全國中小學科展

國中組

鄒族孟德爾-探討生命豆在逆境中之植物生理調節及植物復甦現象

本研究探討鄒族民俗植物生命豆 (Lablab purpureus (L.) Sweet) 是否可以抵抗不同種逆境、植物復甦現象及其限制。我們自製植物栽植環境來控制光照及波長(4000燭米、545nm),分別針對生命豆種子及小苗進行研究,並以綠豆為對照組。我們發現生命豆適合種植於達邦原生土壤,其小苗具有耐旱及耐澇的能力,在未施肥及特定濃度施肥土壤均可以生長很好。 接著進行耐澇植機制探討,發現生命豆會打開氣孔行蒸散作用,根部持續生長且花青素含量也增加,但高度未隨之增高。在耐旱的實驗中,我們發現生命豆在中斷澆水14天後,植物仍可以生長很好,經過25天後,葉片會逐漸掉光呈現瀕死現象,復始澆水後,在強光環境下有較好的植物復甦能力,而我們發現生命豆復甦的歷程,花青素扮演重要的角色。

降脂「原」「因」~咖啡豆或葉中綠原酸及咖啡因對脂肪分解之探究

本研究探討咖啡豆及葉的萃取液抑制胰脂酶分解三酸甘油脂,實驗操縱變因分別為綠原酸與咖啡因濃度、咖啡豆烘焙程度、咖啡葉萃取液浸泡時間及製葉方式。實驗中將胰脂酶水溶液分別置入一系列樣本中,並加入三酸甘油脂,探討胰脂酶於不同作用環境中之活性大小,並進一步探討不同變因在其中之影響程度。實驗結果顯示,咖啡因、綠原酸皆會抑制胰脂酶活性,其中以咖啡因的抑制效果較明顯,綠原酸的抑制效果只在較高濃度時才會展現。咖啡豆的烘焙時間以6分鐘綠咖啡及18~25分鐘淺中深焙,對胰脂酶活性抑制效果明顯,推測與咖啡因濃度有關。另外以微生物發酵製得的咖啡葉萃取液對胰脂酶有顯著促進效果,但以揉捻方式製得的咖啡葉能有效抑制胰脂酶分解。

「視」界大不同

在限定之測量範圍內平行光源的照度跟距離幾乎沒有關係,而發散光源的照度確實會隨著距離的平方呈反比關係。自製平行光源可將一燈泡放置於一已知焦距之凸透鏡的焦點上,光源透過透鏡後即可充當平行光源使用。理論計算與實驗結果皆證明矯正後之視力因為透鏡組合已重新調整焦距,故近視眼戴眼鏡,其眼觀世界會變亮、變小;而遠視眼戴眼鏡,其眼觀世界會變大、變暗。散光眼戴眼鏡後,其眼觀世界還是會比正常眼模糊。我們可以成功製作出一簡易教具模型當作課堂上之教材教具來說明近視、遠視與散光其成像位置的關係與其亮度及成像大小的不同,尤其利用廷得耳效應、平凸透鏡組、雷射筆以及壓克力改裝之散光眼矯正操作模型更可完整充作課堂之教材教具。

壺蜂的生殖行為—探討黃胸錐腹蜾蠃交尾、做巢、產卵、育幼的生殖過程研究

本研究探討黃胸錐腹蜾蠃(Delta pyriforme)交尾、做巢、產卵、育幼等生殖行為。結果一雌雄壺蜂平均性成熟為77±10.8、63.7±5.7小時,交尾結合只有11秒。結果二壺蜂用大顎與前足以0.8×10-3m/s速度拍打泥球,讓巢固定成形,結蜂繭後巢硬度達4269gw。結果三受微風影響卵搖9.3次/s,此時卵柄的張力對卵做出164.3nkg.m/s衝量值,當衝量越大、卵搖晃時間越長、停下時間要越久。結果四壺蜂會依不同體型獵物,施予不同的力搬運回巢,被麻痺獵物血液流速為1.64~1.13cm/s,氣孔被打開494%,以延長獵物壽命,有助於壺蜂幼蟲攝食,達到育幼後代的目的。

以新建構之卷積神經網路對腦部核磁共振影像執行多發性硬化症之判讀

現階段台灣有關多發性硬化症病灶分割相關研究付之闕如,但電腦視覺輔助醫療已日漸成熟。本研究新建構卷積神經網路,提出一套以深度學習為基礎,可自動辨識腦部核磁共振影像中,分割多發性硬化症病灶之人工智慧病灶判讀方法。本研究使用約翰霍普金斯大學影像分析與通訊技術實驗室授權提供之Longitudinal Multiple Sclerosis Lesion Imaging Archive資料集為訓練與測試資料,共151筆核磁共振臨床資料、39583744筆像素資料,並以IoU與dice係數為評估指標。經實證發現,本研究提出的方法,具有顯著IoU值,達0.8523,另dice係數亦較其他方法高,其值為0.9392,且在速度方面,禎數高達13.79。本研究成果未來可連結醫院之核磁共振影像資料庫,自動分割出核磁共振影像中多發性硬化症病灶,以利於早期診斷與治療。

