全國中小學科展

高中組

植物之窗─氣孔(氣孔啟閉變因之探討)

在高中生物第一冊中,我們發覺課本所述有關氣孔啟閉作用之變因部分,僅僅是寥寥數語帶過,並無更詳細之介紹。我們反覆找尋了許多資料,但又發現資料之間有些疑點,更引起我們研究的興趣,因此我們設計了此一實驗,以茲解答心中的疑惑,並求更明確的知識。

以磁力模擬萬有引力的平面實驗

最初是對星球運動的好奇,隨後不服輸的心理一直驅使著我。三年來在這兩種心情交互支持下,逐項突破主要困難問題,並持續進行探討與研究。

躲什麼—探討蜉蝣的棲所

溪流中蜉蝣常棲息在石頭下方,隨意撿起上游的石頭,不難發現蜉蝣的蹤跡,石頭對蜉蝣似乎是有利的,牠可能利用石頭遮蔽光線、躲避天敵、狹縫來抵抗水流、或取石上的生物為食;所以針對這些可能因素設計了相關實驗加以證明。根據實驗的結果發現,蜉蝣有負趨光性及粗糙偏好性,同時也發現蜉蝣生存於石頭下的可能原因,如石下的狹縫的確有為蜉蝣遮蔽光線、抵抗水流的功能;狹縫應也有助於牠躲避體型較大的天敵如魚類;至於取得食物,則不是其躲在石下狹縫的主要因素。而在實驗中,我們觀察到牠由稚蟲轉變為成蟲的過程及特長的尾毛,均該有特殊生理意義,這些都是將來可以繼續深入研究的方向。

菟絲子寄生南美蟛蜞菊對莖部組織及組織內過氧化酵素、木質部變化之研究

本實驗為觀察菟絲子(Cuscuta australis R. Br.)寄生南美蟛蜞菊(Wedeliatrilobata (L.) Hitchc.)所引發之變化。實驗經由形態的觀察、蛋白質濃度的測定、過氧化酵素活性的測定、木質素含量的測定,來研究菟絲子寄生對南美蟛蜞菊的影響。由實驗結果中得知:(1)菟絲子的吸器深入南美蟛蜞菊的韌皮部中以吸取養分。(2)被菟絲子寄生的植株(實驗組)其蛋白質含量較未被寄生者(對照組)為低。(3)被菟絲子寄生的植株其過氧化酵素活性較對照組為高,且過氧化酵素的種類明顯增加。(4)被菟絲子寄生的植株其木質素含量較對照組為高。綜合以上的結果,菟絲子寄生之生物逆境,會造成寄主蛋白質含量下降、木質素含量及過氧化酵素的活性上升。

The Automatic ODCR Award-checking System using Machine Learning--自動發票對

此研究以設計自動化發票對獎的系統(Award-checking System,簡稱ACS)為目標。架設網路攝影機拍攝發票上的數字,經由自製的二值化演算法、雜訊處理以及字元切割方法,將數字逐一取出,擷取影像中特徵向量,經過訓練完成的「支持向量機」模組判讀影像中的數字,進而對獎。其中為了達到自動化對獎的效果,以微控制器操控機械手臂翻取發票,與電腦端使用遠端程序呼叫的通訊協定,進行系統整合。 實驗後得知於此系統上,以顏色為依據的二值化方法之正確率為Otsu(最大類間方差法)演算法的2.88倍;且自製的光學數字字符識別(Optical Digital Character Recognition, 簡稱ODCR)較一般OCR(Optical Character Recognition)程式高出約18%的正確率。

台灣蜆( Corbicula fluminea )\n自淨力之探討

一次戶外教學中,我們在河裡發現台灣蜆(俗稱喇仔)的蹤跡,並尋問生物老師有關蜆順的生活習性及其攝食方式( 陳,1990 ) ,那時才明暸台灣蜆在濾食時,可能同時也會過濾水中之雜質,進而加速水的淨化速率;如果真是如此,那麼將可利用此生物來做污水處理處理法 ,因此乃設計此實驗來做進一步探討。

