第63屆--民國112年

「康威生命遊戲」是一款在1970年由劍橋大學數學家約翰•康威（John Conway）發明的單人遊戲，由棋盤構成的細胞組成，可以模擬邏輯閘元件，並且可以構建簡易計算器。 研究者在建構加法器和減法器的過程中，發覺手動放置電路元件非常耗時費力且容易出錯。為了解決這個問題，研究者決定開發一個能自動擺放元件的程式，以節省布局和放置元件所需的時間。參考了電子設計自動化(Electronic design automation)的概念，使用Python語言結合康威生命遊戲的應用接口模組，開發了一款自動電路布局程式。只要輸入邏輯電路的布林函式，就能自動設計、布局和放置元件，大大縮短了製作邏輯電路上的時間成本。因可直觀地展示訊號的傳遞和邏輯閘的運作，也有助於學生理解邏輯電路的運作原理，應用於教學。

此主題是探討水在傾斜表面上流動時所產生的水階現象。實驗結果，表面傾斜角度、單位時間的水流量、水的流速、表面粗糙度及表面材質等，皆會影響水階現象的產生。表面粗糙度越大，水階現象越明顯，水階是因為前方的水流流速因為摩擦力變慢，而後方水流追上前方，累積的結果就產生了水階現象。板子傾斜角度介於3度到60度之間皆會產生水階現象。傾斜角度越大時，其產生水階現象時的最大水流量值，卻顯著變小。原因是傾斜角度較大時，將造成水流速較快，若再加上水流量較大，大量的水就會相互覆蓋而無法產生水階的現象，因此角度大時反而要小的水流量才能顯現出水階現象。表面若為疏水性材質，造成水流集中而無法擴散流動，亦無法產生水階現象。

透過實作找出洋菜薄膜最佳的配方與脫水方式並進行拉力、耐彎折、耐衝擊、耐酸、透氣、溶解、燃燒、土壤分解與餵魚實驗，最後利用其可食用且易分解的特性設計產品。由實驗得知，水和洋菜粉在適當的比例下，分別添加甘油、可食用甘油或蔬菜甘油混合加熱的洋菜凝膠，都能利用冷凍脫水，均勻且快速的乾燥成薄膜。拉力、耐酸、耐衝擊和耐溶解實驗，無添加甘油的洋菜薄膜效果最佳；耐折實驗，添加蔬菜甘油 4g的洋菜薄膜效果最好；此外，各式洋菜薄膜都能在14天內被土壤分解。我們根據以上實驗結果，將洋菜薄膜製成提網、藥包、洗衣精包裝袋等產品應用在生活中，希望能取代一次性的塑膠製品，減輕地球的負擔。

思覺失調症與焦慮症皆是嚴重損害病人健康且造成社會極大負擔的精神疾病，急需研發有效治療藥物。本研究以藥物及壓力引發之小鼠異常行為為模式，探討新研發的新穎腺苷調控藥物（Novel Adenosine Modulator）對於這些疾病的治療潛力。實驗一以藥物MK-801引發成年雄性小鼠類思覺失調症症狀，給予新穎腺苷調控藥物可緩解曠野測驗中MK-801引發的過度活動量，且不會造成小鼠產生失樂症狀或體重改變。但對於MK-801引發的感覺動作門閾過濾反應缺損則無顯著療效。實驗二以不可預測長期輕微壓力（unpredictable chronic mild stress）引發成年雄性小鼠類焦慮症與類憂鬱之行為異常，新穎腺苷調控藥物可以改善小鼠的失樂症狀。這些結果顯示這個新藥具有潛力值得後續繼續研究。

本研究探討二氧化碳可以取代氧氣，當作空氣電池運作的氣體，並透過碳粉改質增加吸附二氧化碳的效果，提高發電效能，以研發鋁/二氧化碳電池。設計封裝灌氣的電池盒，測試在不同氣體環境中的發電效能；以蛋塔型電池比較不同碳粉的發電效能與其二氧化碳吸附力的關係；用微波膨脹脫層法和植物色素、化學吸附劑進行碳粉改質。研究發現在少量氧氣時，CO2可以做為空氣電池運作的氣體；備長炭、活性碳適用以化學吸附劑改質，石墨導電性佳，微波脫層後吸附CO2效果和導電性都更加提升，是做電池的好材料。最後研發平板型抽取式鋁/ CO2電池盒，在持續提供二氧化碳下，可驅動小型馬達，且能讓LED燈發亮達12小時。二氧化碳電池可同時將二氧化碳吸附與發電。

