全國中小學科展

第43屆--民國92年

蟑螂之缺氧逆境生理反應和耗氧量的測定方法

蟑螂是一種古老的生物。看起來並不顯眼的牠,竟然存在至少三億年之久,可見其適應環境的能力是其他已絕跡的生物所望塵莫及的。至於這三億年牠是如何度過的我們並不清楚,但我們可以從觀察蟑螂面對逆境的反應著手,期望透過本實驗來找出答案。我們藉著溺水使蟑螂面臨缺氧逆境,計算達到昏迷所需的缺氧時間,以及蟑螂昏迷後到甦醒所需的時間,發現蟑螂甦醒所需的時間(平均 ±標準誤:1787.4 ±117.3 秒),遠大於達到昏迷所需的缺氧時間(270.7 ±18.7 秒)。此外,藉由間隔 90 分鐘的重複溺水,發現在第二次與第三次溺水產生昏迷所需的缺氧時間,比第一次溺水長,也就是曾有溺水經驗的蟑螂,較不容易因缺氧而昏迷。此外蟑螂昏迷後甦醒所需要的恢復時間,無論是第一次、第二次還是第三次溺水,皆無明顯改變。我們利用氧化鈣等藥品與器材,設計出一套方便又有效的方法,可以測量蟑螂等小動物的耗氧量。結果發現一隻蟑螂的耗氧量其實並不高(約 0.294±0.019 毫升/小時‧公克,n = 12),也就是說,就算在氧氣極少的環境下,也可以生存一段時間,這是一般動物所無法達到的境界。也許,以上那兩點可能就是蟑螂可從三億年前存活至今而不被滅絕的原因吧!我們藉由自行設計架設的器材設備,已經發現許多有趣的現象,包含蟑螂的呼吸商(respiratory quotient)在活動期會下降,顯示蟑螂在活動期是以脂質為主要的能量來源。此外,經歷缺氧逆境後的蟑螂,其耗氧量會增加,但其呼吸商會下降,顯示出蟑螂可因應逆境而改變其生理狀態。以上的結果皆可說明,我們自行設計架設的測量設備,可以用來解開蟑螂生存秘訣的謎團。

硬碟分割Fdisk模擬軟體設計(擴充版)

在「電腦硬體裝修丙級檢定術科第一站」(以下簡稱「硬丙檢定」)解題過程中,硬碟分割是一個很重要步驟,本專題題目為「硬碟分割 Fdisk 模擬軟體的設計」,分兩階段進行,在四月份「高屏澎地區科展」之前的第一階段,我們的原始構想很簡單,只想利用 Visual Basic來開發一套硬碟分割的模擬軟體,讓學生能夠在 Windows 視窗下透過模擬軟體做互動式、重複性的練習,最後可以知道自己所做操作的正確性,而且不會傷害原本的硬碟。在四月份至今的第二階段中,我們進一步改進本軟體,並把本專題題目更新為「硬碟分割 Fdisk 模擬軟體的設計(擴充版)」,希望把「硬丙檢定」中有關「電腦多重環境規劃及視窗軟體安裝」解題步驟,整合設計成一套整合的模擬軟體,讓它成為老師從事「硬丙檢定」教學時的一個輔助教學軟體,並且能實際應用於計算機概論教學中。在計算機概論(I)的課本中,提及 MS-DOS 系統命令時,除了 Fdisk 命令外的常用命令幾乎都有很詳盡的介紹[1],而 Fdisk 命令有關硬碟分割的知識和技巧,卻往往簡單的帶過甚至無法實際操做,主要原因是執行 Fdisk 分割硬碟練習會傷害硬碟,造成電腦原有資料流失,所以不適合在一般計算機概論課程中提及。但是在接受「硬丙檢定」的訓練過程中,我們發現硬碟分割其實是電腦組裝一個很重要的步驟,面對一顆全新的硬碟,首先要做的就是硬碟容量的分配與分割,現在硬碟越來越便宜且容量也越來越大,硬碟分割可以使空間的使用率大大提升;把一些資料備份放在不同分割磁區(Partition)可以避免因作業系統毀損而整個資料不見,因此一顆硬碟往往必須分隔成數個分割區。有關硬碟分割的軟體相當多,例如: Fdisk、Spfdisk 等都是可以分割硬碟的工具軟體,而這些軟體功能都比 Fdisk 強大許多,但是在Windows 98 開機片裡面就有 Fdisk 的軟體了,所以它的普及性還是比較高,因此我們選用Fdisk 當作是我們硬碟分割的一個主要工具。在第一階段中,我們設計了一個互動式的 Fdisk 模擬介面,讓學生可以實際操作,最後透過「硬碟分割統計圖」可以知道自己分割是否正確,進而了解操作的正確性。在第二階段中,我們改進在「高屏澎地區科展」中監評所給的建議,加入操作步驟的示範教學、錯誤提示與操作時間計算的功能,並且整合「硬碟格式化(Format)」、「安裝 DOS 作業系統」、「安裝 CD-ROM 驅動程式」、「安裝 Windows 作業系統」、「設定 Windows 的內容」、「作業系統啟動模式設定」、「DOS 的多重環境規劃」等功能的模擬,讓本軟體成為「硬丙檢定」的輔助教材與解決方案。

