海洋教育Podcast系列》海科系副教授黃蔚人淺談海洋水質科技
「這要從一塊電路板Arduino開始說起」,黃蔚人以應用Arduino自製儀器的經驗為例,電路板上的晶片有不同腳位、不同功能,此外Arduino的軟體設計是開源軟體,即使不熟悉編程,也可以在網站上搜尋程式碼及套件,這大大地幫助學習者克服硬體跟軟體的問題。透過電路板Arduino再應用海洋訊號測量的基礎知識,便可設計出簡便的分光光度計來測量海水的pH值。
黃蔚人分享自己帶領學生應用Arduino來DIY分光光度計的過程。課程中會根據學生的程度給予不同完成度的素材,除了組裝及寫程式的教學,最後還會加入Arduino分光光度計比賽,讓學生能實測自己製作的儀器是否有足夠高的穩定性。在研發水質相關的儀器時,第一階段必須要能穩定測量水質訊號,連續測量10次,具有較高穩定度及準確度的組別獲勝。黃蔚人也提到,由於實作課程具有一定的難度,學生在製作的過程中會遇到各式各樣的問題,因此在教學Arduino時,老師及助教的角色非常重要。
除了在教育面上使用Arduino,黃蔚人老師也將Arduino製作的儀器Buoy使用在研究當中。相較於船上使用的二氧化碳測量儀器沉重、昂貴且需要持續供電,Buoy有電池且可以長時間佈放在穩定的水域上。這套儀器被用來測量七股潟湖全年的二氧化碳分壓變化。
七股潟湖為台江國家公園的一部份,背景資料的研究相當重要。黃蔚人表示,過去有許多前人研究七股潟湖中的營養鹽、生物物種、生物相等,然而沒有人研究過七股潟湖是否釋放二氧化碳到大氣中,或是吸收大氣中的二氧化碳。當水中的二氧化碳分壓小於大氣中的二氧化碳分壓,大氣中的二氧化碳就會溶進水中,以密西西比河為例,由於河水裡的二氧化碳分壓是高於大氣的,因此河水會釋出二氧化碳到大氣中。
黃蔚人提及在研究的過程中,遇到最大的困難就是如何設計及擺放平衡器,要測量水中的二氧化碳需要依靠平衡器平衡氣體,然而一不小心在平衡過程中就會把水抽進儀器中,造成儀器損壞。此外,雖然儀器在實驗池測試下可以承受一般海浪的擾動,然而實際佈放在七股潟湖時,卻發現當地有一處水域會產生尖頭浪,導致儀器損壞,因此現實中需要克服許多問題。目前此一研究計畫進行了三季,已獲得了不同時間、空間的二氧化碳變化資料,由於目前沒有測量過橫跨這麼大空間及時間的數據,在後續研究上也將有許多新的挑戰。
黃蔚人深入淺出介紹海洋研究水質科研儀器,他提到,將海洋科學結合電機、機電,不僅能幫助解決科學研究上會面臨的問題,跨領域學習也有益於未來不同領域的合作及溝通。
為促進海洋相關知識及議題的普及,國立中山大學與國立教育廣播電台合作推出海洋教育系列訪談節目,希望藉此讓大眾更認識海洋。教育部國立教育廣播電台高雄分台「Tea Time時光」https://www.ner.gov.tw/program/5a83f4eac5fd8a01e2df0157/