全國中小學科展

高級中等學校組

由紅螯螳臂蟹的趨光性探討高美濕地護蟹生態廊道之設置

在現代社會發展和生態保育衝突的氛圍下,設置生態廊道、幫助動物活動已成為社會文明程度的指標之一。本研究對台中市高美濕地的紅螯螳臂蟹之趨光性進行實驗,企圖建議設置生態廊道,用以解決大約30%的路殺機率之危機。我們在8~9月的繁殖季節,用Y字形迷宮和各色人工光源,對200隻以上的紅螯螳臂蟹進行趨光性和通道尺寸研究。結果發現:此蟹種極愛趨近1 Lux以下的紅光、不喜歡藍光,這和其他蟹種差異頗大。此外,此蟹種的運動喜歡截面積大約15 × 15平方公分的狹窄通道、也和當前的一些設計不同。這些結果對於護蟹生態廊道之設置極為重要。我們為高美濕地建議了一個生態廊道設計案、兼顧生態、教育、觀光的需求,並且符合SDGs的發展目標。

怕賠的我,把防禦力點滿就對了

股市投資涉及多元的因素和快速變動的市場趨勢,為了降低投資風險,我們希望找出個股適用的技術指標投資策略,因此本研究採用跨學科領域的科學研究方法,將財經和資訊科技兩大領域結合,使指標和程式交易相互配合,提高投資效率並降低成本。本研究使用個股適用的參數和組合進行回測,若回測有效,則系統將自動開啟網站進行交易。實作最初面臨策略難以靈活應變市場快速變化的挑戰,因此將原設計系統多次改良,以資料訓練的方式進行大數據分析,接著經由多階段篩選提高策略穩定性及降低投資風險。整體而言,本研究強調跨領域學習的應用,希望透過不同領域的知識,找出適合以技術指標判斷投資策略的個股,有效因應瞬息萬變的金融市場。

點穴止毒:精準控制細胞胞吞作用來抵抗病毒入侵

人類為對抗新冠肺炎,研發出疫苗以減少重症,卻難以阻隔病毒進入人體,且導致許多副作用。新冠病毒會結合細胞表面的ACE2受體再藉由胞吞作用進入細胞,注入相關分子或讓ACE2失活可減少病毒進入人體,但卻會嚴重影響ACE2原本的功能,因此我們想要發展精準抑制病毒入侵細胞的方法。利用囊泡黏合系統,我們成功地停止負責廣泛胞吞作用的Rab5囊泡運輸,但其無法抑制病毒進入細胞。接著我們將負責帶入病毒的ACE2囊泡停止在細胞膜周圍的微絲上,可以有效地抑制病毒進入細胞,且不會影響其他的胞吞作用,讓ACE2還可在細胞表面正常工作。我們成功地發展出新的策略去精準抑制病毒進入細胞,且能減少對其他功能的不良影響,此技術可望提供新的策略來對抗不同的病毒危害。

蟲塑大自然–麵包蟲和蠟蟲消化PVC可能性之探討

為了研究麵包蟲和蠟蟲食用聚氯乙烯(PVC)後的成長,我們將麵包蟲和蠟蟲各分成食用麥片、麥片加PVC及PVC三組飼養,記錄它們的存活、死亡、成蛹和成蟲數量並觀察行為。之後收集蠟蟲和麵包蟲的糞便進行層析和碘蒸氣燻色實驗,並進行成分分析。結果顯示,PVC組的糞便含有PVC訊號,但無法證明PVC被分解。接著,我們進行了麵包蟲和蠟蟲腸道內菌種的培養實驗,希望證明這些菌種能夠降解PVC,同時了解在哪種pH值的環境下,這些菌種能夠有效地降解PVC。為此,我們先以廣用指示劑測量兩種蟲腸道pH值並配製不同的pH值溶液,再將這些溶液配製培養基進行菌種培養。透過實驗數據的比較,我們希望找到最適合的菌種降解PVC。

氣球炸彈

我們發現了一項名為氣球炸彈的實驗,經過一些初步的實驗發現氣球的爆炸情況隨著高度上升有規律,起初認為應該是氣球落下至地面時的速度在特定高度會激增或驟減,但經研究後顯示其符合一般空氣阻力的自由落體,而在最後成功歸納出其規律模式並分類。之後我們探討氣球在施放後第一次接觸地面就爆炸時,內容物所需的最小動能,成功推出鋼珠與氣球的物理模型,得出所需最小動能大約正比於鋼珠半徑。

