全國中小學科展

第59屆--民國108年

「聲」林「知」王-探討不同聲音對於反應時間及記憶力之影響

本實驗旨在探討聲音對人類注意力以及記憶力的影響,並藉此提高學習效率以及學習表現。我們以自編問卷調查國中生對於聲音的聆聽習慣及看法,隨後以4種類型的音樂和3種語言的廣播,針對30位同學進行注意力、數串及圖像記憶力實驗。研究結果指出:(1)注意力部分,古典樂相較於對照組縮短了反應時間,而廣播皆縮短反應時間,其中以英文、泰文顯著縮短。(2)數串記憶力中,抒情樂可提高答對率並加快反應時間;搖滾樂則會降低答對率。英文廣播對反應時間與數串答對率皆有正向影響。(3)圖像記憶力中,三種廣播皆無顯著影響。以相關性分析學業成績與各實驗數據可知學業成績與古典樂的反應時間呈負相關(p=.026)。由上述結果可知,聲音對學業表現可產生正向影響。

探討Naa10p突變對神經發育的影響

Naa10p(N-alpha-acetyltransferase 10 protein)突變患者多半有智力障礙的問題,先前也有研究顯示Naa10p會影響神經元的發育,但對於Naa10p如何影響神經發育的機制並不清楚。本研究先利用CRISPR/Cas9技術製作Naa10p的小鼠胚胎幹細胞突變株,再觀察突變株細胞分裂速率與神經分化型態的差異,並分析小鼠胚胎發育過程Naa10p以及相關互動因子與基因的表現。 本研究發現突變的Naa10p會使其與核糖體互動的比例降低,其中V111G突變株的Naa10p完全無法和HYPK結合,與核糖體大次單元互動的比例降低最明顯,我們推論HYPK能夠協助Naa10p和核糖體的互動,進而影響蛋白質的乙醯化程度,影響蛋白質的相關功能;另外,我們也發現在突變株中,與細胞週期、細胞分化相關基因:Oct4、Pax6皆出現表現異常的現象。

『含流睿智』植物也會算數?~探討含羞草觸發運動其訊息傳遞的奧秘

外部刺激含羞草達到一定力道後,含羞草有依序閉合現象。含羞草雖然沒有神經細胞但是仍然可以產生類似的傳遞訊息方式,含羞草運動的膨壓作用啟動訊號之一為電訊號傳遞產生,讓水分往另一側細胞集中,並非水分立即蒸散或是水倒流回根部。當以外部電流、熱源、光線也可引起動作電位產生觸發運動;含羞草觸發運動會因為連續相同程度的刺激而不敏感,類似習慣適應。若在土壤添加乙醚麻醉劑15%,30分鐘之後,含羞草細胞亦會被麻醉而變得反應遲緩或是沒反應。本研究後續發現施予20k流明至40k流明的藍色光線時,有助於含羞草葉片再復原的速率!

色藏冰芯-探討水結冰之純化作用

水結冰的過程為什麼體積會膨脹?雖然課本都有寫,但卻沒有說明真正的原因。我想知道的是水結冰時若是遇到其他物質的抵抗,是否能用明顯的巨觀結果來證實我的推論與預測?冰芯的形成又與奈米冰晶的多寡有何關係? 透過比較不同水質的結冰結果,進而探討各種溶質的冰芯差異,期間發現容器的形狀與材質對形成冰芯的影響,特別是有無包覆可以用來控制冰芯的形狀。證實形成「奈米冰晶結構」時擴大版圖的「純化作用」的確存在。 透過探究水結冰時和其他物質的交互作用以及冷卻環境差異所造成奈米冰晶結構強弱,經拉曼光譜儀的掃描分析,形成「純化作用梯度力」的物理解釋模型,希望未來能進一步製作能結出創意冰芯形狀的製冰容器。

是晴天霹靂還是雷雨交加?

