全國中小學科展

依相關評語查詢

第65屆--民國114年

基於多項人工智慧之多模態失語症溝通系統探究

本研究開發了一個基於多項人工智慧技術的多模態失語症溝通系統,旨在提供失語症患者能提升表達自我和參與社交的能力的工具。系統以iOS App作為主體,接收環境影像、語音、唇語、手勢及情緒等多模態資訊後,透過大型語言模型產生完整敘述,再以語音合成播放。研究創新開發AphasiaSim-LLM生成高度擬真的模擬失語症語料,並以量化評估取代主觀評分,證實Gemini 2.5 Flash於語句還原表現最佳;此外亦建構了輕量級手勢辨識模型,並以ORB演算法優化關鍵幀提取;透過異步處理、FFmpeg影片取幀及輕量Flux文生圖模型等優化策略,最終完成能有效輔助失語症患者進行流暢溝通之系統。

探討海漂種實結構與傳播機制之關係-以銀葉樹為例

海漂種實是一群能靠海流傳播後代的植物繁殖體,追蹤其跨洋散播途徑與族群分佈狀況常可反應生態問題。本研究便想以銀葉樹為例,釐清海漂體結構如何適應遠距傳播。結果發現,銀葉樹能以果實作為海漂體的關鍵有: :(1)整體密度小於海水; ;(2)中果皮有許多儲氣空隙可維持浮力; ;(3)種子座落位置與中果皮纖維局部吸水性則有利於穩定浮 心,使果實於海流中多能以正向姿態漂浮並快速前行; ;(4)果實從外到內有多層疏水性構造,有利於長期海漂期間抵抗海水滲入以維持種子活性。相較短期海漂後就腐爛失活的大葉山欖種實而言,銀葉樹果實對海水具抗性又能善用海流動力確實更適應跨洋性遠距傳播,值得作為輔助評估氣候變遷對於海漂植物影響與保育的指標物種。

消波~快!2.0

延續去年的實驗做進一步的改善與測試,這次我們新增浮動式的消波塊觀測其消波的情形,實驗過程中,在無精密儀器下觀察波速與波高,是一件令人感到棘手之事,所幸目前影像分析技術大行其道,因此本實驗的觀測資料均由電腦影像分析輸出並整理。固定式消波塊的實驗結果蠻符合我們的預期,能以簡單的消波塊結構達到消波的功能,實驗數據顯示出原本岸邊的最大波高,可銳減至原有的三分之一左右,效果驚人,真的是消波~快!反之,浮動式消波塊的結果與預想有一段落差,最大原因是消波塊隨著液面升降,上方無足夠的水體產生足夠大的水壓,因此無法順利引導水流通過洩壓裝置,導致消波結果不如預期。

綠色協奏曲~咖啡渣與吸音棉共築板擦機的「無聲潔靜」

本組自製壓克力立體箱,由聲音頻譜分析儀得板擦機頻率580、1160、4060Hz特定聲波,以藍芽喇叭控制上述三種頻率,測試多種吸音材料,研發創新吸音棉+咖啡渣+吸音棉三明治複合材料,展現卓越降噪效果。增加咖啡渣厚度有效減弱聲音,厚度達3.12公分以上,隔音效果不明顯;在3.57公分下,重壓提高孔隙密度,進而從68分貝降至55分貝達13分貝(19%)。 由以上研究結果,設計板擦機外部隔音罩,內部黏貼此複合材料,兼具隔音與防灰逸散功能,從110分貝降至65分貝減45分貝(40%),降噪效果顯著,並申請專利中。研究成果應用在家電馬達,延伸隔音牆建築上。實踐變廢為寶永續精神,展現低成本創新環保降噪解方。

「風」形萬變:探討地形效應對風速變化的影響

本研究從老師在蘭嶼旅行時發現各地風速差異很大,推測風向和地形是影響風速差異的重要因素,進而探討不同類型地形障礙對風速變化的影響。研究方法包括製作蘭嶼地形模型及不同尺寸的地形障礙模型,利用風洞、風袋和熱線式風速計測量不同情況下的風速和風向。實驗設計考慮尺度問題,確保風洞流場符合大氣動力特徵。研究結果顯示,地形對風速影響複雜且多元,在自然界中,各種地形因素交互影響,形成複雜的風場環境。

