植物世代交替之教學我思（上）

每每到植物世代交替的單元時，不只學生唉聲嘆氣，老師大多也都唉在心裡，實在是自己也不覺得有趣，怎麼可能讓學生覺得有趣呢。
可是我覺得好可惜耶，這是很有趣的單元，讓我們又更進一步確認植物的生命形式實在奇妙的不得了啊。

以下是我今年的教學流程，問了幾個學生都是覺得這個單元有意思 ，不會無聊，所以想說紀錄一下。(快要忘掉了啊啊啊)


一、世代交替是甚麼
在植物的生活史中，一個個體要生出另一個類似個體前，會出現另一個只有一半染色體的個體。
也就是要這兩個個體先後出現後，才能開始另一個新的生活史。
而人類是直接以一個個體產生另一個類似個體。


二、綠藻的世代交替
1.為何用綠藻?

• 告訴學生不是只有植物有世代交替
• 綠藻是植物(目前相信)在演化上 最近的親戚。
• 綠藻的世代交替是植物世代交替的原型。

 2.流程

• 2n個體代表每個細胞中的染色體都是兩兩成對，也就是在染色體上的每對等位基因都有兩個，如AA、Aa或aa
• 2n個體的某些細胞進行減數分裂後，形成1n細胞，也就是指得到每對染色體的其中一條，以基因型Aa來說，就只得到A或a。
• 這個1n細胞脫離原先的2n個體後，飄散至合適的地方，又經過有絲分裂形成另一個個體，是這個1n的個體再經過有絲分裂後，產生某些會脫離的1n細胞。
• 這些1n的細胞在進行配對後，形成2n的細胞。所以這些要進行配對的1n細胞稱為「配子」，配對結合後的2n細胞稱為「合子」
• 這個合子在經過有絲分裂形成新的2n個體
• 前面出現的第一個1n、可移動的細胞稱為「孢子」
• 產生孢子的多細胞個體稱為「孢子體」，產生配子的多細胞個體稱為「配子體」

3.為何叫做「世代交替」

• 一個2n個體要形成新的2n個體的過程中，會出現另一個個體
• 必須要有1n的個體出現後才能形成新的2n個體
• 因此在這個生活史不斷進行的過程中，會有兩個染色體組成不同的個體輪流出現
• 在這個圖上來看就是孢子體與配子體輪流出現

4.人有沒有世代交替？
如果人有世代交替是什麼情形呢？
那就是你身上的1n細胞，像睪丸裏的細胞。這些細胞離開你身體後，並不能直接去找卵，而是一直分裂形成另一個個體，整個身體裏都是1n的細胞，也就是說是個睪丸人。而女生就是會形成一個卵巢人，是由這兩個人再產生會結合的精子跟卵。
（這樣的情況之下就真的是牽手也可以生小孩了）（誤）（大笑）


給學生至少五分鐘的時間，將前面的東西沈澱一遍（老師要忍耐啊）


5.世代交替的優勢
動物沒有世代交替而植物有，為什麼要這麼麻煩的變出另一個個體？
多形成了配子體有什麼好處？
（靜待學生回答）（可以讓學生小組討論或自由發表）
（討論時可以提供動物生活史的簡圖）


-->增加配子數目

6.世代交替的弱勢
世代交替中的配子體世代是1n細胞組成的個體，也就是成對基因中只具有其中之一，也就是若以原來是Aa基因型的孢子體來看，可能出現只具有a的配子體。
如果A及a所控制的性狀與生存有很大的關係，那麼只具有a的配子體會直接受到天擇選汰壓力作用。
比如說，a代表異常的光合作用載體蛋白基因，那麼a會直接就被淘汰掉。
看起來，異常基因被淘汰掉似乎不是壞事，我也的確在一些報告中看到作者把這一點列為優點，但是真的是優點嗎？
a基因雖然可能不適合當時的環境，但是當環境變動時，有可能變成有利的基因。
（教師可以舉例說明）
孢子體具有Aa基因型，可以讓a在A的保護下留在族群中，增加適應變動環境的可能; 而配子體會讓a比較快速地被淘汰掉，減少適應變動環境的可能。也就是配子體的時間越長，基因將畫的速度就越快。

等我們學完所有植物的世代交替後，我們的確會看到配子體在生活史中，所佔的時間比例越來越短，個體大小變得越來越小，甚至藏在孢子體當中。可以支持剛才的理論。


6.植物有世代交替可以增加配子數目，才能存活下來，那動物為何沒有世代交替？
在演化上，問出「為什麼沒有」是毫無意義的。
那也許我們可以問，動物在沒有世代交替的情況之下演化至今，而植物卻有「增加配子」的需求，為什麼？
也就是植物有什麼特性（而動物沒有）讓「增加配子」變成是重要的？

（學生自由發表）

-->植物不會動，後代死亡率很高，世代交替增加配子數目可能可以彌補這樣的損失。
（植物不移動的好處很多，其中最明顯的就是沒有體型上的限制，就不需要耗費能量修補受損部位，直接長新的就好。不像動物得一修再修將就著用，我們身上的任何一個部位都是越來越老舊而已啊）


95及99課綱中，藻類的世代交替是被省略的，只剩下基本流程的示意圖，然後就直接跳到比較複雜的維管束植物，甚至連蕨類生活史都沒有就直接跳到被子植物。
我相信大多老師跟我之前一樣，解釋完基本變化後就介紹被子植物的生活史。學生（可能老師也）搞不清楚世代交替的脈絡，所有名詞都變成片段的資訊而已，當然就會覺得無聊了。