大地的傷痕-烏來紅河地區的地層研究

我們藉由許多的參考資料得知烏來紅河谷地區有較明顯的斷層,於是我們前往做地質考察。經過深入的調查及研究後,發現當地地層有明顯的節理和斷層,於是我們決定研究這兩種較清楚的裂痕。為補充其完整性,我們加入了關於層理、節理等模擬實驗與觀察,並到當地進行了多次考察,測量當地地層的走向、傾向、傾角。我們歸納大量的測量數據得出當地的地層位態、節理的方向,再運用實驗結果加以討論、證明,最後總結出結論。這就是我們的作品:『大地的傷痕』—烏來紅河谷地區的地層研究。下面是我們這個研究的大綱:

智慧型小木屋-圖控式家庭自動化系統

現今的社會是越來越進步了,工商發達日新月異,國民所得的提高,使大家享受樂趣之餘,也越來越重視災害的預防了,因為多一分的預防,當災害真正發生時就能多減少一分的損失,所以一點也馬虎不得。最近台灣的治安也亮起了紅燈,從電視上時常可以看到重大刑案的發生、闖空門、竊盜的案件也層出不窮,因此對於防盜系統也就相形顯的重要了,我們這次所做的就是從門窗警示、大門密碼鎖、瓦斯偵測、溫度控制、室內亮度、樓頂天窗、以及庭院花草水分不足澆灌方面來著手,使我們的住屋更加安全舒適,更多一份保障。 \r \r \r

養生的秘密~養生全豆奶的化學成分探討

本實驗是利用高中化學課本所學之知識,探討養生全豆奶(使用催芽的黃豆)和一般豆漿(使用未發芽的黃豆)之化學成分有何差異,根據我們的推測,養生全豆奶之中的養分應經過酵素的分解,組成的化學分子比普通豆漿為小,而我們剛好可以用從課本上學過的種種原理,如依數性值、蛋白質測定、澱粉及葡萄糖的測定來證實這日常生活中的食品,並驗證我們的觀點來研究養生全豆奶真的養生。我們使用以前學過的澱粉和葡萄糖的測定,發現澱粉的確有被分解成葡萄糖的趨勢,但我們猜想不只有澱粉轉變成葡萄糖而已,一定還有其他物質被分解,後來在課本上學到有關蛋白質的測定,果然也被分解成小分子了。後來又網頁上看到有關食物酸鹼性和導電度的報導,有研究說有些味覺為酸性的食物到了人體內消化後竟然變成了鹼性,而這種食物據是所謂的健康食品。我們就開始証驗養生全豆奶是否為健康食品。我們設計了實驗,用酒精燈燃燒豆子來模擬人體消化的模式(因為都是氧化分解的作用),結果不但證實了養生全豆奶不但是健康食品,且從導電度的測定實驗中,發現了養生全豆奶還可以提供了許多的礦物質,有益於身體。另外經凝固點下降測定,探討未發芽及不同發芽程度黃豆所做的豆漿,根據凝固點的依數性質,推論得知其其分子數有增多的趨勢,因此其大分子也就可能分解為小分子。我們推測小分子在人體中,可以較大分子吸收容易,對一些腸胃不好的人來說,的確較有益健康。在消化後的養生全豆奶較普通豆奶為鹼,而人體的血液必須略為鹼性,太酸或太鹼都不適當,因此有助於為持身體酸鹼度,加上更多的礦物質,對身體也較多的益處。經過如此的實驗,養生全豆奶真的名副其實。

