全國中小學科展

第62屆--民國111年

皇宮聚膠綠電池

翠綠的皇宮菜葉所含葉綠素可以拿來發電,這引起我們興趣。本研究自行栽種皇宮菜,以它為自製綠電池的材料,且降低葉片選取上所形成誤差。首先,以伏打電池形式,嘗試找出有最佳發電效果的葉綠素萃取液,萃取方式上將葉子撕成1/2,乾燥後浸泡50%酒精,在暗箱中萃取出葉綠素;葉子則選擇光照足、成熟、綠色、無蟲害的來進行萃取;將葉綠素萃取液配製成75%,靜置後可以提升發電效益。研究最後發展自製出皇宮葉綠素電池和皇宮葉綠素果膠電池,各電池形式都可以讓LED燈發亮。自製葉綠素果膠具有成膜性、吸附性、溶解性和降光解等特性,讓葉綠素果膠膜比較好攜帶,延長葉綠素保存時間,避免被光解破壞,加水就能發電,增加電池應用性,和提高發電效益。

防曬乳好蝦—探討防曬乳進入水體對黑殼蝦生長之影響

本研究主要探討人類使用防曬乳進入水體後,對水生生物的影響。我們將防曬乳分為物理性和化學性防曬乳,依據不同濃度加入水體之中,觀察黑殼蝦成長和存活率變化,同時也觀察魚缸水體的改變,藉此初估探討不同種類防曬乳對環境和水生生物的影響。實驗進行一共七週,我們發現化學性防曬乳成分可以誘發綠藻大量生長,而物理性防曬乳可以促使矽藻生長。黑殼蝦在1ppm化學性防曬乳存在的環境中,生長和存活率不受影響,但濃度太高仍然會抑制其生存。物理性防曬乳則不論濃度多少,對黑殼蝦的影響相較於化學性防曬乳都較大。所以我們建議如果要進行水上活動,最好可以是用化學性防曬乳產品,減低對水域生態的危害和影響。

懸浮微粒PM2.5擴散作用研究

本實驗以懸浮微粒PM2.5擴散作用為主題,將實驗結果做計算找出擴散作用的半衰期(τ1⁄2),將擴散快慢以時間尺度來表現;此外,同時測量懸浮微粒PM10,其行為表現與懸浮微粒PM2.5相似。實驗過程分為四個部分,分別改變體積、溫度、風向與開窗方式來進行。結果顯示體積與半衰期呈現正相關;溫度越高,半衰期越短;有風環境中半衰期較小且與風向角度有關;開窗面積相同情況下,側邊單開的半衰期較中間單開小,而中間對開的半衰期較側邊斜對開小。在所有開窗方式中,中間單開的半衰期最長,而中間對開半衰期最短。最後,為了讓懸浮微粒的研究可以在更多中小學實驗室中進行,利用實驗室常見的器材(雷射和鏡子)建構一個可以測量懸浮微粒相對濃度的方法。

農夫的打豆農具—連枷

老師說了一個用打豆的農具來敲打豆莢,取出豆子的故事,故事中最引起我們注意的是「打豆農具—連枷」。我們利用竹竿、木條設計小型的「連枷模型」器具,實際操作後,發現連枷的長、短竹桿是同步運動的,也知道自由落體的運動使連枷的短竹竿產生重力轉動。 我們利用小型的摹擬連枷工具,探索擺動桿和敲擊板間產生的撞擊力,發現當敲擊板和擺動桿之間的夾角越大,撞擊的力量越大;當敲擊板的重量越重,長度越長,敲擊的力量也越大;而且重物從越高的地方掉落,撞擊擺動桿,使敲擊板產生的力量也會越大。最後我們利用「小型摹擬連枷工具」來敲擊堅硬的食品,真的可以敲碎,幫助了全口假牙的爺爺,可以高興的吃到喜歡的食物。

理論計算、設計及高效率極簡合成CaMKII抑制劑之最佳潛力抗癌藥物

鈣及攜鈣蛋白調節酶(CaMKII)存在於大部分細胞中,研究顯示其在多種癌細胞中過度表現。苯基磺醯胺衍生物為市售CaMKII抑制劑(KN-93)的常見結構,因此本研究參考文獻[1] 中抑制效果最佳的化合物1,並擴展臨床尚未解決問題,優化此類衍生物以製成抗癌藥物,以苯基磺醯胺為主架構,設計改良出多種候選分子。初步利用分子模擬分析軟體(Discovery Studio)模擬蛋白質與藥物分子結合,選定結合能最大且結合方位正確的結構。利用含一鍋化反應的步驟高效率三步合成化合物34,經核磁共振與高解析質譜儀驗證得出高純度產物。最後經生物毒性實驗發現化合物34對乳癌細胞毒性高且對於正常和乳癌細胞的選擇性都較市售抑制劑KN-93佳,符合理論計算的預期,未來極具潛力作為抗乳癌的標靶藥物。