這次我花了將近一節課在介紹上面說的內容，雖然這次的上法不見得每個人都覺得有趣，但是我的確觀察到注意力放在我身上的人佔大多數。也許大家可以參考看看。

三、蘚苔類的世代交替

1.介紹世代交替的基本流程
2.介紹苔類的孢子體、孢子、配子體、藏精器、藏卵器及合子
3.介紹孢子體不能行光合作用，配子體可以行光合作用，孢子體寄生於配子體上
4.以配子體為主的世代交替模型是否因此限制了苔類的演化？

四、蕨類的世代交替
1.介紹世代交替的基本流程
2.介紹蕨類的孢子體、孢子、配子體（原葉體）、藏精器、藏卵器及合子
3.介紹蕨類的孢子體及配子體均可以行光合作用，獨立生存
4.介紹蕨類配子體在生活史中佔的時間短，體形也小，逐漸以孢子體為主。

念高中生物要問的為什麼! 20130224更新

1.植物的世代交替有甚麼演化上的優勢?
2.植物為什麼不用排泄含氮廢物?
3.植物的維管束排列是怎麼演化來的?木質部位置的改變趨勢能帶給植物甚麼樣的好處?
4.次級主動運輸有甚麼好處?為甚麼小腸及腎小管吸收葡萄糖不用初級主動運輸?
5.川崎氏心臟病有甚麼演化上的意義?
6.為甚麼神經疾病常有皮膚上的症狀(參考網頁)?
7.神經元的靜止膜電位在化學上是可能的嗎?
8.細菌為什麼不需要紡錘絲來均分染色體?
9.為何細胞壁的成分都是糖類
10.哺乳類紅血球的形成過程是甚麼?無核紅血球有甚麼演化上的優勢?
11.昆蟲的氣管系與循環系統的關係是甚麼?與其他脊椎動物有甚麼不一樣?演化上的優勢是麼?有甚麼缺點?
12樹皮剝落有甚麼好處
13葉子掉落的經濟學觀點(儲存老舊廢物)，動物為何不用此一方法
14植物有很多細胞必須死掉後才能執行功能，如導管及厚壁細胞。為何動物較少這樣的細胞?
從植物是無限生長，動物是有限生長來看。
15.植物的韌皮部為什麼要依職長新的?
16.植物為無限生長，動物為有限生長。為什麼?(移動性)
17.植物為無限生長，動物為有限生長。這個特性讓植物處理很多問題時，都用不同於動物的方式。有哪些呢?(更新vs修復)
18.植物體內物質運輸的動力來源：蒸散流是以蒸散作用的負壓驅動，而壓力流是利用膨壓的壓力差。而動物體內物質運輸的動力來源是心臟收縮及呼吸作用，較少利用自然產生的現象。這兩種不同的策略各有甚麼優缺點?(能量、調控、受影響)
19.化學上並沒有"高能磷酸鍵"，所以ATP水解釋放出的能量到底來自於哪裡?
20.鍵結的斷裂為吸能反應，為何ATP-->ADP+Pi是放能反應?
21.腦垂腺前葉及後葉為何合併為一個腺體？腦垂腺後葉存在的目的是什麼？下視丘延伸到後夜的神經細胞為何不直接將激素儲存在腦部？為何要儲存？為何不直接分泌到腦部血管（血腦障蔽可能不是原因，因為延腦可以透過直接在血管上開孔的方式將分泌物送至血管）

韌皮部物質運輸的教學我思

1.介紹篩管與伴細胞的結構時

• 木質部運送水分及無機鹽是單向的，因為除了二氧化碳之外，所有植物必須從外界獲得的物質都是從根進入，所以水及無機鹽的運輸方向只需要由下往上。而韌皮部則不同，製造有機物的位置在葉子，需要有機物的地方則可能在植物體的任一點，例如長新的葉子、枝條、果實等等，甚至受傷的時候必須要趕緊長新的組織將傷口堵好
• (可提到植物的生長策略-->因為是無限生長，所以不用將壞的修好，只要堵好不要有進一步傷害，在長新的就好，比壞的修好要便宜又更好用。植物可以無限生長，而動物不是無限生長的原因是因為植物不需要移動)
• 再講因為韌皮部需要隨時調配輸送的方向與量，所以必須要是活細胞才行。木質部只需要提供管線，方向及量由蒸散作用決定，所以死細胞就可以，而且死細胞組成的管道比較暢通，以運送大量水分來說，是更為合適的。
• 組成韌皮部管道的細胞必須是活細胞，可是活細胞本身的耗能很多，若是直接運送有機養分，恐怕在運送途中會消耗很多有機物，造成運輸到目標器官的比例很低。所以篩管細胞在成熟的過程中 ，細胞核及大部分的胞器都被分解掉了，這樣就可以減少有機物的損耗。但是沒有了細胞核，控制的能力就大為降低，因此被子植物演化出旁邊有一個細胞來主控篩管細胞的運輸，叫做伴細胞。雖然叫做"伴"細胞，但實際上是主要在控制的細胞。而篩管細胞因為沒有細胞核，壽命因此減短，通常只有幾年而已，所以需要形成層不斷分裂出新的韌皮部。(可以提到紅血球也沒有紅血球，也是壽命短120天，需要不斷更新)

