能量」的概念，造成學生誤認呼吸運動就是呼吸作用；在植物部分則僅以「種子萌發時的呼吸作用」活動，強調植物也是呼出二氧化碳的，還是沒辦法讓對「根、莖、花....所有細胞都有在進行呼吸作用」。
（3）、強調葉子白天氣孔開、吸進二氧化碳呼出氧氣，讓學生錯誤連結以為「植物的呼吸作用白天呼出氧氣、晚上呼出二氧化碳」，或「葉子白天進行光合作用、晚上進行呼吸作用」。
迷思概念的澄清
看到這題的超低通過率，很多生物老師都生氣的說：明明每次都有特別強調....、講過幾百遍了還錯….!是的，講幾百遍還是會錯，所以... 「麥擱共啊」!我們換個方式---做給他看甚至讓他自己做，要讓學生有感啊!
讓學生看到植物在呼吸
關於呼吸作用的迷思概念，我曾經設計過兩個活動(植物的吸氣、呼氣---光合作用、呼吸作用）希望能協助學生澄清概念，基本的原理是利用BTB液遇氧成藍色，遇二氧化碳成黃色的特性設計實驗，讓學生觀察植物的哪些部分會進行呼吸作用、什麼情況會進行光合作用!請參考以下兩篇教學紀錄
關於植物吸氣、呼氣---學生怎麼想？
植物的白天與黑夜---氧還是二氧化碳?
BTB的變色反應

教學設計(簡化影片版)

如果老師們只是想建立「植物的所有器官都會進行呼吸作用」，那不一定要使用BTB液，只要選用合適的酸鹼指示劑即可(課本中所用的石灰水反應，反應沒那麼靈敏也不如變色明顯)，我想---根據學生的迷思設計可觀察甚至可動手做的教學活動(其實是很好的探究活動)，才是破解迷思的可行之道。
＊因為整個教材(含設計理念、參考資料.教師手冊.....等)資料很多，若有需要更詳細資料的老師請留言通知我，我私下分享給你喔!
＊上文所說的課程是國教院教材原型計畫跨科模組---全球暖化的一小部分,此模組光是生物科的部分就有將近100頁,我覺得老師們一定懶得看!所以我把其中的光合作用與呼吸作用的活動節錄下來(含活動的教用版---即學生活動學習單但有答案版_),及實驗指導手冊,教學示例,及閱讀資料!恩...不是很完整但比較不會太繁瑣,不知這樣是不是對大家有幫助?(上文中所附兩篇教學紀錄是我依現有課程將模組內的理念及教學設計融入後所做的教學)

植物吸氣呼氣實驗指導及活動紀錄 from Bell Wu

「細胞」這樣上

「細胞」這個單元是學生第一次有機會驗證：生物真的是由一些「格子」所組成的。先不管學生是否能認出細胞的各個構造、記住他的名稱或知道他們的功能，「親眼看到生命的共同性」這件事已足以讓實驗室內讚嘆聲不絕，這是很有「生物」特色的單元。而且這章有很多用到顯微鏡的機會所以其實也等於是如何利用顯微鏡來教生物學的方法：

以下是一些老師的教法，大家一起來當「學人精」，把這些教法變得更有效：

1.「生物體的組成層次」(這裡)：這是我去年的上課紀錄、「從軟木塞到臍帶血」 (這裡)：這是另一年的上法；「虎克與雷文霍克,複式和解剖顯微鏡---關於生物第二章的一些想法」 (這裡)：這是另一篇。

2.「2013-複式顯微鏡課程」(這裡)(這裡)：這是阿簡老師今年的上法，直接從顯微鏡開始而且是到校園內找觀察的材料！真是非常活潑、有創意而且令學生「有感」的教學。阿簡老師還有很多篇不同的教法(這些老師每年教法都不一樣阿)，大家可以去他的部落格挖寶！如：「2011年結合科學寫作」的這篇(這裡)也非常棒。

