全國中小學科展

團隊合作獎

三角形面積分割及推廣研究

「莫比烏斯環」是由德國數學家莫比烏斯和約翰.李斯丁在1858年發現的。將一般的紙環剪斷後,將其中一邊翻轉一次(翻轉180度)再黏合,會形成一種單面單邊體。本研究將從莫比烏斯環的結構及特性出發,並測試不同翻轉次數,以及不同的裁切方式所產生的影響。最後嘗試找出翻轉及裁切兩種變因不同時的規律,進一步推論在其他翻轉次數或是裁切方式所產生的結果。

雙蟲屠「龍」-「蟲」新塑造

塑膠要幾個世紀才能分解,最近發現即使使用生物可分解塑膠,卻無回收管道,所以,我們研究能分解塑膠的麵包蟲和麥皮蟲,探討食物、溫度、溼度對其生活史的影響,意外發現小花蔓澤蘭能餵食這兩種昆蟲。其次,進行各種食用塑膠定量實驗,使用ImageJ軟體測量食用塑膠面積、發現牠們喜愛食用編號3、4、6號塑膠,50g麵包蟲一個月約吃15.8g保麗龍;50g麥皮蟲約吃8.3g。接著,將誘導劑誘導兩種蟲吃編號1、5號塑膠,食量雖增加,但因為材質偏硬,減塑有限;另外發現兩種蟲大量吃「香草混合4、6號塑膠」,歸納兩種蟲喜愛青草葉子和果實氣味。找出適合兩種蟲的溫溼度、攝食模式與生活史,並設計多功能飼養箱,有效分解塑膠,其糞便做為有機肥料,種植植物。

探討不同棲息地的金龜子生長與繁殖~以毛翅騷金龜和臺灣扇角金龜為例

因為前兩年研究臺灣扇角金龜,同時發現也有毛翅騷金龜,進一步調查發現棲息地、溫溼度、禦敵行為、土繭或糞便、幼蟲食用土壤,兩種金龜子都可能不同。因此,本研究想要探究不同的棲息環境、氣候、海拔高度、林相和土壤,影響兩種金龜子的生長與繁殖等行為模式。本研究探討新竹尖石鄉及桃園復興鄉的兩種金龜子成蟲、土繭、土團材料、幼蟲棲息地和卵孵化的異同,為捕抓成蟲設計兩代捕蟲網,為觀察土壤內幼蟲設計兩代土壤偵測器。研究發現:毛翅騷金龜生長的溫度比臺灣扇角金龜高一些,毛翅騷金龜卵是黑色的,臺灣扇角金龜卵是黃色;毛翅騷金龜全身披毛對外界刺激較敏感,臺灣扇角金龜禦敵時翅鞘會改變顏色。

影片情境化字幕實現探討

本研究旨在改善聽障人士無法完整接收影音類型資訊的狀況,探討各種影片處理技術,尋找、嘗試並比較各種方法,整合出最適合的系統自動替影片嵌入情境化字幕——用視覺的方式呈現影片聽覺訊息,讓聽障人士便於理解各種類型的影片內容與資訊。 為此,我們呈現的情境化字幕有主要幾個特點: 1、將聲音對話轉為字幕標記在說話者旁,透過畫面中語句位置就可以了解跟語者的對應關係。 2、畫面中字幕會以漸漸上飄消失的泡泡字幕來呈現,使觀影者有充足時間閱讀字幕理解內容。 3、將環境音效如電話聲、雷聲與貓叫聲等各種能傳達資訊的聽覺訊息標示在畫面中。 藉由這些處理使畫面呈現更豐富的影片資訊,最終達到改善聽障人士資訊接收權益不平等的目標。

轉、轉、轉、紙轉千迴

洪新富老師有張隨著開合旋轉的紙雕名片,我們好奇: A、如何製作會旋轉的紙雕? B、其旋轉角度有無規律? 在分析探討後發現: 一、在菱形結構中,當摺線呈階梯狀,就能旋轉; 二、在鳶形結構中,要旋轉還須:「中線至較大剪角頂點距離」 ≥「中線至較小剪角頂點距離」-「第一層和第三層剪線在對摺線上的間距」。 三、菱形和鳶形結構,不管每層剪角是否相同,相鄰兩層的旋轉角度皆會相差 「180度-第n層起始處與第 層起始處的夾角」, 其中每層剪角相同的結構,相鄰兩層起始處夾角為一個摺角。 四、在圓形結構中,當摺線呈階梯狀,且摺角不等於180度即可旋轉,其中 若摺角皆<180度,則逆時針旋轉,若摺角皆>180度,則順時針旋轉, 且旋轉角度都隨層數遞增。

