NO.61-06 2022 DEC | 科學研習期刊目錄 本期專題 元宇宙 元宇宙融入教學的經驗｜張玉山、俞玲琍 運用以學習者為主體的教學策略探討教育元宇宙特性｜ 蔡芸琤、謝泓儒 多．元宇宙的層次與情境｜連育仁 萌發中的元宇宙教育｜李美惠、曾裕芬、洪啟軒、盧光倩 教學現場 如何讓中學生認識元宇宙和NFT的關係？｜楊士弘 我的船舶科學旅程｜吳明德 學童數位閱讀素養之教學初探｜林秀貞、呂玉環、蘇萬生 國際化的地震資料中心｜蕭乃祺、甘志文、莊雅婷 科學新知 聖嬰與反聖嬰期間，副高對於颱風路徑的影響探討｜吳明峯、陳鴻碩、李立言、林丹宇、江佳倫、王嘉琪 後疫情數位學習共享世代——歐洲數位教育發展之脈絡與實踐｜劉彥蘭 特約專欄 培育永續發展新世代公民的閱讀、教育與行動——簡介Nature Generation與Green Earth Book Award｜劉淑雯、黃明宏 森棚教官數學題──蜂窩六邊形｜游森棚 科普活動報導 直擊Meta 總部~元宇宙高峰會上體驗最新Quest pro，一起前進元宇宙的未來！｜連育仁 總召集人的話 選舉結束了，激情期間的許多的指控或是不確定的消息，當時來不及以科學的方式來驗證或是論證，激情過後是不是應該讓它隨風而逝，或是更應該實事求是的去檢視是誰在說謊？或是我們都要定期容許這些新聞的轟炸？還是我們要持續追查讓說謊者現出原形，有些懲罰機制讓這些錯誤的新聞未來不會或不敢再出現？透過有計畫的讓公民科學參與，讓真相具體釐清，將會是個很棒的科學傳播案例。另一個想法，與其選舉期間時時待在混亂的世界，可不可能有個世界讓自己更有想像，或是有個沒有假新聞的時空或是有個世外桃源，讓我們可以暫時避難其間？阿凡達電影有一些違反科學的呈現（例如墜落期間的低重力…）可能就是這樣的時空；元宇宙能幫我們實現嗎？ 元宇宙是最近熱門的話題，有許多的想像，也有期待的商機；當然，想像也跟現有科技對接上有一定的落差。虛實互通、完全整合是元宇宙的最大目標；有沒有可能無需很多大型科技裝置的協助就可以整合？畢竟如海森堡測不準原理般的，受觀測的粒子位置的不確定性越小則動量的不確定性越大，反之亦然；在一個位置上是無法準確觀測到粒子的動量。戴著一堆設備在身上去感受會有貼近元宇宙的感覺嗎？是不是有甚麼殺手級的作為可以讓人更容易融入虛實整合？本期的專題主題是元宇宙，希望透過各篇文章的報導，讓大家在想像的空間之外有個現實的考量，知道透過具體規劃去實現未知的想像還有多大的努力空間？例如，使用AR、VR、MR就等同元宇宙嗎？還是僅僅是符合元宇宙其中一個特性--「沉浸式體驗」？那「數位分身」、去中心化的「共識性價值體系」還有哪些可以開發的或是該努力的空間呢？元宇宙融入教學相關議題也有文章討論，元宇宙相關是否列入課綱？仍需考量既有的課綱是否已經扭曲變形（差排，dislocation），或是需要先把造成晶格變形的原子移除，回歸正常晶格，再來討論要插入的原子是否會再造成dislocation？ 臺灣有很多冠軍產業，隱身在許多工業區，可以製作許多世界冠軍級的關鍵性零組件；我們的教學也是可以把許多的機械元件設計、加工教得很透徹，學生考試也得高分；但是動手機會（如實驗課）就是因為加入太多”創新”課程因而受到擠壓而變少。如果把很多最好的機械元件兜在一起，不見得可以組裝出一個最佳的機器設備；主要問題是在小確幸之外缺乏系統整機的概念，缺乏整體宏觀設計的人才，這是需要產業有心、多方嘗試、需要時間培養的。然而，以現在偏移集中特定產業的趨勢、畢業生流動走向，在這韋伯分布下，要實現這個理想恐怕還有得等。再則，AI的高度發展，唬爛產生器或是報告產生器多元發展，恐讓學生在書寫能力上面的發展遲滯，未來的人類會不會如漫畫家筆下的癡肥呆，剩一張嘴就可以過日子？過度依賴科學工具的發展是好還是不好？特別是教育這個議題，有賴更多元的討論。 專題主題：元宇宙 〈元宇宙融入教學的經驗〉本文為元宇宙做了定義，也對軟體操作給了介紹，透過學生回饋也讓大家反思，透過科技工具的協助，讓大家往元宇宙的目標前進靠近；元宇宙相對應尚未發生的許多道德、法律的問題，是重要議題，有待事先思考預防。〈運用以學習者為主體的教學策略探討教育元宇宙特性〉使用AR、VR、MR就等同元宇宙嗎？看看摘錄自內文的文句，這篇文章很值得您詳加閱讀的。 「如何運用「以學習者為主體的教學策略（Human Based Learning, HBL）」，重新定義「教育元宇宙（Education Metaverse）」；讓教育 4.0 能因元宇宙逐步發展的過程，帶來實現的機會，而不只是多了 VR、AR、MR 融入教學，卻沒具體轉化成以學習者為中心的學習模式。…元宇宙邁向蓬勃發展，還有許多未知的可能正在逐步實現中，但許多人卻將虛擬實境、擴增實境、混合實境與元宇宙混在一起，甚至認為只要使用到以上實境（VR, AR, MR）就等於元宇宙。」 〈多．