第45屆--民國94年

金門-一個擁有豐富水生資源的生物寶庫，藉由自然與生活科技課程中的相關經驗與內容設計，我們挑選學校附近水域中較為特殊也較易取得之代表性物種-負子蟲作為觀察及科學展覽的主題，從負子蟲的觀察與研究中，不僅讓我們對課堂上老師講解的內容更容易聯想瞭解，也讓我們對平時較少接觸到的水棲昆蟲具有更進一步的認識。本次科展作品中我們針對負子蟲的構造、雌雄辨別、棲息環境、食性、育幼行為、若蟲孵化過程、趨光性等等進行觀察與實驗，除了更深層地認識負子蟲外也間接瞭解到在捕捉負子蟲過程中其他各式各樣的水棲昆蟲，例如龍蝨、仰泳?、水螳螂、豉蟲、蜻蜓水蠆、豆娘水蠆等等，水塘的生態多采多姿，藉由這次的經驗讓我們持續認識這個偉大奧妙的生物寶庫。

本研究是為了觀察小丑魚的巡邏範圍和牠與海葵的共生關係。小丑魚的游程是短距離而非遠距離，一游出海葵將遭到攻擊。觀察小丑魚的領域以海葵為中心，並確定視覺是否為辨識領域的重要因素。從1868 年自然學家Dr. Cuthbert Collingwood 發現小丑魚和海葵有親密共生關係，許多人被牠的美和海葵的親密關係所著迷，因此小丑魚和海葵是水族箱裡重要角色。如果放入水族箱裡海葵會展現與大自然中的海葵不同的型態，所以在水族箱裡不易看到海葵最自然的型態。台灣有5 種小丑魚，而在綠島有4 種，最普遍是白條和克氏小丑魚，其他兩種為粉紅和公主小丑魚，但分佈不多。本實驗由教師與潛水教練訓練學生利用水肺潛入綠島海中，約6 米至18 米深度觀察小丑魚和海葵的共生關係，困難點為利用水肺功能需有良好的海況及能見度才容易觀察，在海下觀察只能維持30~50 分鐘，所以不易作連續觀察。我們發現小丑魚可以利用週遭的地形或物體做指標而巡邏牠們的領區，牠們在白天能看到其他游過的魚群或進入牠們領域範圍的魚類，選擇性的把牠們趕走。不同種類的小丑魚區域的範圍大小有所不同，有些巡邏時離海葵可以遠到3~4 米左右，其他較溫馴小丑魚的會接近海葵，但當其他生物侵入海葵時會展現猛烈的攻擊。小丑魚大部分不會游離海葵太遠，而視覺的能力在晚上會降低許多。

五重溪是伴隨我們成長的溪流，它貫穿整個安坑地區，和我們的生活息息相關。由於社區的大量開發和經濟型態的轉變，讓原本淳樸的山林小鎮－「暗坑」，開始有了文明病，所以我們五個校園醫生開始利用每個星期三下午和星期六的時間為五重溪進行21 個觀測點的採樣工作。在資料上，我們利用網路資源，在知識上，我們參加水質檢測研習，在實務上，則利用自行設計的檢測器具，並請老師協助我們取得相關的檢測工具，期能隊五重溪的水質生態變遷，做一完整的了解。我們由觀察河道中的水和它的周遭環境開始著手，再決定要檢測水質的項目，有：水樣外觀紀錄、混濁度、含氧和含氧飽和度、酸鹼值、氨氮、電解質、BOD??等，含氧是必須在現場馬上做的，其餘的水樣我們就帶回學校當天檢測紀錄。這些檢測出來的資料可以讓我們評估五重溪的水質，和分析歸納污染的原因，再討論如何進行宣導改善。經過了五個月左右（跨了三個季節）的觀察、檢測、討論、歸納和分析，我們依據河川污染指標（RPI）的分類指標，針對每個區段河流水樣檢測數據作討論，發現五重溪溶氧量在6.5mg/l 以上、氨氮在0.5~0.99mg/l（冬季會偏高）是介於輕與中度污染之間，但是很多數據（如：BOD 在5.0~15mg/l）也告訴我們如果我們自己沒有警覺性，很快的五重溪也會被生態殺手所攻陷，所以我們也提出一些看法、建議和落實改善的執行策略，當然我們也會持續研究，作五重溪的終身義工。

我們的實驗是為了觀察物體旋轉落入水中的軌跡，其與轉動慣量、落水速度及轉速的關係，落水速度可用距水高度控制，而轉速則可用馬達來控制，至於轉動慣量，我們另外設計了一組實驗，利用能量守恆的慨念，測量待測物(不規則形)的轉動慣量後，再來觀察不同轉動慣量的物體入水的軌跡。測量轉動慣量部份，我們測量了三角形、正方形以及一些特殊形狀的物體，例如傾斜待測物和有挖洞的圓板，應用於後面的實驗。觀察物體旋轉落入水中的軌跡方面，我們重點放在物體在不同轉速、瞬時速度時，其移動與受力的關係，利用相機動態拍攝，拍下物體在下落的過程中，位置和轉速的變化，記錄並分析速度、加速度和受力，與轉速和落水速度的關係，並改變物體的轉動慣量(挖洞)來觀察其變化。

