NO.59-05 2020 OCT | 科學研習期刊目錄 本期專題 電池與化學 鋰離子電池的發展、應用與未來 | 洪為民 微型熔融鹽電解模組的設計與應用、應用與未來 | 廖旭茂 教學現場 動感自然課—體感式學習融入自然科教學 | 柯孟昌 會呼吸的瓶子 | 許良榮、辜家偉、楊家茜 火柴化學家：一根火柴的故事 | 江淑芳、陳坤龍 科學新知 自主性學習地圖規劃與研發歷程--以國立臺灣科學教育館常設展為範疇 | 于曉平 特約專欄 在繪本中發現漁船的構造與功能－像科學家一般的閱讀 | 劉淑雯、顧翠琴 音樂摩天輪STEAM創意課程 | 李易澄、黃琴扉 冬去春來高溫依舊 | 盧孟明 森棚教官數學題－信號發射臺 | 游森棚 科普活動報導 盲符TipFeel創作過程分享 | 張敏娟、楊夢萍、江皓全 大手拉小手 親子共學趣 | 黃真瑱、蘇萬生 全國高中探究實作競賽的三部曲 | 余進忠、蘇萬生 總召集人的話 化學電池是利用氧化還原反應將化學能轉變成電能的裝置；電解電池則是利用電能產生化學反應的裝置。所以，電池與化學關係緊密，本期特別以「電池與化學」為專題。 「本期專題」單元共有兩篇文章，〈鋰離子電池的發展、應用與未來〉介紹廣用在手機和筆記型電腦等無線電子產品的可充電電池—鋰離子電池—的發展、應用與未來。〈微型熔融鹽電解模組的設計與應用〉分享透過新開發的微型電解裝置，探討電解槽中陰、陽離子之移動與變化的實驗設計。 「教學現場」單元刊登三篇文章，〈動感自然課—體感式學習融入自然科教學〉分享在國小五年級自然課程中挑選三個單元導入體感式肢體活動與科學遊戲的經驗。〈會呼吸的瓶子〉分享利用寶特瓶、瓶蓋和吸管等簡易器材，讓瓶子很規律冒出空氣泡的「科學探究」實驗。〈火柴化學家：一根火柴的故事〉分享科工館以小五至國二學生為對象，辦理「元素殿堂的奇幻旅程」冬令營活動中，所規劃及實施的「一支火柴的故事/自製火柴，浴火磁生」活動課程。 「科學新知」單元刊登一篇文章，〈自主性學習地圖規劃與研發歷程--以國立臺灣科學教育館常設展為範疇〉介紹科教館透過「常設展區自主性學習地圖建置與運用」計畫以「人體的奧秘」、「探索物理世界」與「探索化學世界」三大展示區為範疇所建立的科學概念圖，以及依概念發展的邏輯順序串連各個展品，所連結形成的不同路線學習地圖。 「特約專欄」單元刊登四篇文章，〈在繪本中發現漁船的構造與功能--像科學家一般的閱讀〉分享如何教導國小學生透過閱讀三本繪本和以線畫方式創作漁船，關注漁船的結構與功能。〈音樂摩天輪STEAM創意課程〉分享透過團隊開發的STEAM動手做教具，以音樂摩天輪為主題，能建構學生多面向概念達到多元學習目標的教學策略。〈冬去春來高溫依舊〉針對今(2020)年上半年西伯利亞高溫更勝以往的現象，介紹相關數據和提出歸因分析。〈森棚教官數學題--信號發射臺〉拋出如何在兩個發射台之間, 等距增設三個發射台的問題。 「科普活動報導」單元刊登三篇文章，〈盲符TipFeel創作過程分享〉分享為視障者創作盲符TipFeel的過程和展望。〈大手拉小手 親子共學趣〉分享科教館於2019年度透過「女性科技人才」培育計畫之推動，增加設計多元的假日親子課程，增加孩子的學習機會、學習廣度以及營造良好的親子互動的經驗。〈全國高中探究實作競賽的三部曲〉則介紹物理教育學會所規劃含括「初試－素養命題筆試、複試－物理探究實作、決賽－物理辯論競賽」等三階段的「全國高中物理探究實作競賽」。 總召編輯委員 - 李隆盛 關於本刊 出版單位：國立臺灣科學教育館 發行人：劉火欽 總召集人：李隆盛 編輯委員： 物理科吳仲卿/陳耀榮/李柏翰/盧玉玲 | 化學科古建國/許良榮/王伯昌/林如章/周金城 | 生物科王美芬/蕭世輝/陳建志/郭淑妙 | 地球科學許民陽/王郁軒/李文禮/謝隆欽 科技科張玉山/汪殿杰/林育沖/趙珩宇 | 數學科李源順/鄧家駿/溫世展/張宮明 | 跨領域學科李名揚/連信仲 | 特約專欄 游森棚/黃琴扉/陳正改/劉淑雯 策劃：曾聰邦 主編：吳中益 本月專題特約主編：古建國 編輯：陳敬予 網頁設計編輯：施曉恬 投稿規範請來信詢問：article@mail.ntsec.gov.tw