防範蒼蠅新武器

有一天我和媽媽到菜市場買菜,發現有許多的攤位上方吊著許多透明的水袋。肉攤、?攤、水果攤、剉冰攤紛紛可見水袋和電動旋轉的塑膠繩。我知道利用電動旋轉的塑膠繩是用來驅趕蚊蟲蒼蠅的,但是哪些一包包的水袋到底裡面裝的是什麼東西?用來做什麼用呢?賣挫冰的老闆告訴我那是用來防範蒼蠅的?真的嗎?而且裡面裝的居然只是清水!我們請教老師之後,老師建議我們不妨做個實驗看看,於是我們幾個同學在老師指導之下,展開實驗。

撞擊一瞬間

本研究旨在探討物體從一定高度落下後,物體接觸地面時,瞬間撞擊力量的大小變化,我們首先探討瞬間撞擊力的相關知識概念,並經由討論及設計,製作出簡易測量物體掉落地面時瞬間撞擊力量的裝置,然後討論出影響瞬間撞擊力量大小的種種變因,依次以物體落下的高度、面積、重量、材質、分成數個分別落下、分成數個一起落下、撞擊接觸緩衝墊的材質、厚度等八個面向進行實驗,最後將實驗結果應用在日常生活上,設計減緩易碎物品瞬間撞擊力的方法。實驗主要結果的發現如下: 1.物體掉落地面時,瞬間撞擊力會大於物體本身的重量,而且與落下的高度有關;同樣的物體從離地面愈高的地方自由落下,產生的瞬間撞擊力量也愈強。2.重量相同的物體,著地面積與瞬間撞擊力量的大小無關。3.同樣材質的物體從相同的高度落下,重量越重的物體,落地的瞬間撞擊力越大,相反地,重量越輕的瞬間撞擊力越小。4.重量相同,不同材質的物體,瞬間撞擊力量都相差不多,所以,物體的材質與瞬間撞擊力量的大小無關。5.一大塊的物體分成數個分別落下,瞬間撞擊力總和均會比一大塊物體一次落下的瞬間撞擊力大。6.一大塊物體分成數個一起落下,瞬間撞擊力總和均會比一大塊物體一次落下的瞬間撞擊力稍小一些。7.物體掉落在沙子、鐵板、木屑和海綿的地面瞬間撞擊力較小,而在珠泡墊、泡棉、保麗龍的地面瞬間撞擊力較大。8.同一材質的緩衝墊,它的厚度增加時,緩衝瞬間撞擊力的效果越佳。越軟越厚的材質當緩衝墊,降低瞬間撞擊力的效果越好。

風的信仰-桃花心木種子的傳播

本研究藉實地的觀察和利用人為操作實驗的方式,探討桃花心木種子的傳播機制。研究過程中我們觀察記錄種子的形態和構造,也測量了種子的質量、長度及翅寬等形值、以及不同風速、不同高度下種子飄落的時間及飄散的距離,更進一步還改變種子的形態且進行同樣的試驗比較。由實驗結果得知,風強度愈強,種子飄落的距離愈長,飄落的時間則愈短。種子於較高的高度落下,飄落的時間及飄散距離較長。種子浸溼後,其飄落時間及飄散距離皆受影響而減少。種子的形態與其散播的能力有關,利用複回歸分析發現,種子質量較輕、長度及翅寬較大者,飄落的時間及飄散距離較高。其他有關種子形態、構造的描述,在本研究結果中也有詳細的說明與討論。