從雞爪定理發想

本研究發想自常見的競賽解題工具「雞爪定理」──三角形內心與三頂點構成的子三角形之三個外心落在其外接圓上。我們將條件更換為垂心和外心,關注連心線三角形,驚喜發現外心與垂心構圖具有巧妙關聯性!值得一提的是,其本質是三圓交於一點,隨後再將三圓交於一點進行一般化,利用此工具解決了2024 年加拿大數學雜誌的一道題目。我們將外心、垂心推廣成任意等角共軛點,利用反演變換證明七圓交於一點,此交點恆在原三角形的外接圓上,再利用連心線與公弦互換,給出四個連心線三角形的關聯性──相似與透視。最後迭作連心線三角形,得出其循環相似性質。整體而言,我們創新了研究項目,循序漸進刻劃出獨特且有趣的結果。

舞動熱流-探討熱量在流體中的傳播

本研究探討熱區與冷區在水中造成的對流與擴散現象,並以水蒸氣柱模擬氣旋中心熱氣流及颱風眼內部結構。結果顯示,熱區擴散速度隨溫差顯著上升,冷區則變化較小,呈現不同的對流型態。進一步量測蒸氣柱風速與垂直溫濕度分布,發現風速於一定高度出現「零風點」,其高度與蒸氣柱直徑呈比值約為7。此區為熱對流動能轉弱之處,對應氣旋眼牆的無風層。最後導入外圍切線風,成功建立具對稱性之旋轉風場,重現類似颱風眼牆的氣流結構,為理解熱帶氣旋的垂直環流提供可驗證的實驗依據。

有抱「負」的魔術箱

本研究的目標是做出空氣清淨器來改善空氣品質,我們利用防霾紗網及活性碳濾棉自製濾網,並透過等離子產生器將等離子注入空氣濾網內部進而過濾懸浮微粒、甲醛及總揮發氣體(TVOC)等有害物體,透過實際在前鎮漁港、台電南部發電廠、左營區某國中、林園區大林發電廠實地測試清淨機的清淨成效如下: .前鎮漁港:PM2.5改善率33%;PM1.0改善率28%;PM10改善率31%。 .台電南部發電廠:PM2.5改善率29%;PM1.0改善率23%;PM10改善率28%。 .大義國中:PM2.5改善率30%;PM1.0改善率22%;PM10改善率26%。 .大林發電廠:PM2.5改善率59%;PM1.0改善率58%;PM10改善率55%。 我們也自製壓克力觀察箱,從中探討等離子、負離子及水霧清除TVOC、懸浮微粒的成效,並透過HEPA濾網、活性碳濾棉、各種紗網、熔噴不織布等濾材來進行過濾實驗並找出較佳的組合,從而製作出環保又經濟的空氣濾網。期望空氣清淨機可以成為教室的標配,讓大家在安全的室內環境中學習。

探討語音與圖片學習呈現策略對學生學習成效與認知歷程之影響—以腦波儀量測為依據

本研究探討不同多媒體學習呈現方式與策略操作對學生學習成效與認知歷程的影響,並結合腦波量測進行實證分析。研究分兩階段進行:第一階段設計三種影片類型(語音+圖像+文字、語音+圖像、語音+文字),比較學習表現之差異;第二階段以成效最佳的「語音+圖像」組為基礎延伸三種策略(單次觀看、重複觀看、觀看後口述)進行比較。結果顯示「語音+圖像」組在學習成效、專注度與放鬆度表現最佳,符合雙通道與冗餘原則;「觀看後口述」策略在測驗成績與語意整合指標上具優勢,展現生成學習與深層加工潛力。 本研究結合理論與腦波數據,提供多媒體教材設計與教學策略實證建議,展現腦波輔助學習診斷可行性,呼應永續發展目標「優質教育」核心精神。

泡泡之聲-利用氣泡頻率測量雙氧水分解的反應級數

在傳統的反應速率實驗中,反應速率常以質量減少、體積變化或顏色變化等物理量作為指標。然而這些方法通常需仰賴精密儀器或誤差較大,又或者耗時較長。本研究嘗試以氣體生成反應中產生的氣泡聲頻率作為分析依據,結合聲音分析軟體 AUDACITY,從氣泡震盪頻率觀察反應速率及計算推導反應級數大小。此方法不僅器材簡便,也具備低成本,能提供 一個簡單快速測量反應級數的方法。