The Boolean Satisfiability problem, called SAT for short, is the problem of determining if a set of constraints involving Boolean (True/False) variables can be simultaneously satisfied. SAT solvers have become an integral part in many computations that involve making choices subject to constraints, such as scheduling software, chip design, decision making for robots (and even Sudoku!). Given their practical applications, one question is when SAT problems become hard to solve. The problem difficulty depends on the constrainedness of the SAT instance, which is defined as the ratio of the number of constraints to the number of variables. Research in the early 90’s showed that SAT problems are easy to solve both when the constrainedness is low and when it is high, abruptly transitioning (“boiling over” ) from easy to hard in a very narrow region in the middle. My project is aimed at verifying this surprising finding. I wrote a basic SAT solver in Python and used it to solve a large number of randomly generated 3SAT problems with given level of constrainedness. My experimental results showed that the percentage of problems with satisfying assignment transitions sharply from 100% to 0% as constrainedness varies between 4 and 5. Right at this point, the time taken to solve the problems peaks sharply. Similar behavior also holds for 2SAT and 4SAT. Thus, SAT problems do seem to exhibit phase transition behavior; my experimental data supported my hypothesis.

創意發想：在學習三角函數的三角測量應用時，由於立體感並非十分容易在平面中呈現，使得解題過程並相當困難。我們希望能透過程式，實際模擬出所看到的樣子，將有利於解決這方面的問題。學習美術者也需要了解一點透視的立體概念，皆可以透過程式來模擬。作品特色：我們的精神主要在於以高中的數學及物理為基礎，來研究其中的方法。除了研究3D 繪圖之基本原理，並著重於如何以程式實作，以達到高繪圖效能。預期效果：1. 讓電腦繪出有立體感(近大遠小)的圖形。2. 可以由不同位置及角度觀察物體。3. 讓立體影像具有光及影的效果。