全國中小學科展

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第64屆--民國113年

壓力山大~探討神秘的壓電效應

能源一直是台灣大問題,團隊希望讓生活中被浪費的能量轉換成可用的資源。 從各種壓電效應發電的方法開始進行研究,查詢文獻,我們突破困難,設計了穩定的發電壓電效應測試器,發現壓電片越多數據越大,發電效應也越好,敲擊下的壓電片很容易受損,找到最適合的保護膜,因為實驗才發現壓電片是交流電,必須透過橋式整流器轉變成直流電,並儲存到電容內,才可以較容易地應用在生活中,為了善用實驗成果,我們也測試不同組合方式,最終讓壓電片發電效應倍數增加,更發現正反排放的效應尤其驚人,團隊將會朝向老人生活或實際應用,做出可運動也可發光的裝置。 研究團隊研究壓電片發電,製作出低成本、有效應且最能儲存電量發電組,作品仍在繼續研發中……

蕨類植物煉丹記

本次研究從龍潭湖區域的蕨類植物調查開始,共計調查到四十八種蕨類植物。發現本區環湖區域多為接近70度以上陡坡,一般植物難以生長,但蕨類植物卻能在此生長良好,對水土保持有良好功能。 為了能更推廣蕨類植物之美,採取熱轉印方式進行印染,並以族群數量多、容易採集、葉片形狀大小適中等條件,選擇適合熱轉印印染蕨類植物27種,再以自製氯化鐵試劑來篩選含丹寧量高的蕨類植物16種進行熱轉印印染。 在熱轉印染中顯色鮮豔的沙皮蕨、半邊羽裂鳳尾蕨、細葉複葉耳蕨可提取植物染染液,染液能運用於植物染,但有機染液不易保存,加入含鋁、鈣等金屬化合物,可以產生色澱。而色澱乾燥後的色粉可運用在染色、繪畫顏料方面,用途多樣便於推廣。

貓鼠終極戰

在這次的研究中,我們在書上看到了一個問題,是一道有關於在棋盤上,貓和老鼠不能看到對方的問題。我們先研究這個題目中棋盤大小、貓和老鼠數量的規律,我們從1×1一路研究到了8×8,並且試著找出在不同棋盤大小的遊戲中,要有幾隻貓才能讓老鼠的平均數量接近2隻,之後我們將 題目設計成對戰的遊戲。 我們首先設計了一個棋盤大小是6×6的桌上型遊戲,並且修改過幾次規則。後來學習了程式設計,把遊戲改到電腦裡遊玩,我們使用scratch寫程式來製作遊戲,並且把原本6×6的棋盤擴大改成了8×8的棋盤。我們在試玩的過程中,又再次把一些不公平的遊戲規則修改了一下,最後我們和同學一起試玩遊戲,製作出了屬於我們的「貓鼠終極戰」。

賠錢+賠錢=賺錢?探討帕隆多悖論的成立條件及在多賽局中發生的可能性

本研究旨在探討「帕隆多悖論」,將兩個容易賠錢的賽局遊戲A與B遊戲合在一起進行,卻能變成容易賺錢的賽局(遊戲C),這是違反常人直覺的現象,因此我們想探究其中的機制、原因和成立條件。 我們以「執行遊戲A和B之特殊組合」、「執行遊戲A和B之機率」和「遊戲A和B的賺錢機率」為實驗變項,應用Excel和Scratch模擬各情況之期望值,來探討帕隆多悖論成立的條件。最後,將研究發現結合專家訪談,找出在市場機制中的實際案例。 發現遊戲執行組合的影響最為關鍵,而且在執行遊戲A的機率為41%時會有最高的期望值。最後,我們找出帕隆多悖論在三種以上賽局成立的情形與必要條件,也歸納出各變項對於獲利影響程度 差異 及賺錢的關鍵週期 。

智慧醫療-基於階層式機器學習的心律疾病檢測系統

本文提出了一種階層式兼投票式的心律疾病智慧醫療檢測模型,以MIT-BIH心律資料庫為基礎,建立了兩種判別模型。模型一針對正常心跳N及較常發生的V、L、D、R、A(見表3)五種心律疾病進行單一疾病分類;模型二針對疾病較多的N、SVEB、VEB、F、Q(見表4)五類進行分類。採用階層式模型使各層獨立訓練、二分法使資料量均勻;在階層式模型上增加投票式模型,使各層以多種機器學習共同判斷,並按各機器學習訓練之準確程度調整比重。研究結果顯示,模型一最終準確率達99.01%,五種分類類別中有四種召回率達97%以上;模型二整體準確率98.74%,N、VEB、SVEB、F、Q五類召回率分別達99.5%、97.1%、83.6%、77.8%、85.7%。兩模型對於心律疾病判別準確率均較近年論文有所突破。

