全國中小學科展

國中組

猜猜我是誰?用腦波「想」就知道! 結合腦機介面生物辨識的智慧家庭系統

我們撰寫腦機介面程式,用低成本單電極的腦波儀讓智能車移動,實驗後發現專心度會隨著訓練而提高;在過程中看出每個人的腦波好像都不相同,所以嘗試從大量又凌亂腦波信號中萃取到四種有用的統計特徵值,再用近鄰演算法做生物辨識,正確率達到九成七以上,並實做出創新有趣具腦波解鎖應用的智慧家庭系統。此系統運用圖形的mblock、程序的C和交互式的Mathematica等程式語言,特色包含可傳訊息到手機上的緊急救難LINE通知功能和中文語音合成功能。設計出固定式的跌倒偵測和一氧化碳偵測裝置,與整合各種元件的腦波可控智能車,能自主偵測環境指標和災害意外指標並能適時提醒。我們相信唯有探索最難破解的大腦祕密,才能朝向直接用腦訊號控制和意識交流的方向前進。

來自地下的「你」-台灣鼴鼠的生態行為研究

台灣鼴鼠(Mogera insularis insularis)為食蟲目鼴鼠科的台灣特有亞種哺乳類,以蚯蚓為主食,海拔2000公尺以下的山地、農田、沙洲都可發現牠的蹤跡。我們的研究主要對於台灣鼴鼠的生態行為進行研究,調查發現鼴鼠多在樹林邊緣、草皮及垂直的邊坡上活動,隧道在樹根或石頭等遮蔽物旁通常較密集,其隧道深度約2.5~8.5公分,隧道直徑為2.7~5.5公分,土丘高度則為約5.2~6.0公分。依據土壤中蚯蚓的密度、及蚯蚓的補充率,保守估計一隻鼴鼠生存所需的土地面積大約為23平方公尺。此外,我們利用攝影器材記錄了野生鼴鼠在地下的活動情形,並在隧道內記錄到11種無脊椎動物。透過地表隧道的標記和土壤硬度測量我們發現,在雨天時鼴鼠的活動較晴天時頻繁,推測和土壤較為鬆軟及蚯蚓活動有關。

蛙蛙哇!台東縣大巴六九藥用植物園區蛙類生態與棲地特性之初探

為瞭解大巴六九藥用植物園區及附近的蛙種組成、時空變化與分布的棲地特性,我們自2015年10月至2016年12月期間,每季前往樣區進行調查約2~3次,研究採用「穿越帶鳴叫辨識法」和「目視遇測法」。研究共獲得119筆紀錄,包括:樹蛙科3種、蟾蜍科2種、狹口蛙科2種、赤蛙科2種及叉舌蛙科1種,共計10種。調查結果顯示,在總隻次和隻次比例上皆以拉都希氏赤蛙最多,為園區內的優勢蛙種。研究期間,因強烈颱風侵襲,導致園區水源中斷數天,造成池水下降,嚴重影響蛙類棲地,蛙類平均隻次因此下降。此外,不同蛙種對棲地的喜好也不一。本研究初步確認了園區蛙種的組成與生態概況,可運用在園區蛙類觀察、蛙類保育與環境教育。

四格六邊形的棋盤覆蓋

象棋和國際象棋都是由正方格所組成的棋盤,而棋盤覆蓋的研究也大多以正方形為主,那是不是只有正方形才可以當成棋盤的基本圖形呢?事實上,如果只採用一種圖形,那正三角形、正方形、正六邊形都可以舖滿平面,而達爾文稱讚蜂巢為「在已知的僅憑本能的建構中是最令人驚奇的成就」,各蜂窩的六個側面緊連其他六個蜂窩,這是自然界中所能找到最節省空間及建材的建築設計。本篇研究主要是利用實際操作的過程中來找尋四格六邊形覆蓋平行四邊形、三角形、六邊形,再將發現的結果做歸納分析並深入探討,找出其規則。

「絲」相授「綬」-探討綬草與絲核菌共生的秘密

在校園中採集綬草(Spiranthes sinensis),發現綬草喜生長在陽光充足且潮濕的土壤上,密度達66株/平方公尺。綬草在每年4-5月開粉色花,花序逆時針旋轉、順時針旋轉、無旋轉各占51%、31%、18%。綬草種子在沒有絲核菌(Rhizoctonia sp.)的糖水中無法萌芽,且植株的根、葉會呈現生長停滯狀態;含有絲核菌的土質則對綬草的根、葉皆有促進生長的效果,40天的平均變化量分別為0.42cm及2.06cm。真菌菌絲可穿過綬草根部表皮、皮層,在皮層細胞質內形成黃褐色菌絲團並有菌絲互相連結。經實驗培養綬草根部發現真菌種類有:絲核菌屬、鏈格孢菌屬、彎孢菌屬、鐮孢菌屬、麴黴屬。並由根部組織進行DNA萃取,進行PCR複製並比對基因序列,證實在根部組織的共生真菌為絲核菌。綬草可利用根、莖進行無性生殖,且以莖為最佳,葉子無法進行無性生殖。

