全國中小學科展

第63屆--民國112年

你比多少人幸運?以機率累積函數破解抽獎次數中位數錯覺

本研究旨在探討抽獎活動中,抽中累積人數的分布狀況,想要找出抽取次數的中位數。若花費的抽取次數小於中位數,即比一半的人還幸運。大多數人會認為在抽中率為5%的情況下,花20次抽到算是比一半的人幸運,然而,透過人工抽名片卡紙和Scratch程式模擬後,發現大家預期的次數皆大於實際中位數。 使用Excel函數將公式一般化後,發現「第n次抽中的機率」為等比數列,「n次內抽中的機率」為等比級數。又因為公比小於1,造成前半部累積項次較少就達到50%,後半部需較多項次才能累積至100%,故「運氣差的人花費的次數」拉高整體的抽獎次數,才造成大家預期次數與理論值不同的狀況。最後應用研究發現,探討抽紀念酒的運氣分布和抽齊生肖紀念酒的可能性。

視力矯正神器

我們的研究是眼睛,眼睛是靈魂之窗。根據林隆光(2010)指出當兒童太早患有近視疾病,隨著年紀增加其視力嚴重度也會隨之增加,日後演變成高度近視的機會就愈大。因此視力從小就要開始保護,而近視成因主要為長時間用眼、距離過近且未按時休息等,而閱讀距離也需隨年齡與身高不同而有所調整。 綜上所述,我們製作視力矯正神器,該裝置上方有許多模組,例如距離感測器,可以適當的感測距離,再結合IoT智慧物聯網觀念,手機App能簡易進行遠端操作與提供相關資訊,並即時提醒使用者外,針對不同年級也會提供合適距離數據,並能追蹤紀錄姿勢的正確與否,當錯誤姿勢與閱讀距離不當時會搭配震動提醒使用者,當超過閱讀時間時,也會播放音樂提醒需要休息。

環境溫度、紫外線與電場強度對古坑荷苞山文字衣(Graphis scripta (L.) Ach.)固碳作用的影響

本實驗研究斗六與古坑地區地衣的固碳作用,並針對古坑荷苞山文字衣來探討影響固碳作用的因素。研究發現: 1. 斗六古坑地區地衣樣本採集地點中的明德北路,CO2濃度越高,對CO2的適應性會提高,固碳作用最好。 2. 針對荷苞山的文字衣來探討: (1) 文字衣適宜溫度在25 ℃,固碳作用效果最佳。 (2) UV照度過高(3460 lux)會導致地衣白化,但適當的紫外線(2090 lux)下可以增強文字衣的固碳作用,且固碳作用遵守日夜節律性的現象變明顯。 (3) 對文字衣以電場刺激5 分鐘,12 小時後會開始有明顯差異,且電場越大固碳作用效果越好,當電場大到200 V/m時,夜晚甚至也會進行固碳作用。

三足鼎立-探討三角形不變心的切割模式

本研究探討原三角形掉落一角後重心產生偏移後,要如何透過截去另兩角的方式才能使剩餘六邊形重心能回復到原三角形重心。文中依據原三角形、掉落三角形、校正三角形分成六類探討不變心的切割方式及是否存在唯一性,並透過水平、垂直分量建立數學模型來說明作用在物體上的力矩平衡,達成重心不會產生偏移。 本研究利用水平、垂直分量不發生轉動的條件,列出數學式求出不變心裁切的位置,並利用 GeoGebra軟體繪圖驗證;且得知僅需【結論3】的做法,就可以解決所有缺角三角形保持重心不變的問題。更進一步發現維持不變心的三塊頂點三角形面積並不需要相等,打破了49 屆全國科展《剪不斷,理還亂-我就是不變心》的結論。

消化或循環?扁蟲往復式消化道之發現

扁形動物蚵蛭已知有捕食消化的描述,但對研究價值更高的野生扁蟲相關文獻卻極為稀少。本研究以台灣近水域常見的網平扁蟲 (Paraplanocera oligoglena) 為對象,探討其捕食與消化行為。確認網平扁蟲為廣食性礁岸海域石下多種腹足類物種掠食者,覓食分攻擊、捕食和消化三階段,且僅捕食活體,為非腐食性生物。首創活體動物消化道觀測技術,以染色手法觀察網平扁蟲高迴數分枝的消化道,發現三種類別:枝狀管、盲管與循環管。藉動態影片追蹤食物進入扁蟲消化道後的移動,發現分節運動與蠕動現象,進一步分析其收縮頻率與運動方向,觀察到未曾報導過的雙向蠕動現象,確認消化道運輸模式為非循環的往復式蠕動。期望未來持續了解更多物種的消化腔,並提供野外族群追蹤的可能性。