「繼」憶時「光」中的「餅」

本實驗之研究目的在找出繼光餅的最佳配方。以不同比例的麵粉、酵母粉和水溶液種類設計出三組實驗組、每組三種不同配方共7種(每組皆有一個原始配方),找出麵粉和酵母粉及水溶液對繼光餅的影響。本研究使用電腦軟體imagej測量氣孔數量、砝碼加壓法測量其硬度及回彈度、體積置換法來測量體積的改變,以科學化數據觀察,量化紀錄資料比較繼光餅本體外型和品評口感,綜合比較結果,最後第一組實驗以高筋麵粉、第二組以五克酵母粉、第三組以鮮奶口味為本研究最喜愛的配方。最後無添加酵母粉及更改水溶液為高粱酒的繼光餅不受到大家的喜愛。

好蝦!吃了甚麼?

觀賞蝦是台灣近十年來休閒養殖的出口大宗,台灣在血鸚鵡由板橋人陳延清於西元1988年首次雜交成功後一舉打響台灣休閒養殖在世界的地位。然此後沉寂了很多年直到2002年黃琪文先生成功由黑殼蝦選育並發表之火焰蝦(flame shrimp)又再次為將台灣搬上了國際舞台(黃,2015)。本實驗旨在探討新米蝦飼養時在人工飼料、天然葉子、過濾濾材、pH、TDS、硝化菌養成等之關係,並透過實際飼養所取得的數據,以科學的方法分析所得結論做為飼養觀賞蝦的民眾一些建議。

「浮」裡「浮」途~澎湖北寮與他國浮石之比較

本次實驗以澎湖、日本、菲律賓的浮石進行實驗比較,結論如下: 一、比較三地浮石的物理性質 物理性質略有差異,且澎湖與菲律賓較相似;另外,利用偏光顯微鏡可知,三地浮石呈現的礦物光澤的顏色相似,顯示其成份類似,只是比例的差別。 二、比較三地浮石的化學性質 遇酸性水溶液時只有澎湖浮石產生氣泡,可能含有碳酸鈣;滴水後,三地浮石粉末皆會使水降溫。 三、探究澎湖北寮地區浮石層的分布與地質事件 北寮地區浮石層分布於摩西分海以東肉眼可見約159公尺;經粒徑分析推估,應為單次性火山噴發造成。 四、推測澎湖北寮地區浮石層形成的途徑 透過菲律賓火山的位置圖、洋流流向路徑圖的比對,認為菲律賓火山浮石確實很有機會沿著洋流漂來澎湖。

字由字在─利用深度學習生成個人化字體

本研究旨在利用深度學習實作改變字體風格的模型,試圖讓生活中處處可見的文字變得活潑、生動,並省去許多設計字體所需的時間、精力。我們利用了風格矩陣、對抗式生成網絡(GAN)等概念設計了3種模型,並在實際運行後進行分析與比較。 VGG模型運用了卷積神經網絡的概念,擷取特徵以生成風格矩陣並將其進行字體風格轉換。Bicycle-GAN模型結合了Conditional GAN和VAE的優點,能夠生成多樣風格的字體。Zi2Zi模型則是在pix2pix的方法改進部分缺點,能讓生成的字體更逼真,且具有顯著的成效。 經過多次的嘗試和失敗經驗,我們發現VGG、Bicycle-GAN、Zi2Zi,3種模型在字體風格轉換上具有相當的潛力,在經過適當的後處理之後,能夠在耗費少量時間和樣本的情況下,生成實際套用在電腦中的個人化字體。

詐欺遊戲之少數決

「少數決勝淘汰遊戲」就是每位玩家開始時付出1單位的代價,並針對N個玩家(劇中為22個)連續對一些二選一的選項投票,由少數一方獲勝,獲勝者始得進入下一輪的投票,直到剩下一位或兩位玩家為止,若只剩下一位,則由該玩家獲得最後的N單位獎金,若剩兩位,則由兩位玩家平分最後的N單位獎金,但所有人需償還原來遊戲開始時所付出1單位的代價。而日劇「詐欺遊戲」的主角提出「遊戲中結盟共M個玩家(劇中為8個)即能保證必勝」的方法。本研究打算藉由歸納法來探討在N個玩家下保證我方至少一人獲得最後勝利的結盟人數M並平分獲利,同時研究遊戲中的最高獲利、最低獲利與可以得到獲利的期望值為何?最後我巧妙的利用二進位來解決問題。