我們曾看到某一電視台教人如何做出最漂亮的冰塊，原理就是：不要讓冰晶變得太大，方法就是延長冰塊凝結的時間，他們是把水放在保利倫裡面，讓保利倫保持水的溫度，用以延長凝結的時間。看到這報導不禁讓我們思考，是否增加冰塊的凝結時間，可以使冰晶變得比較小呢？那在在不同溶質的水溶液中，形成的冰晶有什麼不同呢？現在坊間流行的黑砂糖挫冰，有些是以冰加上糖水，有些卻是以黑糖水直接去冷凍，這兩者的口感不同，那麼冰晶有什麼不同呢？也許冰晶是讓我們吃的「挫冰」是否美味的關鍵吧？所以我們以不同水溶液的冰晶作為研究對象。

這個實驗的主題可說是南台灣最普遍的小灰蝶－沖繩小灰蝶(Zizceria maha)，整個實驗目的與方向可以分為三項：1. 沖繩小灰蝶的各種奧妙，例如身體構造、雌雄差異，交尾與變化。2. 探索沖繩小灰蝶與環境和其他生物之間的關係。3. 沖繩小灰蝶最引人入勝的羽化過程與生活史的演變。我們在離家不遠的地方找到兩三處觀察與實驗的場所，所以大半的實驗是在野外觀察以記錄下的結果；至於羽化過程與實驗時的研究，則從野外收集卵的樣本，回到實驗室飼養與觀察，慶幸的是，這些觀察紀錄後的毛毛蟲，很能夠適應學校的植物教學園區，也能夠繁殖出新的小灰蝶世代，不會因為我們的研究而傷害了小灰蝶們的生存；以下就是我們整個的研究成果。

在生物課時，我們學到了動物肌肉與骨骼的運動。內骨骼動物是利用肌肉與骨骼運動，但根據我們的知識，昆蟲並不具有內骨骼，且肌肉無法附在外骨骼上作運動。因此我們做了一連串的研究。在實驗中，我們發現了比骨骼更輕、更薄的腱筋纖維和基節中控制方向的三對拮抗肌。我們也把跳躍足和步行足作比較，並發現跳躍足和步行足的異同點。最後，我們將外骨骼和內骨骼動物作比較，發現了昆蟲跳躍的秘密。

因為讀數論的同餘方程時，看到許多一元二次同餘方程的解法，又在不定方程中遇到ax2 + by2 = k 這樣的題目，使我開始思考這個問題。

本研究中收集了十年來懸浮顆粒資料，配合環保署空氣品質監測站、中央氣象局所觀測的資料與美國太空總署的衛星影像資料及NASA 航空資源實驗室的氣流軌跡回推圖，希望能夠在早期觀測時發現大陸地區沙塵暴訊息，和沙塵暴所帶至大氣中的懸浮顆粒可能傳輸路徑。發生沙塵暴侵臺事件的季節，主要在春季及秋冬兩季交替期間發生的次數為最多。由地面天氣圖表、氣流軌跡回推圖及美國太空總署的衛星影像進行綜合比對之後，大致可瞭解大陸沙塵可能的移動路徑與大氣環流特徵有關。 在聖嬰現象（El Nino）發生時，侵襲臺灣的沙塵暴次數與懸浮量會減少。在「反聖嬰現象」（La Lina）發生時，侵襲臺灣的次數與強度相對增加。經由時間序列分析中得知，懸浮顆粒高峰期的變化有1 年期及6 個月變化趨勢，懸浮顆粒低峰期的週期變化有2.2 年與7 個月的變化趨勢，顯示短週期大氣懸浮顆粒變化應與季節變化有關，長期性變化或許與聖嬰反聖嬰週期有關連。

南亞大海嘯發生後，才知道海嘯會造成那麼大的災難，根據歷史紀錄，台灣也有可能發生海嘯，所以要隨時注意。從科展研究中，我們發現地殼變動規模愈大、隕石體積愈大，造成的浪比較高，地殼變動以第一個波浪最高，隕石撞擊以第三個波浪或第四個波浪最高。風力愈大造成水面的波動愈大，波紋也愈多，而波浪遇到障礙物時會有反射的運動。另外，水深愈深波速愈快，淡水也比鹹水的波速快，而鹹水愈濃則波速愈慢。最後我們觀察海嘯造成嚴重災害的水牆，發現當海浪由深到淺的時候，都會造成類似的水牆，水牆不會因水深變淺而增高。