2025-10-24

鋒面模擬

利用3D分佈模型來模擬空氣粒子於垂直面的分佈,引發相關的流動狀況。

想利用小程式來進行建模課程,學習表現的建模中,若有模擬,在觀察與定題上理應可以讓學生做許多的測試,並根據測試結果和設定不同參數來解釋與驗證推論,於了解模擬限制後提出蒐集更多什麼「資料」來更符應真實世界,模型只不過就只是模型,真實世界的複雜性在課室中僅能變成降低維度的速成方案,抽取出來的定理或原則為簡化後或是去除雜訊的結果。

目標是模擬海洋氣團與大陸氣團相遇時的天氣變化,預設值的海洋氣團溫度高、溼度高(可調)、於東方,大陸氣團溫度低(沒設置溼度條件)在西方,操作的時候先按下繼續,然後觀察粒子的移動狀態,若將壓力加速度拉桿拉到最低,可以看到高溫粒子所屬氣團會上升,低溫會下降,溫差可以調整以觀察模擬。

步驟

  • 粒子的顆粒預設最小,數量預設16000,沒事不要拉到最高,若設備效能因素,可以降低粒子數並加大粒子半徑也是可視化
  • 觀察看看粒子怎麼動,並嘗試解釋
  • 觀察地表風與高空風、了解溫度對氣團影響、高氣壓低氣壓的流動方向
  • 把成雲倍率這個拉桿提高,約到中間位置,這參數只是加速形成雲的速度
  • 冷鋒如何形成?暖鋒呢?台灣很少聽說暖鋒,為什麼?
    • 去推冷氣團,推桿有兩個方向,一個是把暖氣推往冷氣(暖鋒),預設是大陸冷氣團推海洋熱氣團(冷鋒),觀察成雲位置,以及可能的降雨狀況。
    • 可按下重設來回復預設
  • 嘗試看看怎麼樣可以達到滯留鋒?

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2025-10-13

蟑螂縮放複製器

與一般的凸透鏡模擬不同,簡化成有三種影像,分別是正立放大虛像、倒立縮小以及放大實像,我覺得只要這幾個能判斷出來,理應可以面對會考的模擬題目。
情境上是在固定樓層板中可以複製出天花板蟑螂出來,是縮小還是放大取決於 f~2f or 2f 外,f 可調整,若是在同一個焦距內可以複製出一大一小就會生個小家庭出來。

你必須要養出三個家庭的蟑螂,不同焦距會生出不同的家庭組合,

不是每個焦距都可以生出一大一小的蟑螂,母蟲都是比較大的,當遇到比較小的公蟲時,會生出小寶寶。要調整對的焦距才能複製出一公一母。

累積三個家庭的爸媽資料時,看看成像的區間是否跟 焦距 f 有關連?

要小心當像距等於焦距時,強光會聚集。

操作說明:

1. 在天花板上有一隻蟑螂,你有一隻可以複製牠的放大鏡,

2. 調整放大鏡上下位置會得到放大或縮小的蟑螂,滑鼠點一下就可以複製。

3. 若為平板或手機則是滑動移動放大鏡位置、手指放開就可以複製。


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淋巴圍城

這是一個塔防遊戲,目的是為了呈現淋巴結腫大後對病原體的影響,過往授課以口語表達,就覺得很塔防遊戲,透過 CHATGPT 對談把這個遊戲做了出來,為了顧及遊戲性以及對名詞的認識,套用並簡化了一些免疫功能。 

規則說明

目標與流程 

  • 守住 12 波攻擊(第 4 / 8 / 12 波為 Boss)。 
  • 開場暫停;先佈署 → 按繼續開第 1 波。 
  • 清場(場上無敵人且隊列為空)時,右下出現 5 秒 透明圓形倒數 → 自動進下一波。

生命與失敗 

  • 只有病原體逃出終點才 -1;擊殺不會扣命。 
  • Lives ≤ 0 立刻失敗;清除第 12 波即勝利。 

CP(cytokine points 免疫資源) 

  • 初始 150;擊敗敵人獲得 CP(波數越高倍率越大)。 
  • 出售返還 60% 成本;Boss 掉落較多 CP。 

站點與路線 

  • 初始 6 站點隨機散落。 每波開始前重繪路線(直+彎),總長約 1.45~1.6× 畫面寬,且一定繞過每個站點附近。 
  • 第 4 / 8 / 12 波各新增 2 站點。 

病原體介紹 

  • 病毒(Virus):移動極快、血量低,常成群出現。 
  • 細菌(Bacteria):速度與血量中等,是最常見的攻擊單位。 
  • 真菌(Fungus):移動緩慢但血量高,能承受多次攻擊。 
  • 原生生物(Protozoa):速度快、血量中等,擅長突破空隙。 
  • 寄生蟲(Helminth):超高血量、極低速度,擊敗後可獲大量 CP。 
  • 胞內寄生體(Intracellular):行動極快、血量低,但擅長偷襲。 

Boss 介紹 

  • 第 4 波 —〈莢膜巨怪〉(橘色六角):每隔數秒釋放小型細菌增援。 
  • 第 8 波 —〈變異風暴〉(藍綠六角):可短暫加速衝刺,忽略減速效果。 
  • 第 12 波 —〈蠕蟲女王〉(粉紫六角):定期護盾,死亡時釋放寄生蟲群。 
         每次擊敗 Boss 會獲得大量 CP,並新增兩個塔站點。 