3. 用顯微鏡觀察水中小生物時，最困擾的是取樣，有時取到的池水除了一堆泥沙外找不到低倍下看得到的小生物，這是很掃興的，這時可以養的小生物就是救星了，去年我用豐年蝦來觀察還觀察到正在孵化中的卵，很有趣呢(這裡、2)！，而前幾年都會用乾稻草(鄉下很容易找到)養草履蟲，養個一個禮拜就可看到肥肥的草履蟲！也很不錯(這裡1.2)！

4.細胞膜型製作：
把細胞具像化的方法有很多，像梅子老師的學生用紙盒、甚至用布縫製都做出很漂亮又正確細胞模型，今年我試做：黏土(做胞器)、果凍蠟(作細胞質)、扭蛋殼來做，也很不錯喔，而且成本也不高又不會佔位置(紙模型太大了必須有場地擺放)！我打算讓補校學生都來做呢！等我量產後再來分享喔！

單氏顯微鏡(雷文霍克顯微鏡)製做法：阿簡老師的演講處女作就是到復興國中教我們做單式顯微鏡，覺得真是神奇啊（這裡）！後來他又加上手機、IPAD把單試顯微鏡發揮得更淋漓盡致；最近我看到有人用寶特瓶蓋做單式顯微鏡(這裡)，可以調焦距，真是很方便啊！這種顯微鏡做好之後還可以黏在手機上，以手機作為光源，用ipad拍攝洋蔥表皮，效果聽說不錯(我還沒做)。2mm玻璃珠(1kg/450元)可以在(這裡)買。
以上顯微鏡製作或細胞膜製作都可以讓學生動手做！學生應該會很喜歡！

泡菜滲透出的迷思

「物質如何進出細胞」應該是國中生物第一個有「科學知識」的單元(之前的單元大多是常識)，以前常用「紅血球泡在鹽水中和泡在蒸餾水中的變化」或「水蘊草等植物細胞的質壁分離」來說明，最近各版本紛紛用「做泡菜」來解釋滲透作用，這時在教學上出現很多現象無法解釋，於是今年自己再修改了一下實驗，結果衍生更多問題。以下是我對滲透的理解及疑問，提出來請較大家： 

滲透的背景知識 
滲透的定義可以用維基百科所說的：滲透是水分子經半透膜擴散的現象。它由高水分子區域（即低濃度溶液）滲入低水分子區域（即高濃度溶液），直到細胞內外濃度平衡（等張）為止。這裡的半透膜可以指物理性的半透膜如人工製的玻璃紙、腸膜、蛋膜等，原理是這些半透膜上有一定大小的孔所以大於這個孔的分子無法通過，而小於這個孔的分子可以通過，所以半透膜可以當成分子的篩子一樣，篩出大小不同的分子；但細胞膜又是另一個情形，物質能不能通過細胞膜除了分子大小外，還牽涉到分子的極性等，極性的分子、離子等需經過細胞膜上特殊的載體、通道才能通過（也就是國中課本所說的特殊蛋白質協助）；國中課本大多會說：水、二氧化碳、氧(當然是溶於水後) 可以單純擴散通過，而鹽、糖、胺基酸等則都需要有特殊蛋白協助才能通過。而水則被認為可以單純擴散或經由水通道而進出細胞！ 

鹽（或糖）為何不能通過細胞膜 
在解釋「質壁分離或紅血球萎縮」時多數課本或老師會以「鹽（或糖）不能通過細胞膜」解釋，但其實我們有：鹽（或糖）要經特殊蛋白質協助才能通過細胞膜的說法，表示鹽（或糖）是可以通過的。而且學生依據生活經驗會說：「如果鹽（或糖）不能進入細胞被細胞利用，那我們吃鹽（或糖）做什麼？」、「為什麼鹽（或糖）會跑到腎臟去造成腎臟的負擔？」…所以「鹽（或糖）不能通過細胞膜」這個說法是不妥的！我自己會以「任何細胞上都有水分子通道，而且很多，但鹽（或糖）的通道很少而且多集中在某些細胞（如腎臟或小腸壁），所以水的移動相對量大而迅速，鹽（或糖）則幾乎沒有移動」來解釋，但我也不確定這樣講是否完善或正確或適合，請大家來提供專業的知識。 

