一起来用Scratch探索生命科学——探究细菌繁殖过程

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嗨!各位同学,大家好!

     我是慧鱼小编。

     接下来,我们就用显微镜来观察一下细菌繁殖的过程吧!

 

 1、项目介绍 

      

         我们用Scratch来帮助学习生命科学知识。在编写程序前学习一下相关的专业知识是很有必要的。这不仅可以指导我们把程序做的符合客观规律,也能够在学习过程中找到设计灵感,体验学习的乐趣。

 

 

1.1 细菌

探究细菌繁殖过程

       细菌(学名:Bacteria)是指生物的主要类群之一,属于细菌域。也是所有生物中数量最多的一类,据估计,其总数约有5×10^30个。细菌的形状相当多样,主要有球状、杆状,以及螺旋状。

       细菌也对人类活动有很大的影响。一方面,细菌是许多疾病的病原体,包括肺结核、淋病、炭疽病、梅毒、鼠疫、沙眼等疾病都是由细菌所引发。然而,人类也时常利用细菌,例如乳酪及酸奶和酒酿的制作、部分抗生素的制造、废水的处理等,都与细菌有关。在生物科技领域中,细菌也有着广泛的运用。

 

 

1.2细菌的结构

 

      细菌的结构分为基本结构和特殊结构。基本结构是各种细菌都具有的结构,包括细菌的细胞壁、细胞膜、细胞质、核质。某些细菌特有的结构称为特殊结构,包括细菌的荚膜、鞭毛、菌毛、芽胞。

 

1.3 细菌的繁殖

 

        细菌是非常微小而又原始的生物,所以它们的繁殖方式及在培养基上的生长情况与高等动植物细胞有较大的差异。

       细菌主要以无性二分裂方式繁殖(裂殖),即细菌生长到一定时期,在细胞中间逐渐形成横隔,由一个母细胞分裂为两个大小相等的子细胞。细胞分裂是连续的过程,分裂中的两个子细胞形成的同时,在子细胞的中间又形成横隔,开始细菌的第二次分裂。有些细菌分裂后的子细胞分开,形成单个的菌体,有的则不分开,形成一定的排列方式,如链球菌、链杆菌等。

       细菌的繁殖速度很快,一般细菌约20~30min便分裂一次,即为一代。

 

 2、功能描述 

 

         到目前为止,我们了解了细菌的结构和繁殖过程。细菌的繁殖过程,实质上就是由一变二的过程,并且按照一定的时间间隔,不断的重复、重复再重复。

        在Scratch程序里,我们要模拟出在显微镜下观察细菌,能看见细菌由1变2,由2变4,由4变8,并且持续繁殖的过程。

 

 3、素材准备 

 

         在编写程序前,需要先为角色准备造型素材。因为造型的设置,会影响程序的编写。

         这节课的主角是细菌和显微镜。细菌的形状主要有球状、杆状,以及螺旋状,尤其是球状细菌,结构简单,我们完全可以自己动手绘制。

 

 

3.1 显微镜图片

 

        我们还是在造型里面绘制一个显微镜的视图。

               大家看出上面的造型有没有啥特别之处呢?

     没错,造型中有中文的文字!

         在Scratch2.0版本中,我们没有办法在造型里添加中文文字,但是在Scratch3.0版本中,这个功能就可以轻松实现了。大家可以下载一个Scratch3.0版本的软件,或者使用基于3.0技术的国产图形化编程软件。

 

 

3.2 细菌的造型

 

        在前面的学习过程中,我们知道了细菌的繁殖过程。如何以动画的形式来展现这个过程呢?最简单的方法就是把细菌的分裂过程拆分成几个阶段,每个阶段用一幅图片来表现,然后把这些图片添加到细菌角色的造型中,用编程的方法依次切换造型即可。

     下面一系列图片就是我用Scratch自带的造型工具绘制出来的。如果你想要更细腻的效果,除了把每一幅画刻画的更加细致以外,还可以把分裂过程拆分成更多阶段,增加图片的数量。

          通过观察图片,你就可以知道当前细菌正处于哪个分裂阶段。

 

 

 4、编写程序 

 

 

4.1 思路介绍

 

#4.1.1 单个细菌的分裂过程#

         如前面分析,我们只需要让细菌角色按照一定的时间间隔,从造型1依次切换到造型7即可。

#4.1.2 细菌的增殖#

       假设细菌不会死亡,只会越来越多,由于每一个细菌都是有生命的,它能按照自己的节奏(时间间隔)不停分裂繁殖。

       细菌完成一次分裂过程,数量就应该增加1个。目前,我们只有一个细菌角色,要看到更多的细菌,就应该增加更多的角色。要实现这个功能,在Scratch里面最好使用克隆技术。

       那么,在什么时候克隆细菌呢?当然是在完成一次分裂过程时。

 

#4.1.3 细菌的移动#

       只要细菌是活的,它就会移动。我们通过显微镜可以看到细菌是在杂乱无章的移动。为了表现出这个细节,我们可以写一段程序让细菌动起来。

       因为角色要移动,所以我们在设计角色造型的时候,务必要让造型的方向水平向右,也就是面向90°方向。再仔细看看造型3、造型4、造型5、造型6、造型7,好好体会一下这个细节吧。

 

 

4.2 程序样例

 

     接下来就是编写程序的时间了。以下程序仅供参考,希望同学们能够自由发挥,做出更棒的效果来。

      以下是细菌角色的主要程序。

 

 

 5、调试程序 

 

      在调试程序的过程中,为了表现出有的细菌繁殖的更早,有的更晚,我增加了这段代码。

        哦,对了!这段程序还有个Bug,你们能看出来么?如果看不出来也没关系,运行以后就能感受出来了。

        这个Bug就是随着细菌数量越来越多,克隆体也越来越多,系统资源被挤占,运行的效果变得越来越卡顿。

       要解决的办法就是控制克隆体的数量。这个问题就留给大家去解决吧。如果你有好的方法,也欢迎添加我们的公众号,一起来讨论吧。

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2020年8月3日 16:21
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