“想像您坐了一部直升機從1 樓向上到達頂端，觀看101 大樓有何不同的景象?!”Motive ：In learning the technique of triangulation, it is hard to show 3D coordinates on 2D graphics so that this kind of math problems is difficult to solve. We hope that we can simulate the 3D surroundings by programming to provide references in dealing the problems. In addition, painting learners also need the simulation to realize the concept of one-point perspective. Feature ：1. We do all the research based on mathematics and physics techniques learned in high school. 2. We not only figure out the method to draw 3D pictures but put some emphasis on how to use programming to run the method. Objective： 1. Let the computer draw 3D pictures, that is, the object looks big when near and small when far. 2. Making it possible to observe the object from different positions and angles. 3. Making the 3D pictures with lighting and shading effect. “Imagine how the sight would change while you are taking a ride on a helicopter from the ground to the top of Taipei 101.”\r

NO.60-06 2021 DEC | 科學研習期刊目錄 本期專題 STEAM策略下的AI與機器人教育 機器學習與學習機器學習 | 蘇文鈺 疫情下生活科技課遠端教學的實施經驗分享 | 汪殿杰 AI機器人發展與教育推動 | 社團法人臺灣玉山機器人協會 在國小校園遇見AI人工智慧 | 林育沖 教學現場 AI-STEAM教學實例 | 張玉山、翁子涵 線上方式推動科技教育 | 薛雅云 臺北市國中小學人工智慧(AI)教育的推動 | 曾振富 我的第一堂AI課 | 呂聖泰、蔡孟辰、翁子涵 搭建國小機器人課程的任意門 | 楊秀全 宅配教材之探究實作視訊教學的課程設計與實踐 | 謝甫宜、謝明澄 科學新知 岩心標本知多少？！ | 梁勝雄、范力仁 臆測生物學 | 謝甫宜、謝秉璋 特約專欄 我們只有一個地球——全球環境氣候議題教學資源介紹 | 劉淑雯、黃譯平 COVID-19創疫課程：因應線上課程的STEAM課程設計與實踐 | 周靜儀 森棚教官數學題——三歲的小畫家 | 游森棚 科普活動報導 科普旅遊實務——白冷圳 | 陳正治、蘇明俊、林芷伊 疫情下的物理探究實作競賽 | 張智淳、余進忠、蘇萬生 總召集人的話 有件事情需要我們想想，牛頓時代沒有細分的系所，大師輩出；現在領域、系、所，分了又分，許多學者論文動輒百篇，然大師依舊屈指可數。以前的醫師是把個脈可以像CSI做診斷；現在的醫師當然也是分科很細，採用許多尖端儀器協助診斷病因。是我們分工更細更多，也將有限的資源更為弱化，卻又某天驀然回首說我們要跨域，因為我們發現思路變窄，視野不廣，覺得需要有互相支持的專業；要跨域要先能夠溝通，要有共同的語言則要透過基礎科學。基礎科學是慢慢地磨，教育扎根的工作跟挖下水道一樣，看不到亮點，卻影響甚鉅；而應用科學有賴於扎實的基礎科學養成，才能有成長及開花結果的機會。大家看到光鮮亮麗的成就背後都有著長久的積累，而非像阿拉丁神燈摸一摸就可以馬上有成果有亮點的。拋開社會上的功利及收割，我們是要規劃長久的未來，偶爾解決當下的問題！ 本期專題的主題——STEAM策略下的AI與機器人教育，呼應最近的新聞——2021年有12校增設人工智慧系，以及半導體學院設立等等。值得思考的是這些新設系所學位學程算不算個領域？