「生」機蓬勃

有機物在無氧或低氧下,會熱裂解成生質炭,具高表面積,能吸附有機質形成生物炭,促進光合菌生長,改善土壤品質。為了解光合菌對生物炭促進腐熟化的效應,本研究運用光合菌在印度棗、鼠眼木、南洋櫻和桑葚等4種生物炭中做成添加劑,探索添加光合菌與生物炭對土壤的影響。實驗發現,農業有機廢棄物做成生物炭,就能改善土壤環境、促進作物成長,結論摘錄如下: 一、光合菌與水以1:20比例稀釋,種子發芽率與存活率高達100%。 二、校園盆栽土壤添加生物炭和光合菌種植青江菜,發現大部分添加者較未添加者生長更佳。 三、以生物炭提供青江菜營養源,有機質比無生物炭至少提高2%以上,南洋櫻最高可提升4%,額外添加光合菌可再提升0.5%,整體累計提升4.5%。

旋轉三角形跑射線

本作品延伸前年數學科展作品《公園跑切線》,研究兩個同內心不同大小的正三角形,中間小三角形旋轉θ,由大三角形的其中一邊上取一出發點,對小三角形的頂點沿射線到下一個邊上,接著重複此動作,最後路徑會收斂成三角形,研究收斂點的位置和出發點、旋轉角度、邊長比與收斂可能的關係。之後我們分離小三角形與大三角形之內心,並研究其性質與收斂可能性。最後,我們加入了共內心、相似且方向相同之兩一般三角形的情形,同樣研究其性質與收斂可能性。

大地水銀行-探討地下水的流動

屏東平原地下水位在這波旱情中下降,為了解地下水從沖積扇頂到平地的流動原理,環境因子和抗旱井抽水對地下水流動的影響,我們利用自製砂箱和類似地層沉積物的砂礫進行模擬,以食用色素呈現流線並測量相關數據。結果顯示距離中央隔水牆愈遠,流線的時間和路徑長均增加,流線的速度則減少。當地下水鹽度增加時,流線的路徑不會改變,距離中央隔水牆較近的流線速度增加,距離中央隔水牆較遠的流線速度減少。當地下水溫度增加時,流線的路徑不會改變,流線的速度會跟著增加。在模擬抽水的狀況下,流線路徑會改變,較快的流線速度會下降,流線路徑向左偏移、長度增加,較慢的流線速度下降並改往抽水口方向,且有隔水層時會使流線路徑偏移更明顯。

冷面殺手李斯特菌-探討抑制李斯特菌台灣食品分離株之方法

李斯特菌污染,恐致腦膜炎、敗血症,WHO報告更顯示死亡率高達2成5。本實驗研究抑制李斯特菌(Listeria.innocua)之方法,以全基因解碼R19.1045為模組,與由台灣本土雞翅與豬肉分離出之38隻李斯特菌分離株做比較,觀察其型態、生長曲線及菌落形成單位(CFU)不同,以及致病力相關之磷酸轉移酶系統(phosphotransferase system, PTS),又稱第四致病基因群,是否廣泛存在於李斯特菌。研究結果顯示,37℃溫度培養L19N.053分離株在第5~第6小時有生長延滯的雙生長期(diauxic growth)現象,與PCR檢測初步結果呼應,L19N.053菌於PTS基因有部分片段缺失。R19.1045的CFU約為2.14x109。低溫(4℃)、酸性環境(pH=2)和酒精濃度35%,皆能有效抑制李斯特菌生長,為正常37℃環境生長速率之1/70-1/92。

蜂擁而至

有3隻蜜蜂,同時從蜂巢出發,在一朵花與蜂巢間的連線上,來回等速直線飛行,牠們的飛行速度比為1:2:4,問:在蜂巢與花之間,是否存在某個時刻,牠們飛到同一點? 上述問題取自《科學研習月刊》數學專欄,我們不但解決原題,還將原題推廣到任意隻數蜜蜂,給出求滿足要求的時刻的方法,獲得一般化的結果。 我們還能加以應用求滿足要求的時刻的方法,探討速度比滿足給定一階線性遞迴數列,得到若符合一些條件,就能同時飛到同一點。