全國中小學科展

第59屆--民國108年

以衣藻探討DEET對環境初級生產者的影響

環境中有許多「新興汙染物」,防蚊液的有效成分DEET便是其中一種。過去對DEET的研究,以動物與人類細胞為主,較少關注藻類。藻類是水域的初級生產者,是消費者的食物來源,對環境來說相當重要。本研究以模式生物衣藻(Chlamydomonas reinhardtii)進行實驗,探討DEET對環境初級生產者的影響效應。結果發現:1. 加入最高濃度768mg/L的 DEET,至多3小時,細胞就會增加ROS。2.加入DEET後,至多5小時,細胞鞭毛會變短甚至消失,以至於影響細胞的行動力。3. DEET濃度192mg/L以上,衣藻細胞72小時的急毒反應會出現明顯的生長抑制狀況。本研究同時也比較細胞壁的有無與DEET影響的關係,發現細胞壁有利於提高衣藻對於DEET的耐受度。一般文獻對細胞壁與汙染物毒性之間關係的探討較少,這是本實驗的重要研究成果。

眼見不為憑-台東水往上流視錯覺現象探討

台東「水往上流」一直都是可以迷惑大眾的有趣自然現象,因此成為台東熱門的觀光景點,許多網路資料也都針對水往上流現象提出各種猜測與解釋,我們首先透過問卷調查的方式蒐集一般民眾對於「水往上流是如何形成?」這個問題的想法,並藉由實地訪查探究了解當地水流與地景的真實情況後,明白當地是如何藉由樹臺、水道、車道的三條不同傾斜線造成「視錯覺」,將明明是向下傾斜0.6度的水往下流誤以為是「水往上流」。我們最後還以「水往上流」這個地景條件來設計操作實驗用以建構模型,此模型包含了「傾斜角度」、「方向」以及「顏色組成」等,以提供未來在工程上應該如何才能夠維護當地奇特自然現象的一些實質建議。

正多邊形越來越「正」了,因為有「螺」!

1.本研究採用解析幾何方法發現,由正n邊形的特殊切割,發現了新正n邊形面積或與原正n邊形的面積比值都與切掉的小等腰三角形腰長或小正n邊形邊長具有特殊的二次函數的關係,亦即ωn[(r+x)2-(r+x)]+λn,其中ωn=nsinθ/2、λn=n/4 cot(θn/(n-2)),θn=(n-2)π/n ;也因此,當切掉的小正n邊形的邊長在一定的長度時,可得出最小第二層正n邊形,且此時所切掉的小正n邊形是最大的。 2.承1,繼續特殊切割,並重複這些動作往內部一直畫出越來越小的正n邊形,當層數夠多時,這樣的作圖最終會收斂成中間一點。最終取出每一層正n邊形對應的頂點,則頂點軌跡可生成等角螺線,經證明得其總弧長及所掃面積分別與最外層正n邊形邊長及 面積具一定關係存在。

解開點線面 - 用SAT Solver解開Flow Free遊戲

我們研究了Flow Free遊戲的特徵後,發現他與另一個遊戲——數獨在規則上有許多相似處。於是我們先轉而研究網路上已經有多種解法的數獨遊戲,嘗試將那些方法套用於Flow Free去解。經過多次嘗試,我們發現一種邏輯簡單且可行的方法 — SAT Solver。SAT Solver (Boolean Satisfiability Problem Solver或作Propositional Satisfiability Problem Solver)最大的特色是需要使用Boolean Variable,也就是一切條件都必須轉換成是非題。「這一格是哪一個顏色?」變成了「這一格是不是顏色一?是不是顏色二?是不是顏色三?...」。經過研究,我們得到一個結論 : 如果一個問題沒有步驟性(上一步驟不影響下一步的答案)且所有條件都能以是非條件式表示,就可以用SAT Solver解開。

天外棲雞-改良式棲架與雞隻生長之關係

近年來人道飼養強調在畜舍內提供棲架給雞隻使用,研究發現提供棲架可改善增重、減少打鬥及增加飼料轉換率,故本研究改良普通棲架,將其與飼料槽進行結合,使雞隻於棲架上方休息時也可採食,改善雞隻使用棲架時無法採食的缺失。 本研究實驗為三重複,以下皆以實驗一、二、三表示,實驗一、二雞隻數目皆為200隻,實驗三則為400隻,並隨機分為四組,四組設計項目分別為:第1組無設置棲架、第2組有設置棲架、第3組設置改良式棲架且棲架上及下皆設置飼料槽、第4組設置改良式棲架僅棲架上有飼料槽,並研究四組雞隻的體重、增重、採食量、飼料轉換率及各組飼養成本等相關問題。 三重複實驗發現第3組無論體重、增重、採食量、飼料轉換率及飼養成本皆優於其他組別,同時也發現第1組無棲架者,即最普通的養殖方式在各方表現皆最差,總之棲架效果以改良式棲架最佳,普通棲架次之,無棲架為最差,未來期望能將改良式棲架與機械化給飼系統進行結合,使其更加便利,並對畜牧業有所貢獻。

