全國中小學科展

高級中等學校組

大衍萬象之謎—正多邊形頂點交換圖形關係

本研究主要探討正多邊形的換點問題。 在平面上給定一正𝑛邊形,在不重複經過任意點的情況下,一筆畫經過所有點並回到起始點形成圖𝐴。透過相同做法得到圖𝐵,最後將圖𝐴透過有限次的換點得到圖𝐵,找出換點次數最少的路徑。 本研究中證明了所有符合規則的圖形都能透過有限次換點得到,也探討了換點在鄰接矩陣上的意義,並透過排列矩陣定義出換點運算以及圖形的旋轉及翻轉運算矩陣,接著找出了圖𝐴換點到圖𝐵有捷徑步數的充要條件,並解決過程中使用到的基本運算。然後得出從正𝑛邊形換點路徑的唯一性以及尋找方法求出圖形的層數,並得出圖𝐴到圖𝐵最短路徑步數 ≤𝑖𝑚𝑎𝑥(𝑛),最後求出了 正𝑛邊形中不同構的𝑛點圖形個數。

肥水不落外人田—廚餘堆肥種菜效果研究

本研究旨在探討日照強度與堆肥比例對作物生長的影響,為此,我們準備了五組含有不同堆肥比例的土壤以及萵苣、茼蒿等兩種作物,並觀察兩種作物在不同日照強度下的生長情況,以及在日照強度較強的情況下,作物在不同堆肥比例的生長情形。透過實驗結果可以發現,萵苣與茼蒿在日照強度較強的情況下,會有較佳的生長情況;另外,本實驗也發現不同的植物應有各自適合的堆肥比例,因為不同植物在不同的堆肥比例下,吸收土壤營養的情況也不同,因此會導致特定作物在特定的堆肥比例下生長較好。

鋁試春秋-探討鋁離子電池陰極元件對效率之影響並試做太陽能充電模組

鋁離子電池材料的性質優於其他二次電池。我們將SP-1和活性碳混合,製成不同比例的陰極,進行充放電測試。結果顯示,SP-1能增加充放電容量,而活性碳僅增加充電容量。XRD和拉曼分析顯示,SP-1具有良好的插層能力,而活性碳的強吸附能力使電子難以從陰極釋放,因此對放電的影響不明顯。 實驗中,我們將電池的充電電壓設為2.4V,但有些電池只能達到1.2V。在剪開這些電池後,我們發現其隔離膜上的漿料覆蓋較少,推測是由於Ni-bar的厚度使隔離膜與碳紙之間存在空隙。經過調整後,情況有顯著改善。 最後,我們將四個電池組合,透過太陽能板充電,成功使3V的馬達運轉,證明我們的太陽能充電模組是可行的。

社會模擬模型:探討特定機制對不同族群之生存趨勢影響

本研究旨在探討人類、人工智慧在特定機制下的抉擇。研究者首先固定一場景模型,設計模型中各族群的任務與環境機制,再使用程式還原所研發的模型,並利用微分方程式去驗證代碼運行的正確性。由於研究者希望此模型能夠貼近現實社會,故發表問卷以調查民眾、人工智慧對於不同族群的選擇偏好,再將調查數據代入電腦程式,以比對人類與AI在選擇上的異同,並探討各種機制對於族群之間互動的影響,加以推論原因與發展趨勢,最後說明此模型在生活中的應用。

超省電-多功能電子計分板

本作品的特色是以Arduino撰寫程式,透過介面電路將晶片的小電壓轉換成大電壓來控制自製的大型七段顯示器輸出,全部顯示器以掃描技術呈現,平均消耗功率約2~3W,與市場上常見的器材約20W~30W相比是一台極省電的電子計分板,計時基準時脈電路使用開發板上的16 MHz石英震盪器進行設計,實測誤差值低於1%,使用在球場上可以提升賽事品質,體育課的分組活動或校內班際球賽都能獲得如同職業賽事般的競賽氛圍。

n倍等角差線

本研究從分析產生n倍等角差線的聯立方程式與參數式出發,首先從觀察圖形的變化及計算,得到不同初始條件下的圖形分類,進一步探索其漸近線、輻射點的特性,並解決文獻中的稠密性猜想。 本研究再考慮n倍等角差線經旋轉、鏡射、反演後的圖形,討論封閉圈數,並求得分割區域數。並且得到當n為有理數時,能利用圖形逆推n值。

領域展開-Dual graph 解 Hamilton cycle在平面圖上的存在性問題

本研究以對偶圖的性質,取代以往著重點或邊數量的方法,探討平面圖中漢米爾頓迴圈的存在性。我們設計一套定理,判斷對偶圖對應之原圖是否存在漢米爾頓迴圈,並提出「T 搜索」,有效降低電腦計算的時間複雜度。此外,我們建立多項化簡定理,能在不影響迴圈存在與否的前提下,透過邊、點的替換與收縮,或圖的結構分解來簡化圖形。研究中也討論 Herschel Graph 與 Tutte’s Graph,並提出當圖中出現特定結構時,原圖不具漢米爾頓迴圈的判別條件。最後,成果可用於構造具漢米爾頓迴圈平面圖之對偶圖,並期望數學方法推導出無漢米爾頓迴圈的平面圖,或用電腦窮舉所有無漢米爾頓迴圈平面圖之對偶圖,以便延伸討論。

高二學生對本土語文必修課程之滿意度分析­­—以臺灣某高中為例

政府在本年度首次把本土語文課程加入高中的必修學分中,然而這引起此校學生劇烈反彈。本研究以臺灣某校高二學生為研究對象,主要針對學生滿意的情況進行探究。研究者先透過文獻探討設計各因素,再將其製作為線上問卷,而後進行統計分析,包含敘述性統計、ANOVA分析、相關分析等方法。研究發現學生在日常中使用頻率、成績表現、溝通能力、個人效益(包含升學、社交圈、未來求職)、社會價值(包含文化多樣性、傳承文化、民主、尊重語言人權)、本土語能力的提升、老師的管教嚴苛程度、自主學習時間的減少等八項因素皆會對其滿意度造成影響。我們期待透過此研究促進制定政策者、教學者、學習者之間的討論,審視與調整目前政策實施的方法。

拈拈有餘——單堆拈必勝策略探討

本文以單堆拈有關的問題出發,討論當給定首項為1的連續數列,接著再就未刪除、刪除不同長度連續或不連續的數列等條件,觀察結果並找出其必勝策略。在刪除特定數列時,發現必勝點的數量與大小與「刪除的數列的首項」和「刪除的數列的長度」有關,最後將其簡化成公式。

桑白皮素透過抑制NUP62基因表現抑制GBM細胞遷移

本研究發現桑白皮素(Morusin)可抑制多形性膠質母細胞瘤(Glioblastoma, GBM)的細胞遷移作用,並透過觀察其細胞骨架的變化和NUP62基因表現量的變化,研究可能造成其抑制細胞遷移的機制。 從細胞遷移實驗(Transwell migration assay)觀察到Morusin能抑制GBM細胞的遷移能力,再對其細胞骨架的F-肌動蛋白(F-actin)染色,觀察GBM細胞骨架形態上差異。 接著透過次世代基因定序(NGS),找出受到Morusin影響的基因,並透過查詢文獻探討已被證實與細胞遷移相關的基因。我們發現了NUP62的基因表現量會受到Morusin抑制,且文獻中也提到了其在細胞遷移中的作用。最後透過RT-qPCR和Western Blot確認Morusin處理後的GBM細胞會降低其NUP62的基因表現量。