冬瓜條泡水的實驗 
這次我將滲透實驗稍稍改了一下：實驗步驟及結果如下圖

當步驟2之後我問學生：你們預測泡清水和泡鹽水的冬瓜會發生什麼變化？很多學生說：「鹽水組會脫水、清水組會膨脹」、「濃度高往濃度低移動…(當我問哪邊較作濃度高…時就答不下去了)」、「ㄟ….就擴散啊….滲透啊…」，這些孩子也許已先學過了但一知半解，總是以專有名詞解釋事情（沒辦法---專有名詞是他們被要求記下的內容因為考試要考啊！），但也有很多孩子說：「鹽水組可以保存比較久不會爛掉…因為鹽可以殺菌啊…」，其中有一個答案是「鹽水組的冬瓜會變鹹、鹽會進到冬瓜內…」，我說：「你為何這樣想呢？」，學生說：「蘿蔔乾不是也這樣做的嗎?用鹽醃一醃會變鹹啊…」

說真的這樣的疑問很正常但也很難回答！前面實驗中泡清水組的冬瓜變硬、胖、長、重而且量桶的水變少，所以「泡清水的冬瓜會吸水」是無庸置疑的；而泡鹽水組的冬瓜變軟(可以把它弄彎)、瘦、短…所以「泡鹽水的冬瓜會脫水」也能接受，但泡鹽水的冬瓜到底會不會變鹹(鹽是否會進入細胞內)？則是無法確認的(重量並未減輕，反而從4.0變4.14---雖然應該是外面的的水重)！ 

從蘿蔔乾變鹹看滲透 
蘿蔔乾變鹹是事實，鹽應該是有進入細胞內的，我猜測原因可能是：蘿蔔乾已經是死細胞，細胞膜早已破壞，無選擇性通透的能力了！所以應該只是單純的濃度差異問題，鹽從外界濃度高往蘿蔔細胞內(濃度低)擴散！所以鹽會不會進入植物細胞的關鍵點應該是：活細胞或死細胞！活細胞有選擇性通透，鹽不會(或很少量)進入；死細胞則依擴散原理，可以進入細胞內(其實應該只是細胞壁圍起來的框框內)。下次來做活細胞與細細胞的比較(ㄟ….還沒想到怎麼做)。

關於做泡菜另一個我很不解的地方是：為何總是用鹽巴而不是用鹽水?照理講「水溶液」不是比較容易發生滲透嗎？為什麼要用乾的鹽巴呢？我還是想不通，不知有人可以幫忙解答嗎?

顯微鏡---我們的第三隻眼

 生物教師的魔法棒 

又到了上顯微鏡的課了!總覺得顯微鏡是生物老師的魔法棒！只要上過顯微鏡的課，生物老師在學生心中的地位馬上躍升好幾個等級，因為生物老師可以打開他們的第三隻眼，帶他們看到不可思議的現象；因為當學生一直在抱怨：這台顯微鏡很爛、鏡頭很髒....時，老師彎下身來隨便一調，然後叫學生：你再看一下…，學生那種：哇....真的有ㄟ....的聲調及崇拜的眼光，頓時讓生物老師的虛榮感油然而生！ 

實驗分組與座位

今年的顯微鏡課，第一節是直接帶進實驗室，進行分組，5人一組，代號是1-1.1-2(共用一部顯微鏡)…，坐位則如圖所示。用編號是方便我叫人(我實在很不會記學生名字)，座位的安排是為方便同組(同一部顯微鏡、兩人一部)觀察，而且同桌可錯開位置，不會互相檔光！分組坐定拿出顯微鏡後，請學生對照課本複式顯微鏡的圖，自行記名稱，5分鐘後抽問，就完成顯微鏡各部名稱的介紹，之後即開始"紅、黑棉線的觀察"。

一節課只看兩條線 

從製作玻片標本、放上載物台到進行觀察，都是我一邊說明一邊示範，學生跟著我一步一步做，示範一遍流程後，即讓學生開始操作，一節課下來所有學生都能自己操作、看到顯微鏡下的紅、黑色線。