免疫防禦塔介紹 

  • 補體系統(Complement) — 消耗 70 CP:快速射擊並貼標敵人;被貼標的敵人會受到巨噬細胞與抗體塔加成。 
  • 巨噬細胞(Macrophage) — 消耗 80 CP:高單體傷害;對貼標敵人額外加成。 
  • 發炎介質(Inflammatory Mediator) — 消耗 70 CP:範圍小傷+顯著減速;適合群控與拖延。 
  • 抗體塔(Antibody) — 消耗 90 CP:追蹤彈自動鎖定目標,射程遠、命中高但攻速較慢;對貼標敵人加成。 
  • 主動技能 追擊淋巴球(IL‑2) — 消耗 60 CP,冷卻 15 秒:召喚追擊淋巴球,自動追蹤最近敵人,存活 10 秒,每 0.25 秒攻擊一次。 
  • 淋巴結腫大 — 消耗 50 CP,冷卻 20 秒:指定站點腫大 12 秒,產生圓弧迴路迫使敵人繞行,延長防守輸出時間。 

策略與提示 

  • 前期:前半段配置補體+巨噬,後半段放抗體與發炎介質,形成「標記 → 高傷 → 追蹤」鏈。 技能時機:Boss 來前先用腫大拖延;尾兵或高速單位交給 IL‑2 收尾。 CP 管理:難度越高的敵人與 Boss 給的 CP 越多;需要時可出售(返還 60%)。

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2025-09-30

元素Quarto

8年前, 對比 Ai 成為方便工具的現在,想要做一個小桌遊,遊戲規則比照 Quarto 來設計,市面上這遊戲內容物就是16個木頭,有以下幾 8 種特徵 ,總共有 2 的 4 次方共 16 個:

  • 高 or 矮
  • 顏色深 or 淺
  • 實心 or 有挖洞
  • 方形 or 圓形 

遊戲規則

兩人遊戲,輪到你時,挑選一個木頭給對方,對方要把它放4 x 4的格子內,若有同一特徵成直線即為獲勝,例如:某一直線都是圓形,這樣就贏了! 

那時利用這個桌遊的規則做一個化學元素符號的版本,需要有16種元素, 這些元素需符合 quarto 的棋子特性, 需要利用四個特性,每個特性可將16個分為兩組各八個, 盡可能讓16個元素特性排列出每個元素都有獨一無二的狀態,不要有彼此重複的特性如同原版遊戲木頭設計那般, 分類特徵為中學生學到的範圍,找出這16個元素,並且將四個特徵列表厚載細分兩類也分出。

透過與 chatGPT 的對話,他會呈現出幾種可能的組合,經過幾番討論與篩選,結果連結檔案 PDF,並且透過 canva ai 直接做出這個網頁版


2025-09-21

阿富汗相機

因為松果體操隊的活動辦理分享,我才知道阿富汗相機(先看影片介紹)這件事情,基本上就是一個行動暗箱,把鏡頭、相紙、含藥劑都放在一起,因為溫度與藥劑隨時間變化,利用黑白相紙對紅光不敏感的特性透過窺視孔確認顯影程度,以下記錄箱體設計流程:

  1. 拿古老顯微鏡的木箱來進行作業,減少製作木箱時間,先確認開口位置,決定開口朝上,但建議還是側邊開口,會比較好添加或更換藥劑。
  2. 需先決定鏡頭焦距再來設計箱體大小,我採用L39接環的放大鏡頭,可以用比較便宜的金額採購便宜又好的鏡頭。剛好牛奶蓋大小與 L39 接近,以黑色牛奶蓋黏貼,周圍遮光海綿貼上。
  3. 箱體不大時要決定相紙的 lanscape 或 portrait ,因為主要要呈現人像,以portrait 為主,固定相紙的部分採用3.5" x 5" 再切半,以壓克力切三層結構,最後方的為白霧面壓克力,大小羽片幅相同,外框採霧黑壓克力,霧面朝鏡頭,避免反光,對焦平面的白霧面也朝向鏡頭方,中層為內框等同片幅的 1mm 壓克力,最前方為略小縮邊各 1mm 的壓克力。側邊需最後層外凸一個平面方便相紙插入。
  4. 因為顯影時需要看到內部,利用3mm紅透色壓克力於藥槽旁開洞貼合,以收光,上方一樣貼和紅透壓克力以觀察內部。
  5. 要呈現正像,所以內部藥槽以顯影和漂白為主,離開漂白程序後要先過水,再進入二曝、二顯與定影流程,這裡的二顯就跟首顯分開,以減少不必要的意外。

  6. 鑷子可以用磁鐵吸在內部,活動時若有人可以協助,可在漂白後請協助人利用另一隻鑷子夾出過水,因為這時後手還在裡面。

注意事項

  1. 曝光時間先抓一秒,以 RC 相紙 -5ev 值來計算。
  2. 顯影以 D72 為例,稀釋比 1+3 or 1+4,慢一點好,二顯的時候可以提高。箱體可容納的盒子以 50 + 150 ml 為上限。
  3. 漂白以過錳酸鉀配稀硫酸配方為例,操作五次藥效會下降,需要補充過錳酸鉀或換溶液
  4. 再曝光時要注意環境光線變化,出暗箱後我以黑色水桶來過水,儘量漂洗後再曝光,算個秒數記錄以利後續修正。
  5. 提醒參與者最後水洗十分鐘。

單式顯微鏡

之前做的時候,花時間在黏貼玻璃珠,尤其是兩張黑色卡典西德鑽孔後要對到正中央再把玻璃珠夾貼在卡片上,花不少時間。改變做法:

1. 整盒卡片統一鑽孔,2mm的玻璃珠使用1.2mm 鑽孔 ;因為這樣處理,相對容易嵌進 1mm 珠了,鑽孔時使用 0.8 mm 鑽頭。

2. 黏貼的方式採用紫外膠,但卻不可避免留了一些殘留在珠表面,但製作的速度變快了。

操作

1. 鑽孔要來回去掉屑

2. 紫外光膠須先點在塑膠表面上,再用鑷子夾取玻璃珠沾取

3. 珠子卡在洞較少露出的那部分靠著蓋玻片

其他操作過程影片

2025-08-26

改浮游生物網

原本使用浮游生物網下方的塑膠罐不耐高溫曝曬而碎裂,加入針筒來替代下方收集瓶,本次修改重點:

1. 收集完水樣分裝方便,有些生物靜置下沉時,學生不會取樣後攪拌到混勻,可直接滴到玻片上

分裝方便

2. 接孔統一,只要固定好網子下方的軟管,拆卸方便

3. 針筒不用特別封口,水樣也不會大量流出,兼通氣用途

4. 另外加入釣竿,用便宜的就好,採樣範圍加大許多

## 遭遇一些問題

記錄四個版本的差異:

1. 單純的繫上針筒,撈了半天發現水都灌不進去,才驚覺裡面氣體出不來,水也就進不去,於是撈了撈就拿出來抽水進去,雖然有些許濃縮,但樣液太少。

2. 既然要有孔洞,那針筒後方開個洞,讓水可以流進去就好,但孔洞要封上濾網,既然都要開洞了,那怎麼不乾脆做一個單向閥,既然都有針筒了,那就一進一出,出的地方有濾網就好,又攜帶方便。但結果不好,主要是進水量太少了,過濾有作用,但效益低落。

3. 跳回去前面的思維,就在針筒拉到最後方的前面一點點開洞、封濾網(用熱融膠即可)。正式上場時卻發現空筒的空氣量會讓針筒浮起,看是要加重、還是灌一些現場的水樣進去都可以,倒是孔洞開在後方有利氣體溢出。但開洞的位置使收起的時候水位太低。

左為版本 3,右為版本 2(好稀)

4. 將洞開在中間,並且多打幾個洞,有利溢流,因為針筒接孔不大,液體進來若後面壓力可以小一點理應有利過濾,另外,打中間的好處是取樣結束後推擠進入一半高度時,就可讓水樣不流出。


## 結果

1. 濃濃的結果

2. 顯微鏡下


2025-06-12

人口問題議題報告

前言

使用康版七年級下學期課程,第五章分兩部分,5-1 為生物多樣性的威脅、後續為 5-2 保育作為,在學生報告後再上課本的保育措施以及相關法律,時間規劃分三階段:
1. 說明報告內容,使用平板 felo 資料
2. 電腦教室 MD 格式繪製心智圖
3. 大電視報告、回答問題


目標

1. 線上工具使用教學
  • Felo 資料搜尋
  • Markdown 格式說明
  • Napkin 心智圖工具 

2. 倡議關心生活議題,並找出合理的解決之道


操作流程

1. 人口爆炸衍伸出的議題,課本描述了一些,教師聚斂並修正了部分
  • 資源損耗
    • 糧食
    • 森林
    • 能源
  • 空間減少
  • 污染增加
    • 空氣污染
    • 水污染
    • 廢棄物污染
2. 將上述 7 個議題分組,說明小組報告規則
  • 每組報告一分鐘,回答問題一分鐘
  • 只用一張心智圖呈現
  • 需包含四個次主題
3. 版書說明心智圖四個層級需包含的報告內容
  • 心智圖最核心 - 即報告的主題
  • 心智圖第二層 - 四個次主題或次議題,每人負責一個
  • 心智圖第三層 - 次主題如污染主成份、次議題延伸其成因、影響因素或舉例說明
  • 心智圖第四層 - 最外層,提供的積極或消極解決之道
  • 次主題範例說明:
    • 空間主題:如台灣房地產節節高升,影響社會的四個層面,說明個層面成因以及最後解決的方法
    • 糧食主題:四個次主題可為過度捕獵、良心商店減少食物浪費、種子銀行拓展未來、黑心食品等皆可
4. 使用 felo 協助挑選適合的次主題,可以增加、但不要少於,每人負責其中一個次主題的延伸,因此時 felo 不需登入,簡單搜尋的結果可以直接決定並在筆記本寫下小組各自分配的次主題,只要再追問就可以深入到解決方法
5. Napkin 排版教學,這裡使用共用帳號,可事先開好 班級名稱 - 新主題,方便學生登入後選擇正確檔案,示範生成心智圖歷程
  • 利用 Markdown 格式建立四個次主題
  • 按 Tab 縮行貼第三層、第四層
  • 全選、閃電、選樣式、詳盡文字內容
  • 匯出 A4 PDF 即完成

2025-06-05

生態系 2.5D 模型製作

為傳達熱點保育重要性及生物多樣性概念,讓學生製作生態系小模型,

時間點於生態系介紹後,銜接生物多樣性課程之前執行,


作品要求兼具生物多樣性、需有營養層級概念

不著色一節課可完成,


材料:棉線、針。或者直接選用風箏線就不用針,速度快,但線無法上色。


於海洋生態系課程結束時介紹熱點概念,

預告模型製作,播放模型製作歷程以及範例。



學生事先分兩組:海洋組和森林組,

發下紙板事先讓學生繪製,能縮短下堂課的製作時間。


紙板大小為 6 cm x 18 cm,折完後為 6x6x6 立方公分,

影片的範本為 10x10x10 太大不適合一個人製作,且增加備料時間。


備料說明:

  • 分別搜尋海洋以及森林動物、珊瑚礁、樹的剪影
  • 使用 Inkscape 描繪剪影圖片得到向量圖
  • 繪製背板以及打孔位置、設定五排孔洞,分別為 3 , 2 , 3 , 2 ,3,每個洞 1 mm 
  • 雷射切割檔案,這邊以 1mm 厚度牛奶紙為例,一張 54.5 x 39 cm,其生物量約可提供一班級使用


當節課說明

  • 需有生產者:森林組用大小樹三棵以上、海洋組用珊瑚三株以上當作共生生產者
  • 消費者需有初級、次級、高級三階段,注意數量分配,模型大小也無法放太多,大多 7 - 10 個族群
  • 串線及分配圖層、線串滿為 13 組孔洞,建議 10 條線以內,長度約 90 cm 以內,線頭打結以卡住孔洞,可以用保麗龍膠點在洞孔幫助卡住,過線時由近景往遠景串,以繃著紙板,注意紙板折彎方向。
  • 黏上生物就完成!若要塗色皆須事先處理

學生操作歷程以及成果



2025-05-13

鋁線折病毒模型


本活動用以說明噬菌體蛋白質外殼以及核酸注入之模型製作,材料為金屬線,工作時間約 20 分鐘,為簡化模型,不包含 20 面體之型態以及尾絲數量與真實不同。

工具:尖嘴鉗、尺

材料:3mm 鋁線 30 cm 長兩段

製作方式

  1. 將 30cm 鋁線對剪,取 15 cm 製作如鑰匙外觀之病毒外殼,因金屬凹折長度會縮短,中間開始對稱的凹折,完成後能接近對稱。彎折時以鉗具夾持,角度呈現會比較一致。製作兩段,長得有點像鑰匙。

  2. 剪一小段吸管 5 mm 作為尾端,將兩段插入以吸管套著。
  3. 把腳折彎出來,整理一下形狀。
  4. 再取一條 10 cm 鋁線,三分之一處折彎。
  5. 折彎下來的一股與原來的股螺旋扭曲如兩股 DNA。
  6. 插入吸管套筒中,延伸的一股模擬 DNA 注入流程,完成模型。 
    兩條鋁線夾緊,中間重疊一半
    另一把鉗子扭轉
    多餘的部分剪掉
    插入中心,當做核酸
    上方做個彎鉤可以固定






2025-03-04

定影歷程

定影劑與硫代硫酸鈉殘留整理

定影的目的,是將底片或相紙中未曝光、未顯影的殘留鹵化銀溶解並清除,只留下顯影後形成影像的金屬銀。若未顯影的鹵化銀仍留在材料中,日後仍可能繼續對光線敏感,造成影像變色、霧化或保存性下降。因此,定影是讓影像在光線下穩定並可長期保存的重要步驟。

定影液濃度範例

以 AP 顯影罐約 300 c.c. 工作液為例,若配製 20% 硫代硫酸鈉溶液,可理解為約 60 g 硫代硫酸鈉加上約 240 g 水。
硫代硫酸鈉的化學式為 Na2S2O3。在傳統黑白攝影中,它是定影劑的主成分,能與溴化銀 AgBr 反應,使原本不溶於水的銀鹽形成可溶性的銀硫代硫酸錯合物。

定影反應

硫代硫酸鈉與溴化銀的整體反應可簡化表示為:

AgBr + 2 Na2S2O3 → Na3[Ag(S2O3)2] + NaBr

其中 AgBr 是感光乳劑中未曝光或未顯影的溴化銀晶體;Na2S2O3 是硫代硫酸鈉;Na3[Ag(S2O3)2] 是可溶於水的銀硫代硫酸錯合物;NaBr 是可溶於水的溴化鈉。
反應的核心並不是單純把溴化銀「洗掉」,而是硫代硫酸根離子 S2O32− 與銀離子 Ag+ 形成可溶錯合物,使未顯影的銀鹽離開乳劑層並進入定影液中。錯合過程可用下列步驟表示:

Ag+ + S2O32− → [Ag(S2O3)]
[Ag(S2O3)] + S2O32− → [Ag(S2O3)2]3−

這個可溶錯合物可隨定影液與後續水洗被移除。若定影不足,未完全溶出的鹵化銀可能殘留在底片或相紙中;若定影後水洗不足,定影鹽、銀硫代硫酸錯合物或其他含硫殘留物也可能影響長期保存。

亞硫酸鈉清除劑的作用

亞硫酸鈉 Na2SO3 可作為 hypo clearing agent 或 washing aid 的主要成分之一。它的主要功能不是直接將硫代硫酸鈉 Na2S2O3 化學分解為 Na2SO4 與 Na2S,而是促進殘留定影鹽、硫代硫酸鹽與銀硫代硫酸錯合物從乳劑、明膠層或紙基中擴散出來,使後續水洗更有效率。

因此,以下反應式不建議作為正式說明:

Na2S2O3 + Na2SO3 → Na2SO4 + Na2S

這個式子沒有平衡,也會誤解成亞硫酸鈉能直接把硫代硫酸鈉轉化成硫酸鈉與硫化鈉。比較正確的寫法是:亞硫酸鈉清除劑主要是水洗助劑,能降低殘留定影鹽留在材料中的機會,但使用後仍須充分水洗。

亞硫酸根可被氧氣氧化成硫酸根,反應可表示為:

