全國中小學科展

高級中等學校組

過目不忘:Sans Forgetica字體的學習效果研究

閱讀、記憶與理解,對莘莘學子們乃至大眾來說,都是每天經歷著的重要日常。有鑑於此,本研究驗證了一款宣稱能藉由理想的閱讀難度來啟動深度認知歷程,進而提升記憶與理解的字體:Sans Forgetica的效果,以及其設計在中文的應用可能,結果發現無論在英文或中文材料中,Sans Forgetica字體都展現出提升記憶和理解的效果。另外,本研究又根據認知心理學的完形理論,提出Sans Forgetica字體效果成因的可能解釋,並以眼動追蹤技術驗證,結果雖不夠強烈,但仍具參考價值,開啟後續研究的方向。

探賾索「韋」—探討韋氏擺的耦合振盪情形與應用

本實驗旨在探討韋氏擺的耦合振盪情形及其應用。振盪情形部分,我們發現韋氏擺出現耦合振盪的條件是垂直振盪與水平轉動週期接近,且兩者差距越小產生的耦合振盪越理想。而韋氏擺能量轉換週期與重物質量呈正相關,卻與下拉長度無關,顯示能量轉換週期和垂直振盪與水平轉動的週期有關,而非系統所含能量。另外雖然平常垂直振盪與水平轉動週期相差較多時並不會形成韋氏擺,但當系統的垂直振動週期為水平旋轉週期的兩倍時形成例外,有明顯的耦合震盪現象,且出現特殊的轉動情形。應用部分,我們利用旋轉角度為零的點算出系統總能量對時間的函數,並將其帶回算出彈簧的扭轉彈力常數,發現得出的值非常接近,說明韋氏擺可應用在彈簧扭轉彈力常數的測定。

獨居蜂的築巢行為以及羽化觀察、影響羽化的因素之探討

本研究在觀察校內和家附近的獨居蜂築巢行為,以及紀錄校內的獨居蜂子代從卵期到羽化的過程,並以加溫設備觀察其在特定溫濕度下的羽化時間。對比了周圍有水的環境和沒有水的環境後,前者獨居蜂產卵築巢的數量明顯較後者多,顯示出獨居蜂更偏好周遭有水的環境;以恆溫箱對棕泥壺蜂進行加溫羽化後得知,溫度對於其羽化的影響比時間大。另外也發現,棕泥壺蜂巢室內,有塗料土塊的吸水能力較無塗料的差。

耦合振盪器於磁場內的運動與理論模型探討

此研究針對磁力耦合振盪器進行理論建構與實驗設計,在理論建構中,我們先以彈力作為外力並推導公式,與實驗數據擬合後發現擬合參數極具參考價值。將磁力引入系統並推導公式,發現其與實驗數值擬合效果也極好。融合上述公式與參數後推廣出能描述振盪器運動模式之運動方程式,以Python數值模擬發現,此方程式與數據十分吻合且能產生波包與頻率下降等真實情況,故推論該運動方程式是有一定價值的。在傅立葉分析中發現了簡正模之應用,且當磁鐵初始距離越短或磁力強度越大時,振盪頻率都會有所提升,而初始位移不會造成影響。而本研究的成果將可透過一已知磁性量值之磁鐵求出另一板簧上物質之磁性量值,進而應用到新型機械式磁性雙板簧的懸臂磁力計設計。

玩水珠珠

本研究主要在探討液滴撞擊薄水液面後,產生的水珠滑行之現象。研究中,我們以液滴滴落高度及底部液面厚度作為操縱變因,測量飛濺出的水珠之各項性質,探討其與變因間的關係,並在用高速攝影機觀察其微觀機制,以及參考相關文獻後,推論滑行水珠的成因與滴落時產生的水冠因普拉托-瑞利不穩定性(Plateau–Rayleigh instability)而破裂有關[7]。我們用三種假設推論其所受阻力特性,配合實驗數據得出其所受阻力與速度成正比,並建立模型嘗試說明滑行水珠存在的原因,以及對實驗數據進行解釋。