2.壓力流

• 既然生產的地方在頂端的葉子，可是需要糖分的地方散布在不同位置，不同時間，那植物要如何有效的讓需要養分的地方就可以獲得養分呢
•  植物超厲害的，他用了很簡單的物理原理就完成了這個困難的調度問題。那就是帕斯卡原理。整個植物的韌皮部是連通的，也就是可以當成是一組連通管。
• 在產生光合作用的部位以主動運輸的方式將蔗糖移入篩管，因此篩管的蔗糖濃度上升，水的濃度下降。而韌皮部旁邊是木質部，裡面有大量的水，水的濃度高。因此水會自木質部移入篩管。此處因為糖及水不斷增加，篩管體積不變，所以整體的壓力上升。
• 在需要有機養分的部位 以主動運輸的方式將蔗糖移出篩管，因此篩管的蔗糖濃度下降，水的濃度上升。而韌皮部旁邊是木質部，裡面有大量的水，水的濃度高。因此水會自木質部移出篩管。此處因為糖及水不斷減少，篩管體積不變，所以整體的壓力下降。
• 在A點(製造端)水壓上升，在B點(需求端)，液體自然由A流至B，不需要特別調控。而且製造速度及需求速度可以直接影響流速，是很有效率的演化。
• 因為在整個過程中，液體的流動是由壓力決定的，所以稱為壓力流。製造端稱為source，需求端稱為sink(就像水槽能匯聚水一樣)，是醣類匯聚的地方 。

3. 水對植物的重要性

• 因為壓力流的產生需要木質部的水分運輸正常，所以缺水時對韌皮部運送有機養分也會有影響
• (所以韌皮部與木質部必定相鄰，這也是我們在莖的維管束排列所看到的狀況)
• 在前面學過與水有關的功能：光反應、無機鹽的運輸、散熱

木質部與韌皮部滲透的參考文章及圖片

Linking phloem function to structure: Analysis with a coupled xylem–phloem transport model

Scaling phloem transport: Elasticity and pressure–concentration waves

這邊有有趣的文章Phloem：The long and the short of it.

http://www.cell.com/trends/plant-science//retrieve/pii/S1360138505002979?_returnURL=http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S1360138505002979?showall=true

高中生物呼吸作用的教學與常見錯誤

進行呼吸作用教學時，高中老師們都會面臨一個抉擇點。
到底要教多深？
一般的選擇有幾個：
1.簡單說明物質的分解會放出能量， 轉移至ATP、NADH、FADH2等，最後全部轉為ATP才能讓其他反應使用。
2.說明各階段碳水化合物的碳數變化，以鍵結的斷裂釋能提供ATP、NADH、FADH2等高能分子合成，最後全部轉為ATP才能讓其他反應使用
3.說明個階段各化合物的化學結構變化，以鍵結的形成及斷裂說明能量的轉移及ATP、NADH、FADH2等分子的形成，最後全部轉為ATP才能讓其他反應使用。

在95課綱中，大多高二的學生可以用上面的第二種上法，因為多少有點化合物具有能量的概念。到了高三就可以用第三種了，因為在化學已經學過鍵結的概念了。

可是在99課綱，高一學生就要學習呼吸作用（還有光合作用！），而且才剛剛接觸ATP的概念，要直接用第二種上法實在會有很大的問題。很多老師也許不覺得，但是我認為老師只是沒有花時間去瞭解學生到底在腦袋中形成什麼故事。如果花時間瞭解，就會發現學生其實很模糊。學生也許在選擇題上，可以多做幾次就知道要選哪個答案，但是實際上所認知的故事很可能跟老師的版本是天差地遠呢。

尤其是在之前學ATP跟能量的關係時，可能就具有或形成很多迷思，在光合及呼吸作用這兩個完全關乎能量的單元，當然也就一路錯下去。

如果跟化學老師討論後，各位生物老師你會發現， 原來我們在生物學上使用的一些名詞及動詞都是誤用，而我們要表達的概念卻是需要具有很多默契才能知道的，但學生沒學過生物，沒有我們的默契，所以當然也就會抓不住我們要表達的概念到底重點在哪裡。

99課綱的學生在小時候就不斷地被塞了太多的東西，沒有時間針對所學形成自己的看法與故事，以至於他們現在連形成錯誤故事的能力都沒有了，他們多的是只希望老師告訴他要背什麼，有些用功的小孩也是希望老師能從頭到尾講得很清楚，他才能在心中「留下」一個故事大綱（不是「形成」喔）。

這超可怕的。

我在上這個部分的時候，即使是高三的學生也不一定用到第三種方法，因為其實生物老師的講解，就化學老師看來都是錯誤連篇。講越多就錯越多。

舉例來說，鍵結斷裂需要能量，不會放能。可是在生物的教學上，常常用「碳之間的鍵結斷裂放出能量，使ADP能加上一個磷酸根，形成ATP」來告訴學生。這樣的一句話其實一共描述了好多反應，可是學生卻不知道。當他用化學課所學來理解生物課的內容，是會有很多衝突的，當然最後只好用背的方式來寫考題。

（另外，其實我覺得應該還要提醒呼吸作用所需要的氧氣及所放出的二氧化碳，與循環及呼吸系統的關聯。）

尤其是最近仔細反覆研讀生化課本中的呼吸作用，就發現，即使是第三種方法，其實也都漏了兩個最重要的重點，這兩個重點，在我看來，遠比教授呼吸作用的每一個步驟重要。
1.糖解作用與克氏循環的步驟中，反應物與產物之間的能量關係。
2.這些步驟如何被調控？在前面學習ATP的章節中，常會有考題問學生ATP/ADP的比值如何影響代謝作用，是會促進放能，還是促進需能。而我們在教呼吸作用的時候，若不回到這一點，其實就非常可惜。整個生物學中關鍵的能量主題就會變得零碎。

