全國中小學科展

第65屆--民國114年

真空能加速醃製食物?高壓可以嗎?探究氣壓對醃製速率的影響

本實驗為了探究在常壓、真空、負壓和高壓…等不同條件下對食物醃製效果的影響,以白蘿蔔為醃製對象,利用各種裝置改變氣壓進行一系列研究。 由實驗得知白蘿蔔的醃製效果為6塊紅磚和7塊紅磚高壓醃製>負壓8cm-Hg>負壓4cm-Hg>真空>常壓。高壓醃製相對於其他氣壓條件的表現為最佳,僅需6塊紅磚重壓在保鮮袋上即可。至於負壓醃製的效果隨著負壓值的增加,白蘿蔔醃製面積有增加趨勢。 本實驗的高壓醃製相對於負壓醃製所需要的技術門檻、費用皆較低,又可有效提升醃製效果,是不錯的醃製選擇。不建議購買「市售真空抽氣棒」,因功率小、吸力差,未如產品說明書上所說可使保鮮罐達真空狀態。如果對醃製效果沒有太過苛求,真空保鮮袋的醃製操作更為簡單方便。

歲月無聲-肌少症與姿勢辨識的微妙對話之頭份地區樂齡社群上下肢肌力運動探討

本研究旨在結合PoseNet與Teachable Machine等AI姿勢辨識技術,根據教育部體育署國民體適能網站資料、基礎肌動學、聽取物理治療師建議、開發三款AI姿勢辨識體感互動遊戲,以提升高齡者肌力、預防肌少症。肌少症為高齡社會常見之退化性問題,嚴重影響長者之行動功能與生活品質。本研究透過Scratch平台-OSEP整合PoseNetAI模型,設計可訓練上肢與下肢肌群之遊戲,並於頭份市樂齡協會、運動公園及學校等地,實地施測多位50歲以上的長者。結果顯示參與者均能正確執行遊戲指令,且對互動設計及視聽回饋表達高度興趣與正向回饋。本研究系統具備操作簡易、成本低廉與可擴充性,顯示應用於居家運動或長照場域具高度可行性與發展潛力。

AI與心理學的言語柔化實驗

現今網路充斥著具壓力的負面言論,影響使用者的心理健康。本研究旨在參考 C-ME 量表並整理為四大類標籤,人工分類從論壇蒐集的言論來訓練模型。研究採 LSTM、雙向 LSTM、CNN + LSTM 及 Transformer四種深度學習模型,基於自建資料集進行訓練,實現對全新言論的精準分類,並比較四種模型在精確率、召回率及 F1-score 等指標上的表現。結果顯示,LSTM處理數據不均衡的資料集時表現最佳,F1-score達89.2%。實測發現,CNN+LSTM 在預測效果上略勝 LSTM。此外,結合生成式 AI GPT-4o-mini,能有效改善不當言論,為留言者提供更委婉的表達建議。

草中共生,卵中暗潮—大花咸豐草果實共生昆蟲的首次紀錄

除了常見的長鞘寬頭實蠅外,本研究首次記錄釉小蜂科也會產卵於瘦果並利用之。蜂離開瘦果時遺留位於瘦果中段切口整齊的圓形孔洞,蠅則留下偏向瘦果兩端的長條撕裂狀孔洞。蠅、蜂常同時出現在同一果序,未見明顯競爭排除,但在不同月份出現比例有所變化,時間性生態區位分化仍待釐清。模擬動物傳播發現,被帶走的瘦果產卵率較低,再結合產卵位置的觀察,顯示果序中中央瘦果利於幼蟲發育但不易傳播,邊緣瘦果反之。大花咸豐草可能藉由瘦果異型性在繁殖與傳播間取得權衡,整體瘦果的感染率6.3%,展現其高繁殖策略下的傳播適應性。

殊途同歸─不可思議的七線共點

本研究探討三角形中線段共點的幾何性質,特別是與奈格爾點相關的七線共點現象,這七條直線包括三條特定的作圖線、三條周長平分線、以及內心與重心的連線。研究動機源於對奈格爾點定義及其作圖方法的探究。研究過程中,我們透過Dussau作圖法、三角形性質及解析幾何等方法,從已知條件推導出相關的幾何性質,並進行了驗證。研究發現這三條作圖線分別與三內角平分線平行,可視為內心在位似變換下的映射。本研究亦探討此類作圖法是否可遷移應用至其他三角形特殊點(如內心、重心)。這些發現證明了即使直線的構成方式看似複雜或「殊途」,最終也能「同歸」於同一個點,展現了幾何的奧妙。

