全國中小學科展

第62屆--民國111年

「藻生罐子?」 --- 改良水庫太陽能板漂浮罐的研究

許多國家都在尋找減少水庫蒸發量的方法,我們想在水庫放置結合太陽能板的生態罐,它能吸收氮磷化合物,改善優養化,燃燒藻類後又能提供生質能源。 實驗發現: 一、生態罐水位於3/5時可提供藻類生長的合宜環境: 1.瓶內溫度最低也最穩定,約25℃,較瓶外氣溫32℃低,故具有良好降溫效果。 2.照光下,罐內外氣壓差穩定於6 cm-H2O。 3.藻類的周生長倍數大約為1.19倍。 4.燃燒熱值周產量為19.5mW/mm2。 二、藻生罐子平衡速率快,大約24秒就能平衡於3/5位置

怪稻棘得—利用CRISPR-Cas9探討水稻癒傷組織生產疫苗次單位蛋白的潛力

本研究以水稻細胞生產新冠病毒(SARS-CoV-2)的棘蛋白(Spike protein),證明植物表現系統生產疫苗次單位蛋白的潛力。病毒棘蛋白可與人類細胞表面的血管收縮素轉化酶2(ACE2 )結合進而感染宿主細胞,因此重組棘蛋白可發展為次單位疫苗。我們將棘蛋白的受體結合結構域(Receptor Binding Domain; RBD)基因序列,經過水稻密碼子最佳化(Rice codon Optimized)後藉由專一性基因編輯技術CRISPR-Cas9轉殖進入植物水稻基因組α-澱粉酶(α-Amylase)序列中的第一段內含子(Intron 1),使RBD能與α-Amylase共表現並分泌至細胞外。再利用水稻MYBS2缺陷株特性,使轉RBD基因癒傷組織在糖缺乏誘導(Sugar starvation)下大量表現並分泌RBD蛋白至培養基中,最終藉快篩檢驗RBD是否被正確表現且具有抗原性,進而證明以植物細胞大量生產可供作疫苗來源RBD蛋白的潛力。

紅外線體溫量測智慧登錄系統之開發與研究

自從COVID-19疫情爆發以來,學校必須每天監控學生的體溫與身體狀況,花費大量額外的人力與時間。本研究使用Python執行OpenCV程式,來抓取即時影像中學生的學號資訊,執行easyocr判斷學號資訊並比對學生身份,當學生身份確認後,使用Arduino與GY-MCU90615量測學生體溫,將量測到的體溫回傳至Python程式,透過程式將數據進行整合,最後將學生的個人資訊(班級、姓名、座號等)與體溫數值進行登錄後傳至網路平台,產生出體溫監控表單,稱此裝置為『紅外線體溫量測智慧登錄系統』。本研究成功使用(去背+Canny)偵測+彩色辨識的方式,使紅外線體溫量測智慧登錄系統有更佳的辨識成功率與更快的辨識時間,可以快速辨識學生身份,並登錄其體溫,可減少學校防疫的工作量,達到省時省人力的目的。

肉多多「攔」水?-星狀仙人掌稜線研究

星狀仙人掌(星球屬 Astrophytum Lem.)可在沙漠生長。真實仙人掌瓣數13,瓣基部厚度1.5 cm,內部集水達96.48%。為探究稜線分布和厚度是否影響攔水量,以tinkercad繪製模型並3D列印稜線瓣數為4、8、12、16,厚度0.3、0.6、0.9、1.2、1.5、1.8 cm的24顆仿生模型,均勻噴水霧量100 ml,讓水沿著仙人掌稜線至根部集水區並測量水量。瓣數16、稜線厚度1.5 cm內部集水佳,可達97.76%。瓣數越多集水愈好,瓣數16者內部集水量皆超過80%。厚度相同,瓣數8的集水量較差,僅60.0%;瓣數16集水量更佳,可達到97.40%。

繩奇摩力步步升

自然老師在力與運動的課堂上進行科學展示,在繩子上裝紙片拉一拉就往上跑,到底是什麼原因?充滿好奇的我,呼朋引伴進行實驗討論,我們改變拉繩的距離、拉繩的頻率、不同的爬繩長度、不同材質的繩子、紙盒重量不同、吸管角度不同、吸管長度不同和紙盒裝上不同粗細吸管,實驗結果都會影響繩子與吸管之間產生的摩擦力。但相同材質不同粗細的棉繩在實驗結果上沒有明顯差異性,是一種意外的發現。 原來當一位科學家不難,只要把生活中的細節都當作探索,是可以累積很特別的學習經驗,並應用在生活中就是加分,這次實驗如果可應用在疫情下往高處輸送糧食、補給品,又可以幫助更多的人。也是使我們進步的動力來源,科學始終來自於人性。