寄居姬蛛對宿主選擇專一性之探討

本研究針對實驗樣區內常見的2種寄居姬蛛進行野外調查,發現寄居姬蛛有特定的宿主偏好性,原因主要跟宿主網的更新頻率、宿主網上資源豐富度及宿主對入侵物的反應激烈程度有明顯相關性,且赤腹寄居姬蛛主要寄生在人面蜘蛛及橫帶人面蜘蛛的垂直圓網,裂額寄居姬蛛主要寄生在方格網蜘蛛及泉字雲斑蛛的立體網上,研究發現關於寄居姬蛛對宿主網的選擇與氣味無關,主要是與宿主蜘蛛絲的黏性有關,根據比較赤腹寄居姬蛛與裂額寄居姬蛛腳尖對黏性物質的抗性實驗發現,赤腹寄居姬蛛腳尖較能對抗黏性物質,所以赤腹寄居姬蛛能寄生在橫絲具有黏性的垂直圓網上,如人面蜘蛛的網,但裂額寄居姬蛛則偏好活動於絲不具黏性的宿主網,如泉字雲斑蛛的立體網。

AIOT智能防護陪伴杖

隨著醫療的進步,已開發國家快速高齡化問題日益被重視,根據聯合國研究人口統計,2019 年全球平均壽命為 72.8 歲,逐年增高中,內政部統計國人 2021 年的平均壽命為 80.86歲,與聯合國公布2019年全球平均壽命比較,我國男、女性平均壽命分別高於全球平均水準 7.5 歲及 9.3 歲,2022 年 6 月底全國六十五歲以上的高齡者人口數為 3,983,640 人,占17.18%,由此可見,未來高齡者的社會人口比例越來越高,食、衣、住、行、育、樂等相關產業發展會是極為重要的一環,伴隨著人口老化趨勢,老人照護相關產業備受重視,而因為近期家裡長輩發生跌倒事故,讓我們注意到高齡者伴隨行動不便的問題,希望能藉由本次作品研究的內容,協助事故發生後相關後續處理問題,降低行動不便者因跌倒受傷的嚴重性。

〝鍬〞援小英雄-仿生機器人在救援現場應用的研究

本研究使用仿生機器人來觀察在不同救援環境應用時之移動速度差異,透過機械結構之連桿原理進行機器人足部設計調整,以仿生鍬形蟲六足吸管機器人進行模擬實驗測試。經由研究結果得知這類型的機器人能快速平穩行走的最佳設計條件為:六隻腳結構、腳長分別為前足4cm、中足5.5cm、後足4cm時、足底材質為魔鬼氈或菜瓜布。另外,實驗中發現了適當的載重為40g時反而讓機器人移動速度也變快,為了驗證是因為足部摩擦力增加的關係,也另以無載重足部摩擦力實驗驗證了這個推論。我們又改造測試發現機器人的中後足裝上泳足時可在水中最快速移動,綜合以上研究我們成功達到了讓仿生鍬形蟲可以「從水中到陸地」與「從陸地到水中」都能穩定快速進行救援移動的目標。

GAN圖像生成模型之畫質與效能強化

近年來,名為生成對抗網路的非監督式學習方法蓬勃發展,透過使產生假資料的生成器與辨別資料真偽的辨別器互相學習,只要提供資料集便可學習其特徵而生成出能以假亂真的資料。本研究提出一套針對現有生成圖像的生成對抗網路模型的改良方法,透過進行實驗探討不同變因對生成品質與效率的影響,調整原有的優化器設置、卷積層參數、模型架構等,並以客觀指標評估實驗結果,證實經過本研究提出的方法改良有更好的效果。另外改進的方式應用在各種資料集訓練的模型及更高解析度的模型,數據表明也有不錯的成果。而本研究希望能提供更明確的模型改進方向給研究人員,並減少嘗試改良模型所花費的時間與能源成本,以此減少訓練龐大的模型所造成的環境影響。

一葉千「晶」——應用類神經網路識別繁星花草酸鈣結晶及其防禦功能研究

本研究應用類神經網路識別繁星花草酸鈣結晶及其防禦功能,我們成功設計出能識別結晶的模型,準確率達 0.948,我們運用此模型計算後續實驗的結晶數量。實驗發現:在繁星花中,根的結晶密度最高。愈新、愈小的葉片,結晶密度愈高,推測這可能與植物的防禦功能與生長之間的權衡有關。同一片葉片中,結晶平均分布。同一天裡,夜晚結晶密度較高 。 當繁星花個體處於乾早的土壤中,結晶密度會降低。以多隻蝸牛啃食、蚜蟲吸食的方式,能夠在短期內7天內促使植物生成結晶;但受毒蛾幼蟲啃咬以及人為模擬天敵啃食的個體 ,葉片結晶密度則無明顯變化。動物的攝食傾向明顯偏好無結晶的葉片,支持結晶具有防禦功能,能達到威懾作用。