當學生看到棉線時自言自語或互相討論或問老師的問題包括：「怎麼那麼多條線？」、「怎麼看不到另紅色(黑色)的？」、「線的中間為什麼是暗的？(其實是因為中間是棉紗捲得較緊密的地方不易透光，旁邊鬆散的棉紗才看得到一絲一絲」，當然，此起彼落的「線怎麼這麼粗啊」、「真的有ㄟ」的驚訝聲是一定有的！

紅、黑棉線比頭髮好的原因是：棉線比頭髮粗、邊緣會有細紗漏出來、有顏色…所以很容易觀察，而用兩種顏色的原因是：如果只看到一種顏色學生會想：另一種顏色的線呢？學生就會想盡辦法去看另一條線！我記得下課時有兩個學生邊走邊說：「其實一節課只看兩條線ㄟ，可是很興奮…」！

筆跡與字 

繼第一節顯微鏡介紹與棉線觀察後，第二節顯微鏡是:字母與香蕉果肉細胞的觀察！

字母觀察的重點在練習移動及觀察成像的上下左右關係！雖然現成的印刷字較小、而且不易褪色，很適合觀察，但我還是偏向讓學生自己寫在紙上後撕下來觀察，因為看到自己所寫的字的成就感是看現成標本無法取代的！在寫字之前我會先告訴學生顯微鏡備率的計算，目的在提醒他們：你的顯微鏡最少可以把字放大100倍，所以字要寫得....越小越好！學生看字時的第一個反應是：只有藍色的筆跡....，當很多人如此慘叫時，我會請所有同學停下來，問：「為什麼只有筆跡而不是一個字？」，多數學生會答「因為放大太多只能看到一小部分」，當我再問：「那要如何才能看到整個字？」，答案就很有趣了：「轉小倍數」、「把它縮小」、「離遠一點看…(真的有學生這樣說而且不只一個)」，有些學生會籠統的說：「要調啊！」、我問：「調哪裡？」、「ㄟ....光圈、粗(細)調節倫、物鏡….」都出來了！學生其實完全沒有「移動玻片標本、一次看一小部分，然後在腦中組合成一整個字」的概念！我對歷年的經典考題：寫b會看成q，實在很不以為然，因為根本不可能看到完整的字阿！

看字的用意除了要看上下左右顛倒外，另一個重點是要學生學習移動玻片標本！我覺得學生看不到東西經常是因為標本不在視野內，只要移動玻片標本即可解決，但是課本一直都沒列出這個撇步！

我在吃細胞 

我喜歡用香蕉果肉作為學生觀察細胞的初體驗，原因是：材料易取得、觀察技術要求低（用牙籤刮下來，塗在玻片上，再滴上碘液，蓋上蓋玻片即可觀察---碘液最好稀釋一下），而且細胞黑白分明：透明的細胞壁(此時只講外型不講構造名稱)和藍黑色的澱粉粒，真是強烈對比容易觀察，而且學生可以提早學到碘液可以讓澱粉呈藍黑色的事實。同一標本常有染色與為染色的果肉(香蕉有黏性、黏在一起的部分不容易染色)，可同時看到有染色和沒染色的差異。

最最重要的是：無論是洋蔥表皮或水蘊草葉子，由於是一整片的，學生看到規則的格子覺得很正常，但香蕉泥軟軟黏黏竟然也是由細胞組成的，這對學生是很震撼的！許多學生看完後說：「原來我在吃細胞！」，真是很有趣的反應！

 

 

(動物細胞小中小生物待續…如果有空的話我會寫記錄)

從生命的起源談科學本質

從火星看地球
每次在教生命的起源時都會覺得很難找到引起動機的題材,因為台灣的孩子基本上認為---地球上本來沒生物,是後來才變出來的?至於怎麼變?多數學生認為地球上的東西攪一攪自然會變出生物,他們的認知完全符合自然發生說!他們很難想像科學家竟然為了---地球上的有機物是怎麼來的傷透腦筋,更無法理解做出胺基酸有什麼了不起!