魚兒魚兒迷宮游

本研究以選擇適當的魚種,來探討氣味、光色、群體行動、水溫、不同溶液和音頻對魚行動力的影響。我們發現,讓魚持續走在一個同樣的路線,會成為他們短暫的記憶;和大肚魚相比,螢光魚及金魚靈敏許多;飼料比保麗龍味道重,魚的反應也較顯著;在光色測試中,魚在藍色光遊得較快;魚活動雖然以群體為優先,且螢光魚的隊形都維持在一直線上,一起到終點,但是單獨一隻魚行動所費時間最少;雖然水溫度在20°C〜35°C所花時間平均最短,但是15°C〜20°C所費時間卻是逐次縮短;酒精對於魚活動力大幅提升。而食鹽則無太大的影響;聲波能使魚的速度大幅提升;魚的記性並不短,只要走過,也會有印象且游得越來越快。

真「象」原來如「齒」–澎湖水道動物群古菱齒象牙齒化石探索

化石在地球上是珍稀的寶藏,特別是大型脊椎動物的化石。我們以澎湖水道動物群的古菱齒象為科展主題,通過比較觀察古菱齒象的牙齒化石形態特徵,特別是齒面、齒板,發展出了可以簡單量測齒板厚度、間隔距離、齒板密度,結合觀察並判斷其是古菱齒象的方法。我們希望了解化石是怎麼形成的,通過進行埋藏實驗,探索化石埋藏的環境(熱帶淺土、深土、淺水、深水)及埋藏的深度對樣品保存的影響,並培養和觀察起主要分解作用的生物。我們實驗發現在熱帶環境要形成化石極其困難,深水的環境比較有利生物樣品的保存。我們非常好奇巨大的古象1萬多年前還有,為什麼隨後它們會滅絕?我們最後討論古象的滅絕和全球環境氣候變遷可能存在的關係。

素養試題導向誰?以化學科素養試題為例

108學年度開始實施新課綱,主要精神為素養導向,因此本研究希望瞭解學生在解題素養試題時,會受到哪些因素的影響而改變解題的行為模式。本研究透過質性訪談教師與學生共16人,發現教師對於素養試題皆抱持正向的態度,但也擔憂學生是否能有足夠能力解題;在學生方面因為素養試題題幹敘述易冗長且數字計算不易,測驗時間也並未延長,造成學生不喜歡寫素養試題,但對於能藉由素養試題將生活經驗與學習成果連結抱持肯定的態度。此外,本研究亦設計問卷及試卷,進行量化統計研究,包含單因子變異數及逐步迴歸分析,結果顯示:數系能力、數的能力、文法應用及空間關係這四個分項能解釋素養試題的變異量為58.9%,即素養試題導向此四個分項能力較佳的學生。

謎之泡 - 探討母泡產生子泡的機制

想研究為什麼將附著在手上的泡泡往旁邊拉時會產生更小的泡泡。於是利用支撐架來模擬雙手,拉的速度則由砝碼的拉力來控制。 一開始先改變不同的拉力,發現拉力愈大,產生的子泡泡愈大。由高速攝影發現,要產生子泡泡前,母泡泡的曲率半徑開口會先從向外轉成向內,進而與中間段分離。而快速拉動的支撐架時,曲率半徑開口方向轉換的變化使中間段有較多空氣,形成較大的子泡泡。 較小的支撐架,所產生的子泡泡會比較大。原因是小支撐架的分離母泡泡會比較小,使中間段空氣量較多,所以形成的子泡泡也較大。 最後改變溶液的表面張力,發現表面張力愈大,母泡泡曲率半徑的變化越快,產生子泡的時間就會更短,因此子泡泡將隨表面張力變大而體積變小。

以基因剔除小鼠模式剖析腸道菌叢與T淋巴細胞在高脂飲食所誘導肥胖中之功能性連結

肥胖是全球重要之健康隱憂,然而腸道菌叢與免疫細胞對肥胖過程之影響尚未被釐清。本研究主旨為探討腸道菌叢在高脂飲食所誘導肥胖中之角色,並剖析由T淋巴細胞所調控之免疫機轉。我們以小鼠模式發現,從低脂到高脂飲食會使擬桿菌門與厚壁菌門產生消長,並促進擬桿菌屬隨脂肪熱量佔比提升而減少,同時使乳桿菌屬增加,推測高脂飲食與腸道菌叢可能對肥胖是關鍵影響因子。我們進一步利用基因剔除鼠發現,後天免疫缺陷對高脂飲食誘導肥胖有助長趨勢,且T淋巴細胞中轉錄因子Maf和促發炎因子IFN-γ之增加與肥胖產生有正相關,若將Maf基因剔除則可促進抗發炎因子IL-10增加並抑制肥胖,證實未來在醫療上可利用Maf基因作為肥胖治療之新標靶並開發免疫治療策略。