下面是我在網路上找到有關糖解及克氏循環各階段產物的能量變化。可以看出來的確大多是放能反應。




 這張圖是我翻了生化課本中，有關各階段的調控點，可以說明細胞中呼吸作用是遵循經濟原則的。


以下是讀書筆記。
黑筆是各階段的總反應，藍筆是細節，紅筆是我覺得重要的地方。少數鉛筆寫的是我自己的想法。有些化學上的名詞我不太瞭解就是了。
像是乙醯輔酶Ａ的形成及alpha-ketoglutarate的分解其實牽涉到三酶系統，酶的排列及作用很有意思，如果真的講到化學結構的變化而沒有講這個真的很可惜。


 

以下是因應學生說不看化學式他們會覺得抽象，所以找來印給他們的。




然而我覺得，若真要講仔細一點，不如把時間花在講下面這類圖。
呼吸作用與其他反應的關聯。

我的教室經營管理

學校科學館離教學區很遠，所以只有做實驗的時候，老師才會把學生帶過來。所以雖然生物實驗室對面有一間生物教室，卻都沒有人使用，只有在做實驗要看影片時才會帶學生進去。
也因此這間教室地板桌上積了灰塵，窗簾發霉泛黃又有蜘蛛網、泥胡蜂築巢，投影布幕很小發霉泛黃掉落一半，桌子抽屜裡也是很多泥胡蜂築巢，牆邊走道很多昆蟲蜘蛛的屍體。基本上老師同學進來後無不大打噴嚏，再不然就是希望趕緊出去。

我自己因為需要寫大量的板書，又會常需要展示教具或是道具，也希望給學生討論而不吵到其他班級，所以我就開始想要把這間教室拿來利用一下。

首先，既然學生可以隨我安排座位，我就把他們分成五個人一組。
分組可以隨機、按姓名等，但是要記得男女比例不能懸殊，要先問過導師有沒有不能在同一組的同學，尤其是特殊生，最好在同組是有人可以照應他的。
同組的五個同學會在同一區方便討論。
















每組的分工如下
第一位同學是組長，通常是要幫忙活動的進行，例如主持討論、彙整及繳交學習單
第二及第三位同學是設備，我發東西下去要負責分配，也要負責回收
第四位同學抽屜有小白板，要發表各組討論結果，時我會再發給每組一個板擦跟一隻白板筆
第五位同學是搶答手，桌上有搶答鈴，連接到講桌前的顯示裝置。

因為每班人數不太一樣，所以6、7、8組有第六位的空間，可以先排6及8組，不然7-6太後面，或是把第7跟第8組位置換過來也可以。

這是討論時的狀況，要下去走動，注意參與的狀況及討論的方向。

 

學生很愛發表呢，他們真的太少機會練習好好把自己的想法說清楚。

他們手上的是A3大小的軟磁鐵，所以可以讓他們到前面貼在黑板或白板上說明自己那組的討論結果。

這間教室除了學生的座位之外，我還安排了很多功能

右前方有一個超大布幕，比一般布幕要大兩倍喔。

當然有電腦、有線及無線網路，方便同學在分組討論時可以用筆電。

兩邊各有一個雙面白板，除了可以延伸黑板版面之外，也可以讓同學上來畫圖解釋。

除了搶答器之外，還有抽籤用的手搖球(本來我很想放電動的開獎機)

牆壁上貼有畢業的學生作的教具

後面有三張大桌子放了教具、標本、跟用來解釋生物地理學的絨毛玩具

桌子上有付LED燈的放大鏡，可以讓學生自己把標本拿去看。

後來還在牆壁上裝了槽板跟軌道燈，學生常常去看我放在後面的標本，可以配合單元布展。

牆邊有我從總務處包商手下搶過來的校園樹木木材，有大葉桉、黑松、竹柏、筆筒樹、櫻花、桃花

 

次級主動運輸的好處

今年開始上課喜歡問為什麼。
教次級主動運輸的時候，很高興同學也問為什麼。
小腸絨毛細胞為什麼不直接用初級主動運輸吸收葡萄糖就好?

所以我反問
如何找到這個問題的答案?
要先釐清是不能利用初級主動運輸，還是次級主動運輸比較好?
過了一節課，再繼續問要如何排除其中任何一種可能?

我覺得還滿好玩的，還真的有學生在我沒有提供任何暗示的情況之下，推出接近的答案。


我找到了The Energetics of Transport Across Membranes，裡面有相關資訊。
以下是我的筆記(圖片來源就是該網頁優)

分子或離子的移動牽涉到自由能。

自由能減少時會釋出能量，增加時則表示需要吸收能量

假設

• 細胞內葡萄糖濃度是0.5 millimolar (mM)
• 細胞外葡萄糖濃度是5 millimolar (mM)
• 體溫為37°C, 換算為絕對溫度是37 + 273 = 310°K

則由細胞外擴散進入細胞內的自由能是
     ΔG = (2)(273+37) x ln (0.5/5)
           = (2)(310) x ln (0.1)
           = (620)(−2.3) = −1426 cal/mole= −1.4 kcal/mole