基於影像識別與感測裝置之坐姿偵測輔助系統

本研究旨在開發一套系統,判斷使用者是否久坐與使用電腦的姿勢是否正確,並即時提供回饋。此坐姿輔助系統僅需使用電腦內建視訊鏡頭以MediaPipe BlazePose影像辨識模型抓取上半身節點資訊,並透過雙腳穿戴micro:bit感測裝置取得腳部三維加速度值。研究者蒐集各年齡層不同姿勢下的數據,討論其差異並計算F-score值以訂立閥值,判斷使用電腦的姿勢。同時,研究者運用PyQt套件建立使用者介面,使得系統能夠進行個人化設定,並即時地提供回饋。相較現有研究,本研究所提出之系統更輕量化、方便使用且成本更低。

Danio的健康食品-探討樹葡萄的抗氧化力與對斑馬魚胚胎的影響

本實驗探討樹葡萄各部位超音波水萃液的抗氧化成分、抗氧化力,並試驗其對模式生物斑馬魚毛細胞的保護力。化學檢定結果顯示,樹葡萄中抗氧化成分之總多酚含量前三名的部位為種子、葉和花,總類黃酮含量前三名則為種子、花和樹皮;此外,無論是抗氧化能力測定之A B T S 陽離子的清除率,或是 D P P H 自由基清除能力實驗,各部位的清除率都接近100 %,證實樹葡萄各部分都含有很高的抗氧化成分、抗自由基能力。另一方面,我們使用基因改造的斑馬魚胚胎進行生物檢定,因其具有會發螢光的毛細胞,可觀察樹葡萄水萃液是否可減緩生物細胞的氧化毒性,結果顯示青果、熟果和葉的水萃液對斑馬魚胚胎皆無毒性,且對其毛細胞具有明顯的保護作用。

AI消防閃燃偵測輔助系統

本研究針對近10年來超過30名消防員在救火時殉職,分別開發現場閃燃偵測模組和事前預防模組,前者能在消防員架設熱顯像儀之前,先將探測球丟入火場中,探測球利用ESP32並透過MQTT向樹莓派發送感測數值,並送至SQLite資料庫進行處理,再行計算閃燃發生的可能性,指揮官根據結果再決定是否靠近或暫緩;遙控履帶車則進行相同操作,除了更精確定位偵測外,並搭配鏡頭增加起火點、煙霧偵測功能,這些資訊能輔助指揮官做出正確決策,降低消防員的傷亡。 事前預防模組為巡查並偵測火災發生機率,可用在工業區等環境,先做好道路循跡模型與火災辨識模型後,在車上安裝各式氣體感測器搭配鏡頭辨識,根據回傳的數值做運算,可判斷火災發生的可能性並做及時處置。

滄海一希—溫鹽度對希瓦氏菌特性探討

脫色希瓦氏菌是一種海淡水中皆可分離出的細菌,更是部分魚類的益生菌。相關文獻指出該菌對石斑魚、金目鱸有抑制體內病毒生長的效果。本研究主要探討不同溫鹽度對其生理變化的影響,包括生長曲線、泳動能力、抗藥性。以添加海鹽濃度0%、0.1%、0.5%、1%、2%的LB培養基,以及28°C、37°C下的培養條件 ,模擬不同情況下該菌的適應能力。研究顯示隨著鹽度上升,該菌生長速度與泳動範圍有隨之增加的趨勢,但若加入過量鹽類則會抑制其生長。此外,在四級胺(BKC)作用下,該菌具備較高存活率,而二氧化氯會使其與病原菌一併殺死,不利產生益菌效果。為了近一步探討脫色希瓦氏菌對於其他本土魚類的效益,未來會著重於觀察不同魚群與該菌的相互作用關係。

深深深幾許?橫看成嶺側成峰,遠近高低各不同

本實驗以程式控制雷射光束之觀測角、不同觀察姿勢探討視深的變化,並與教科書的理論做比較,在改變觀察角度下,均證實物體正上方偏向20°的範圍內,教科書中的「簡化公式」誤差尚小,但發現觀察角度大於20°後,觀測角越大則視深呈現多樣的變化,視深近似公式不再適用,建議應做修改或說明。 光經水折射後產生虛像在司乃耳理論下以數學偏微分計算,顯示此虛像(視深)並非固定且與本實驗結果相同,甚至觀測角接近90°,視深呈急速趨於零或緩慢趨於零則與觀測姿勢有關,視深比原來簡化公式複雜,虛像的位置隨著觀測角增加而快速向觀察者移動。並逆向實驗,以水面下觀察地上物,證實理論亦成立,令人不可思議的現象盡在本研究中陸續被挖掘出。