開發新型演算法於探究異常值在迴歸分析中的影響與應用-分析照「騙」

本研究主要分成兩大主軸,第一先深入探討迴歸分析中異常值對模型的影響,發現一般的模型在面對數據中的異常值會降低其穩健性,因此藉此特性,我們結合了K-近鄰演算法(K-NN)、模糊理論與深度學習等,自創了新穎的演算法進而找出數據中的異常值;第二為應用此演算法來分析與處理圖像中「不正常區塊或雜訊的輪廓」,達到抑制其對整體美觀的影響,再進一步分析深度偽造(Deepfake)所合成的圖像。研究結果顯示,相較於現有的類神經網路中激活函數ReLU之計算,我們的演算法較容易處理異常值的影響且分析圖像的應用之表現更佳,未來的研究方向可能包括進一步評估其他演算法的效能與將其優化以提高其效能和實用性。

發光蛋——簡易發光細菌培養法

現況下,國中小對於微生物培養並不普及,主因在於沒有足夠經費與設備。本研究發現使用:水解乳清蛋白、濃縮乳清蛋白、雞蛋蛋白等可以替代LB培養基。且各項替代培養基金錢成本比起LB皆下降七成至九成,並且有六種替代培養基於第24小時平均光強度皆大於LB培養基,且替代培養基中最高平均發光強度為0.296較同時間的LB之數值0.046高。此外,使用電鍋滅菌雖無法完全無菌,但仍有一定能力可作為滅菌釜的簡易替代;自製操作台則有替代無菌操作台的之較高可行性。本研究並發現雞蛋液態和固態培養基的製作,其材料簡單、培養效果佳,故具備中小學教學推廣的價值,以及發光細菌在毒物檢驗中的應用等極具有推廣的潛力。

kalus-nibu'的生殖行為—探討枯葉大刀螳螂交尾、產卵、孵化的生殖行為研究

本研究探討枯葉大刀螳螂 (Tenodera aridifolia aridifolia)生殖行為,研究一交尾行為結果:過程中雄螳螂會以78±19.8cm/s的速率逃離雌螳螂的獵捕,如被雌螳螂咬斷頭胸,可再活5天。研究二產卵 結果:雌螳螂腹部擺動幅度 2.5±0.1cm做類心臟線螵蛸,為後代預留一道 0.744cm出口。研究三 螵蛸對 卵防護 結果:0.12g水 在防水片全蒸散後,螵蛸內仍有 0.06 g,受外力擠壓後可回復2/3形態。研究四孵化結果:前若蟲跳出螵蛸,平均重力位能3.23x10-5J,以0.005mm線柄吊在空中、可承受.02gw、需12min脫皮成為初齡若螳,以上完成交尾、產卵、對卵防護、孵化生殖行為之研究。

螺震舞鬥——探討螺絲下滑的震盪現象

當一個螺絲以一定角度擺放於平整的斜面下滑時,螺絲的擺盪振幅也會隨著下滑的距離增加。我們以此現象為基準去設計更符合我們所需要觀察數據的自製螺絲,我們以角錐為模型去設計不同直徑、角錐角度以及螺桿的自製螺絲,並以滑軌錄影的方式再透過Tracker去分析不同的擺放角度和螺絲下對其震盪增幅的影響,最後繪製圖表歸納其中不同數據的相關性。而我們也利用物理分析去驗證我們實驗所得出的結論並解釋螺絲震盪的現象。

打破雞蛋「畫」到底-蛋彩塗料配方探討

蛋彩畫是一門古老的藝術技法,但由於材料和環境條件的複雜性,保存是一大挑戰。本研究探究影響蛋彩塗料配方的多個因素,包括雞蛋品種、吸附能力、酸鹼性、抗光性、耐侯性、黴菌生長等。並使用色差儀和小畫家來測量色差值、RGB和HSV等色彩參數,進一步分析之間的差異和特性。研究結果顯示,蛋黃乳液、油類和無機色粉是塗料長期保存的關鍵。水中加入酸性添加物時,色差值變化最小。使用油類可以提高塗料穩定性、耐光性、耐侯性。調配塗料加入醋可抑制黴菌生長,並將畫作放置乾燥、陰暗室內。 與現今常見顏料相比,蛋彩畫材料天然、可再生,調配過程無污染,作品可降解,符合綠色化學理念。因此,本研究為傳承蛋彩藝術提供了相關科學依據。