元宇宙的層次與情境〉科技技術的進步，元宇宙的應用也有許多想像，從遊戲延伸到展場、教室、企業與醫療等場域；運用虛擬輔助實體，將實體場域裡的主要元素搬到線上，改善教學或是會議或是其他情境現場因為疫情或是距離的影響而有的問題，例如，無法身歷其境、無互動感等等。戴上頭盔將發光源直接放在眼睛數公分前以獲得虛擬實境的體驗，是否有健康上的疑慮，也有待醫學上的研究及解釋。〈萌發中的元宇宙教育〉報導臺北仁愛科技中心在元宇宙人才培育上的作為，分享教學現場是如何邁開元宇宙教育的第一步。「AR 元宇宙新藝術創作競賽」在教師研習及學生競賽上都有許多經驗可供參考；仁愛科技中心提出許多策略及教學現場可行的作為。 教學現場 〈如何讓中學生認識元宇宙和 NFT 的關係？〉作者在十二年國教科技領域綱要國中資訊科技的學習表現有 「運算思維」和「設計思考」兩個面向的教學內容上加上NFT主題，讓學生能夠額外學習NFT。「體素藝術設計：NFT 項目仿作」以及「NFT 項目的設計與規劃」兩套課程的經驗分享值得讀者參考。〈我的船舶科學旅程〉以船為實體的目標，做為競賽、營隊、工作坊或是研習，不同階段受眾都可以透過知識面及工程規劃以及參與製作的過程，有所成長。吳明德老師分享在模型船活動經驗，讓同好可以學習精進。然而教育現場長期下來的「光說不練」也在製作課程進行過程中讓老師有感；如何在現有的課綱框架中，解決實驗課實習課變少或是都沒上過的窘境，是大家該思考的，畢竟學生時間就只有那麼多。〈學童數位閱讀素養之教學初探〉本文主要在介紹111年度柯華葳線上數位閱讀專題探究競賽，特別是線上探究歷程與相對應閱讀素養指標關係表，很值得閱讀。早期數位閱讀很像姜太公釣魚，願者上鉤；疫情爆炸，改變大家的學習型態及行為，數位閱讀已成常態，數位閱讀素養的能力指標唯有透過搜尋、瀏覽、整合去實踐，如何在眾多資訊中辨別真偽也是重要課題。 科學新知 氣象局掌管國內颱風、地震等重大氣象資訊的量測、模擬及資料庫；這些歷年來累積的龐大資料庫，是全球研究中，國際重要的資訊，也是未來做科學展覽的很重要來源，也是大數據時代非常重要的資料庫之一。〈國際化的地震資料中心〉本文主要在介紹氣象局於2020年開始建置的新一代符合先進國際標準的資料管理系統與服務平臺「臺灣地震與地球物理資料管理系統」（新GDMS），建置歷史及維運情形。透過建置標準化、自動化的資料典藏與服務系統為目標，提供數據具備完整性、通用性、即時性、國際性；使我國能成為國際地震資料中心之一 。〈聖嬰與反聖嬰期間，副高對於颱風路徑的影響探討〉颱風為臺灣帶來雨水，又有機會帶來災難，令人又愛又恨；氣象學家透過數據分析，探討聖嬰及反聖嬰期間，對副熱帶高壓強度以及勢力範圍產生影響，進而影響颱風的路徑；有助於氣象預報的強化。〈後疫情時數位創新時代：歐洲數位教育發展之策略研析〉主要在介紹歐盟於2018年提出的數位教育行動方案，目標於 2030 年前，提高電腦相關技能以及提升識字素養。也特別介紹歐洲數位教育夥伴平臺：European Digital Education Hub 歐盟官方的智庫、EPALE 歐洲成人學習電子平臺、以及Erasmus Mundus Association 網絡論壇平臺。 特約專欄 〈培育永續發展新世代公民的閱讀、教育與行動——簡介Nature Generation與Green Earth Book Award 〉今年是聯合國促進永續發展國際年（IYBSSD），國科會委由台師大邱美虹教授在全台各地有許多大型活動呼應這個嘉年華IYBSSD@TAIWAN。蚊子老師介紹永續主題的Nature Generation 及 Green Earth Book Award 綠色地球圖書獎、Green Earth Book Award 綠色地球圖書獎評選及五類獎項的得獎繪本介紹；透過綠色閱讀的教育與行動是環境保護與解決環境問題的有效途徑之一，也是作者拓展「閱讀、教育與行動」理念的有效作為。 〈森棚教官數學題〉巴斯卡三角形跟六邊形定理有啥關係？熟知的巴斯卡三角形還有其他的演繹形式，不可不知；快來接受挑戰吧！ 科普活動報導 〈直擊Meta 總部~元宇宙高峰會上體驗最新Quest pro,一起前進元宇宙的未來〉作者從報導的角度讓大家看到參加2022 年經濟學人元宇宙高峰會會議進行及報導元宇宙未來的發展。 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/余進忠/戴明鳳/朱慶琪 | 化學科古建國/王伯昌/林如章/周金城/黃琴扉 | 生物科王美芬/蕭世輝/張育傑/辛懷梓/郭淑妙 | 地球科學許民陽/王郁軒/謝隆欽/盧孟明 | 科技科張玉山/汪殿杰/林育沖/徐新逸 | 數學科李源順/游森棚/嚴志弘/高欣欣 | 跨領域學科李名揚/劉淑雯/吳嫻/李芝瑜 | 特約專欄 游森棚/黃琴扉/陳正改/劉淑雯 策劃：李耕雲 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