2 SO32− + O2 → 2 SO42−

硫代硫酸根在特定氧化條件下也可能進一步氧化為硫酸根,例如在鹼性條件下可用下列總反應表示:

S2O32− + 2 O2 + 2 OH → 2 SO42− + H2O

若同時把硫代硫酸根與亞硫酸根納入理論氧化反應,鹼性條件下可配成:

2 S2O32− + 2 SO32− + 5 O2 + 4 OH → 6 SO42− + 2 H2O

不過,這些式子應視為理論氧化總反應,不能直接等同於一般暗房清除劑在短時間內的主要作用。攝影處理中的重點仍然是讓殘留物更容易被水洗帶走,而不是依賴亞硫酸鈉把所有硫代硫酸鹽氧化成硫酸鹽。

硫代硫酸鹽殘留與影像劣化

如果定影或水洗不完全,材料中可能殘留硫代硫酸鹽、銀硫代硫酸錯合物或其他含硫殘留物。這些殘留物在高濕、高溫、酸化或污染環境下,可能使影像變黃、變褐、產生斑點或降低保存壽命。
硫代硫酸根在酸性環境中可能先形成不穩定的硫代硫酸,再分解為硫、二氧化硫與水:

S2O32− + 2 H+ → H2S2O3
H2S2O3 → S + SO2 + H2O
SO2 溶於水時,可與水形成亞硫酸平衡:
SO2 + H2O ⇌ H2SO3

因此,若要說明 H2SO3 的來源,較合理的寫法是:酸性條件下,硫代硫酸根可能分解產生 SO2,而 SO2 溶於水後形成亞硫酸平衡。不宜簡化成「硫代硫酸鈉遇水直接生成 H2SO3」。
H2S 也不宜寫成硫代硫酸鈉殘留的直接結果。硫化氫通常需要硫化物 S2− 或 HS 在酸性條件下生成,例如:

S2− + 2 H+ → H2S
HS + H+ → H2S

這類情況通常需要更還原性的環境、硫化物污染、微生物作用或其他副反應。單純少量硫代硫酸鈉殘留,不應直接寫成會產生 H2S。

殘留含硫物質與影像銀的反應,是影像劣化的重要風險之一。不過,以下反應式不適合作為正式簡化式:

2 Ag + Na2S2O3 → Ag2S + Na2SO4

這個式子沒有平衡,也過度簡化硫代硫酸鹽殘留導致影像變質的路徑。比較安全的寫法是:殘留定影鹽、銀硫代硫酸錯合物或其他含硫降解產物,可能在不良保存條件下與影像銀反應,形成黃色、褐色或黑色銀化合物,其中包含硫化銀 Ag2S 的可能性。

若只是表示硫化銀形成的終點,可用概念式表示:

2 Ag + S → Ag2S

若環境中有硫化氫與氧氣參與,可用下式表示銀表面硫化的概念:

2 Ag + H2S + 1/2 O2 → Ag2S + H2O

這些式子只能表示可能的劣化結果,不應直接等同於硫代硫酸鈉殘留的單一步驟反應。

水洗與保存注意事項

定影、清除劑與水洗時間不可一概而論,應依材料種類與保存需求調整。底片、RC 相紙與 FB 纖維紙基相紙的吸水性、藥劑殘留程度與水洗難度不同;定影劑是否為快速定影劑、是否含硬膜劑、定影液是否接近耗盡,也會影響後續水洗需求。

一般來說,底片的藥劑較容易洗出;RC 相紙因有樹脂塗層,水洗時間通常比 FB 纖維紙基相紙短;FB 相紙的紙基會吸收更多化學物質,若追求長期保存,通常需要較完整的定影、清除劑與水洗流程。若使用清除劑,仍不能省略最後水洗,因為清除劑本身與被置換出的殘留物也需要被水帶走。

實務上可掌握幾個原則:定影液不可過度耗盡;底片或相紙定影後應先短暫沖洗,再使用清除劑;清除劑處理後需充分水洗;若作品要長期保存,應依底片、相紙與定影劑廠商的保存級流程調整時間。保存環境也很重要,完成處理後的底片與相紙應存放於乾燥、避光、低溫且通風良好的環境,避免高濕、高溫與污染氣體加速影像劣化。

結論

定影劑中的硫代硫酸鈉會使未顯影的鹵化銀形成可溶的銀硫代硫酸錯合物,讓影像只留下顯影後的金屬銀。亞硫酸鈉清除劑的主要功能是幫助殘留定影鹽與錯合物被洗出,而不是直接把硫代硫酸鈉分解成硫酸鈉與硫化鈉。硫代硫酸鹽殘留確實可能影響影像保存,但應以「殘留含硫化合物在不良保存條件下導致影像銀劣化」來表述,不宜使用未配平或過度簡化的反應式。定影、清除劑與水洗時間應依底片、相紙、定影劑種類與保存標準調整。

顯影歷程

顯影劑主要成分與作用整理

一般來說,顯影劑包含以下幾個主要成分:

  • 主劑
  • 鹼劑
  • 抗氧化劑
  • 防霧劑

主劑

顯影劑是一種還原劑。過程中,顯影劑會將 AgBr 還原為 Ag,而顯影劑自身則被氧化。
2 AgBr + 2 R–OH → 2 R=O + 2 H⁺ + 2 Br⁻ + 2 Ag

當 R = Metol 時:
CH₃C₆H₄(NH₂)OH → CH₃C₆H₄(NH₂)O + H⁺ + e⁻

當 R = Hydroquinone 時:
C₆H₄(OH)₂ → C₆H₄O₂ + 2 H⁺ + 2 e⁻

Metol 還原速度較快,能夠在影像的初期階段快速產生低對比度的圖像。Hydroquinone 還原作用較強,但速度較慢,通常用來產生較高的對比度。
這兩個藥劑都有安全疑慮,操作前需有安全規定相關說明。可用以下影片作為說明素材:


影片中有些值得討論的點:

  • 是否接受活體捐贈眼角膜?
  • 攝影師的相機倒影是什麼倒影?
  • Hydroquinone 的毒性屬於什麼性質?
  • 被有疑慮的藥劑噴濺到眼睛時,緊急處理應為何?
  • 正常的藥劑應該如何處理?