或是資工系、電機系、機械系裡的某個組？暑假到了，好多的AI營隊、機器人營隊等等，都打著STEAM的招牌，這好像在一個科展作品中用了雷切、3D列印、Arduino等當紅設施；我們要如何判斷這是AI？還是機械領域裡面的自動控制？我們每天一定會使用的沖水馬桶浮球自動止住出水就是自動控制。 一個機器加了感測器(感官)及致動器(肌肉)的設施，還是需要一個控制器(大腦)，控制器當然就需要透過程式來實現學習、決策、判斷及下達指令，這樣就是個閉迴路控制系統。學習使用Scratch寫程式，就會有運算思維嗎？寫了程式就必然會用到演算法嗎？如何透過工人智慧的精神去學習人工智慧？是不是應該有很細緻的規劃及引導才能竟其功。 若要問寫程式最多的系所，很多人都會回答是資工系。然而，大家看看超級電腦放在氣象局，就應該知道跟流體力學有關的科系如大氣、機械、航太、水利、造船等才是需要龐大計算資源的。 專題主題及教學現場文章中，蘇文鈺老師分享其機器學習歷程的演進，從早期AI的提出電腦跑不動到現在電腦速度夠快可以實現AI，到組織學會並開發PAIA平台，服務學生程式學習進行AI/ML的操作。汪殿杰老師透過自身實作經驗，分享如何透過Google協作平台於疫情期間的許多教學作為以及遠距授課的各種樣態、作法及解決方案，還有許多經驗數字值得讀者參考、值得讀者學習。 「市面上充斥著各式各樣的相關科普產品，大多處於AI體驗階段…」AI知識學習與STEAM有何關係？AI機器人有哪些競賽？是純粹機器人還是有人工智慧的機器人？有哪些值得反思的地方？在國小校園如何遇見AI？在國小階段就有機會體驗、操作、思考AI與生活的關係，這很值得探究及評量其成效，學習其作法；在運算思維及程式設計的基本能力建立上會遇到那些困難？林育沖校長分享其經驗。曾振富校長也為大家介紹台北市中小學AI教育的推動軌跡及教材開發。AI-STEAM教學實例一文就可以讓我們省思，S.T.E.A.M.與STEAM的差異，有AI跟無AI的STEAM有那些本質上的差異；當我們在學習過程中發現有模糊不清之處，要回歸到定義，理解基本定義，才能有足夠的判斷能力。 市面上許多的補習班及營隊透過STEAM、AI名稱招生，有必要仔細檢驗這裡面的課程內容，不然漸漸的、慢慢滴，定義好像就積非成是了。AI人工智慧的學習是需要完整的知識體系，現存許多跟自動控制有關、有智慧製造或是智慧決策等功能的組件，都可以跟人工智慧有關係，能不能以人工智慧稱呼考驗大家的智慧。因此許多市面上或是牽拖點關係的都是需要回歸定義，不然只是先導的幾個初階學習，如知識學習、名詞學習。許多自動控制的學習被誤解成是人工智慧。 教學現場以線上方式推動科技教育會面臨哪些問題？ 以學生為中心的課程設計，透過自發互動共好的理念，讓學生有主動參與學習的機會，如何讓Brainstorming 的教學方式，很有效率及有成效的進行？我的第一堂AI課剛好給大家檢視如何看懂感測元件的使用說明書以及結合程式來做判斷；如何透過演算法訓練好感測器都是需要學習的。國小機器人課程學習可以建立運算思維以及學習演算法嗎？機器人組件組裝及課程是如何連結到演算法、運算思維、以及STEAM的？想知道疫情期間如何突破線上課程的限制進行探究與實作的教學——「宅配教材X視訊教學」——謝甫宜老師團隊說給你聽。 科學新知有兩篇文章——您知道什麼是岩心標本嗎？您知道岩心標本如何解讀嗎？您知道全國最大典藏岩心標本的地方在哪裡嗎？岩心箱中的岩心排列是按照甚麼法則放置？ 中央地調所豐富的岩心收藏值得探究，且看岩心標本知多少一一道來。融合浪漫與理性、創意與邏輯、紊亂與秩序的臆測生物學，在介紹優雅的古生物意象及演化為師之餘，也介紹許多值得一讀的書籍及書中珍貴的插圖。 特約專欄中，極端氣候的出現，認識氣候變遷帶來的影響，災難防制已成顯學，劉淑雯老師為您介紹優質的教育資源。如何透過STEAM教育理念作為核心，配合創意思考及翻轉教育激發的學生思考能力，來達成有效能的學習模式，COVID-19 創疫課程讓你有感；建構符合防疫的線上課程，透過與STEAM的密切磨合耦合，吸引學生興趣，更是學生學習系統設計，開拓眼界的機會。三歲小畫家讓您對於期望值有更深入的理解，務必嘗試，必然有解。 疫情下的許多變通考驗大家的智慧，中華民國物理教育學會余進忠理事長團隊舉辦第四屆全國高中探究實作競賽，鉅細靡遺地解決繁雜問題，令人佩服，整個經驗也值得傳承學習。 