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探究精神獎

成雙成對

本作品源自澳洲 AMC 2017 考題,原題要求在8X8方格中塗黑色或白色,但在任一2X2的方格中都需符合2黑2白的要求有幾種排法。 我們用黑、白棋排列方法與前一行相關的特性,找出對偶型連接與自身連接策略,求出原始問題的一般化公式。並延伸至立體方塊時在各方向剖面中皆滿足任意2X2X1的方塊皆有2黑2白的排列數公式。 最後討論以正三角形組成的平行四邊形中,任意4個小正三角形組成的「成雙三角形」中也需符合2黑2白的要求。雖然三角形的組成模式與方格不同,但仍然有排列方法與前一行相關的特性,最終將由三角形組成的2列1行與3列1行的平行四邊形分成數個類型,並求出各類型的相互連接關係,進而找出在2列與3列三角形成雙成對排列數的遞迴關係式。

腸內共生菌對肥胖性骨質疏鬆的影響

骨質疏鬆是現代人面臨的嚴重問題,多項研究顯示腸內共生菌與骨質疏鬆之間有密切關係。本研究主要探討高熱量飲食 (HFD) 小鼠與正常飲食 (CD) 小鼠之身質、骨質與腸內共生菌的差異,並探討造成骨質差異的可能代謝物。結果發現CD小鼠的平均體重顯著提升;分離檢測其糞便中微生物,發現CD小鼠中的腸內有益共生菌的對數值為HFD的1.0 - 4.5倍,HFD小鼠中的肥胖相關菌種則為1.5 - 4.0倍。後續讓HFD小鼠攝取CD小鼠的腸內共生菌,六個月後平均體重相較於原HFD小鼠低1.47g,平均骨小梁密度高0.036 mg/cm3、骨容積高5.27%。後續探討共生菌之代謝物TMA和TMAO,HFD小鼠的TMAO量比CD中的高1倍,並發現p16和p21基因表現量上升;RUNx2和Col1a1表現量降為0.5倍,可能是引起骨質疏鬆的原因,值得進一步研究探討。

觀音火山熔岩與其礦物比例分析

本研究透過親手磨製岩石薄片及數據化的礦物比例資料,探討觀音火山熔岩的差異與其分化關係。根據相關前人研究得知觀音火山經過五次噴發,共有七種不同的火山岩,比對地質圖於各地層分佈區域尋找新的出露地點共17處,進行田野調查記錄與空拍、採集標本,並磨製岩石薄片共14片,進行岩相觀察與礦物面積比例計算。 本研究觀察到觀音山熔岩有漸變關係,從普通輝石橄欖石玄武岩→普通輝石玄武岩→普通輝石安山岩→兩輝石安山岩→紫蘇輝石安山岩→黑雲母角閃石安山岩,符合鮑氏反應序列。並依據新的田野調查資料,修正觀音山圖資;建立火山噴發歷程模擬動畫;製作立體地形模型以瞭解地質地貌關係,皆可做為日後觀音山地球科學教育的參考。

魔法懸浮-若隱若「線」

張拉整體結構是透過繩索等提供張力,讓堅固的結構在看似無支撐的狀態下維持懸浮與平衡,實驗中透過在尼龍繩上裝設彈簧,觀察平衡時張力大小,以及外力或移動中心支撐繩位置對於平衡和張力的影響,並嘗試將中心繩換成電磁吸盤,觀察維持平衡所需的電壓範圍。由實驗結果得知:1.平衡時每條繩子的張力大小,會受到結構重量以及質心位置影響;2.從側邊額外施力時結構會傾斜,以曲柄所在的側邊施力影響最小,平衡最穩定;3.移動中心繩會使支點改變,使中心繩靠近的繩子張力變大,整體結構傾斜;4.以電磁吸盤當中心繩時,提供足夠電壓(6V以上)可維持平衡;以上實驗結果可以做為張拉結構的繩索材質、結構設計以及可承受外力的參考。

鳩佔鵲巢

「鳩佔鵲巢」的題目中將喜鵲餵食的規則寫了出來,我們列出不同的狀態後確實找到所有答案,接著我們進一步將「鳩佔鵲巢」題目進行擴充,使題目中五隻喜鵲擴充到所有正整數,我們發現餵食的順序可以同餘來計算,進而研究找出其所有的答案,之後又加以研究總共吃到的喜鵲數量。

