全國中小學科展

國小組

地質改良樁在砂質地層中穩定學校教室

開學時,學校拆除前面的危樓,在地面上挖出一條深約1.5m的大溝槽,可以清楚的看見學校地層是一層一層粗細不同的泥砂,在下大雨時,還可以看見地下水的流出。所以我們在塑膠盆底部插入不同數量的木條,模擬地質改良樁做地震的測試,結果塑膠盆裡的泥砂會受到木條的數量影響而下滑;也在泥砂上,模擬木條房屋,在地震後產生不同角度的傾斜和不同深度的下陷。最後,我們利用大型塑膠盆、厚木板和裝入混泥土的塑膠管做成模擬地質改良樁放入泥砂,在上面放置不同規格的模擬房屋做模擬地層的實驗,發現模擬地質改良樁的數量、長短、疏密、地層搖晃的時間,都會影響房屋的下陷、傾斜和倒塌。

星芒交匯-探討特定四面體之費馬點

本研究探討特定四面體中費馬點之存在條件與其坐標表示式。本研究以邊長為2 之正四面體為例,利用幾何對稱與空間向量運算,證明其費馬點唯一,並求得其座標為[1,√3/3,√6/6]。進一步探討具特定對稱性之四面體,底面為任意三角形ABC,且使ΔABC與ΔABD全等,設 ̅EF為 ̅CD與 ̅AB中點連線,探討費馬點落在線段 ̅EF上之情形。透過空間幾何分析,推得若特定四面體的費馬點落在 ̅EF上,則c1=0.5b1。進而,當費馬點p落在 ̅EF上時,其費馬點P(p1,p2,p3)坐標表示式如下: p1=0.5b1,p2=0.5b1/(b1+√2(c22-c2d2))*(c2+d2),p3=0.5b1d3/b1+√2(c22-c2d2) 此外,利用費馬點唯一性及平面四邊形費馬點性質,說明此點亦為四邊形IJAB之費馬 點,研究成果將平面幾何中費馬點概念成功推廣至特定四面體,並提出當不滿足此條件時,費馬點坐標的一般化推廣仍有待後續探究。

舞動靜默—空間迴音問題探討

本研究起因於學校表演藝術課教室的迴音問題,影響學習專注與舒適度。為改善此現象,本研究針對空間音場進行改善實驗,探討不同布料材質、不同樣式窗簾、不同吸音孔形狀、不同吸音孔深度,吸音與減少迴音的效果。研究使用手機應用程式產生定頻音源,透過自製音場實驗箱,搭配噪音計測量吸音量與殘響時間。 研究主要發現如下: 柔軟性高的布料具較佳吸音與減少迴音效果。 波浪簾吸音與減少迴音效果皆優於紙捲簾與百葉簾。 孔洞為圓形之吸音板比正方形或正六邊形更能有效吸音與減少迴音效果。 孔洞深度較深之吸音板,吸音與減少迴音效果越明顯。 透過本研究的結果應用,選擇合適的吸音材料與孔洞設計,可以有效改善空間音場環境,提升學習成效。

日跡月軌星羅布-自製天體觀測儀與其應用

國小自然課以量角器搭配窺管觀測月亮,利用竿影間接觀測太陽,描繪天體在天空的軌跡,使用星座盤認識夜晚星空,但觀測器與竿影測量精密度低,操作複雜不直觀。本研究利用窺管與雷射筆,加上手機感測晶片與軟體測量傾斜角,自製精準度極高的「天體觀測儀」,可以同時測量日、月、星三種天體,將測量所得的天體方位角、高度角座標, 利用壓克力半圓球描繪太陽、月亮在天空運行的軌跡,製成 「天體軌跡紀錄半天球」利用試算軟體泡泡圖功能,將測量所得的恆星座標畫成平面星圖。將恆星座標經過周日運動校正,使用弧形刻度游標尺系統,描繪恆星在壓克力球上,製成「星羅布天球儀」。開發 出便利、精準、實用的天體觀測儀,並繪出天體的運行軌跡與分布。

