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(鄉土)教材獎

大地之腎-探討淡水河溼地之特性

淡水河分別有三大支流:大漢溪、基隆河、新店溪。大漢溪與新店溪流經於新北市板橋區的江子翠匯流後即稱為淡水河,淡水河於關渡納入基隆河後,向北流向淡水油車口而注入臺灣海峽,早期淡水河肩負台北盆地的水運重任,近代以降的淡水河則兼具供給臺北都會區民生用水、農業灌溉、都市排水及防洪等功能,中下游則成為排水集汙之河道,所以政府在沿岸設置許多人工濕地,來淨化汙水,所以濕地就像是大地的腎臟一樣,提供教育、研究及休閒的場所。我們沿淡水河捷運線,第一站來到華江人工濕地,處理板橋區的污水。第二站來到關渡自然公園,參與心濕地導覽解說,第三站來到紅樹林自然保留區,實地考察取樣,透過親手操作,檢測水質和調查生態。

群蛇亂舞

在科展的作品中,我們發現一個有趣且學長研究過的問題〝棋盤上的蛇〞(Snakes on a chessboard) ,這個問題是由教授Richard Stanley所提出。問題如下:在m×n棋盤形格子上,蛇由任意一格出發,但蛇的走法只能往右 ,往上 ,或停住。若此蛇已停住,將由另一條蛇來走,且不同蛇走過的格子不可重疊。證明:將m×n棋盤形格子完全覆蓋的總方法數為費氏(Fibonacci)數列某些項的乘積。與學長不同的是我們以〝生成格〞概念來解決問題,藉由生成格建立二維棋盤形格子〝蛇填充數〞與費氏關係,並試圖拓展三維空間棋盤情形,在過程中發現藉由〝生成矩陣〞可以組成空間棋盤的〝生成格〞,並以此解決p×q×r的空間棋盤問題。

四彩繽紛

研究四色定理時,我們先找出四種基本圖形,再探尋塗色方法,並且以此四種基本圖形來探討複雜圖形。發現可將複雜圖形分解成簡單的上下層、放射狀、中央有色塊的放射狀及同心圓等四種基本圖形,並依區塊編號,以相鄰不同色的原則找出各區塊對應的色塊,大部份基本圖形可用3色填滿,只有中央有色塊的奇數放射狀圖形會用到4色。合併基本圖形時,因先處理的基本圖形,限制了相鄰色塊的選擇,才會用到4色。將發現的方法驗證到複雜圖形上,不但用4色破解了兩位學者發表的只能用5色的多層同心圓、中央有色塊的奇數放射狀複雜圖形,並找到了規則。最後我們以此規則完成只用四色來著色,成功挑戰世界、歐洲、台灣鄉鎮巿地圖及網路上的纏繞畫。

「管」它如何「響」,「嘯」一下

學校農作區經常出現大量鳥類破壞作物,我們想到利用聲響來驅趕,結果發現生活中常見的波紋管甩動它會發出奇特嘯叫聲。因此,我們想透過實驗了解波紋管它發出聲響機制,並構思可否利用這種奇特的嘯叫聲來驅趕鳥類。研究過程使用不同種類、口徑、長度波紋管測試能否發出嘯叫聲與聲響頻率高低,透過改裝電扇了解波紋管發出嘯叫聲是因為轉動引起兩端管口產生不同壓力差;再以線香煙霧模擬波紋管道內氣流受管壁凸起,形成擾流而發出嘯叫聲;最後改裝廢棄吊扇製成風車帶動波紋管發出嘯叫聲,做出環保驅鳥裝置。

探討重金屬離子對臺灣羽苔之生理影響

竹科為新竹帶來不計其數的好處,卻也造成環境汙染,重金屬汙染就包含其中。重金屬若未經處理就流放會汙染土壤、水質等,影響生態環境。蘚苔是方便取得的生物監測指標,因此本研究以臺灣羽苔作為模式生物,探討不同重金屬種類、濃度對其葉綠體個數、光合色素含量、光反應速率及細胞壁厚度的影響。根據實驗結果我們發現低濃度的鋅、銅離子對臺灣羽苔的葉綠體個數、光合色素含量、光反應速率皆有提升,並且找到鋅離子、銅離子對臺灣羽苔有正向影響的濃度區間,而鋇離子、高濃度的鋅銅離子則對植物有相反的影響。細胞壁的部分,低濃度鋅離子會造成細胞壁增厚,而在高濃度時變薄;銅、鋇離子增厚程度則與離子濃度呈正相關。