鹼劑

pH 越高,顯影效力越大,反差也越大。弱鹼對水溶液 pH 的改變較緩和,因此在這裡主要以亞硫酸鈉和硼砂作為弱鹼緩衝溶液。
以下為利用 100 g 無水亞硫酸鈉溶於 1 L 水,所得酸鹼值的計算歷程:

Na₂SO₃ → 2 Na⁺ + SO₃²⁻
SO₃²⁻ + H₂O ⇌ HSO₃⁻ + OH⁻
Kᵦ = K_w / Kₐ₂
Kᵦ = 1.0 × 10⁻¹⁴ / 6.6 × 10⁻⁸ ≈ 1.52 × 10⁻⁷
C = 100 g/L ÷ 126.04 g/mol ≈ 0.793 mol/L
[OH⁻]² ≈ Kᵦ × C
[OH⁻]² ≈ 1.52 × 10⁻⁷ × 0.793 ≈ 1.21 × 10⁻⁷
[OH⁻] ≈ 3.47 × 10⁻⁴ M
pOH = −log(3.47 × 10⁻⁴) ≈ 3.46
pH = 14 − 3.46 ≈ 10.54


抗氧化劑

抗氧化劑的主要功能,是避免顯影主劑受氧影響而降低效力。因此,在配製顯影劑時,常會透過一些方式降低溶氧量,包含:

  • 先溶一點亞硫酸鈉,但不能太多,因為高濃度亞硫酸鈉不利於 Metol 的溶解。
  • 使用煮沸過的水,可以趕出一部分溶氧。
  • 保存瓶填裝液體時,盡可能接近瓶口,或使用可壓縮體積的瓶身。

若以 Hydroquinone 為例,其氧化反應如下:
C₆H₄(OH)₂ + O₂ → C₆H₄O₂ + H₂O₂

Hydroquinone 會被氧化為對苯醌(quinone),使 Hydroquinone 的還原力下降。氧氣作為氧化劑,會搶奪 Metol 和 Hydroquinone 釋放的電子。
若有亞硫酸鈉介入,則反應如下:
2 Na₂SO₃ + O₂ → 2 Na₂SO₄

  • 亞硫酸鈉與氧氣的反應速率:亞硫酸鈉與氧氣的反應速率非常快,特別是在鹼性環境中。反應速率常數 k 受溶液 pH 和溫度影響,但在一般顯影條件下,亞硫酸鈉與氧氣的反應速率常數約在 10³–10⁴ M⁻¹s⁻¹。
  • Metol 與氧氣的反應速率:Metol 與氧氣的反應速率相對較慢,通常在 10¹–10² M⁻¹s⁻¹ 的範圍。這使得 Metol 更容易被亞硫酸鈉保護,因為亞硫酸鈉會先與氧氣反應,減少 Metol 的氧化。

防霧劑

在顯影時,若有不應曝光的區域卻產生曝光效果,即是發生銀離子不正確地還原出銀原子。正常說來,光會使 AgBr 分解,釋出 Br⁻ 和 Ag⁺;Ag⁺ 捕捉到電子後,形成銀原子。
若有未曝光的區域卻出現顯影反應,可以加入溴化鉀來抑制灰霧發生。

已曝光的區域

  • 顯影劑還原更多 Ag,使之成為最終可見影像的一部分。
  • Ag 會吸引更多 Ag⁺ 聚集,並還原形成密集的銀顆粒。

未曝光的區域

  • Br⁻ 抑制顯影劑對未曝光區域的活性,防止 Ag⁺ 被還原成 Ag。
  • Br⁻ 會與顯影劑中的還原劑競爭未曝光的 Ag⁺,並將不應被還原、但已部分還原的 Ag 物質氧化回 Ag⁺。

Ag⁺ + e⁻ → Ag   E° = +0.7996 V
2 Br⁻ → Br₂ + 2 e⁻ E° = +1.065 V

已曝光區域的 Ag⁺ 還原為 Ag,此反應由顯影劑中的還原劑提供電子。對於未曝光區域,Br⁻ 會阻止 Ag⁺ 還原;若已有銀原子形成,Br⁻ 還可以氧化這些 Ag,使其回到 Ag⁺。


顯影劑配方

D-76

  • 水,52℃,750 mL
  • Metol:2 g
    低對比、低亮度
  • Na₂SO₃:100 g
  • Hydroquinone:5 g
    高對比、高亮度
  • Borax:2.0 g
    Na₂B₄O₇,四硼酸鈉
  • 加水至 1 L

D-23

  • 水,52℃,750 mL
  • Metol:7.5 g
  • Na₂SO₃:100 g
  • 加水至 1 L

Caffenol

  • 咖啡
  • 蘇打:Na₂CO₃,54 g
  • 維他命 C:16 g
  • KBr:1 g
    咖啡顯影的補充如下:

C₉H₈O₄

  • 多酚化合物,具有酚羥基 –OH。
  • 通過氧化釋放電子,將銀離子還原為銀原子。氧化後,咖啡酚轉化為對苯醌類的氧化產物。
    C₉H₈O₄ + 2 Ag⁺ → C₉H₆O₄ + 2 Ag + 2 H⁺ E° ≈ +0.3 V

C₆H₈O₆

  • 強還原劑。
  • 適合用於初期顯影。
  • 釋放出氫離子(H⁺),需要鹼性環境(Na₂CO₃)來中和,避免 pH 值下降。
    C₆H₈O₆ + 2 Ag⁺ → C₆H₆O₆ + 2 Ag + 2 H⁺ E° ≈ +0.06 V

氧化還原造相機

做了一個相機專案,十年前曾帶學生做過針孔相機,因沒有對應設備自己也還不會,就沒帶學生沖片,就少了顯影歷程後面那一大半。在協助科技中心發展教案時,就重新將流程走一次,發現整體說來很適合現在要推的 PBL 課程,在科學課程中包含了物理的光學、化學的氧化還原沖片歷程、生活科技的快門機構連動、資訊科學的 Ai 以及快門偵測模組。



教學設備

電腦、Raspberry pico板、光敏電阻、麵包板、麵包線、雷射切割機、MakerCase、TinkerCAD、帶鋸、斜口鉗、顯影罐、暗袋、燒杯、電子秤、手套、口罩個人防護用具

先備知識

Micropython基本語法、麵包線接線方式、氧化還原、光學透鏡相關知能

學習目標

1 能簡短彙整資料表達相機科技發展歷史,並說明科技與科學發展兩者互動關係

2 運用光學所學紀錄並設計設備、泡製顯影所需要藥劑、能運用氧化還原正確步驟加入正確藥劑

3 根據所需製作出機體外殼、設計模擬繪圖

4 製作出相機本體

5 根據製作出的相機撰寫程式偵測快門速度、能根據成像三要素完成攝影、能說明 Ai 基本運作原理與應用


學習內容與學習表現雙向細目表

雙向細目

 ti-Ⅳ-1能依據已知的自然科學知識概念,經由自我或團體探索與討論的過程,想像當使用的觀察方法或實驗方法改變時,其結果可能產生的差異;並能嘗試

在指導下以創新思考和方法得到新的模型、成品或結果。

 pe-Ⅲ-2能正確安全操作適合學習階段的物品、器材儀器、科技設備及資源。能進行客觀的質性觀察或數值量測並詳實記錄。

s-IV-1能繪製可正確傳達設計理念的平面或立體設計圖。

c-IV-1能運用設計流程,實際設計並製作科技產品以解決問題。

t-IV-4能應用運算思維解析問題。

Jc-Ⅳ-5生活中常見的氧化還原反應與應用。


活動二

泡製顯影所需要藥劑

能運用氧化還原正確步驟加入正確藥劑




Ka-Ⅳ-9 生活中有許多運用光學原理的實例或儀器,例如:透鏡、面鏡、眼睛、眼鏡及顯微鏡等


活動二

運用光學所學紀錄並設計設備

活動五

能根據成像三要素完成攝影




N-IV-3科技與科學的關係。

活動一

連結相機發展時科學與科技關聯性





P-IV-2設計圖的繪製。



活動三

設計模擬繪圖



P-IV-6常用的機具操作與使用。



活動三

設計模擬根據所需製作出機體外殼繪圖

活動四

製作相機本體


S-IV-4科技產業的發展。

活動一

能簡短彙整資料表達相機科技發展歷史





P-IV-5模組化程式設計與問題解決實作。





活動五

製作出的相機撰寫程式偵測快門速度


說明 Ai 基本運作原理與應用

領域/科目別:

主要科目

自然科學





次要科目

生活科技





次要領域

資訊科技




核心素養:

-J-A1能應用科學知識、方法與態度於日常生活當中。



-J-A2運用科技工具,理解與歸納問題,進而提出簡易的解決之道。



-J-B3了解美感應用於科技的特質,並進行科技創作與分享。


學習表現:

 ti-Ⅳ-1能依據已知的自然科學知識概念,經由自我或團體探索與討論的過程,想像當使用的觀察方法或實驗方法改變時,其結果可能產生的差異;並能嘗試

在指導下以創新思考和方法得到新的模型、成品或結果。



 pe-Ⅲ-2能正確安全操作適合學習階段的物品、器材儀器、科技設備及資源。能進行客觀的質性觀察或數值量測並詳實記錄。



s-IV-1能繪製可正確傳達設計理念的平面或立體設計圖。



c-IV-1能運用設計流程,實際設計並製作科技產品以解決問題。



t-IV-4能應用運算思維解析問題。


學習內容:

Jc-Ⅳ-5生活中常見的氧化還原反應與應用。



Ka-Ⅳ-9 生活中有許多運用光學原理的實例或儀器,例如:透鏡、面鏡、眼睛、眼鏡及顯微鏡等



N-IV-3科技與科學的關係。



P-IV-2設計圖的繪製。



P-IV-6常用的機具操作與使用。



S-IV-4科技產業的發展。



P-IV-5模組化程式設計與問題解決實作。



評量方式


單元

評量編號

以學習表現作為評量標準

對應之學習內容類別

評量名稱

具體評量方式

活動一

科技產品演進

1

 ti-Ⅳ-1能依據已知的自然科學知識概念,經由自我或團體探索與討論的過程,想像當使用的觀察方法或實驗方法改變時,其結果可能產生的差異;並能嘗試

在指導下以創新思考和方法得到新的模型、成品或結果。

S-IV-4科技產業的發展。

筆記本:簡易相機發展歷程

檔案評量:根據上課歷程完成筆記本,能完善記錄並額外補充者 100 分,完善記錄者 95分,部分完成根據比例給分

活動二

底片相機科學與數學原理

2a

 pe-Ⅲ-2能正確安全操作適合學習階段的物品、器材儀器、科技設備及資源。能進行客觀的質性觀察或數值量測並詳實記錄。

Ka-Ⅳ-9 生活中有許多運用光學原理的實例或儀器,例如:透鏡、面鏡、眼睛、眼鏡及顯微鏡等

2a 操作透鏡進行成像

口頭發言:能說出以下類別生活實例者,加平常分數一分:

  • 使用平板以及電腦差異者
  • 不同電腦作業系統差異
  • 平板與手機差異

2b

Jc-Ⅳ-5生活中常見的氧化還原反應與應用。

2b 實作評量:藥劑泡製

實作評量:確認是否配藥正確。能正確配藥者 100;部分完成者 80 ; 無法完成但能說明各配藥原則 60 分。

2c

Jc-Ⅳ-5生活中常見的氧化還原反應與應用。

2c 使用沖片罐

小組實作評量:能正確組裝者 100;部分完成者80 ; 無法完成但能說明各組裝原則 60 分。

活動三

相機結構

3a

s-IV-1能繪製可正確傳達設計理念的平面或立體設計圖。

P-IV-2設計圖的繪製。

3a 小組評量,makerCase作品呈現

小組實作評量:能正確組裝者 100;部分完成者80 ; 無法完成但能說明各組裝原則 60 分。

3b

3b 個人分數,TnkerCAD 3D 圖檔繳交

實作評量:能繪製設計圖且尺寸規格符合需求者100;尺寸不符合需求或部分完成者 80 ; 無法完成但能說明繪圖原則或操作流程者 60 分。

活動四

相機機構

4

c-IV-1能運用設計流程,實際設計並製作科技產品以解決問題。

P-IV-6常用的機具操作與使用。

實作評量

小組實作評量:能正確組裝者 100;部分完成者80 ; 無法完成但能說明各組裝原則 60 分。

活動五

攝影課程

5a

t-IV-4能應用運算思維解析問題。

P-IV-5模組化程式設計與問題解決實作。

5a 能利用模板進行快門偵測器改寫與使用

實作評量:

能正常配線兩個電阻的線路,且能讓程式正常運作者 100 ;程式正常運作但配線部分完成者 80 ;沒有串接電阻但正負極配程式部分 while loop 主結構正確者 60 分。此項務必通過。不通過者需補交至及格以上

5b

 pe-Ⅲ-2能正確安全操作適合學習階段的物品、器材儀器、科技設備及資源。能進行客觀的質性觀察或數值量測並詳實記錄。

Ka-Ⅳ-9 生活中有許多運用光學原理的實例或儀器,例如:透鏡、面鏡、眼睛、眼鏡及顯微鏡等

5b 能根據曝光與時間表格讀取曝光表

小組口頭評量:小組能搭配溫度-時間表回答正確快門光圈組合者100;不能回答出的組別 0 

5c

Jc-Ⅳ-5生活中常見的氧化還原反應與應用。

5b 根據不同底片進行查表作業,能根據不同溫度進行不同時間的顯影流程

實作評量:

能搭配時間表正確使用沖片罐且片軸上片正常者100;能正確使用沖片罐,但上片軸過程部分失敗導致底片折損者或顯影時間錯誤估量導致顯影或定影失敗者 80  ; 上片軸失敗,但沖片罐能在正確步驟開啟者 60 分。若顯影和定影步驟顛倒或因先後順序錯誤、開蓋影響顯影者則不及格,此項務必通過。不通過者需補測至及格以上

5d

t-IV-4能應用運算思維解析問題。

P-IV-5模組化程式設計與問題解決實作。

5d 討論與小組作業

檔案評量:

於書面報告上呈現 Ai 利用黑白轉為彩色需要哪些步驟,並附註說明相關模型如何建置


課程開發歷程

前測時,需確認是否能自沖,添購二手底片相機、沖片設備、藥水,先試沖確認成功後,轉給學生實作針孔相機版本,為了加速歷程,使用紙板進行,後續製作雷切版本模板方便快速成型,學生確認沖片成功後再製作本次活動主要的機型。以下為課程開發測試流程:

1. 相機拍照

2. 購置現成沖片罐暗袋使用

3. 購買 kit 藥劑洗底片

4. 即可拍拆解

  • 帶鋸左右桶位
  • 頂透明蓋
  • 計數器
  • 保留快門
    • 是:元件較完整、避免過片引發震動、
    • 否:機構簡易、快門不需設計觸發

5. 機殼設計

  • makercase 建模
  • 開洞
    • 正面
    • 頂蓋
  • 修正高低
  • 伸縮部件修改
    • 纖維方向平行於伸縮縫
    • 切面朝內:折合時內徑較小、雷切後部分削除有利折合
    • 延長
    • 定位後雷射機台調整中心點焦距以切除完整
    • 側邊纖維方向修正
  • 底片位置
    • 右:回卷後往右過片,置入底片後,拉出底片固定於左側空白筒
    • 左:過片並拍攝、完再回卷 

6. 紙片針孔相機製作

  • 內中外三層
  • 注意遮光

7.自行配藥

  • 顯影
  • 定影