全國中小學科展

第43屆--民國92年

腐木上的藍寶石-----校園藥用真菌的發現與培養觀察

在校園中腐朽的鳳凰木樹幹底層,我們發現了一株靈芝,它的表面,竟然呈現出與眾不同的寶藍色色澤。我們很好奇:像這樣帶著寶藍色光澤的靈芝,過去是否曾經出現在國內的文獻中?這種靈芝所需要的生存環境為何?我們能不能以人工方式栽培它呢?帶著一連串的問號,我們開始對這株靈芝進行持續的觀察、測量、拍照與記錄。經由國立自然科學博物館協助鑑定,我們知道了它的芳名是“熱帶靈芝”(Ganoderma tropicum ) ;同時,老師帶我們參觀霧峰菇類文化館和瑞峰菇類教育農場,蒐集相關資料;接下來,我們就應用所學到的菌種分離和太空包栽培等技術,開始“種靈芝”囉!兩個多月後,我們用太空包培育出來的熱帶靈芝都沒有寶藍色色澤,這顯示出:校園中那株靈芝的寶藍色色澤,可能是特定的生長環境造成的。此外,在培育靈芝的過程中我們還發現:最適合熱帶靈芝菌絲生長的溫度約為 35℃;以太空包栽培靈芝,最好能控制溫度、溼度,而太空包最好要橫放才能形成菌傘。靈芝在中藥的應用很廣,本校發現的熱帶靈芝經文獻記載確實有藥用功效,令人興奮!不過,靈芝在自然界中生長很容易遭受破壞,如果想要將它的藥理成份大量應用在日常生活保健方面,就有人工栽培的必要。

電磁爐上玩花樣

電磁爐如何將水煮開、食物煮熟?其工作原理我們認為應該有三種:電流磁效應、電磁感應、電流熱效應。即電磁爐外接電源使爐內的線圈板產生磁場,再由磁場的變化使爐面的加熱容器產生感應電流,又因加熱容器材質的電阻而產生熱量。設計三大部分實驗:測試電磁爐內的線圈板產生磁效應的強弱,並以家用單芯電線繞製線圈,探討爐內線圈板磁場的變化,造成繞製線圈產生感應電壓大小的變因。進而設計各種形式的線圈,測其感應電壓的值,配合電路原理,焊接串聯、並聯小燈座,裝置適當功率的小燈泡,觀察其趣味性的變化。最後再以不同形狀、大小的鐵片,代表加熱容器的底部與四周,探究容器產生感應電流(渦電流)的現象。本實驗設計希望能統合國中理化「電與磁」的相關內容,作為輔助學習的教材,使學習更具趣味性、更有效果。

高壓電塔下的韭菜

我們常在報章及新聞上看到農民對農田上方有高壓電塔表示嚴重的抗議,因為他們認為電塔產生的磁場對農作物的生長有不良的影響,而且對在下面工作的人的健康也有妨礙,但我們對此種說法懷疑,所以我們想要實驗看看那些農民的想法正不正確。 在尋找材料的過程中,也曾不知道要用哪一種植物比較合適,後來跟生物老師討論後,才決定選用容易觀察而且生命力強的韭菜,利用電磁鐵發出的磁場對種子、幼苗及成株的影響觀察,進而推論磁場對其他農作物的影響,進行科學驗證。

棉花糖製造機

自己也可以做出香香甜甜像白雲一樣的棉花糖喔!只要準備馬達、飲料鋁罐、糖和酒精燈…,在罐子上打上一些小洞,鋁罐一旋轉,鋁罐中燒融的糖漿就會從小洞噴出一絲一絲的棉花糖了。在這個研究中,我們不斷的改良棉花糖製造機及提升製作棉花糖的技術,我們也以(1)洞的高低,(2)洞的數目,(3)糖的種類,三個變因來探討如何做出最多的棉花糖。我們發現將 300 個洞打在鋁罐低處,並使用冰糖可以做出最多的棉花糖,但是做棉花糖的技術也是重要的關鍵。