本研究以實作字體風格轉換的生成對抗網路模型為動機，將Conditional GAN當作模型的基礎，探討pix2pix模型及其他研究的一些方法對模型會產生甚麼影響，以得出能最優化預測成效的深度學習模型。 首先進行的是前處理的步驟，將字體的truetype檔案轉換成模型輸入的jpeg檔，再以生成器（Generator）和判別器（Discriminator）建立Condional GAN的基礎模型，然後探討加入U-Net、Category Embedding等方法，以及訓練資料集大小對模型造成的影響，最後實作整合的pix2pix模型和CycleGAN模型進行比較。 經過實驗後發現，U-Net和Category Embedding都對模型的預測成果有所幫助。另外，對相似的字體而言，pix2pix的效果較好，而對兩種風格差異較大的字體則需用Category Embedding的方式，融入更多字體進行訓練以達到更好的成效。

使用虎鉗是機械加工最普遍的夾持方式，但其加工精度也會受到虎鉗本身精度的影響。 我們利用便宜的小虎鉗修改，改善現有虎鉗夾持翹起的缺失。首先研擬製作方向，透過力學上的分析，得到當螺桿高度與固定鉗口受力中心成一直線時，活動鉗口就沒有旋轉力，夾持的精密度就會較好，進而設計出可調式虎鉗。先利用電腦繪出設計圖，接著3D列印打樣，反覆修改。後經材料強度分析，試算確定可以承受鑽孔的切削力。再經車床、銑床、鉗工、銲接等製作組裝。 本產品在ψ10mm鑽孔測試中，是平順且無抖動。夾持實驗中，一般小虎鉗上層平均上翹 0.36mm，精密小虎鉗是0.04mm，而本產品僅為 0.03mm，同時並進一步做夾持力實驗。對一般常使用的上層夾持者來說，本產品是便宜又兼具精度。

