全國中小學科展

第62屆--民國111年

線上教學 -- 深度學習專注力分析

自2020年受到新冠肺炎疫情的影響,許多原有的生活、工作與學習型態都受到了影響。為了控制疫情,減少面對面接觸是其中一種方法,學習模式亦從實體轉變成線上。因學習都是面對鏡頭進行,老師很難掌握學生實際的學習狀況,也不易確認學習的品質。 沒有專注就沒有辨識、學習記憶。鄭朝明(2006)提到專注力與學習有密切關係,線上學習容易受到許多外在環境的誘惑導致專注力下降。本作品提出利用人工智慧中的深度學習,透過學生學習時的鏡頭畫面進行臉部特徵擷取,作為深度學習之分類器的輸入進行辨識,並將辨識出的狀態分析後得到結果。教師可利用分析出的結果進行教學模式的調整,以提升學生學習的狀態與品質。

專屬防護-友善防曬乳之研發與探討

本實驗探討自製防曬乳中氧化鋅、二氧化鈦、單寧酸,上述材料以不同比例混合後的防曬能力。以分光光度計測量各成分且不同比例的吸收度,調配具有較佳防曬能力且對環境友善之防曬乳。維生素B2與B6分別在UV-A和UV-B波段具有特徵吸收峰,可作為防曬能力之感光試劑,取代高中少見的 SPF檢測儀,且避光存放長時間仍具穩定性。實驗結果發現自製防曬乳中,二氧化鈦10 %與氧化鋅10 %混合,具有最大的防曬能力。希冀防曬乳對海洋環境友善且可調色,實驗結果發現氧化鋅10 %添加單寧酸10 %,為防曬乳最佳比例。紡織企業將經前處理的咖啡渣作為防曬的紡織成分,希冀透過科學原理尋找最佳條件亦可成為友善防曬乳的主力成分。

過氧化鈦應用於檢量線及光觸媒之合成

安一直是當前重要課題。本研究為了偵測殘留的鹼性魚浮靈,利用檸檬酸鹽做為緩衝液,製作Ti4+-H2O2檢量線系統,除了可以用來快速定量殭屍蝦是否超標,實驗亦將其應用於鑑別本研究自製光觸媒分解魚浮靈的效能。 為了實際解決被檢驗出的殭屍蝦問題,實驗開發雙氧水共熱方法來製作二氧化鈦,以硫酸鈦作為水相鈦來源,並尋找最佳的檸檬酸添加比例來合成,實驗發現:在製程中添加檸檬酸有助於製作效能更好的光觸媒,分解水中的過氧化氫更加快速。實驗也進一步探討了過氧化氫的分解級數,實驗發現魚浮靈一旦殘留在水中,會存在較長一段時間。 實驗也測試了製作魚浮靈檢驗試紙的可行性,肉眼的偵測極限可及6ppm左右。未來可望整合這些技術,為環境盡一份心意。

風砂共舞

本研究的研究目的在探討影響沙灘上風成「砂波紋」外形的變因。除了實地到高雄旗津海岸公園以及西子灣沙灘上進行觀察測量外,我們也在實驗室中利用自行組裝的實驗器材進行各項變因的研究。研究結果發現,以中、細砂做出厚度至少2公分的砂堆、用7.5m/s ~ 8.0m/s之間的風速吹襲砂堆約15分鐘,即可製造出排列整齊、紋路明顯的砂波紋。研究結果也發現風速、砂堆厚度和沉積物顆粒大小都對砂波紋外形有明顯的影響:(1)風速愈小,砂波紋會愈平直,波長也較小;(2)砂堆厚度愈厚,形成的砂波紋波長較長;(3)中細砂和泥土等級的沉積物顆粒才能形成砂波紋,顆粒大的粗砂很難形成砂波紋;(4)當風速相對於沉積物顆粒極小時,有機會形成較不明顯的縱向砂波紋。

海潮之聲-天然海螺音箱

軟體動物許多科別的貝殼具有彎曲的號角結構。經篩選合適形狀、大小、種類,以大白蛙螺、夜光蠑螺、椰子渦螺、栗色鶉螺四種材料進行研究,利用X-ray拍攝貝殼透視圖,進行平面測量內部結構與聲音通道的長度;切除塔尖,埋入藍芽喇叭製作成貝殼音箱。播放無和弦版本鋼琴演奏樂曲,隨機選擇聆聽者表達主觀感受,並且客觀使用儀器檢測。結果顯示以貝殼製作的音箱,能夠有效將聲音擴大,而音頻沒有顯著改變;透過轉換,將聲音轉換成聲紋圖圖象化顯示,證實貝殼音箱導致聲音在通道內產生交疊干涉,使音色大為改變。聲音的響度與音調,可以使用儀器客觀證明,科學儀器可以證明音色不同,但無法給出何種音色屬於好聽,音色終究歸於個人喜好。