 此反應為釋能反應，會自然發生

但是在腎小管再吸收葡萄糖時面對的是相反的狀況。
近曲腎小管內濾液的葡萄糖會再吸收回血管，經過腎小管上皮細胞、基底層細胞、組織間隙及血管壁。

隨著再吸收的進行，濾液中的葡萄糖濃度會越來越低( 0.005 mM)，而血中葡萄糖濃度是5 mM(就是細胞外葡萄糖濃度是5 mM)

這個過程的自由能是
ΔG = (2)(310) x ln (5/.005)
      = 620 ln (1000) = (620)(6.91) = + 4284 cal/mole
      = + 4.3 kcal/mole

必須提供能量才能發生。


這個過程是經過Na⁺/葡萄糖同向通道蛋白
以Na⁺而言是由140 mM -->10 mM
ΔG = (2)(310) ln (10/140)
      = (620) ln (0.07) = (620)(− 2.64) = −1637 cal/mole
      = −1.6 kcal/mole
釋出1.6 kcal/mole


以葡萄糖而言是由0.005 mM --> 5 mM
ΔG = (2)(310) x ln (5/.005)
      = 620 ln (1000) = (620)(6.91) = + 4284 cal/mole
      = + 4.3 kcal/mole
需要+ 4.3 kcal/mole

所以光是濃度梯度所釋出的能量是不足以讓葡萄糖移動的。

Na⁺帶有正電，移動進入電位較低細胞內時，可以提供第二種助力，讓葡萄糖移動。
這個過程的自由能是
ΔG = (z)(F)(V_m)

• z =電價(+1 in this case)
• F = 23,062 = the calories released as one mole of charge moves down a voltage gradient of 1 volt (1000 mV)
• V_m = 膜電位約 − 70 mV (哺乳動物)

 ΔG =(+1)(23,062)(- 0.07)
        = −1,614 cal/mole (−1.6 kcal/mole)


所以Na⁺順著濃度梯度及電位梯度移動時所釋出的能量是
ΔG =(−1637 cal/mole)+(−1614 cal/mole) =-3.3 kcal/mole
是不足以讓葡萄糖移動的(4.3 kcal/mole)
所以這個過程通常是每2個Na⁺才能帶動1個葡萄糖

但這還是沒有解釋為何要利用Na⁺帶動葡萄糖移動，而不直接水解ATP。
主要的原因是這邊的Na⁺的梯度是由 Na⁺/K⁺ ATPase所建立的。
================================================
 Na⁺/K⁺ ATPase會將3Na⁺移出/2K⁺移入細胞
造成 Na⁺細胞外濃度145mM，細胞內濃度為15mM
           K⁺細胞外濃度4.5mM，細胞內濃度為160mM

Na⁺/K⁺ ATPase將3Na⁺移出/2K⁺移入細胞的自由能
是41.7kJ/mol-->0.00988kCal/mol(參考資料p.20)

 

所以顯然利用Na⁺梯度移動葡萄糖要省得多!!
細胞裡的一切都是關乎能量啊。

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粒線體產生的ATP中，有1/3消耗在Na⁺/K⁺ ATPase。
 Na⁺/K⁺ ATPase建立的梯度非常重要
1.膜電位可以讓神經及肌肉細胞以電位改變來引發功能
2.細胞外 Na⁺濃度高，可以讓水分子留在細胞外，避免細胞破裂
3.提供次級主動運輸蛋白移動其他分子(Na⁺/葡萄糖or胺基酸、H⁺/K、Na⁺/iodide ⁺、神經傳導物質回收)

100應用生物學教學規劃及檢討

應用生物學的課綱說要以議題討論的方式進行課程，雖然林比亨老師曾在一場分享中指示方向應為科學性的議題討論，但是考量學生背景與我自己的能力、興趣，還是著重於道德正義方面的議題，尤其是糧食安全、環境正義及科技倫理。

我安排的活動有
1.重點概念介紹
2.議題及影片討論
3.專題報告
4.角色扮演
5.校外參訪
6.請學生調查家中的米品種
7.請學生收集水果上的標籤並查詢
8.請學生攜帶一樣發酵食品

  

一開始我的講義主要中主要以討論為主，動手做比較少，也因此我需要不同的評分方式。我降低了傳統上的紙筆測驗比重，也增加了討論及報告的評分。

成績評定規則

定期考查：40%

專題報告：20%(小組計分-資料收集及書面10%、口頭報告10%)

                    本項由教師評定

小組討論：30%(個人計分-自評5%、組內互評-5%、教師評定-20%)

學習態度：10%(準時、發言、專心…等等)

我希望我的討論及報告的評分能夠盡量降低我個人成見的影響，所以翻了美國高中生物教師手冊The biology Teacher's Handbook及網路上的一些評量方法，組成了應用生物學的評分單，在課程開始時有特別帶學生看這些評分項目，讓他們了解要注意的重點

口頭報告評分單

小組討論自評單

小組討論互評&教師評分單

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因為有用很多影片及書單，所以我在寒假前就分配好各組(兩人一組)同學的主題，提供他們影片回去看，這樣可以節省時間。他們必須在報告的開頭介紹影片及書籍，讓同學瞭解報告中需要知道的背景。
不過因為後來發現時間其實還滿多的，真正重要的影片我還是會找時間讓全部的同學看過，畢竟影片的情意部分是很有效的。

一開學安排的進度

開學時就根據進度表先排好報告的節次，在那之前的一周就必須要來跟我討論投影片及報告內容需要修正的地方。因為沒有來跟我討論以至於報告得很爛的同學，一定會被我在課堂上"仔細地"評論。
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在每一個章節我幾乎都有安排可以討論的議題，一開學也的確討論了好幾次。討論的狀況因班級而異。

