全國中小學科展

國中組

分割移動瞥見矩形

此研究主要探討一個任意的矩形將其挖去設定的缺格形狀,接著將矩形分割成數個區塊,以因式分解法、逆推法、階梯狀切割技術、座標位置移動法等研究方法,透過平移、旋轉、翻轉,重組成另一個較小的矩形,探討能否有最少片解,並尋找其中與矩形長寬的關係。研究發現,十種缺格類型能運用特定分割策略,可有最少片數二片或三片解完成重組,進而將圖形逐步擴大尋找出一般化規律。此外將缺格為方型、P字型的矩形,探討階梯狀切割技術進階探究以最少切割片數,嘗試分析多種滿足a2+b2=c2的畢氏三元數組及滿足a2+b2+c2=d2的四元數組,歸納出能以不同的切割策略,用分割移動圖解方式得重組成正方形,並探討其一般化規律。

荷花葉菊花影-側面疏水性水紋與光學折射現象探討

本研究主要探討疏水性較大植物葉片在水中形成的水紋與葉片影子之關聯,探討不同植物、水深高低、光線方位與角度、水紋類型、水紋對光線偏移角度及水紋曲率半徑與影子變化之關聯。透過各種實驗,我們發現能明顯觀察出水紋的植物為主要影響影子變化的因素,因此我們近一步觀察了水生植物的水紋,並發現疏水性為此研究中的關鍵原理。當疏水性植物具有不規則的割痕時,由兩方葉片產生的疏水性水紋會相互交疊,使水紋更加明顯且邊際線較長,進而影響光線折射角度,影子內凹情形最為明顯。我們也計算了水生植物水紋的曲率半徑,但計算結果與實際水紋誤差較大,因此我們推論水紋可能為非線性疊加,導致計算結果與實際水紋不符。

phahcuyu hohcʉbʉ遇見妮芙努(nivenu):探討鄒族傳統醫學葛藤促進凝血機制之研究

本研究主要探討鄒族傳統醫療知識葛藤( Pueraria lobata (Willd.) Ohwi)(鄒語:vici)促進人體血液凝結及最佳使用醫療科學知識,延伸探討「葛藤」促進血液凝結的植物生理機制。我們在鄒族耆老指導並且自製研究設備進行實驗,結果統整以下五點:(1)最佳促使凝血品種為:葛藤>山葛>三裂葉葛藤,(2)應採取部位:嫩葉>老葉>葛莖>葛根,(3)藉由T.D.S離子濃度檢測及EDTA滴定法檢測出葛藤嫩葉中有大量的鈣離子,(4)嫩葉濃度越高,血液凝結速度越高,高於30%就有明顯的凝血效果,嫩葉有高離子流失率、黏稠度,進而提升凝結速度,(5)口水實驗組比對照組加速血液凝結(345秒/滴>667秒/滴),推測應該為表面張力及黏稠度。綜合以上研究成果,鄒族葛藤凝血可被西方科學印證,是值得被傳承的文化知識。

花容失色-鳳凰花的旗瓣為何會先凋零?

鳳凰木的花朵擁有五片花瓣,上方花瓣與其他紅色花瓣不同,是白色底紅色斑點根據文獻,這片花瓣稱為旗瓣,功能是作為蜜標來吸引傳粉者。研究觀察發現鳳凰花的旗瓣會先捲曲凋零和蜜標存在的功能互相矛盾,本組推論與環境、授粉有關連。經研究發現旗瓣凋零與生長環境、花粉及花蜜是否被採集無關與授粉方式有關。異株授粉導致旗瓣凋零的時間提前同株異花授粉旗瓣凋零的時間與自然狀態相近自花授粉、無授粉則導致旗瓣凋零的時間延後。異株授粉對鳳凰花而言是有效且成功的授粉,會導致旗瓣提早凋零,將蜜標隱藏,提高其他尚未有效授粉花朵成功授粉的機會,並且產生成熟的種莢。無效的授粉會導致旗瓣凋零時間延後藉此等待有效的授粉機會。

識時務者為「菌」傑-探討紅茶菇生長環境與應用價值

紅茶菇為酵母屬、醋桿菌科和乳桿菌屬等五類微生物的共生物(Symbiotic Culture of Bacteria and Yeast)。菌膜為醋酸菌代謝產物其吸水性極高但培養結束後棄之可惜,研究者嘗試找出菌膜增厚方法和應用價值,建議培養時將菌液、菌膜並用最好,以100ml紅茶、60ml 接種菌液、9g菌膜與20g糖配製成培養液加蓋在25-29°C環境微幅震動培養最佳。果汁以西瓜培養液菌膜最厚但較紅茶培養減少30%。菌膜平均吸收水重量約為本身的2.65倍,透過電子顯微鏡一探菌膜的層次結構,探討結構與厚度關係中發現厚菌膜更能保濕。應用乾菌膜吸墨後適合替代印台內的海綿。另外自製菌膜面膜貼合率較不織布面膜高出32%,脫去醋酸的乾菌膜面膜易保存,溼的菌膜面膜可在土壤中分解相較於不織布面膜更具實用與環保價值。

