全國中小學科展

高級中等學校組

基於神經網路分析封城對民眾攻擊性情緒之影響:以美國為例

疫情期間各地家暴、離婚負面社會現象顯著增加,而攻擊性情緒可能是造成此現象的重要原因之一。如何快速掌握人們情緒變動,提供有效配套措施,為當務之急。本研究利用人工智慧神經網路模型,訓練其分辨攻擊性情緒,快速分析大量社群媒體資料。以此模型分析全美各地在不同時間發出的推文,即時判斷疫情下各地攻擊性情緒的變化,發現疫情開始後,整體攻擊性情緒急劇增加,且封城下的民眾相較未封城者呈更高的攻擊性情緒。再來,本研究以固定效應模型的統計大數據分析,證實封城與攻擊性增加之因果關係,為理解疫情中人們攻擊性情緒變化的成因作出重要貢獻。提供心理學或精神醫學大範圍、快速、低成本的研究方法,以快速掌握人們情緒模式,研擬對策。

空氣鳳梨毛狀體降低空汙之探討

本研究主要是探討空氣鳳梨葉子作為清淨環境空氣和降低PM2.5濃度以及物理性微粒的功能。為了解空氣鳳梨的吸附能力,我們先測量空氣鳳梨的滯塵能力,發現高居室內植物滯塵能力第二名:其次是測量植株能否降低線香微粒濃度,發現其葉片具有減少懸浮微粒的能力,顯示其具有空氣淨化效果;猜測上述能力應與毛狀體結構有關,於是著手測量去毛後的吸附能力,得知毛狀體是影響吸附能力的關鍵。接著我們學習Image J操作,進一步了解空氣鳳梨在各部位的吸收能力及運送途徑。透過影像分析,推測微粒的路徑為葉基→葉中→葉尖。最後探討吸附微粒後植株與對照組的抗氧化能力,發現實驗組明顯降低,說明微粒會對空氣鳳梨造成氧化壓力並影響生理代謝。

我能搭到「他」的機車嗎?抽鑰匙的機率問題

設有A1,A2,A3, · · · ,An 共n 人及K1,K2,K3, · · · ,Kn 共n 把鑰匙,其中n 為正整數。現在依照A1,A2, · · · ,An 的順序來抽鑰匙。在n 人中除了Ar(1 ≤ r < n) 認得某一把鑰匙,並且絕對不會選取之外,每個人抽到這些鑰匙的機會都均等。令P(Ai,Kj) 表Ai 抽到Kj 的機率(1 ≤ i, j ≤ n)。在這篇研究中我們得到了P(Ai,Kj) 的一般式,並且利用程式模擬驗證。此外我們也將問題推廣到n 人中恰有m 個人必不選某把鑰匙的情況,並得到對應的機率通式與遞迴關係。

田間昆蟲幼蟲鑑種及手機App檢索建立

田間昆蟲幼蟲會危害蔬果。藉由田間昆蟲幼蟲外部型態觀察測量,找出可供鑑別檢索的特徵,包括銅點金龜幼蟲頭長/頭寬比值最高(>1),其餘均≦1;青銅金龜幼蟲的大顎長/頭長比值比值最高(比值>0.55),其餘4種幼蟲比值均≦0.55;銅點金龜、獨角仙及姬兜蟲尾毛數量≦10根/mm 2,其餘的尾毛數量≦10根/mm 2;姬兜蟲幼蟲尾毛長度(mm)最長(>2mm),其餘的尾毛長度均≦2mm 。並根據幼蟲外部型態觀察及測量及尾毛分布特徵等實驗節中可明確地找出檢索的特徵,建立田間昆蟲害蟲幼蟲的檢索表,並能成功的完成田間幼蟲檢索鑑種分類檢索APP。並擴大建立更多田間昆蟲幼蟲檢索APP,及早鑑別危害的昆蟲種類,及早預防或撲滅害蟲達到田間防疫害蟲之目的,避免或減少農損。

天然抗氧化薊 – – 阿里山薊的保肝作用探討

薊屬植物屬於菊科植物的其中一個類別。台灣的阿里山薊為特有種,被當地的居民製成保肝的茶飲,因而被推知有抗氧化的能力。本研究以阿里山薊和平地薊(不同地區)的不同部位做為研究材料,探討其消除自由基及保護肝細胞的能力,結果發現平地薊有最佳的清除自由基效果。而在保肝效果的部分,無論事前預防酒精造成的肝細胞中毒或事後補救機制肝細胞的傷口癒合,皆以阿里山薊最有成效,為保護肝臟的最佳選擇。