在討論時必須一直在各組之間走動，要評分又要聽他們討論然後適時引導，其實會分身乏術。比較好的方法是能夠有1~2個其他老師(不一定要同科)來做支援。技術上有些需要克服的困難，可是我相信只要有心想做，一定會找到解決的方法。

原先我預計一周兩節連堂可以將課程簡介及討論一併做完，可是發現這樣是不夠的，因為學生的討論很精采，沒有時間讓每一組起來發表真的很可惜。

後來知道原來不必把整本課本上完，下次我就會省去一些單元，把時間挪來討論了。
有一些議題我也不一定讓全班在課堂上討論，可能是請他們回去完成，我藉由批改來跟同學討論，或是請同學發表自己的書寫。

討論的議題主軸有

1.動植物品種的育成是否侵犯生物權利?若生物因育種的結果而遭受痛苦，是否在造福人類的前提下是可以的?如何決定甚麼樣的狀況及對象可以侵犯其生存權?
2.綠色革命是否能解決人類的問題?
3.設計一個基因改造生物+風險評估+提出管制及監測策略
4.決定是否食用基改食物時，考量哪些因素
5.疫苗風險與公共衛生政策
6.活體器官移植的道德問題、親屬間器官移植合法化
7.如何決定接受器官移植的優先性
8.受精卵篩選的道德問題+人體器官工廠的道德問題
9.具有遺傳疾病基因的父母的生殖權


議題討論的引導很重要，所以我的講義中會有相關的故事，在課堂上也會用投影片、影片來營造學生進入狀況。

例1：
署立新竹醫院葉伯壽醫師追蹤一位40歲患者的父親輩的7兄弟中，有6人罹患此病，患者
本人與3兄弟全部罹病。確診數年後，患者的20歲兒子也發病。總計自祖父起，該家族三
代中有將近40人罹患此病。
由於一般民眾對這種疾病知識的貧乏，加上一家人因為行動比正常人稍微遲緩，看起來好像很「慵懶」，以至於誤解為這种病是父親「傳染」給兒子的結果，使得鄰居為怕下一代被「感染」，竟彼此不相往來長達十多年。

1. 如果你有顯性遺傳疾病但是尚未發病，你會希望父母在幾歲告訴你呢？ 為什麼？
2. 如果你有顯性遺傳疾病基因，你會生小孩嗎？ 有哪些考量？
3. 如果你的未婚夫/妻的父母有小腦萎縮症，你的父母希望你不要結婚，你的決定是什
麼？ 有哪些考量？
4. 如果你的未婚夫/妻的父母有小腦萎縮症，你的父母希望你不要結婚，而你決定結婚
生育，你會希望你的未婚夫/妻去做基因篩檢嗎？ 有哪些考量？
5. 如果你有隱性遺傳疾病基因，而你的配偶也有，你會生小孩嗎？有哪些考量？

這個例子是在身邊發生的，其實學生甚至有人認識案例中的人，所以討論起來特別有感覺。在討論這個案例之前，有先看公共電視出品的"過了天橋，看見海"，也先討論過劇中小男生的處境與心情，再接著討論這個案例其實非常有意思。
從這個案例會有學生提到基因治療的部分，又可以再延伸到後面的章節。

例2 基因可以申請專利嗎？
是擁有該基因的人有專利還是檢測出該基因的單位擁有專利？
根據專利法的精神，產品或技術要申請專利，必須是一項發明，必須具有創新性，沒有發明，過或是自然界原本沒有的物件或技術。
根據美國專利商標局的說法，基因是在實驗室經由特殊的發法篩選與複製出來的，不是自然界的產物。但是基因代表人類的整體，是人類的公共財產，不應受到特定單位的壟斷，避免阻礙科學研究或疾病治療。

1991年美國人類基因體多樣性計畫收集不同民族的基因體樣本，比較生理生化差異的遺傳因
素，並追溯人類遷徙演化歷史。
1.被認定研究者剝削原住民權利。2.與製藥公司合作獲利。
2007年台北馬偕醫院研究員蒐集噶瑪蘭族的唾液及其他原住民族的唾液，進行DNA比對，以瞭
解台灣原住民族的起源及關係
1.研究人員未完整告知受試者相關研究目的及應有的權利
2.研究人未依法(原住民基本法)取得部落會議同意
3.研究內容暗指「噶馬蘭族血統已不純粹」的不當訊息

• 你認為原住民族擁有自身基因的專利權嗎？ 為什麼？
• 當某民族的基因體內有抵抗愛滋病的基因時，你認為該民族應該無償提供他的基因資訊嗎？為什麼？
• 若有製藥公司以此製造藥物販售，你認為藥物的販售應該有什麼樣的規範或是回饋？
• 如果是你有這樣的基因，你會想要收取費用嗎？你認為你有該基因的專利權嗎？為什麼？
• 當某個民族的基因資料中顯現某種致病基因頻率較高(如蠶豆症)，而使整個族群受到污名化，你認為這個族群可以作什麼？

給學生足夠的資訊及例子也很重要，才能討論到我想要他們表達的方向。

其實討論一開始的幾周就發現學生無法說明自己的主張理由為何，他們從來都沒有練習說明為什麼，真的是超級可怕的。他們大多也無法判斷陳述的細微差異，瞭解因果的比例極低，所以如果真的要花時間討論出個甚麼，大概還要用一節課來簡單教一下邏輯。
另外我覺得可以用"正義"課程的前幾堂來給學生一點概念，因為我的議題基本上都是在討論生命權的賦予、成立與誰有權力能剝奪另一個生命。