蛹往直前--蛹吊能力

本實驗目的為探討蝴蝶蛹能以小面積牢固於葉片或枝條上的原因,從各角度觀察並提出假設,進行相關實驗,瞭解哪些原因可能造成這強大的附著力。首先,我們推測蝴蝶在幼蟲時期的足部構造可能影響成蛹後蛹的附著力,因此1.我們先從觀察蝴蝶幼蟲尾足開始,發現不同種蝴蝶幼蟲的尾足構造不盡相同。2.在顯微鏡底下觀察蝴蝶蛹的懸絲器,了解懸絲器與絲座附著原理。更進一步瞭解蝶蛹的附著力由那些因子決定,提出各種假設,並以實驗驗證之:1.懸絲器上鉤子數對附著力影響2.懸絲器面積對附著力影響等。最後以蛹及魔鬼氈的負重實驗驗證上述假設。發現在一定面積中,鉤子數增至某數後,負重能力並不再提升,而皆趨近於某一數值,我們將此鉤子數認定為一個面積中鉤子數的飽和點,而達飽和點鉤子數所能承受的最大重量,亦即此面積所能承受的最大重量。而我們也發現相同形狀的懸絲器中,鉤子數以及面積與附著力具有正相關。

精密進刀自動控制器

(1) 為配合政府積極推展精密工業而設計。(2) 目前各工廠,學校所使用之車床進刀操作均採用人工式,不但精密度差且小,角度也無法作有效控制,經本人設計利用脈波觸發式,來控制進刀以達到百分之百之精密精確度。

四邊形上的『等角分點』

我們的問題是:給一任意四邊形ABCD,要在BC 上找出一點P 使得∠ PAB= ∠ PDC,而我們證明可用尺規作圖找出此點P。從此題目我們延伸出其他子題:(i)將在平面上滿足∠ PAB= ∠ PDC 的所有P 點找出來,並且探討出於此條件下之P 點軌跡為一雙曲線。(ii)將在平面之上使得∠ PAB=k ∠ PDC(k=2,3,4,…)的P 點找出來,我們亦研究出此圖形以極坐標表示之方程式。然而,於此時我們改以方向角重新探討原先的問題。原來二角以AB 和CD 作為始邊,此二角∠ PAB, ∠ PDC 為「反向」。我們改以「同向」作為探討之目標,亦找出P 點的尺規作圖方法與軌跡方程式。

誰是大媒婆! ?

長葉茅膏菜是台灣的一種珍貴且稀有的食蟲植物,現在由於環境變遷及人為的開發,數量漸漸減少中。目前新竹縣竹北市蓮花寺附近的棲息地,於86年底也僅存約 50 裸,在荒野保護協會的復育計畫中,至今年數量已有些許的增加,但對於長葉茅膏菜有很多的生理及生長所需的環境情形,卻尚無完整的調察及記錄資料,目前也不清楚長葉茅膏菜的傳粉方式,是風媒、蟲媒還是自花授粉?實地斟察生長地的情形,看到長葉茅膏菜的生長谷地野草遍布,茅膏菜常發芽於草較稀之處,而且在陽光較強的日子,前往觀察,可見到長葉茅膏菜的花開得大且花瓣也打開得很平展,且它的雌蕊的柱頭構造也很特別,會囚為外在環境的不同而有不同的彎曲度。於是泛起一個念頭 『 陽光大小與食蟲植物長葉茅膏菜的生長有何關係 』 、 『 陽光大小與食蟲植物長葉茅膏菜的萌芽有何關係 』 、 『 陽光大小與食蟲植物長葉茅膏菜的授粉有何關係 』 、 『 陽光大小與食蟲植物長葉茅膏菜的捕蟲有何關係 』 光線似乎是影響長葉茅膏菜生長的很大因素,因上我們想了解在陽光充足情況下生長的植株,與被雜草遮掩住的植株,他們生長情形的差異。