登革熱潛勢即時觀察系統

本研究藉由非接觸驗電的方式測量捕蚊燈電到蚊子的次數,經測試發現使用0.06mm,5cm x 7cm鋁箔作為天線最佳,偵測訊號參數設定在1420%~6440%可有效偵測不同位置電擊到的蚊子。最後製造出外掛式主機,加裝在現有的捕蚊燈進行蚊子計數,顯示在LCD螢幕上,同時上傳ThingSpeak和LINE通知。每一台主機都可以直接外掛在捕蚊燈上,在同一地區進行大量設置,可以以即時統計電擊次數,了解該地區登革熱潛勢。

正多邊形旋轉之旋心角恆定討論

我們從正方形旋轉的國中模擬考題出發,從國中數學的「三角形全等、相似」、「圓周角」、「平行關係」與高中數學的「矩陣旋轉」、來對「正多邊形旋轉」進行討論。在簡單的全等問題中,找出旋心角度數,並延伸找到不同旋轉中心,旋轉相同角度後所得的圖形會互相平行。在原題目之後,我們對於不同旋轉中心之間,也找到旋心角角度的恆定關係。在角度之外,我們對於旋轉後突出的三角形的周長與面積也找到恆定或極值的關係。我們利用「三角形相關幾何性質」證明周長與面積關係;利用「交比性質」來證明不同旋轉中心、不同旋轉角與旋心角三者之間的相互函數關係。最後,我們將所有性質與關係,都推廣並證明至任意正多邊形。

Lusa-----圈起泰雅獵人的智慧

Lusa 是泰雅族的傳統束腳陷阱, 泰雅祖先及獵人們在這小小的機關中,利用了許多植物的特性及物理科學原理。獵人們為了要提高束腳陷阱捉住動物的機會,在製作陷阱時,材料的選擇及使用有些偏好在觸動陷阱機關的消息棒上,做了些巧思來加速陷阱的運作。我們 在老師的指導下,設計了多組的實驗來探討。實驗結果驗證了,在祖先流傳下來的陷阱選材及安裝之中蘊藏了許多的智慧。我們也以科學的方法測試出消息棒的最佳組合。身為泰雅子孫的我們,能以科學的方法來 探討及驗證祖先的智慧,也是於有榮焉。

養耕共生~黑柿柑仔蜜的微膠囊應用

環保、健康、資源再利用是發展趨勢,故創建「生態綠生活園區」,運用養耕系統種植黑柿番茄,其生長速率快、抗氧化佳,製備成發酵液,其SOD活性達682.8 U/g,抗氧化力89.11%,與新鮮番茄液有顯著差異。為維持抗氧化力的穩定性,製備含γ—聚麩胺酸的微膠囊,包覆率85.98%。室溫放置一個月,抗氧化力下降量11.8%,較開封後室溫保存兩週的發酵液,抗氧化力下降量35.9%少。取具抗菌功效的蜂蜜當粘稠劑,加入微膠囊製成無毒天然貼布,取代市面上含化學成分的貼布。模擬使用時拍壓擠破微膠囊,讓發酵液與蜂蜜混合的外敷膏狀物,測定經皮吸收速率,第一小時速率為1.38g /cm2.hr較新鮮番茄液的外敷膏狀物快,能減少敷料時間即可吸收,未來可應用於醫藥保健產品實施相關性之研究。

AI消防閃燃偵測輔助系統

本研究針對近10年來超過30名消防員在救火時殉職,分別開發現場閃燃偵測模組和事前預防模組,前者能在消防員架設熱顯像儀之前,先將探測球丟入火場中,探測球利用ESP32並透過MQTT向樹莓派發送感測數值,並送至SQLite資料庫進行處理,再行計算閃燃發生的可能性,指揮官根據結果再決定是否靠近或暫緩;遙控履帶車則進行相同操作,除了更精確定位偵測外,並搭配鏡頭增加起火點、煙霧偵測功能,這些資訊能輔助指揮官做出正確決策,降低消防員的傷亡。 事前預防模組為巡查並偵測火災發生機率,可用在工業區等環境,先做好道路循跡模型與火災辨識模型後,在車上安裝各式氣體感測器搭配鏡頭辨識,根據回傳的數值做運算,可判斷火災發生的可能性並做及時處置。