談不同濃度的硝酸與銅反應的現象

本次實驗我們探究不同濃度之硝酸與銅片反應生成20ml氣體的反應速率及生成的20ml氣體中NO2的佔比。 實驗中,我們使銅與硝酸溶液在20ml的注射筒中反應並用其收集20ml氣體,同時硝酸會被生成氣體排出注射筒,當注射筒中充滿生成氣體時就紀錄反應所需時間,隨後用排水集氣法收集一氧化氮氣體。

想乾〜就包在我頭上

本研究是探討洗完頭髮後,用吹風機如何讓頭髮快速吹乾的方法。因頭髮屬人體試驗,故以「棉線」來模擬頭髮。以棉線外形、數量+加溼水量、水溫+棉線不包、有包+包覆材質、厚度、乾溼度、形式+棉線位置、堆疊方式+吹風溫度為研究變因,發現: 一、棉線(頭髮)不包:洗髮水溫要高(≦38 °C)+頭髮微溼直順+髮量多(密集、大撮)+吹熱風的吹乾效果最好。 二、棉線(頭髮)有包比不包好,又以包覆2層廚房紙巾最好。 三、棉線(頭髮)有包:洗髮水溫要高(≦38 °C)+頭髮微溼直順+衛生紙、廚房紙巾各1層全乾無縫半包覆頭髮+位置:吹風機−頭髮−衛−廚+髮量少(疏鬆、小撮)+單疊+吹熱風的吹乾效果最好;又比包覆單一材質(廚房紙巾2層)更優。

聖誕「數」好好玩

本研究的目的在探討以90°直角展開直立的立體聖誕卡片中,做為聖誕樹的等腰三角形,底部的中點在凸出時傾斜的原理。我們發現立體聖誕樹底部的中點傾斜的程度和等腰三角形的高度與寬度比例有極大的關聯性。我們發現當等腰三角形的寬度固定時,若它的高度愈低,則在立體卡片以90°直角展開站立時,底部中點凸出時會愈傾斜;相反的,若等腰三角形的高度愈高,則底部中點凸出的角度會愈接近水平。我們推導出如何利用等腰三角形的高度與寬度計算出底部中點凸出時上升高度的公式,以及如何裁切等腰三角形,進而做出底部呈現水平的立體聖誕樹。

「銅」的奧妙-各項變因對電鍍銅的影響

本研究分為兩大部分進行電鍍銅的變因研究。第一部分的操縱變因為改變電鍍銅的基本實驗條件,發現電極距離越近、電壓越大、電鍍時間加長會使鍍上的銅越多但是容易產生黑色氧化銅,而改變電解液硫酸銅的濃度發現10%的硫酸銅可鍍上的銅最多,濃度降低或增加並不會增加鍍上的銅。第二部分主要是研究添加劑對電鍍銅的影響,除了將鍍上的銅秤重外,另外自行研發以簡單的『膠帶撕黏法』想要了解鍍銅的附著力。實驗發現添加氯化鈉與鹽酸會使鍍銅的附著力提升,較不易從被鍍物上脫落,添加氫氧化鈉會使電解液產生氫氧化銅的沉澱而阻礙電鍍銅的進行,添加低濃度硫酸則會鍍上較具有光澤品質較佳的銅。

河川小「壩」王—「丁壩」對河川挑流、緩流之影響探究

本研究是在探討丁壩對河川挑流、緩流之影響,而經過實驗和統整後,我們發現: 河流在經過河道彎處時,會造成攻擊面。從實驗得知,若在攻擊面前、中、後設置丁壩群及護腳工,可以有效的挑流及減緩流速,因此,在模擬河道的實驗中,發現在不同彎度和寬度的河道,所使用的都是透水、平行丁壩,且丁壩長度是河道寬的三分之一,可以有效挑流及緩流。最後,我們用塊石工法模擬設計丁壩、護腳工和落差工發現,塊石工法可以有效的挑流及減緩流速,在丁壩前後形成的淺瀨和深潭可以讓魚類生存;又在沉積位置設置魚穴,形成另一種魚類生態和水草在此美化環境,讓環境與生物在此處共存。