「廢」盡其用-運用廢棄物特性製作環保板材之研究

探討利用咖啡渣、暖暖包內容物及碎紙等廢棄物,以不同黏著劑與處理方式製作環保板材。先以鹼液去除咖啡渣內含油脂,提高咖啡渣與黏著劑的結合力,並額外獲得咖啡油皂。研究不同種類澱粉與非澱粉黏著劑(如糯米粉、吉利丁、印尼馬信等)對板材強度的影響,發現糯米糊與吉利丁的黏結效果最佳,且比例越高板材強度越好。 進一步探討不同顆粒大小、去油程度的咖啡渣、不同生鏽程度的暖暖包內容物及不同大小碎紙對板材強度的影響,找出能製作較高強度板材的處理方式。透過適當材料與加工,可將生活廢棄物轉化為可用於環保建材的再生板材,能減少廢棄物對環境的影響,也提供一種可行的資源回收與再利用策略。

從芝山岩出發探討臺灣北部老地層

本研究從芝山岩周邊地層為起點,針對臺灣北部五指山層、木山層及大寮層進行分析。透過實地調查、數位顯微鏡分析與粒徑篩選,評估各岩層沉積岩顆粒的粒徑、圓度及淘選度,並重建其沉積環境。結果顯示,五指山層粒徑最大(0.5650−0.8937mm),淘選與圓度皆最低,反映其為搬運距離短的河道到濱海沉積。木山層粒徑居中(0.2786−0.5836mm),淘選與圓度中等,符合濱海環境特徵。大寮層粒徑最細(0.096−0.1749mm),淘選與圓度最佳,並含化石,證實其為經長距離搬運的淺海沉積物。此外,顆粒粒徑與緯度呈現關聯性,越往北粒徑越大,暗示中新世期間沉積物可能自西北向東南搬運。本研究亦提出簡易沉積岩粒徑辨識流程,可應用於地層判讀及野外調查。

解決空汙一起「走」

我們發現學校附近上下學時間車輛很多,造成空氣污染。為了解決這個問題,我們設計了一套「遊戲化學習系統」,鼓勵同學用走路來上學。我們利用Micro:bit和NFC技術來記錄每天的步數,再把步數變成遊戲裡的攻擊力,讓同學打怪升級、比賽得分。這樣不但好玩,還能減少二氧化碳的排放。研究發現,三天內大家一起走了超過八萬五千步,總共減少了大約68公斤的碳排放。問卷調查也顯示,大部分同學願意為了保護地球多走路,對這個遊戲系統也很感興趣。這個計畫成功讓大家更有動力走路上學,也學到了環保知識,還能當作其他學校的參考。

天磁地力能合-創新磁浮動力輪的奇幻之旅

現今運輸與物流系統消耗大量能源,造成高碳排放。本研究開發創新磁浮動力輪,旨在降低能源消耗並提升運行效率。研究結合三大核心技術: (1) Bedini馬達電能回收,延長續航力; (2) 慣性滾珠旋轉能,減少電力消耗,提升效率; (3) 側邊磁浮導引系統,減少摩擦,提升行駛平穩性。 實驗顯示,Bedini馬達能有效回收電能,慣性滾珠使行駛距離提升31%、側邊磁浮導引讓滑動阻力下降16%,且能減少晃動,提高穩定性。本設計具模組化與延展性,未來可應用於智慧物流、無人工廠與綠色交通系統,是具前瞻性的節能推進技術。

斜率解碼:正比數列與面積

進行這個研究,是在正比關係直線圖中探究相異斜線之間的三角形面積。首先,透過因數與倍數來建構橫軸與縱軸的關係,以數字排列來模擬延伸的直線圖,依其行進方位獲取斜率。接著在正比關係直線圖中探討不同斜線的座標位置 ,以計算斜線末端的間隔距離,確認三角形底邊長度,最後 以斜率建立公式-計算相異兩直線所劃分的三角形面積。

風風退散—校園菜宅擋風模型設計研究

先民為了保護心愛的農作物,不被冬季強勁且挾帶海水飛沫的東北季風所迫害,「菜宅」這樣的建築因應而生。而究竟怎樣的菜宅樣式與尺寸,有著最佳的擋風效果?風被菜宅的阻擋後,風向又是如何的變化? 透過製作風向觀測工具、菜宅模型,我們測量看不見的空氣並透過討論繪製模型。當風遭遇牆面阻擋後會改變風的流動方向,在阻擋牆後方形成無風區及逆風區,並在離阻擋牆較遠的地方重新匯流。阻擋牆的高度越高,無風區及逆風區的區域就會較大。 據本實驗結果,各種菜宅擋風效果為:目字型>長方形>ㄇ字型>單牆型。而學校菜園的用圍網及南洋杉的防風設施,雖然是透氣材質,但亦能有效達成防風效果。