脊椎矯正器

脊椎乃是人體最重要的部分之一,脊柱後凸,俗稱駝背,『駝背』是一種『姿勢異常』,也是一種常見的後背隆起脊柱疾病,而我們常見的症狀如:胸悶、肩頸酸痛、上背部筋膜炎、膏肓痛、頭痛、胃痛、頸椎病(手麻或無力),有多種原因會導致脊柱後凸,如關節炎,發育不良,坐立姿勢不正確等,駝背導致的『表現』又稱『症狀』,唯有徹底改善駝背,才能真正改善症狀,我們使用了三軸加速度器來做偵測角度的動作,藉由Arduino的HC-05藍芽傳輸模塊傳輸至手機,利用現在正紅的MIT App inventor 2寫手機的軟體作為計算,紀錄次數與提醒人的手機震動來做提醒自己該挺直自身的脊椎了。

運用疾病軌跡搭配深度學習偵測胰臟癌風險

目的:在台灣,胰臟癌雖非癌症發生數最高,但85%為末期,五年存活率小於5%,有癌王之稱。如何早期偵測胰臟癌風險,一直是醫療上的重大議題。本研究運用時間矩陣搭配深度學習進行大量變數之胰臟癌風險偵測。 方法:健保資料庫收集國人疾病、用藥等結構化資料,可藉此反映每人健康狀態。將三年內診斷與藥物碼轉為時間矩陣,以卷積神經網路訓練,訓練組與測試組比例為9:1。 結果:共計案例組1095名及對照組10950名,訓練後測試組表現之AUROC(area under the receiver operating characteristiccurve)為0.937,六十歲以上及以下AUROC分別為0.846及0.897。 結論:結論:能將診斷、藥物、時間轉成矩陣,是以疾病軌跡預測胰臟癌風險,且能找到新特徵,未來搭配健康存摺,為低成本、快速、大量的胰臟癌數位快篩。

繞遠路的螞蟻

本研究探討螞蟻在一個無向簡單圖上,由原點出發沿著邊移動。當抵達某一點時,螞蟻會選擇和此點相鄰的某一點前進,作為下一步移動,但不能往回走,若螞蟻回到原點便不再移動。已知圖上各點的度皆大於等於 2,試問螞蟻在數次移動後回到原點時,移動次數的期望值為多少? 我們最初是藉由觀察螞蟻經移動後回到原點的機率,推測每次回到原點時的機率之規律,但此方法難以在較為複雜的圖形上得到結果。接著使用了矩陣來研究,以矩陣乘法表示一次移動。有了矩陣,我們便能透過矩陣運算得到螞蟻在數次移動後抵達各點的機率,也能更方便的求出期望值。

「澱」「資」的奧祕-利用網頁遊戲精進學生對沉澱表之研究

有鑑於高中選修化學相當困難,因此我們製作了一款有助於提升化學能力的遊戲。玩家必須活用沉澱表及化學來通過遊戲。蒐集離子球、並且按照要求合成出沉澱物或是酸鹼,來擊潰敵軍和敵方堡壘。 該遊戲是藉由網頁去宣傳的,因此我們需要一個平台去發布此遊戲,選擇了netlify這個平台。其中我們前端使用了三大前端程式,HTML、CSS、JavaScript,後端則利用Google試算表搭配Google APP Script去收集遊戲數據。最後,我們再利用AI演算法中的類神經網路分析,透過交叉比對找到玩家最有可能的成長結果。

奇妙的飄浮現象:親疏有別

本作品主要為發現水面上漂浮物易被外物吸引,甚至發生排斥或旋轉的現象,藉由研究探討此現象的多種特色。表面張力雖常被討論,但表面張力所產生之漂浮移動現象卻從不曾在我們所查證的科展題目、網路資料、書籍、甚至是科學文章中被研究過,富有創新、獨特性,於是由不同親疏水試棒、試片的交互作用中,探討其移動規則及可能引起之機制。從實驗結果可知,疏水邊易與疏水相吸與親水相斥,其細微現象與水面凹凸、折角試片俯面仰面有莫大關連,過程中則以光影輔助推論,進而由表面張力使液體表面積趨向越小特性,了解一系列運動原因並加以論證。此現象甚至也發生在試片間與槐葉萍的葉子上。透過本研究的發現和討論,或許未來可用來解釋一些自然現象。