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組織教材的過程中，我挑選材料有兩個喜好，一個是在新竹發生的，另外一個是我很容易說明與議題學生的關係。

以新竹發生的為例，小腦萎縮症、東方美人茶、新埔紡織廠、香山綠牡蠣都是很好的題材。

容易說明的部分，香山綠牡蠣與二仁溪也很好。因為我不喜歡消費端光指責污染的製造者，而不反省不辨是非的消費端才是決定製程的罪魁禍首。

所以我會在講污染的責任前，充分說明產品的製造及消費鏈，才去討論誰該負責。
另外，很驚訝的是，有一定比例的學生認為沒有製造才沒有消費，這個概念大約在我小學時就知道是錯誤的，但是不知道為什麼有些現在的高中生是真心的這樣認為。所以若是遇到這樣的學生的話，在討論前還得說明消費端的角色，討論才不至於失焦。

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在準備課程的過程中，發現了台灣與DDT之間還有很深的淵源，說實在的，還是一份哀愁。那是一個我們能及時接受國際衛生人道救援的年代啊。

• 如果沒有DDT，台灣現在還會是瘧疾盛行的區域
• 我們曾經接受WHO委託製造DDT，若在現在應該也是台灣之光吧
•  因為誤食DDT而送醫的病例只有在台灣，空前而絕後，而且變成證明DDT對人體無害的唯一案例。應該也是台灣之光。

可以參考

台灣除瘧的科技與爭議

抗瘧實錄
撲瘧紀實


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在實際上課時給學生看的影片有

n  CSI MIAMI: Bad Seed 

n  THREE RIVERS：#7 The Luckiest Man；#11 Every Breathe You Take

n 姊姊的守護者

n  大愛：新鮮的代價

n  我們的島：歷史的傷痛-二仁溪

n  我們的島：綠牡蠣悲歌

n  我們的島：油症-與毒共存

n  公共電視：絕地花園（過了天橋看見海）

n  孟山都的基因改造世界

n  美味的代價

上面的影片都非常好，是值得全部看完的。

畢竟應用生物學沒有進度的壓力，完整的課程比廣泛的課程重要，這一個年代的高中生很少有機會深入去探討情意方面的決定與責任，所以我覺得真的可以花時間完整的觀賞與討論。

不過我覺得"姊姊的守護者"太長，可以用實際案例來替代，只要能夠完整說明救命寶寶會面臨到的醫療過程，是可以達到同樣的效果的。

n CSI MIAMI: Bad Seed

這一集雖然科學的正確性有很大的疑問，但是可以拿來討論基改食物的風險與降低食品價孰輕孰重。

n THREE RIVERS：#7 The Luckiest Man

這一集可以討論活體器官捐贈，我們的身體屬於誰。

另外還牽涉到安寧醫療，是很好的生命教育。

唯一要特別注意的是授課班級是不是有正處於親人過世的急性傷痛期，務必要先詢問導師及輔導室。

因為這集非常非常催淚，所以最後可以熄燈討論，或是安靜讓同學整理情緒。一定要準備衛生紙喔

nTHREE RIVERS：#11 Every Breathe You Take

這一集可以討論親屬間器官捐贈合法化的問題，雖然影集主角之間並非家庭成員，但是面臨一樣的壓力。

還可以討論醫生的建議應該扮演甚麼樣的角色。台灣民眾的無知不僅止於醫學知識，也不懂得尊重專業，只會事後諸葛的去追究醫生為什麼無法預測所有的可能，認為醫生應該知道所有的事情。台灣大多數人只在沒有事情發生時接受醫療會有風險，風險真正發生時就不能接受醫療會有風險。

n 我們的島：油症-與毒共存

油症是一個已經被淡忘卻絕對真實的傷痛，可能發生在每一個人的身上，我們從來沒有還這些受害者一個公道。

與其每次講戴奧辛都好像講遙遠古早的事情，不如看看這個身邊的進行式。

當然要與產生戴奧辛的產業做連結，瞭解我們購買的哪些東西會增加戴奧辛的排放。

n 公共電視：絕地花園（過了天橋看見海）

絕地花園的所有影片都非常棒，但是有一些最近的高中生還沒有相關的生活經驗，可能無法引起共鳴而有好的討論。

所以在我的經驗中，有三部影片目前放的效果比較好。

1.過了天橋看見海：講小腦萎縮症。可以探討生殖權及受精卵篩選。

2.黑夜藍天，講多發性硬化症，但是我並不是使用在應用生物學。

3.青春：講先天性水皰症。也可以探討生殖權及受精卵篩選。

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 除了討論之外，我還有兩樣活動

我帶學生去參觀峨眉鄉富興茶葉產銷班的東方美人茶園。

從搬來竹東後就常常到北埔峨眉，也看到沿路茶行都有東方美人茶，可是因為不瞭解又怕被騙所以根本沒想要進去。

備課過程中才知道東方美人茶是小綠葉蟬咬過的茶樹嫩葉製成，又都說有蜜香果香，說的我超有興趣的，所以就決定要安排學生過去。

為了讓同學能夠學到多一點東西，我去產銷班好幾次，跟黃老闆聊了很多，學到好多東西。
我還特別問了黃老闆"東方美人茶"的名稱由來，因為我看到的課本上都明示或暗示這個名字是英國女皇給的，可是怎麼想都不可能。
黃老闆說，東方美人茶是農改場場長命名的。跟英國女皇有關的是以前女皇喝了曾經隨口問是哪裡來的，侍從回答是從東方來的，就這樣而已哈哈。