開根號—氣霧發根箱之研究

小組以氣霧耕的方式來替代課本的土壤扦插,我們自製氣霧箱,硬體包含三大部分: 一、繁殖箱:包含穩定的噴霧系統與良好的防漏設計。 二、獨立溫控水箱:儲存系統用水與穩定的溫控、過濾設備。 三、燈光:以省電LED燈泡二個提供光源。 軟體:以arduino程式語言控制,包含溫控、噴霧頻率、時間、燈光控制。 測試結果: 一、發根率:氣霧耕等於或優於土耕,其中金露花氣霧耕發根率達80%,同時對照土耕發根率為0%。地瓜葉測試1.5天即發根,發根長度氣霧耕是土耕的3.53倍,節發根率為93.94%,土耕只有24.14%。 二、移植後:氣霧耕催根後移植於土中,地瓜葉、朱槿、金露花、彩葉草後續成長順利。氣霧耕使扦插變得更容易!

台灣欒樹-探討蒴果與果瓣對種子成長與擴散模式的關係

台灣欒樹種子生長過程種皮顏色由綠轉紅變黑,一開始種皮長大讓內部胚根與子葉等結構長出後,內部開始累積大量澱粉,而種子重量越重發芽率越高。種子要進行發芽時,養分從胚根開始分解,沿子葉基部至子葉尖端。 有果瓣的種子在枝頭上變色速度慢,發芽率(63.7%)高於無果瓣的種子(27.5%)種子掉落率(55.3%)小於無果瓣的種子(70.1%),可知果瓣是種子發育不可或缺的。 有風的情況下,果瓣傳播模式與水平位移的關係並無一致趨勢,但滯空時間越長,越容易傳播到遠方。而質量輕、大果瓣、兩顆種子等因子較常傳播到遠處,越重的種子飛越近,但發芽率最高,使得果瓣總重量與大小必須兼顧傳播距離及發芽率。;滯空時間越長,越容易傳播到遠方。

一個紙牌遊戲的策略問題

A、B兩方以一副牌面數字為1~m的m張牌進行遊戲,每方各持有其中n張牌,其中2n≦m。雙方每次各出一張牌,牌面數字大者獲勝,如此進行n回合的比賽稱為(m,n)-遊戲。若m>2n時,B方就不能根據自己手上的牌確認對手A方的牌,因此每一回合的勝負是隨機的。但若B方能知道A方的出牌邏輯,則B方是否有一個輸得比較少(即贏得比較多)的策略? 本文找出,犧牲多少牌是策略成本最小的? 進一步,我們推廣到:如果B方有K張最好牌(稱為K-優勢模型),應犧牲多少張牌是策略最小的? 而若出現A,B兩方牌面數字只相差1時(稱為和局模型,此時最佳策略也會有所不同: 令χ(m)=Cm-12n+Cm-32n+⋯+Cm+1-2[(m+1)/2]2n -∑j=0m-1 Cjn∙Cjn-1 μ*=min(1≤m≤n-K){m| χ(m)≥0} 則犧牲 n-μ^*張牌是最佳策略。 最後我們得到了n-μ^*的估計如下: √(n lnC)-1/2 ln C

本實驗藉著給予精選熊蜂不同視覺訊息以了解其學習行為,並驗證臺灣精選熊蜂(Bombus eximius)是否也能像國外的歐洲熊蜂(B. terrestris)一樣具有學習更複雜行為的潛能。臺灣精選熊蜂最偏好藍色、直徑3.2cm的花。接著藉不同視覺訊息理解其學習行為,發現經訓練後,受顏色刺激前往較不偏好人造花的比例高於尺寸的刺激(顏色:94.92%、62.5%,尺寸:37.07%、36.84%);在認知回復方面,因顏色刺激產生的反應改變較快(顏色:75.53%、41.53%,尺寸:8.78%、13.76%),說明熊蜂對顏色刺激較敏感,且其對顏色刺激的認知改變較快,有較明顯學習行為。在驗證精選熊蜂能否學習更複雜行為實驗中,發現精選熊蜂能透過人為訓練學習複雜行為。綜上所述,期望能對熊蜂學習行為更深入了解,將其應用於農業。

Eye生活-論薑黃素之護眼功效

本研究主要探討薑黃素的濾藍光和抗氧化作用。結果發現:(1)薑黃素確實可以有效降低藍光穿透率,且與凝膠厚度、濃度成一次線性函數關係。(2)在加熱、藍光、紫外光照射下,薑黃素具有不易被破壞的特性,可持續維持濾除藍光的效益。(3)相較於維他素C,薑黃素也同樣具有高抗氧化的特性。(4)在加熱後,薑黃素也保持良好的抗氧化力;在藍光、紫外光照射下,其抗氧化力是有隨時間提升的趨勢。 最後,我們用薑黃素製作出濾藍光薄膜,建議可廣泛運用在螢幕保護貼、濾藍光鏡片、燈具遮光罩、日拋隱形眼鏡或人工水晶體上,以減少藍光對眼睛的損耗。未來,在醫學治療上,也可以結合薑黃素的抗氧化力來開發眼睛保養液,以降低眼球細胞膜的氧化損傷。