看到校園內的平板車租借，需要到資訊組用紙本登記，而因為學校電梯只有一台，等電梯耽誤了很多時間，而且紙本消耗了很多資源，因此想做一個可以利用悠遊卡註冊、借車、歸還的系統，將停靠站放置各個樓層，有需要時可隨時去借還。此次成品製作是利用Webduino、Arduino開發板，借由網路連動Firebase資料庫，逐步完成租借系統。經過了多次修正與測試，已完成可註冊、租借的系統平台，但因時間和成本有限，目前只能以模型測試，期待日後能製作出停靠站並實踐於在平板車的租借。

本研究致力於尋找在資料不足的情況下最佳的基因預測模式。 首先，訓練預測腎臟基因(PKD1)變異致病力模型，利用三種訓練方法：「管線」(Pipeline)、 SVM分類器、隨機森林相關分類器訓練資料，並調整相關參數。其中，以隨機森林準確率最高。另外，利用「網路爬蟲」技術整合四個大型網路基因變異註釋工具，製作單一介面方便使用者輸入資料，能夠大幅減少醫生預測病人基因變異致病性的時間，具有極高的實用性。為了嘗試解決基因變異致病力預測資料不足的問題，本研究利用網路工具所預測之致病力分數訓練模型，然基因變異位置複雜，資料量仍有所欠缺。 最後，期望利用本研究「整合網路基因註釋工具」蒐集醫生資料，提高模型資料量同時提高準確率。

本研究運用無人機透過自主飛行及SLAM技術，輔助維護人員進行安全而穩定橋樑劣化檢測機制。透過飛行穩定、姿態資訊明確的自主飛行無人機，運用Python撰寫UDP連線程式，即時接收並判讀無人機回傳的影像及姿態資訊，再傳送飛行命令給無人機以順利在橋樑間巡行，而接收的影像則提供目視判斷損害狀況及LSD-SLAM建立強梁的3D模型自動標示測量損害處的尺寸。最終結果證實無人機可取得符合橋梁優選指標 (PI) 的必要資訊，以安全、效率的方式，取代目前必須多人爬上爬下，分工目視及測量方式。

由校園水池中的蓮葉所產生的不尋常影子所啟發，促成了這次的研究與探討，我們試著以壓克力板模擬為池塘，再經過各種調整，來測量其在各種情況下會產生的變化。經過了仔細的觀察與研究，我們發現了那或許是由於蓮葉在水面上並不是完全的平面，而是有著些微的弧度，水因吸附力而被蓮葉的底面拉起，形成類似於凸透鏡的表面。而凸透鏡匯聚光的特性，會使原本該是影子的地方被照亮，而形成如花瓣一般的形狀。於是我們實際摘了一片蓮葉，一次次的調整並拍照後，再輔以電腦軟體進行測量，反覆測出了300個數據，算出其平均數後做為最後判斷的依據。根據實驗數據畫出圖表，我們發現葉影變亮寬度與水深扣掉焦距的長度成正比，這就驗證了我們的理論。並且，利用電腦計算我們設計出水透鏡的操作參數。

本科展專題將嘗試製作出電子琴，並且對電子琴製作的歷程進行記錄。電子琴將擁有一個控制介面、一個鋼琴鍵盤、一個自製鍵盤、以及一張以MIDI為基礎的音效卡。以Arduino Mega 2560製作，效能強大。 使用3.5mm接口將音源信號接至喇叭之後，您只要照著習慣彈奏鋼琴，便可以彈奏出數十種的樂器（意即不單單只有鋼琴聲可以演奏）。 設備也會裝置一具有LCD顯示器的機板和按鈕，使用者可以透過編寫得來的簡易人機介面，隨時對設備進行調整。 該設備可以連接上電腦，進行協同運作，給予使用者更為進階的功能。而相反地，設備應該也要能夠單機運作，並不需要完全依賴外部進行電力供應或是資料輸入。

我們藉由液體在旋轉的透明載具內會產生一中心向下凹陷的形狀，去製作一可變透鏡效果。完成後開始量測角速率，探討在旋轉時曲面曲率半徑；接著改變轉速時，角速率的不同，使的漩渦弧度也因轉速增加跟著變大，並算出轉速與弧度的對應關係。 為了要了解旋轉透鏡效益為何，我們利用物理課本中所學幾何光學，將已知條件代入，並利用電腦分析曲率半徑，得到透鏡與放大倍率的對應關係。 最後發現且隨著角速率越大，燒杯內液體面中心凹陷處曲率半徑會越來越小；且當轉速越快時，利用高斯成像公式所計算得到的結果與真實量測得到的結果較為接近，其液體形狀也應較接近一般透鏡形狀。