蝴蝶園之經營管理-以紅紋鳳蝶飼育為例

在台灣加入WTO之後,面臨國際化、自由化趨勢下,地方原有的初級產業正面臨轉型的壓力,因此以休閒農業為導向的新產業型態亦應運而生,結合了休閒遊憩、自然生態教育與農業生產多元功能,為近年來台灣農業發展趨勢之一,而農場附設蝴蝶生態園即為其中之一類型。為了解蝴蝶園經營管理可能面臨問題,並配合本校鄰近之自然資源,我們選擇以紅紋鳳蝶為主要研究題材,探究其生活史並希望能對業者飼育管理提出一些建議。本研究分為兩部分進行,分別於昆蟲網室生態觀察及室內進行實驗設計,前者包括紅紋鳳蝶產卵位置的記錄、生活史的觀察;後者則設計在不同溫度環境時,紅紋鳳蝶卵粒孵化、幼蟲成長情形為何,並記錄幼蟲每日食葉量,以推估其食草植栽種植之參考。觀察記錄結果顯示,紅紋鳳蝶對於食草馬兜鈴植物之嫩莖、嫩葉(葉長<2㎝)為主要之產卵位置,兩者合計近80%。而在溫度對於卵粒之孵化影響,我們發現以35℃孵化最快為3.4±0.55日,21℃最慢為7±0.96天,總卵粒平均發育日數為4.9±1.67天;而當溫度高於38℃或低於15℃時卵粒則不發育。另外在溫度對幼蟲發育的實驗中,我們亦發現溫度高低與幼蟲發育時程成相反情形,在35℃一齡自終齡幼蟲約需24.7日,21℃則需29.3日,各溫度組並無太大之差異,幼蟲總平均發育期為27.03日。在食葉面積方面,各幼齡食草面積均呈數倍成長趨勢,總計幼蟲平均總食葉面積達25923.29mm2,推估一株半年生的馬兜鈴植栽應可飼育11.5隻幼蟲量,三年生者植栽約可供應49隻。根據實驗結果,我們建議業者在飼養紅紋鳳蝶時,應多注意馬兜鈴嫩莖、嫩葉之生長狀況,並增加攀爬的網目空間以利生長。而溫度調控可做為卵粒與蛹孵化族群控制方式之一,當需人工飼育幼蟲時應以25~30℃為佳。此外幼蟲食草植物務必事先栽植足量,以避免族群大發生時食草不足之情形;一、二齡幼蟲應特別防範天敵蜘蛛之掠食。

粉綠白腰天蛾(夾竹桃天蛾)

本研究是採實際觀察、紀錄日日春植物上所發現昆蟲的生命現象。待其羽化成蟲後,比對昆蟲圖鑑,發現此昆蟲身上特徵與白腰天蛾十分相似。但進一步深入研究與資料比對後發現,竟不同於原圖鑑上的白腰天蛾(Daphnishypothous),而是天蛾科 Daphnis 粉綠白腰天蛾(夾竹桃天蛾 Daphnis neri),天蛾科 Daphnis 屬台灣產有二種;茜草白腰天蛾(Daphnis hypothous)與粉綠白腰天蛾(夾竹桃天蛾 Daphnis neri)。兩者成蟲的主要特徵是體背中央有一條白褐色的條紋,連接左右翅膀。但發現兩種最主要的差異在前翅膀中線,粉綠白腰天蛾帶有粉紅色,而茜草白腰天蛾前翅膀頂部有一個白點。因此我們可以確定所觀察到的應是屬於粉綠白腰天蛾(Daphnis neri)(又稱夾竹桃天蛾)。研究中兩隻粉綠白腰天蛾產下 115 卵,孵化成功共有 97 隻孵化率達 84.3﹪,最後只有 8 隻能夠羽化成功生存率只有 6.95﹪。此過程了解粉綠白腰天蛾的生命危險因素,也印證昆蟲繁殖的艱辛。同時建立一套探索校園昆蟲多樣化的模式。