全國中小學科展

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第64屆--民國113年

Old葉 土積層-落葉堆積對土壤影響

為了了解學校落葉堆積對土壤和生物會有什麼影響,我們挑選學校不同種類的落葉,觀察它們長期堆放地點;另外收集這些落葉堆放到土壤上,在不同時間測量土壤的各種性質,最後對他們拍照和記錄;落葉用水萃取後加到培養皿的土壤裡觀察發芽比率;最後堆積後的土壤種小白菜,觀察有什麼影響。結果顯示初期落葉層對土壤溫度有明顯降溫效果,對土壤的水分、酸鹼質、生物、結構也有影響。1個月內落葉堆積的土壤和落葉的萃取液會抑制發芽,但兩個月後影響不明顯,而且對小白菜的發芽和成長有幫助。自然落葉堆積對於植物的成長幫助大於壞處。

「百頁」千嬌~低脂高纖百頁豆腐製作之探討與分析

市售百頁豆腐含大量油脂,高熱量讓人卻步,本研究探討降低油脂和添加膳食纖維粉的可行性, 並提出配方供自製時之參考。 首先自製硬度測試器、壓縮力測試器,並不斷修正器具以降低誤差和提高準確性,其次藉由實驗瞭解各原料對百頁豆腐品質的影響。實驗發現:大豆分離蛋白粉比例、油脂和澱粉的種類與添加比例、 黏著劑種類、不同膳食纖維粉、酸鹼性與鹽類等,都對百頁豆腐品質具有影響。 建議:依個人喜好選用不同風味的油脂 並降低至10%以下;澱粉以樹薯粉5~6%為佳;黏著劑以蛋白粉3%或以雞蛋取代能提升乳化作用也更加嫩滑;酸性、鹼性皆會降低硬度;以冷凍法貯存能增加孔隙及延長賞味期限。本研究提出低脂高纖百頁豆腐配方是健康又可行的。

眾「蛭」成城-探討巴蛭(Barbronia weberi)的生態習性與動物行為

巴蛭 (Barbronia weberi)吃食活體動物類及屍體,屬於肉食性及腐食性的水生動物。獵物為水中小型動物,例如孑孓、赤紅蟲、絲蚯蚓、福壽螺、囊螺、錐蜷螺。孑孓的密度愈大,孑孓被捕食的數量也愈多,捕食率隨著密度變大而提升。在60隻孑孓密度下,一隻巴蛭三天能捕食54.67隻,二隻巴蛭能捕食59.67隻,三隻巴蛭能捕食60隻,巴蛭的密度愈高,捕食孑孓的效果也愈好。擺頭掃動模式能提高自己的捕食率,平均10秒能掃動8.67次而且巴蛭具群聚性,可說是眾「蛭」成城。巴蛭 偵測獵物存在的位置,可藉由視覺 (光影變化 )、振動及嗅覺來感知,其中嗅覺較靈敏。巴蛭能存活於pH4.5~pH11、0.05%的肥皂水溶液及沙拉油與水混合液,建議可以將巴蛭歸類於底棲無脊椎汙染指標生物(bioindicators)。

進擊的「葉」電~光化合一的葉綠素電池

本研究為新型改良式葉綠素電池,兼具化學電池與染料電池的優點,是具有成本低、體積小、可自行替換凝膠並重複使用,能解決傳統電池液外漏及電極成本高的問題,是有潛力與發展性的綠色能源電池。本實驗結果顯示,新型葉綠素電池結構的特點,具有一體成形的外殼,選用石墨碳氈與鋁棒當電極,中間填充最佳比例的碘酸鉀、碘化鉀、葉綠素和水晶凝膠,在手電筒的照光下,電解質經化學反應可自行生成碘,可作為葉綠素電池的第二個電極,其發電效率是歷屆科展之冠,電池編號10的瞬間電壓與電流可達1.07伏特與38.4毫安培,其電池壽命在209小時,電壓亦可維持1 伏特且電流隨時間增加可穩定發電,可應用於緊急充電與LED 燈泡照明使用。

以牙還「鯊」:AI影像辨識鯊魚牙齒化石

台南左鎮菜寮溪和玉井曾文溪邊過去幾十年不斷有鯊魚牙齒化石出土,例如:大白鯊、虎鯊、公牛鯊、甚至還有已滅絕的史前最巨大鯊魚巨齒鯊的牙齒化石(生存於2,300萬至260萬年前),民眾採集到一時很興奮,但沒有專家一旁協助辨識鯊魚牙齒化石的種類,卻仍舊很苦惱!因此我們嘗試設計全國第一款有效易用的鯊魚牙齒化石分類手機 App,幫助民眾使用身邊的手機就可以快速辨別鯊魚牙齒的種類!本研究開發的 App 在博物館以及野外實測時可以有效地辨識七種鯊魚牙齒化石,並提供相關資訊和影片,具有實用性,以及「鯊魚小博士」二元樹互動學習的功能,讓使用者可以更有趣地學習鯊魚的知識,深具教育意義,並且在實驗室實測完整及破碎化石可達到92%和88%的正確率。

