全國中小學科展

第65屆--民國114年

「益生」的好閨「蜜」

本研究以蜂蜜對益生菌生長的影響為主題,選擇益生元組成差異較大之龍眼蜜、蕎麥蜜、麥盧卡蜜作為蜜種,並以A菌嗜酸乳桿菌、C菌乾酪乳桿菌、LP植物乳桿菌、LGG 鼠李糖乳桿菌作為益生菌種,透過細胞濃度測定、塗盤培養基等方法估算菌種生長曲線、菌種菌落數,探討不同蜜種對益生菌種繁殖的影響,並模擬胃腸道環境探究不同蜂蜜濃度對益生菌繁殖的影響。 研究結果發現蜂蜜能促進益生菌生長,且不同蜂蜜對不同益生菌的繁殖有差異。蜂蜜能提升益生菌對抗人體胃腸道中的胃酸、膽汁等耐受性。從結果推論,食用益生菌時可搭配蜂蜜一起食用,並在挑選益生菌種改善身體機能時,可選擇對該益生菌繁殖有益的蜂蜜種類一同食用,以提升益生菌的功效。

「果」然有酒,過剩水果的發酵新生機

在這個計畫中預計透過發酵作用,將過熟或剩餘的水果轉化為酒精,以實現資源回收與環境保護。我們選擇含糖量較高的水果(如鳳梨、火龍果、柑橘、葡萄等),壓碎後加入酵母菌,在適當溫度下發酵,促使糖分轉化為酒精與二氧化碳。發酵完成後,利用蒸餾法獲得初步的蒸餾酒精。 此外,測試不同水果的酒精產量、溫度對發酵效率的影響,並分析蒸餾後酒精的濃度與產率。我們最終將驗證所得酒精的殺菌效果,探討其應用於日常環境消毒的可行性。由於有效消毒的酒精濃度需達 75%~78%,我們將進行多次蒸餾,提高酒精濃度,並記錄細菌與微生物的活動情況,以確認其可用性。此結果不僅能減少食物浪費,還能運用科學方法將剩餘水果轉化為有價值的清潔資源。

把我的Token還給我

在醫院到學校為新生進行體檢後,許多同學對檢查報告中的異常一無所知,紛紛向老師求助。然而,由於老師缺乏醫學背景,無法提供明確的解釋。這促使我們思考如何利用AI來幫助同學理解檢查異常項目。 最初,使用AI Agent-Coze創建了第一代機器人,但受限於AI算力,操作上限制很多。參加智慧物聯網創意應用競賽時,評審要求--花一年時間,換個方法再做一次。因此決定改用Python進行開發下一代機器人。Python不僅能處理和轉換數據,還能靈活實現各種邏輯操作。此外,以英文撰寫prompt,能有效減少翻譯成中文時的token消耗。 最終,成功開發了新版本的機器人。與Coze方案相比,新方法大幅降低了token使用量。根據保守估算,token消耗減少至原來的1/500,顯著提升了效率並達成實驗目標。

笛管新聲-探討簧片對笛子聲音之影響

直笛是每位學生必學樂器,加上簧片巧思,創作出簧片直笛。實驗變因控制為形狀(三角形、梯形、長方形),厚度以及材質。運用問題解決,開發出雷射切割簧片及板擦機吹氣,將人為誤差去除。實驗發現,三角形簧片會將頻率往上移動,上升最大59.2%。梯形簧片,當簧片寬度越寬,振動頻率越低。長方形簧片,簧片長度越長,振動頻率越高。當厚度越厚,頻率會變低。不同材質簧片,發現投影片簧片頻率變化最佳。從共振分析得知,當簧片振動頻率接近笛子自然頻率,音量增加。當簧片振動頻率沒有接近笛子自然頻率時,無法發出聲音。原本學生常用的高音笛,配合簧片替換創新,可吹出超高音笛的聲音。「笛管新聲可創造出不同音域的巧妙變化」。

微粒瀰漫,誰「霾」弄潮州?─高屏地區PM2.5時空變遷與擴散機制探討

本研究透過整合環境部空品測站與智慧城鄉微型感測器的資料,輔以Python及R語言進行大數據整理與統計分析,並搭配QGIS空間分析工具,深入研究高屏地區冬季空氣品質惡劣的原因,並剖析2025年三場空汙事件的時空變化與擴散機制。結果顯示,高屏地區近年整體汙染雖有改善,但仍存在著區域差異與季節差異。冬季時,受東北季風與地形影響水平擴散不佳,再加上低混合層與逆溫現象導致垂直對流缺乏,汙染物容易滯留。分析發現,高屏地區測站的溫度、降雨日數與PM2.5有著高度負相關。本文透過感測器資料的逐時空間分布圖,搭配風向與地形影響,說明汙染物如何透過環境風場與海陸風的傳輸機制累積於高屏地區下風處且難以擴散,導致「潮州延遲」效應的發生。