總召編輯委員 - 李旺龍 關於本刊 出版單位：國立臺灣科學教育館 發行人：劉火欽 總召集人：李旺龍 編輯委員： 物理科吳仲卿/陳耀榮/李柏翰/盧玉玲 | 化學科古建國/許良榮/王伯昌/林如章/周金城 | 生物科王美芬/蕭世輝/陳建志/郭淑妙 | 地球科學許民陽/王郁軒/李文禮/謝隆欽 科技科張玉山/汪殿杰/林育沖/趙珩宇 | 數學科李源順/鄧家駿/溫世展/張宮明 | 跨領域學科李名揚/連信仲 | 特約專欄 游森棚/黃琴扉/陳正改/劉淑雯 策劃：曾聰邦 主編：吳中益 本月專題特約主編：張玉山 編輯：佟冠誼/林博雅 網頁設計編輯：施曉恬 投稿規範請來信詢問：article@mail.ntsec.gov.tw

Starting from the problem in AMC competition of Australia, we try to find out the locus and its length when a point in a regular polygon rolls in a circle. The result is that the locus has a wonderful and regular cycle.Next, we discuss the regularity of the cycle when a regular polygon（n sides） rolls in another regular polygon. Furthermore,we discuss the the equation of the locus by changing the radius and the angle of rolling. we find out the argument function of the locus of a point inside when a a regular polygon（n sides）rolls in another regular polygon （m sides）： ， Aj is the summits of the regular polygon（m sides）, Bjcorresponds Aj when a point inside the regular polygon (n sides) rolls, ) And then, we do some moving simulation with some computer math software, such as Cabri Geometry、Mupad, etc. We discuss the regularity of the locus and its equation of a point inside when some special cycloids, like asteroids, cardioids, etc, roll in a certain condition. Moreover, with the result of research 2, we create the “plate＂ and apply for a patent on it. We hope to study math by playing games. 從澳洲AMC 競賽題出發，嘗試探討一正n 邊形中的一點在單位圓內滾動軌跡及其軌跡長度，發現該軌跡均會產生奇妙的循環規律。 接下來，推廣探討正n 邊形在其他正多邊形中滾動時循環的規律，並利用旋轉半徑及角度之間的變化深入探討其滾動軌跡方程式，發現正n 邊形繞正m 邊形滾動時其內部一點軌跡參數式為，其中， Aj 為 正m 邊形之各頂點、Bj 為正n 邊形中內部一點旋轉時對應 Aj 之點，。 進一步想嘗試使用數學電腦軟體如：Cabri Geometry、Mupad 等對以上研究去做一些動態模擬，並再探討一些特殊擺線如：星狀線、心臟線…等，在條件下相切滾動時，圖中某一點的軌跡規律性及其方程式。另外，應用研究二中的結果，創造出寓數學於遊戲的「圖形板」，並申請了新型專利。