本研究主要是以Arduino為核心，製造出穩定度高且能自由開發各種智慧練球功能的桌球練習機。我從小喜歡動手拆裝機器和寫電腦程式，我的好朋友是桌球校隊，他希望擁有一台自己的桌球練習機，但是市售機器很貴，於是引發我的製作靈感。我以Arduino控制無刷馬達和伺服馬達閘門，使用 3D列印製作機身，再以手機藍牙App控制練習機，能發出不同速度的直球以及左右旋球，最後我加入腳架旋轉Arduino套件、人臉辨識及智慧練球模式（發遠身球及隨機出球功能）。穩定度的測試結果顯示：直球落點和左、右旋球皆穩定；選手測試心得都覺得新奇有趣。本研究的特點是首創智慧練球功能，兼具模組化、快速組裝、輕便、便宜、發球穩定的優點，可作為桌球校隊訓練設備。

聽說壽山鐘乳石的形成需要上千年的時間，因為學校的壽山鐘乳石探洞活動讓我們想深入研究鐘乳石的形成過程。我們在水溶液課程中學到了鹽水結晶的過程，也實地探索測量猩猩洞與天雨天財洞，觀察紀錄地形地貌、鐘乳石形狀、洞內生物和溫濕度數據，提出鐘乳石形成過程的形狀差異進行實驗。我們從網路與課本上選出了多種粉末調配水溶液，有石灰水、小蘇打水、生石灰、醋酸鈉和鹽水做滴漏實驗，觀察表面結晶的過程。接著利用陶土做基底模擬鐘乳石形成樣貌，發現小蘇打水容易在表面上產生結晶。最後利用石膏滴漏在不同形狀的陶土表面上，發現流動速度快時會產生流紋、流動速度慢時會產生波紋，找出影響鐘乳石表面紋路的各種因素。

本研究針對身心障礙兒童設計具有趣味性、能練習不同動作的體感遊戲進行訓練。並致力確保這方案的順暢和可行性，改正軟硬體缺失，簡化製作流程，讓有需求的人能輕鬆複製、修改，發展更多有創意的輔具，幫助身心障礙兒童。 體感遊戲以Arduino搭配感測器，發送鍵盤指令控制Scratch。其中「切水果遊戲」利用超音波偵測手勢模擬切水果，訓練手部粗大動作；「瘋狂俯衝遊戲」運用傾斜陀螺儀和轉動光柵控制飛機方向和速度，搭配ESP32藍芽無線控制，訓練手腕、手指精細動作。 進行「轉移積木測試」評估，手眼協調和專注力較前測進步7％~56％。對兒童，這不是枯燥輔具練習，而是遊戲挑戰，受測者更有信心且樂於訓練，全程充滿歡笑。

本研究在探討台灣金狗毛蕨萃取物對於渦蟲傷口再生的影響，中醫認為金狗毛蕨具有抗菌效果，因此本研究同時分析了其根莖與茸毛中的酮類和酚類成分含量，並測試了其抗氧化能力。研究發現： 1.50%乙醇萃取液，金狗毛蕨具有最高的總酚類化合物萃取量，且透過延長萃取時間至3小時，萃取量將提高。 2.其含有豐富的總類黃類化合物，特別是在50%乙醇或純水溶液萃取情況下。 3.95%乙醇或99%甲醇萃取的金狗毛蕨溶液，顯示出極佳的抗氧化能力。萃取液在稀釋至0.1%後，對渦蟲傷口的再生效果特別顯著，尤其是95%乙醇與99%甲醇萃取液。 4.渦蟲再生試驗主要觀察尾段長出眼點的時間，以95%乙醇萃取液以及99%甲醇萃取液的渦蟲再生效果最好，能夠明顯縮短眼點的再生時間。

在學製氧時，老師說近三十年的教科書多用紅蘿蔔做實驗，直到五年前，各教科書都改用金針菇，原來是第五十四屆全國第一名科展作品的貢獻。金針菇取代紅蘿蔔，是因為用量比較少嗎？還是反應比較快呢？我們很好奇這兩者的差異，希望透過實驗找出更快分解雙氧水的方法。查資料後發現，大多催化劑製氧效果都無法與實驗藥品二氧化錳相比，當然包括金針菇，但是二氧化錳屬於化學藥品，又是重金屬，對環境會造成汙染，要特別處理。經我們反覆研究實驗後，找到酵母菌能取代二氧化錳快速大量製氧，不但只需用低濃度的雙氧水，準備實驗材料又非常的方便便宜，這個發現除了可以用於國小、國中甚至高中的製氧課程，環保又經濟的實驗優勢，相信是無法被取代的！