不能說的X-揭開植物化酒為水的奧秘

植物纖維中可食者稱「膳食纖維」,選擇常用蔬果做實驗,期望對人類有所裨益。本實驗經由觀察植物化酒為水的現象,藉膳食纖維的特性,去探討其原因與「分子間作用力」的相關性: 一、「非水溶性」膳食纖維可以吸收酒精和水份 。 二、膳食纖維有很多親水基團,而水的極性大於酒精,但實驗卻發現植物親酒精更勝於水: (一) 酒精和水發生「競爭取代」的現象。 (二) 膳食纖維有親脂端會吸油,而酒精也有親脂端。 三、極性分子有正極偶、負極偶,利用TDS&EC(總溶解固體量與電導度)測量儀,測出膳食纖維可吸引電解質。 四、蛋白質在酒精、醋酸、鹽酸中會產生變性,而「水溶性」膳食纖維可以吸附蛋白質形成保護膜,減少變性。

大「蟛」展翅,所向披靡

南美蟛蜞菊來自美洲,是耐旱、耐熱的菊科植物。這次實驗欲探討如此強大的外來種,若是遇上同為菊科的葉菜類植物–紅鳳菜、福山萵苣及茼蒿,是否會侵犯它們的生存空間呢?我們針對南美蟛蜞菊對此三種蔬菜,由種子到小苗的影響,及成熟個體間的生長競爭,加以研究。 實驗結果發現南美蟛蜞菊浸出液不僅會抑制其他三種菊科種子發芽;也會滲入小苗根部,造成小苗葉部枯萎;甚至還能滲入泥土中,影響菊科蔬菜的生長。南美蟛蜞菊葉部的葉綠素a、葉綠素b及葉黃素含量皆高於福山萵苣及茼蒿,且其根系總體積較大並分布較廣,能透過匍匐莖快速擴展其生存範圍,進而影響其他菊科蔬菜的生長。基於以上觀察,再次顯現防治外來種是極重要的任務。

玻光粼璃

為研究出可自製的隔熱光學玻璃,我們測量了不同表面覆蓋物的單片玻璃,改變正、反,單、雙面等變因,以各種測輻射儀器找出隔熱最佳的非金屬反面隔熱紙,用其製作雙片玻璃(單層介質)。接著根據普物的多層板公式製造三片玻璃(雙層介質)之L1、L2等間距與不等距模組,發現以熱輻射角度而言,空氣才是最佳介質。實驗後另外計算「單位時間通過的熱量」(Pcond),再將數據套回公式,得出實驗誤差值。接下來製作介質為空氣的四片玻璃(三層介質),實驗後另外計算Sc值(遮蔽係數),並和上述各模組作Sc值比較,發現隔熱效果最好的模組是等距四片氣/氣/氣玻璃」。以普物熱輻射公式(Prad=σεAT4)來看,我們的模組有如下之等式Jin=Jout=Jcond+σεAT4(Pcond+輻射)。

捕「蜂」捉「癭」~探討一種未知寄生蜂的生態及對檬果壯鋏普癭蚋寄生模式

校園芒果葉自2014年被檬果壯鋏普癭蚋寄生,癭蚋形成的癭室內發現寄生蜂存在,經熱帶園藝試驗所轉送鑑定為膜翅目釉小蜂科,Aprostocetus sp.,目前無文獻描述生態。寄生蜂卵及幼蟲期約18~20天,蛹期8~10天,成蟲8~10天。成蟲雌性(1.53± 0.13mm)較雄性(1.15± 0.11mm)大,雌蟲具紅棕色產卵管。秋冬時,蟲體腹背有單一條紋,雌雄位置不同;夏季時,田野及溫控實驗顯示高溫會提升寄生蜂多條紋比例。田間寄生蜂雌雄比為0.7:1,會行孤雌生殖。寄生蜂在癭蚋2及3期癭室時寄生,由葉背產卵至癭室內,外寄生且為單一寄生。被寄生癭室停止增厚且外型變大,雌雄蟲羽化通道大小不同且位置不固定。人工放蜂能減少30.93%癭蚋成蟲,為自然寄生之抑制率的1.5倍,具有生物防治潛力。

有氧森活-探討國中生高海拔身體適應程度影響因素

本研究旨在探討不同海拔高度血氧飽和度、體適能與高山適應程度之關聯性。利用高山適應評分系統為受試者分組,再進行各組體適能測驗成績及不同海拔高度測量之血氧飽和度之研究。研究結果顯示: 一、血氧飽和度會隨著海拔高度上升而下降,於相同海拔高度,適應較差者之血氧飽和度比適應較佳者低。 二、體適能部分項目(立定跳遠、800/1600跑走)會影響學生於高海拔的適應狀況。 建議可利用本研究結果,針對體適能立定跳遠、800/1600跑走成績較差者加強訓練,登山過程中多關心血氧飽和度下降幅度較大的同學,以減少在高海拔地區不適症狀的發生,期望本研究結果可供校方或其他單位日後安排登山行程參考。