影像處理（image processing）已成為當今熱門的話題，過去由於設備價格昂貴、處理費時冗長而無法普遍推行，經過科學家的努力研究、不斷地改善，現今已進入了成熟的階段。近年來，隨著微電腦的功能日益增強，價格日漸低廉，使得影像處理已成為各行各業應用工具之一。我們以全新的概念，運用顏色區域來定義浮雕的位置形狀，以寫出影像擷取程式，讓平面照片或圖片做成立體浮雕不再是夢想。先將圖片轉出高度資料庫檔案，再用電腦輔助製造系統將刀具路徑轉換為NC 程式，而將NC 程式輸入電腦數值控制銑床後，就可進行製作。而我們使用影像擷取程式配上CAD/CAM，不僅顛覆了一般人對於浮雕總是使用人力加工的刻版印象外，也為浮雕的製作帶來了嶄新的方法。

現在的市面上，四處充斥著各式各樣的電玩或是３Ｄ立體動畫，但是在呈現動畫的\r 時候，依然存在著很多地方的不足，與狀況表現上的矛盾情形！於是令我興起：一個普\r 通的高中學生，是否也有機會運用所學的知識，創造出自己的虛擬實境？\r 我嘗試地寫出各種物體架構的函數，再對這函數圖形所呈現出的立體加工處理，使\r 它能自由的運動，甚至使它能多采多姿就有如我們在現實生活中所看見的一般，有著自\r 己的花紋與圖案！\r 期望在架構完整之後，有一天，我們這些學生可以不再被那些軟體公司牽著走，花\r 大把的錢買電腦動畫中種種的不合理，而可以自己擁有自己的3D 世界！！

重力加速度的測量方法很多，我們利用物體通過光閘感應器時可產生一5伏特脈衝電壓，這一電壓可驅動蜂鳴器而產生聲響，再透過電腦中的『gold wave聲音編輯軟體』加以記錄，藉此可得物體通過不同光閘感應器的時間差，然後利用自由落體重力加速度式子與斜拋物體時，式子，求得重力加速度的值之外，也進一步探討對於自由落體、平拋、斜拋等運動，其重力加速度的值與不同物體之關係。 從實驗中，得到自由落體時的重力加速度值為973.3cm/s2、誤差為0.7﹪，平拋時的重力加速度的值為987.2cm/s2、誤差為0.7﹪，斜拋時的重力加速度的值為959.3cm/s2、誤差為2.1﹪，證明了重力加速度之值不隨其拋射方式、質量而改變。

本研究主旨在利用可程式控制器(PLC，Programmable Logic Controller)做為停車場控制的主體架構，搭配電子電路完成出入口閘門系統、車位顯示系統、車位偵測系統等三個系統，模擬整個停車場的停車及取車狀況。並設計VB(Visual Basic)圖控軟體與可程式控制器的通訊連線，將整個停車場該樓平面圖顯示畫面中，秀出空位所在及剩餘車位數等，達到在電腦上直接對停車場做監控的工作，為了達到高安全性的目標，在出入口處搭配攝影系統錄影存證，以便備查。

在國中理化中提到，紅、藍、綠三原色光，吸收、混合後可以合成其他顏色的光。但實際上，單波長光的顏色；以及課本實驗中，藍光照在綠色片上所呈現的顏色偏差（藍綠色，非黑色），便無法以此理論解釋。因此本研究計畫藉由 SP20 分光光度計能在可見光範圍偵測樣品對各波長光線吸收度的功能。捨棄光的三原色過於簡化的說法，以實際測量各有色樣品（濾光片、化學藥品、噴墨印表機墨水、實際列印投影片）所得吸收度曲線圖，重新解釋顏色的呈現。了解顏色是人類對光的感覺，而不是光本身的性質。並在完成對彩色噴墨列印樣品吸收度的基本測試後，設計以印表機、軟體、墨水顏色、濃度深淺為變因、交互搭配的 334組實驗，比較印出成品的最大吸收度比例與原先在電腦中設定顏色濃淡比例的偏差值，找出最能真實列印出顏色濃淡的組合，實驗結果顯示：印表機方面：HP 670C、Epson Photo EX表現最佳。軟體方面：CorelDRAW，Photoshop，Photoimpact 表現平分秋色。

在接觸了巧智拼球後，我們想利用「按照同樣的轉法轉幾次後會回到原本的位置」的規律找出和網路上破解法完全不同的公式。為了能夠更快速找出公式，採取了「簡化」策略，從2個盤子與3個盤子開始研究。之後我們發現了從編號1-1開始可以透過「轉法一、二和轉盤子」到達所有的情況。而且轉法一、二所產生的環型圖案與規律就有如巧智拼球上綻放的花朵令人著迷。接下來在電腦的幫助下，我們使用矩陣運算了解了轉法相加的規律，並且透過了位置交換列出所有的狀況，繼而發現可以用4朵花覆蓋全部的3個盤子編號。最後根據我們的研究發現，我們找到了將所有情況回復原位的方法。