“番”天覆地~難逃“塑”命?塑膠微粒暴露對番茄生長的影響

塑膠微粒(microplastics,MPs)是泛用塑膠製品而衍生的問題之一,且塑膠微粒會透過食物鏈的傳遞而導致人類的健康風險,作為食物鏈起點的生產者,是探討塑膠微粒健康風險的著眼點。基於聚苯乙烯(polystyrene, PS)類塑膠日益擴增的需求,加上小番茄為家鄉重要作物,以及想要窺探塑膠微粒在根部分布的情況,因此,我們利用水耕種植來探討PS塑膠微粒對小番茄的影響。研究結果顯示PS奈米塑膠微粒(nanoplastics,NPs)的暴露會對小番茄產生影響,包含降低其根部含水量、使其更容易遭受蟲害、植株葉片提早黃化枯萎、減少其根系中促植物生長細菌-木糖氧化無色桿菌(Achromobacter xylosoxidans)菌數,以及大量NPs累積於根部表面而影響小番茄對水分的利用等。不過NPs的暴露在植株乾鮮重、莖長度、開花與果實等生長參數並無顯著影響。

影響天燈升空的因素探討

天燈伴隨火源升空象徵人們祈福與祝願,為臺灣重要文化傳承。升空過程,種種因素造成天燈失穩墜落,而燃燒未盡可能引發火災。過去研究多著重於熱源、造型及風阻等影響,卻忽略實地環境風場影響。我們於現地實驗測量天燈升力,後續建立浮力模型、簡易風洞測試和商家訪談驗證。結果發現:天燈飛行的搖擺與熱氣洩漏是影響上升的主要因素,其中側向風速為搖擺主因,地面風場變化更是關鍵。針對分析結果,建議縮小底部開口至原三分之一,可降低56%熱氣流失。另建議設置地面風速監測及管制施放燈號,確保順利飛行至高空。提出「大天燈共乘」構想,提供雙倍書寫空間,耗能僅增約1.37倍,減少回收負擔。成果可作為天燈施放安全與環保政策之參考。

香菸、檳榔對鼠婦趨避行為的影響

本研究以多霜蠟鼠婦為對象,探討香菸與檳榔對其趨避行為的影響,以了解隨地丟棄的菸灰、菸蒂、檳榔汁及檳榔渣是否會改變土壤中微小清除者的行為。研究結果顯示,香菸中的菸草、菸灰及濾嘴,市售白灰檳榔嚼塊,以及檳榔嚼塊中的荖葉、荖花、白灰、紅灰及檳榔果實,皆對鼠婦有驅避效果。當土壤出現這些污染物,鼠婦會產生忌避行為,傾向選擇在無污染的區域內活動,並減少探索受污染的區域。本研究證實香菸及檳榔嚼塊對生態環境造成危害,不僅污染土壤,還改變生態系統中小型清除者的行為,此實驗為環境保護提供了重要科學依據。

利用ChatGPT協助辨識詐騙簡訊及網頁

近年來隨著資訊科技發展,詐騙行為日益猖獗。儘管政府已建置防詐網站與專線提供人工審查,但面對大量詐騙資訊,其效率仍顯不足。為降低人工審查負擔,本研究探討提示工程技術(Prompt engineering),評估其是否可提升GPT模型對圖像與語音詐騙內容的辨識準確率。研究設計採用三種不同提示策略,分別應用於圖像與語音資料中,並比較其判斷正確數以分析準確率差異。結果顯示Chain-of-Thought Prompting在兩種媒介資料中表現皆優於其餘提示工程模型,顯示良好判斷效果。本研究基於Chain-of-Thought Prompting模型開發互動式網頁程式讓民眾可立馬使用網頁判別可疑的圖片、音訊,展現應用於基礎防詐之可行性,亦可為後續防詐系統提供設計參考。

一天當兩天用—探討縮短光週期對景天酸代謝(CAM)植物之影響

本研究探討縮短光週期是否影響CAM植物的酸週期變化與氣孔狀態,及其對植物生長的影響。挑選常見的絕對CAM植物落地生根、蝴蝶蘭與仙人掌進行實驗。在自製生長箱中,利用Arduino搭配適當元件,設計程式控制光照週期與風扇調節溫度。實驗共分四種光週期,光照(L):黑暗(D)分別為3L:3D、6L:6D、3L:9D與12L:12D(單位:小時)。結果發現葉片汁液可滴定酸濃度與氣孔開閉大致上隨光週期變化,但不同植物的最佳生長光週期不同。顯示縮短光週期對不同CAM植物的影響不盡相同。其中蝴蝶蘭在光週期6L:6D的生長速度優於對照組自然界中光週期12L:12D。而光週期3L:9D蝴蝶蘭24小時獲得總能量只有別組的一半,但葉片長度增加量超過其他組的一半,推測能量利用效率較佳。