實察截彎取直後的基隆河~珍惜家鄉的生命之泉

昔日的基隆河,以惡臭聞名,有「黑龍江」之稱,今日的基隆河,歷經截彎取直及河川整治等工程,水色漸清,河岸大片的新生埔地闢為科技園區,建有水岸豪宅及公園綠地,又設置自行車專用道,水岸風情已完全改觀,昔日的灰姑娘,如今已成秀麗的淑女。所以我們也想去實察去體驗基隆河,感受今昔的變化,沿基隆河做生態調查,污水程度檢測,並繪製河流位置,標出採樣點。

妙絕「吾」生「筆」~水擦環保粉筆之效能探討

本研究利用碳酸鈣、硫酸鈣、二氧化鈦、樹脂、蠟、色素、蛋殼、粉筆灰等研發環保新粉筆,且透過自繪粉筆檢測裝置,測量其書寫狀況。研究發現碳酸鈣粉筆容易書寫、且清楚,但易掉粉。硫酸鈣粉筆:質輕堅硬、抗變性高。二氧化鈦粉筆容易書寫,寫灰度極高,但較軟易碎。碳酸鈣:硫酸鈣:二氧化鈦:水=3:1:11:8整體效果佳。添加樹脂、水溶性蠟可以提升粉筆的抗變性且使書寫清晰。使用各色顏料色素可調和粉筆顏色,其中薑黃粉的調色較果最好。與市售粉筆比較,自製粉筆的書寫的附著率、寫灰度、擦灰度皆為第一名具有良好的市場價值,而在自製粉筆中添加蛋殼、粉筆灰回收再製作,是環保可行的方法。

菌抑之蜂-牙膏與漱口水的添加物成分對口腔環境的影響

本研究旨在瞭解牙膏及漱口水常見添加物成分對口腔環境及對牙齒的影響。本研究分兩階段,先訪談牙醫師,根據訪談結果進行問卷設計,並以問卷回收所得結論為基礎,朝菌易生酸,酸損琺瑯質為實驗假設,經採集口中細菌,分別培養於不同條件的氟化鈉、木醣醇及蜂膠水溶液中,連續追蹤3天pH值及細菌量;以pH計測量pH值;細菌量則追蹤LB菌液的OD600吸光值,以混濁程度推估細菌量;結果顯示蜂膠在抗酸及抑菌上,皆是三者中最有效的,且與氟化物或木醣醇混合後,能發揮更好的抑菌效果。最終經豬牙實測,蜂膠確實減少琺瑯質侵蝕,蜂膠+木醣醇混合液相較對照組能減少豬牙56%的酸腐蝕量。本研究比較三種添加物,發現蜂膠都屬最好,推薦用於平時的口腔清潔使用。

糖果傳遞問題之研究與推廣

n個人圍成一圈,面向圓心,且逆時針編號1,2,……,n。一開始每人手中有一個糖果,由1號開始,逆時針分別給右邊的人一個、兩個、一個、兩個……糖果,手上沒有糖果的人必須退出。我們將此傳遞規則定義為T1,2 ,同理T1,2,...,p 。這個傳遞遊戲,最終會有兩種情形,第一種是由一人獨得所有糖果(成功狀態),第二種是數人間傳遞糖果且形成循環(循環狀態)。 研究後得知,在傳遞規則T1,2,...,p(p≧2)下,若p=p1α1p2α2... piαi....pjαj(p1,p2,...,pj為p的相異質因數),任意的n值(n≧p+1)均可唯一表示成n=((p)tx(p1s1p2s2...pisi·m)+q(t,mϵN, p ∤ p1s1p2s2...pisi, (m,p)=1, q=1,2,...,p),令S=pt(p-q)+(pq-1)/p-1 +R·pt,則當m=1時,最終為成功狀態,且獨得糖果者的初始編號為S;當m≧2時,最終為循環狀態,且由m人循環傳遞糖果,而此m人的初始編號是S, S+ptp1s1p2s2...pisi,...,..., S+(m-1)· ptp1s1p2s2...pisi。上述公式中的R值,可透過我們研究出來的「R值迭代法」求得。

「立」挽狂瀾-坡地崩塌現象及防治研究

本研究主要探討短延時強降雨下,坡地崩塌現象及尋求防治崩塌的解決策略。 首先,探討降雨對於坡地崩塌的影響,發現當雨滴粒徑越大、雨滴速度越大(亦即降雨強度越大),坡面崩塌體積越大,崩塌時間則越短。 其次,就坡地角度與組成之砂石粒徑進行探討,發現在短延時強降雨情況下,坡地角度變大時,崩塌體積較大、崩塌時間變短;而砂石粒徑越大時崩塌現象較不易發生,至於分層混合粒徑時趨於粒徑越大砂石越在上方現象,但當砂石間縫隙充滿水後,均極易因細微的擾動而造成大規模崩塌與滑動,其中粒徑越大砂石崩塌現象越明顯。 最後,探討在坡面植樹及加裝立柱均有助於減緩崩塌現象,在立柱加裝收集器進行雨水收集與排水,更能有效減少崩塌及裸露現象。