廢棄蘭花結合高分子材料製備口內膠研究

本研究針對嘉義地區廢棄蝴蝶蘭(Phalaenopsis)資源,嘗試以天然深共熔溶劑(Natural Deep Eutectic Solvent, NADES)在萃取蝴蝶蘭不同部位: 根、莖、葉、花之多醣及相關活性成分,並與傳統水萃取比較萃取率。透過評估萃取液中多醣含量、多酚含量、抗氧化能力,與抗菌能力以衡量萃取物在口腔保健之功效。之後將萃取物進一步結合不同配方之高分子基材料HPMC(Hydroxypropyl Methylcellulose)與 PVP(Polyvinylpyrrolidone),嘗試製成能有效成膜的口內膠。實驗結果顯示,以betaine+lactic acid組成的 NADES配方對蝴蝶蘭花部位之多醣與多酚萃取效率特別顯著,亦展現較高之抗氧化能力與抑菌效力,且能與特定配方之高分子材料結合形成有效凝膠。藉由萃取方式與高分子材料之配方優化,最終可望開發出兼具環保、功能性與口腔護理應用潛力的天然凝膠產品。

白浪滔滔我不怕-消波塊與海岸保護

本研究透過3D列印製作消波塊與自製造浪機,並用海浪沖刷粉筆模擬岸邊侵蝕效果,尋找減緩海浪岸侵蝕方法。 本研究製作兩種造浪機。大型版:壓克力板製水缸,用活塞推動造浪板,因漏水問題,改良小型版;小型版:採現成魚缸、TT馬達配合連桿帶動造浪板。小型版波形更流暢。 首先,確定粉筆泡水25分後重量趨穩定;在單排測試中,林克塊減浪效果最佳。實驗亦發現消波塊離岸越近、裸露體積越多,減浪效果越好。增加排數方面,小浪排數越多效果越佳,大浪下則需至少兩排以上才具顯著效果,綜合成本與效益,建議使用兩排設計。 針對家鄉情境,設計A至D四種配置,D型適合冬季東北季風大浪條件,如東北向海岸;C型則適用於港口等平靜海面。

海邊玩沙-沙球製作研究

「沙球」是盛行於沙灘上的遊戲,某些地區也創造出不同的遊戲方法-例如:比賽沙球滾動距離、沙球對撞比賽......等,但所有沙灘都能玩這些遊戲嗎?又要怎麼做才會玩得好呢? 根據我們的實驗結果,利用篩網篩出較細的沙粒(粒徑<0.08mm),並將沙水比控制在200:35~200:45之間,能做出較堅固的沙球,含水量少(200:35)沙球較硬、滾動較快,含水量多(200:45)沙球偏軟、滾動較慢,同時也較耐撞擊,此外球體較大的沙球也較耐撞 。

前瞻奈米片場效電晶體設計之最佳化

在科技進步的年代,電晶體成為組成高效能晶片不可或缺的元件,其發展影響著電子產品的效能與功耗。隨著製程技術節點縮小至2nm以下,傳統鰭式場效電晶體 (FinFET)架構逐漸面臨短通道效應與漏電流增加等挑戰,而環繞式閘極場效電晶體(GAAFET)技術則因其優異的電流控制能力與低功耗特性,成為新一代電晶體的主流。本研究探討在固定有效寬度與垂直間距的條件下,不同奈米片堆疊數量對電晶體電性的影響,透過科技電腦輔助設計(TCAD)軟體模擬分析次臨界擺幅(SS)與臨界電壓(Vt)等參數,對下世代環繞式閘極奈米片場效應電晶體(NSFET)進行最佳化研究,提供未來半導體技術發展之設計方針。

溫塑效應

隨外送餐飲盛行,熱食頻繁接觸塑膠容器,潛藏釋毒風險。本研究以920株小白菜進行水耕栽培,探討多種塑膠袋、塑膠瓶與保鮮膜經100°C處理後的溶出物對植物生長之影響,並結合 IAA 生長素模型推估其作用機制。實驗結果顯示,高溫處理後塑膠溶出物明顯提高小白菜矮化比例,其中以PVC 保鮮膜最嚴重,短期矮化率達41%。推估其作用濃度由10⁻⁴ ppm上升至10⁻² ppm,呈現濃度依賴性干擾。另以TDS值監測樣本水質,發現TDS偏低時常伴隨萌發率下降,單憑TDS難以反映實際毒性。本研究驗證高溫塑膠容器可能釋出具生理活性的物質,小白菜可作為早期生物指標。結果亦顯示高溫塑膠溶出物影響生物生理,對食品安全與環境健康構成潛在風險,建議避免以塑膠容器長時間盛裝高溫食物。