本研究是為了可以將不規則形做簡單的改變，使它變成容易計算出面積的正方形。而若要將多邊形變為正方形，就必須將它平方化。我們製作出長方形、三角形、梯形、圓形、新月形、星形等圖形平方化後的結果。 拜賜科技的發展，電腦已能使各位可以輕鬆地計算出任何圖形的面積。以前的幾何學家利用尺規作圖繪出一維圖形(直線)與二維圖形(圓)，但卻一直無法繪出如拋物線的複雜圖形。另外還有一個很大的問題存在，那就是面積的計算-----平方化的問題。一種將圖形切割後化為正方形的方法，可使面積更易算出，不須使用其他圖形的面積公式，若能做出這樣的圖形則稱此圖形為「可平方化｣或「可正方化｣。

本屆參加全國科展之作品分初小、高小、國中及高中四組。領域分類是物理，化學，數學，生物、地球科學與應用科學等六科。參展作品件數計有物理六＋九件、化學五十八件、生物七＋三件、數學五＋件，地球科學三十八件及應用枓學七十七件，共計三百七十四件，相較去年參展件數三百五十六件，增加十八件之多，約略百分之五。外國隊計有美國、加拿大、南非，韓圈，香港、菲律賓、秦國、新加坡與墨西哥等九個國家十四件作品參展，顯示國內及乏太平洋地區國家對科學、技術工程教育的重視及落實。 本年度在高雄縣政府精心規劃與教育局負責策動展出的相關事宜及中小學校長的領導下，顯示出具國際科展一流水準的參展場地及高效率的業務處理，使科展得予很順利成功而圓滿地完成，在此個人代表科學館及評審委員們特別護向高縣政府及相關單位致予最高的敬意與謝意。 本屆參展作品之作者對於遵守規定（範）與安全規則已有大幅度的提升，顯示指導老師及參展作者們對安全規則與作品展出規定已開始落實而被重視。 除參展作品之數量有百分之五的提升率外，作品的品質在各組也普遍被評審委員們肯定而加予讚賞。國小組之作品題材普遍由日常生活、樂趣且富有科學教育的方向選題，在思考、進行研究的方法符合科學嚴僅的態度，進行具變因且有系統的觀測或度量，對於結果的分析與表達 ，充分顯示對科學教育的興趣及培育的正確性。 國中組參展之作品數量在各組也顯示相對地比較少，可絕仍然有升學壓力存在的原因。作品品質基異性較大，但得獎作品仍不失堪稱一流的品質。 高中（高職）組的作品廣、深度有很大的範圍，加上電腦資訊業的發展，電腦在研究作品上的應用，諸如文書處理、資訊索取，數據收集等方面，以及圖形壓縮及演算法技術均是探討的主題，由於入學管道多樣化，誘導及鼓勵學生重視科學、工程技術方面的培育及訓練，具有實質的意義。因此參展的作品有相當幅度的提升。 本次參展作品的特色，國小取村是以學生日常生活週遭的課題，國、高中則有較為深入的探討，思考也更嚴謹，城市明星學校的獨佔性，也普邊降低，城鄉科學教育之差距也顯示縮短，環保作品也具有較充實而深入的探討。電腦網路之資訊索尋也普受重視。作品品質普遍提升，輛導老師的擔任角色也較正確。希望能積任地繼續擴展。如此美麗的科技之島就不遠矣。

本研究致力於改善在疫情底下的醫療場所分流機制，減輕第一線醫療人員的人力負擔。利用Arduino模組與臉部口罩辨識技術，串連「口罩辨識、體溫量測、酒精消毒」等三項主要關卡，最後製作出一個集所有功能於一身的「防疫機器人」。 防疫機器人將設置於醫療場所入口，在語音提示下，進行口罩辨識、酒精噴灑與溫度感測，如有突發狀況可與保全人員聯繫。待所有檢測完成後，溫度超標和正常的人會以不同方式進入醫院，降低交叉感染的風險，全面性的守護第一線的人員。 本研究成果能為醫療場所的分流達到「降低人力需求」及「安全」的目標，甚至可以拓展至其他同樣需要分流機制的場域。