望”桃”興”炭”-自製生物炭批次反應淨水槽

本研究以果園回收的水蜜桃果核製備的生物炭為主題,透過製備條件、吸光值濃度檢量線、電沉積反應去污能力的測試,探討比較生物炭與市售活性碳對離子與非離子污染物的吸附能力,進而為彌補活性炭在吸附金屬離子汙染物能力較弱的缺點,自製電沉積與生物炭的批次反應淨水槽,探討其同時處理離子與非離子污染物的效果。 結果發現,利用雙層陶罐間填充碎木炭提升隔氧性,將水蜜桃果核以高溫 900燃燒 2 小時炭化生成生物炭。生物炭對於非離子染劑吸附能力與市售活性炭相當,而自製的批次反應淨水槽,能由 arduino 連動自動切 換進料,有效降低非離子汙染物濃度。目前積極尋找反應條件以提升離子污染物的清除速度,期待本設備能提供一個新方向,降低廢水處理成本。

石灰岩的華麗轉身-不同化石密集層特性與鐘乳石形成之探討

本研究主要是針對牛山-龜重溪河床生物碎屑石灰岩層、六甲地區-水流東扇貝石灰岩層、高雄田寮區-大崗山生物碎屑石灰岩層與花蓮秀姑巒溪口-紅色生物碎屑石灰岩層四個不同化石密集層所形成的石灰岩層進行野外調查,並採集現場標本進行後續實驗。首先是透過鹽酸溶蝕來確認四個位置的碳酸鈣含量比例,發現大崗山與牛山石灰岩的含量非常高,而由文獻知道透過鎂含量可以判斷古環境氣溫的高低與海水鹽度的變化狀況,所以進一步由成分分析儀器來定量出四個位置的鎂元素含量,並推測出四個地區古環境氣候造成生物大量死亡的原因。題目中的石灰岩的華麗轉身指的就是鐘乳石,所以報告最後嘗試探討天然鐘乳石的形成機制與製作出紅色-類鐘乳石的樣品。

當我們“聯”在“疫”起 ─ 模組化物聯網體溫偵測管理系統於防疫調查與人員管制應用之研究

因covid-19防疫缺失,提出創新ㄧ站式IoT疫病徵兆(高溫)偵測管理系統,串聯“疫病時實調查、足跡完整分析、數據雲端化、大數據登錄、實名制管制、安全檢測、疫病偵測”,讓政府防疫於疫情發生時,即時獲得疫病偵測數據,不再依賴費力耗時的人工訪查,避免謊言與造假,提供完整足跡細節,提升防疫決策品質,保障人員安全,杜絕傳染擴散,運用於全球流行疫病資訊的搜集與應用。 此項創新技術透過全新設計的可身份辨識及無線傳輸測溫資料的IoT疫病徵兆(高溫)偵測管理系統,做為先進疫病資料蒐集平台,提供超遠距全自動測溫,建構雲端大數據鏈,即時數據檢視足跡分析,提供防疫單位研判社群感染風險評估,以利即時阻斷疫病擴散,完成有效防疫拯救生命。

師生鬥智

在「陶哲軒教你聰明解數學」這本書以及第52屆全國中小學科學展覽會國中組數學科「游泳池追逐戰」中,曾討論了師生在泳池中及池邊的追逐,但只有假設學生沿幾種固定路線前進,未討論為什麼選擇這些路線,也未提到師生之間的策略動態變化。本研究以師生兩人都能知道對方想法為基礎,一層一層發展出新的師生策略,並引入賽局論的觀點,最後找到本問題的師生最終路徑,以及勝負決定速率n。除此之外,我們將泳池從正方形推廣到任意正多邊形,找出可能的最佳路徑。

本氏液大改造

參考本氏液、斐林試劑的組成,利用氨水、乙二胺、乙醇胺、乳酸鈉、柳酸鈉取代 本氏液中的檸檬酸鈉,來檢驗還原醣。我們發現當以氨或胺類為配位基和硫酸銅所形成的溶液,在和還原醣反應後較不易形成氧化亞銅沉澱。若改以乳酸鈉和柳酸鈉為配位基則可以更快的形成氧化亞銅沉澱。另外我們也自製還原醣檢測試液可比市售本氏液和斐林試液更快的和還原醣反應,提高檢測的效率。