不同「釩」響之新空氣液流電池

本研究可分為兩大主題,其一為提升全釩液流電池之反應時間,二為製作釩空氣電池。為節省實驗成本,皆購入較為便宜之V2O5自行電解為所需之V4+及V3+,並運用自行製作之全釩液流電池,探討其何種內部迴路構造與複合膜可使電池反應時間與理論值最相近,亦自行嘗試製作釩空氣電池,將其沉澱物V2O5拿來重複電解。實驗結果顯示,Type-2反應時間最接近理論值,本團隊之複合膜為PVA、LiCl、與杜邦公司之Nafion溶液聚合而成,與市售之Nafion-117比較結果,本研究之複合膜電壓效率、能量效率及庫倫效率仍不及Nafion-117,但在較高電流80mA下差距接近,且反應時間較快。本研究亦發現碳氈經高溫加熱後,再浸泡於強氧化性酸中會有效提升電池系統效能。

新環保再生無機聚合材之強度探討

「水泥」是所有建築物中不可或缺的材料,然而波特蘭水泥的生產過程所產生的二氧化碳數量卻加劇了全球暖化問題…。 在學校我們有一間專業的陶藝教室,在每學期都累積不少素燒坯的瑕疵品,有時要將它去除也諸多不捨,於是啟發了我們想要給予它不同的利用價值。當材料課老師提及無機聚合的概念時,隨即引發了我們實驗研究的動機,我們決定運用學校陶藝教室學生窯燒失敗的素燒坯體取代水泥,藉由鹼激發製作成再生無機聚合物,並與水泥漿體進行抗壓強度試驗,且探討密度與素燒粉的關係,期望減少廢棄物以達到循環經濟之成效。

雲端都市垃圾資源回收警示及清運排程系統之研究

本研究設計一個可以感測容量及感應開闔的垃圾桶,透過雲端接受各地垃圾桶的容量及使用狀態,回傳到中央戰情室統整訊息以編派人力進行回收,提高回收服務及效率。利用超音波模組感測到有人接近時驅動伺服馬達打開垃圾桶,以非接觸的方式讓使用者可以丟垃圾或回收物,另外於桶內放置超音波偵測容量,用紅藍綠三色LED顯示使用容量,桶滿的時候可控制不打開蓋子。垃圾桶的資訊會透過ESP8266 WiFi模組,利用MQTT通訊協定傳送到Node-Red建立即時的戰情室中央監控,用Line Bot發出即時訊息通知工作人員,整合的雲端物聯網系統,可以得知各個垃圾桶的狀況,達到減少人力成本及即時管理垃圾及回收物達到環境整潔並提高服務品質的目的。

雙層式水平軸風力渦輪機葉片下洗氣流之探究

本研究設計雙層葉片風力渦輪機,並使第二層葉片吸收第一層剩餘風能,提升發電效率。由於渦輪機葉片運動模式複雜,因此將實驗分成兩部分,首先去除渦輪機旋轉的因素,測量前後機翼改變攻角、間距及方位角情況下的升力,經實驗分析下洗氣流效益最佳處,為攻角於12度、間距1.5倍弦長、方位角-15度處;第二部分實驗測試雙層葉片渦輪機發電效率,當兩層葉片間距為1/4螺距(90度)時,兩層葉片應於夾角90度有最大效率,但減去下洗氣流方位角-15度,夾角75度對應效率最佳,經風洞實驗得相同結果。經效益分析,兩層葉片渦輪機效率提升四葉葉片的三成,一層葉片佔渦輪機總成本10-20%之間,可見本設計具備提升效率及降低成本的特性,未來具有高度前瞻性。

光纖通路

n個城市建立光纖網路,以最經濟的連接方式,需(n-1)段連線,探討共有幾種建立方法L(k,n) (但限定城市標號差不得大於k,k∈Ν),我們依照條件逐步排出,驗證資料[2]中的發現,當k=2時,得到規則L(2,n)=3 L(2,n-1)- L(2,n-2) ,n≥3,而前後兩項的比值正是黃金比例的平方((1+√5)/2)^2=(3+√5)/2≈2.618。接著,我們繼續探討L(3,n)各項的值,並尋找關係式,發現前後兩項的比值似乎也趨近於某個定數。另外,我們觀察到,若k=n-1,則L(n-1,n)=n^(n-2),這就是凱萊公式[7]。因此我們繼續以『橫排推移』的方式探討並發現L(n-2,n)的公式。在L(n-3,n)在經過多方面的嘗試,我們也發現它跟n有規律性的關連,進一步地研究終於提出它是n進位的式子的猜想。另外,我們也以生成樹來探討我們的問題,並引用基爾霍夫定理矩陣[6]來計算我們的推理,證明吻合。