蚤必投光?水蚤趨光行為及其可塑性研究

本研究探討水蚤Daphnia pulex趨光行為的可塑性與各運動數值差異,藉自行開發的YOLOv8模型追蹤多隻水蚤的移動軌跡,並使用tracker軟體分析數據。證實了ByteTrack多目標追蹤演算法在生物研究中具有重要的應用價值,尤其適用於微小生物運動研究,為微觀尺度生物研究領域帶來了新的貢獻。研究顯示水蚤傾向趨光,水蚤日齡越大、光強度越強、光波長越長,和黑暗前置都會使水蚤在趨光測試中移動速度增快。遺傳和生長環境皆會影響到水蚤對光線刺激的行為反應,並發現水蚤在利他素或模擬掠食者的環境下,趨光偏好明顯轉變。趨光水蚤面對掠食者擁有更高逃脫率,並意外發現了水蚤禦敵時會行繞圈運動。此外,在水蚤基因體中發現多處與果蠅的rhodopsin蛋白高度相關的序列,值得未來進一步研究。

驚「掏」駭浪—消波塊與沙灘地形對沙石掏空量的影響

本研究使用水槽、自製造浪器,模擬海岸環境,探討消波塊的擺放角度、擺放密度,以及沙灘的水深、坡度、波浪強度(造浪器頻率),對沿岸沙石侵蝕面積的影響。利用image j 分析在不同因素下消波塊周圍沙石侵蝕之面積,以及其隨時間的變化。研究結果發現,在不同擺放角度中,消波塊之兩角面向波浪時(本研究定義為0度)其下沙石侵蝕面積最大;在擺放密度中,發現擺放越多的消波塊,其侵蝕面積越大;在沙灘水深不同時,當水深越淺時,其侵蝕面積越大;當沙灘之坡度越大時,其侵蝕面積越大;當造浪器之頻率越大時,其侵蝕面積也會增加,而計算體積時,發現在不同擺放角度下,掏空的體積與侵蝕面積成正相關。

「非」天「頓」地-非牛頓流體阻尼的減震效果與建物即時監測研究

本研究探討非牛頓流體阻尼位於地上不同樓層及地下室的減震效果。我們以樂高動力積木搭配伺服馬達及程式控制器自製地震模擬器,體積較小,且能透過調整程式的功率模擬不同震度的S波,進而討論不同震度在相同變因中的差異。此外,我們為建築物設計地下室結構,並將非牛頓流體阻尼放入地下室外牆,觀察減震效果,實驗得知,地下室外牆放入阻尼皆較填入輕黏土更減震。同時,我們也製作不同長細比及不同建材的建築,分析數據後得出最減震、最具安全性的結構比例和建築材料。並比較建築上不同重心高度及搖晃時間長短對非牛頓流體減震效果的影響。最後,利用Arduino超聲波測距模組進行建築傾斜觀測,提高建築各面向的安全性。

「鳳」中奇緣–探討鳳梨牛奶的反應情形及其應用

鳳梨牛奶會產生結塊的主因來自鳳梨酵素會和牛奶中的蛋白質反應。研究發現鳳梨果肉所含蛋白質比果心多、抗氧化力亦高於果心,pH值則與果心無明顯差異。另測得酪蛋白還原碘能力最佳,清除DPPH自由基及還原力則分別是乳清蛋白及牛奶最佳。將相同pH值的鳳梨汁、鹽酸及醋酸加牛奶鳳梨汁能產生顯著沉澱,而酸和鳳梨酵素與牛奶反應的產物不同,會進而影響澄清液的pH值變化。此外,鳳梨酵素在果心部位活性較高,經60℃處理果肉汁及80℃處理果心汁與自行萃取的果肉酵素對蛋白質反應性較高。由於鳳梨水解酪蛋白較醋酸水解酪蛋白的抗氧化力佳,且反應愈久、還原碘的能力愈好,我們嘗試將鳳梨水解酪蛋白加入海藻酸鈉形成薄膜,但抗氧化力會隨時間漸減 。

逆流而上--馬拉高尼效應之探討與應用

馬拉高尼效應是流體力學中常見的現象,由於表面張力梯度力,使得不同種類或是不同溫度的液體間產生相對位移,從表面張力小的往表面張力大的方向移動。本研究想藉由此微小的表面張力梯度力作為仿水黽的小型水上機器人移動的動力來源。研究過程中以tinkercad軟體設計模型,盡可能減輕機體重量並利用3D列印技術列印機器人本體。再藉由滴出界面活性劑並控制滴出方向以產生特定方向的馬拉高尼流,作為整體的動力來源。研究過程中探討界面活性劑濃度與模型移動速度以及表面張力梯度力的大小之關聯,和模型管徑與模型運動型態的關聯。