以校園望遠鏡觀測木星及其衛星的光譜

本研究利用校園2023年底晴天率高的冬季觀測木星及其衛星的光譜,累積的資料初步確認光譜觀測於藍端(可見光偏短波長端)的強度變化較紅端(可見光偏長波長端)明顯,因此,若能用紅端來做為星球之間的交互作用影響會比較適合。本作品也把木星及其衛星埃歐(Io)逐日進行比對,利用紅端較不受影響的前提下,得出在11月3日時木星衝觀測當日光譜藍端有較佳的吻合,推測除了仰角與大氣影響,太陽光反射的角度也會對觀測結果有所影響。最後,本研究由埃歐(Io)光譜的進階光譜分析可以得知,不同日期的響應曲線會有些微的變化,推測可能是火山噴發的作用影響。

這樣防護有效嗎?以導電度建立呼吸道傳染病傳播與防治模型

我們和父母在要不要戴口罩起爭執,因此想建構呼吸道病毒傳播模型來驗證。首先尋找模擬病毒的粉末,在各種粉末中發現食鹽在水中有最高的導電度。接著測試發射裝置,找出與文獻飛沫分布最相似的打氣筒。 不同高度噴射有相似性,在160公分後明顯下降。在距口罩0公分噴射,口罩後的導電度為364µS/cm,占總發射量的3.24%。發射俯角越小對面的人越危險,俯角30度對面同學獲得鹽粒甚至比本人多,俯角角度越大,鹽粒會回到自己這排,低頭打噴嚏不能解決問題,危險只是從對面變成 自己兩邊同學。直接傳遞灑鹽粒的課本,第六人仍有極高的導電度,甚至比口鼻吸入時還多。間接 傳遞到第三人仍有112µS/cm的導電度。戴口罩或不戴口罩,應視與生病同學座位遠近和角度來自主 決定。

就是那個光_自製光波捕蚊機

最近登革熱全台大流行。班上蚊子很多,同學帶光觸媒捕蚊燈來學校,效果很好,放置一晚上,就可以捕獲很多蚊子。於是各種捕蚊工具如雨後春筍般的崛起,其中光觸媒捕蚊燈是利用特殊波長的紫外光來吸引蚊子,當蚊子靠近時,就用風扇將蚊子吸入。經本組深入研究後,製作出成本低廉、捕蚊效果極佳的UV光捕蚊機。整組成本約100元,裝置設計簡易,可快速取出誘捕的蚊蟲,有利於後續相關研究的進行。 為提升捕蚊效果,特別針對不同色光波長、裝置外觀顏色、氣味、溫濕度等因素設計實驗進行探討。實驗結果顯示,蚊子喜歡波長375-380nm的UV光、黑暗、紅色可見光與黑色外觀的裝置。且本組自製的光波捕蚊裝置,能有效減少病媒蚊的數量,對於登革熱的防治有顯著的功效。

智伴共創學習動機

本研究設計一般聊天機器人與諮商聊天機器人,以提高學生的數學自我效能,藉此增進學習動機。 本研究採用準實驗設計,研究對象為國中、高中生共297位(137位男性、160位女性)。參與者經由隨機分配進入一般聊天機器人(實驗組A)、諮商聊天機器人(實驗組B)和無使用聊天機器人的控制組C。三組都接受數學自我效能量表的前測、後測,實驗組需填答聊天機器人滿意度量表。 研究結果顯示:就全體樣本而言,一般聊天機器人可顯著提升學生的數學自我效能;高中組樣本發現,一般聊天機器人和諮商聊天機器人都能顯著提高學生的數學自我效能。 未來研究方向包括:匯入更多心理諮商文獻且改善應答方式,應用於青少年心理健康上的提升。

智慧醫療-基於階層式機器學習的心律疾病檢測系統

本文提出了一種階層式兼投票式的心律疾病智慧醫療檢測模型,以MIT-BIH心律資料庫為基礎,建立了兩種判別模型。模型一針對正常心跳N及較常發生的V、L、D、R、A(見表3)五種心律疾病進行單一疾病分類;模型二針對疾病較多的N、SVEB、VEB、F、Q(見表4)五類進行分類。採用階層式模型使各層獨立訓練、二分法使資料量均勻;在階層式模型上增加投票式模型,使各層以多種機器學習共同判斷,並按各機器學習訓練之準確程度調整比重。研究結果顯示,模型一最終準確率達99.01%,五種分類類別中有四種召回率達97%以上;模型二整體準確率98.74%,N、VEB、SVEB、F、Q五類召回率分別達99.5%、97.1%、83.6%、77.8%、85.7%。兩模型對於心律疾病判別準確率均較近年論文有所突破。