本研究探討閃電的發生與環境變因的關係,主要可以分成兩個部分:第一部份我們先分析各地的落雷閃電發生次數,比較不同季節、地形、地理位置及不同天氣狀況,例如冬季冷鋒過境時的鋒面雨、春末夏初5月到6月的梅雨季、夏季8月西南氣流強降雨事件中的閃電次數,並依當時環境因素進行推測。第二部分,我們進行有關閃電的模擬實驗,在封閉的保溫玻璃箱中試著改變不同的溫度和濕度,對實驗的結果進行討論、分析,找出影響閃電發生的環境因素。

剪與摺的藝數

本研究旨在探討剪紙書及網路上介紹六摺與十摺摺紙摺法的正確性與角度的差異性。我們利用30°-60°-90°三角形的邊長比與黃金三角形衍生出的直角三角形其中一邊與斜邊比為1:√5-1 這兩個性質分別來驗證六摺摺法及十摺摺法的正確性。而後我們證出剪紙書及網路上介紹之摺法均未能摺出正確的角度,並研究可摺出正確角度的摺法。最後我們測量正確與錯誤摺法所摺出的角度,利用Excel比較與分析幾種摺法之差異,並探討影響角度正確性的因素:除摺法本身正確與否,還有色紙的大小及厚度、摺紙過程是否準確、步驟多寡等。

「摩」「靜」呀!摩靜!-利用開放硬體設計檢測摩擦係數之儀器

本研究成功利用Arduino開放硬體、Scratch2設計程式、紅外線、機械手臂及動、靜滑輪省力裝置等器材,設計可以檢測最大靜摩擦係數及動摩擦係數的儀器,並經過反覆測試,驗證儀器的可用性。藉由此儀器檢測數據,本研究發現不同材質物體的接觸面間塗潤滑油皆會影響摩擦係數的大小,摩擦係數則不受正向力及接觸面積的影響,而增加滑動物體的質量可以增加測量上的穩定度。本研究亦利用3D列印不同紋路底面的滑動物體,結果發現紋路不同會影響最大靜摩擦力,但對動摩擦力影響不大;故以直條當作鞋底紋路,起跑時得到的反作用力較大,適合當作跑步鞋的鞋底。本研究所設計的儀器,組裝方便、操作簡單且穩定性高,適合推廣及應用在國中相關課程及其他相關產品之測試。

點水蜻蜓款款飛—以泡膜研究蜻蜓拍翅的流場模式

對飛行的興趣源於宮崎駿電影「天空之城」,電影中之鼓翼機有著蜻蜓的翅膀,親自探討後,反而引起我對流場可視化方法的興趣,經研究決定以泡膜研究主軸,設計實驗使用自製泡泡水、簡易拍翼機及定速滑軌進行實驗,實驗後發現泡膜黏滯係數與空氣相似,所以可以以泡膜模擬空氣流動情形,然後使用泡膜研究蜻蜓懸停及飛行、滑行時翅膀拍動造成的流場變化,比對研究結果與煙流研究結果之差異。將拍翼機以不同方向置入泡膜進行實驗並錄影,再用Image J分析影片中泡膜顏色,用Excel計算泡膜厚度後,以Matllab得到厚度圖並計算流量,了解氣體流向。未來希望可以將此研究方法應用於更多流體力學研究。

探討植物葉片的清潔功效與環境友善效益

本研究想藉由探討野外常見多毛植物葉片:大花咸豐草、構樹與血桐,是否具有去除食用油汙之功效,期望能找到對環境更友善的清潔方式。透過多套自創物理裝置與常見化學檢測的試驗,我們發現受測植材普遍對於油汙的物理性吸附效力與速率都比一般清潔用品還要更好,且葉毛越長越密的植材、物理性除油力越強;所檢測的植材中也都具備乳化油汙的化學性除油功效,雖然乳化力不若清潔劑佳,但在環境影響評估實驗中,植材清潔後所產生的汙水對指標生物『水蚤』的生存影響性遠小於清潔劑或茶籽粉所造成的傷害。這顯示野外隨手可得的多毛植物葉片,不僅能達到有意義的去油汙功效,對於環境的友善程度亦有較佳的效益。

基於深度學習卷積神經網路的垃圾分類裝置研究

垃圾分類是環保重要的議題,本研究提出一個自動辨識垃圾分類的裝置,透過深度學習卷積神經網路來進行分類辨識演算,特別是直接透過影像辨識垃圾物件外觀,均有良好的效果。經測試,本系統已能有效分辨垃圾物件,在神經網路模型的評價中,平均mAP 為 0.973,而針對實際垃圾物件進行辨識,在固定外型的垃圾物件中辨識率達98% ; 而在包括形變的垃圾物件中辨識率仍具95%;本研究證明利用卷積神經網路直接辨識垃圾物件具備一定的辨識率,若進一步發展有機會優化網路效能及辨識程式運作效率,可大幅度降低硬體的成本,擴大提升垃圾桶具備垃圾辨識的能力並進一步普及化並結合物聯網、雲端技術及智動技術擴大垃圾分類自動化的可行性,為地球環保盡一份貢獻。