除了知識上的收穫，我也買了好多茶葉，我沒資格評論，但是真的很喜歡東方美人茶的多變風味。

因為小綠葉蟬只在端午節前後出現，所以我這個活動有配合調整時間到六月，又要錯開段考大型活動等，又要在班周會等非社團活動時間，其實很難喬。

原本想要在周末辦理，讓同學自由參加。
不過跟同事討論過後，我們認為自由參加的話，會去的是原本就有興趣的同學，在他們未來的路上本來就會碰到相關的資訊，我們應該要讓那些未來不太有機會接觸相關概念的同學也學到這些才是。所以我就安排了三次參訪，每次帶一個班。

因為我只有一個人。而且產銷班那邊一次最多安排兩個班而已。

流程是聽簡報(20分鐘，每人20元，送兩顆超好吃現在就讓我流口水的茶焗蛋)，參觀茶園關小綠葉蟬(40分鐘)，品茶(1小時，一桌300元，最多四桌，我們每桌排10人。因為平常上課就有分5人一組，所以就直接兩組一桌。)

時間的安排非常彈性，端看教學目標是甚麼。如果有安排學生在茶園做調查的話，時間會拉得比較長，當然就需要攜帶相關的用具，包括蟲網、解剖顯微鏡或放大鏡、紀錄紙。如果可以的話盡量不要讓小綠葉蟬死亡。
品茶的時候，學生收穫非常大，大概是多數學生第一次喝真正的茶葉泡出來的茶(超可憐的)。可以品嘗不同製程改變酵素作用後的風味，剛好也跟課程內容有關。
有綠茶、紅茶、東方美人茶、烏龍茶、酸柑茶。

學生除了在茶園實際觀察小綠葉蟬及被叮咬過的茶葉之外，他們有七大作業，都必須要融入綠葉蟬改變茶葉風味的元素意涵

1.為東方美人茶設計新的包裝及販售組合
2.你是一個記者，茶農委託你寫一則300~500字的業配新聞或置入性報導宣傳峨嵋的東方美
人茶
3.你是新竹縣政府國際產業發展處處長，縣長指示要規劃多項活動，在世博台灣館開幕慶期
間促銷東方美人茶。請規劃三項以上行銷管道，並就其中一個管道設計一張文宣。
4.你是瓶裝飲料公司行銷人員，請規劃東方美人茶600ml寶特瓶的外包裝
5.你的父母製作出了品質非常高的東方美人茶，每年都能在比賽中取得佳績，茶行便會出高
價買回。但是取得的成績不同也影響的銷售的價格，所以你想要打開一條新的通路穩定的銷售
量。請設定目標客群並設計一個廣告頁面提供給線上購物廠商刊登。
6.請畫一則單頁漫畫，提供高鐵公司刊登在乘客刊物及網站上
7.你是新竹峨嵋出生長大的文藝青年，熱愛鄉土，請為東方美人茶創造一個品牌，並寫一段
300字的品牌故事。

做平面設計的同學可以參考利用PEPORT派報(做自己的數位報導)
作旅遊規劃或是產品行銷的可以參考農業易遊網及PEKOE雜食鋪

稍後再把同學作品拍照上傳

我覺得如果要再做同樣的作業，我應該要花更多時間引導及修改。
可以拿更多的例子說明可以強調小綠葉蟬的哪些特點。

這是我很喜歡的品牌作品，我有修改過文字，有請國文科李麗滿老師幫忙調整文句順序。

我超欣賞這個品牌的發想!!

在參訪的過程中，黃老闆有跟我聊到今年小綠葉蟬的叮咬狀況很多。
因此我想若是以後可以再來的話，我會再增加
1.計算小綠葉蟬的密度
2.統計小綠葉蟬是否有叮咬的偏好-->可以討論如何增加小綠葉蟬叮咬的比例
3.統計小綠葉蟬棲息的偏好-->可以討論如何增加小綠葉蟬的數量
(我們後來又去一次，發現下午三四點之間好熱的時候，小綠葉蟬棲息在茶樹間的雜草叢中)
4.文獻探討東方美人茶的風味、茶樹種與小綠葉蟬的關係
5.實驗設計如何提升及控制香氣的種類
6.設計茶園如何穩定叮咬的程度

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我在學期開始前非常緊急的把講義生出來，有需要的老師可以拿去用 ，講義裡面錯誤很多請包涵。

有很多資料是我引用別人的，但是大多的問題及活動的概念是我自己想的。

所以若是要利用這些問題及活動的話，請務必在您的資料上註明出處，若是能知會我一聲，我會很開心的。

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之後還想進行的活動

用葡萄乾釀酒+竹南啤酒廠-->討論不同條件對於釀酒速率的影響
做不同菌種的優酪乳+參觀養樂多工廠
做麥芽糖+參觀森永工廠
測試不同的防治法+農改場
其他參觀工廠：工研益壽多大安廠及大醇廠、彰化大統醬油工廠


當然我非常需要了解大家是怎麼上應用生物學的。我也可以提供我所知道的其他上法供大家參考。也很希望能夠聽到更多的點子，歡迎大家的建議喔。