電磁蔬菜

本實驗是借由「安培右手定則」、「電流的磁效應」和「螺形管線圈」,研究電磁場對蔬菜的影響。結果發現小白菜、菠菜、豌豆、四季豆均是在 N 極朝上的磁場中,生長速率較快,且與各種蔬菜的每顆蔬菜之平均質量有一致的關聯性。而各種蔬菜對盆栽的容器亦各有癖好:小白菜、豌豆和四季豆在鐵盆生長情況較好,菠菜對塑膠盆生長情況較好,莧菜則無明顯差別。各種蔬菜在低電磁場的情況下,對萌芽率和生長速率均較好;在高電磁場的情況下,萌芽率低,且生長高度差異性較大。所以不是電流愈大,生長情況就會較好。此外我們比較,在相同電流的情況下,四季豆和小白菜是在鐵盆(通電)中生長情況較好;而菠菜和豌豆則是在塑膠盆(通電)中生長情況較好,由此可知小白菜和四季豆所需的電磁場比菠菜和豌豆所需的電磁場較大。

燃燒吧!火鳥!!

一天在同學的生日會上,用吹不熄的蠟燭來整壽星,覺得這種東西實在非常有趣,於是我們便想深入研究...首先我們探討何種燭芯的燃燒效果比較好,以及燭芯沾何種金屬粉吹熄後的復燃性比較好,再應用到「吹不熄的蠟燭」來改良,改良後,我們成功地製作出吹不熄的蠟燭。接下來探討完全燃燒的原理,並且成功的研發出讓酒精燈完全燃燒的裝置,以及利用實驗室裡簡單的器具所組合而成有趣的『打火機噴燈』,而且可以利用人工吹氣調整火力大小,非常好玩的完全燃燒的應用。還有吹不熄的蠟燭之逆向思考,成功的研發出另一種市面上所沒有的整人玩具-『點不燃的蠟燭』,這種蠟燭燭芯經過處理後,有氫氧化鋁、碳酸氫鈉…等沉澱在燭芯上,所以就會點不燃。但經過簡單的水洗或酸洗後,將沉澱在燭芯上的鹽類清洗掉,就可以恢復燃燒,如此一來就可以運用來整同學了,哈?哈?哈?酷啊!!

在裡面。變多少

本研究探討將一多邊形的邊長等分,以等分點至對角做切割線,形成的內多邊形面積為原多邊形面積的幾分之幾,研究過程中利用「擴大法」、「切割法」、「假設法」來解決問題,並歸納提出解題的計算式。

將錯就錯的Knuth河內塔

在這篇報告中,我們探索了「將錯就錯的 Knuth 河內塔」問題。這個問題和原始高中課程的河內塔問題非常相似,起因於數學家 Knuth 的一次筆誤(詳細問題的定義見內文)。在這個新的規則之下,我們意外發現有深刻的數學內涵及令人意外的數學連結:與電腦演算法、正整數的分割、數列的同餘、分子分母皆為費波那契數的真分數之排序都有密切的關係。我們做出了以下結果(分別為內文中的三大段):(一) 結構分析。移動環所需要的次數,如何移動環並分析每一次動作所動的環,及每個環何時被動到並給出演算法。(二)正整數的分割。所有的移動步驟將將正整數做了一個新的分割(Partition);此分割模 k 之後有良好的循環性質。(三)費波那契真分數的排序。這個正整數的分割形成一張表,這張表恰好就是分子分母皆為費波那契數的真分數之排序。

定位快速鑽模

本次定位快速鑽模結合了傳統虎鉗與座標定為雙方的優點加以配合,這樣可以在劃線上與量測尺寸時減少在時間上不必要的浪費。

四連珠-贏的策略

一開始,我們是先玩7×6 的棋盤,想要找出遊戲的最佳策略。在這過程中,發現了:有人已經連成三子形成一個「待贏」的連線時,等待連線的第四個空格的位置就很重要。因此我們提出了「有用空格」這個概念。而我們也利用這個概念稍為分析了勝負可能的情況。研究7×6 的棋盤一陣子後,我們猜想後手贏的機會較大,但因為7×6 的棋盤要分析的情況太多,所以我們決定先研究4×4 棋盤的最佳策略。起初先玩4 × 4 平面四連珠,但它實在太容易和棋了,所以我們就把棋盤捲起來成了4 × 4滾筒四連珠,它可以增加連線機會,研究結果也證實4 × 4 滾筒四連珠產生連線的機會比4 × 4平面四連珠大,但和棋的機率也很高。在近五千盤的研究後,我們發現在4 × 4 滾筒四連珠中,有15 種盤面在第5 步棋時就可以判斷先、後手的輸贏。利用這些資訊,我們也找出後手的最佳策略,保證必贏或必和。