全國中小學科展

最佳創意獎

字立字強-寫字練功房

本研究是為了解決我們寫字時所遇到的問題,從一張大家在課堂上討論發想的心智圖為開端,轉化成具體行動,運用所學將問題與困難以觀察與實驗加以驗證,並利用圖表分析、統整資料。經由深入研究,利用教育部(2001)所頒布正確執筆方法及寫字姿勢要點,觀察發現大多數的同學寫字時有姿勢不良、握筆方式不對、筆尖離簿面太近等不正確書寫習慣,除了字寫得不好外,更會造成視力與儀態不良的問題。實驗介入後,班上大多數同學不但字體改善,姿勢也變好,此外,我們還以「種子」自許,號召全校同學一起來「字立字強」,參與我們的寫字練功房。

酸鹼反應誘發之中空微球釋放一氧化氮用於克服細菌抗藥性問題之研究

 抗藥性細菌的感染是日漸普遍的問題,常造成臨床上治療的困難。一氧化氮帶有不配對的電子,為具有高氧化活性的分子。本實驗希望直接藉由一氧化氮的氧化力殺死細菌,克服細菌抗藥性問題。人體組織受到細菌感染後,發炎組織環境呈現弱酸性。藉由此項特性,我們設計一能區分發炎與健康組織的酸鹼反應中空微球系統,以有效治療抗藥性細菌感染的問題。我們利用微流道系統製備以PLGA為球殼的中空微球結構;中空微球內部裝載DETA NONOate。經實驗發現,此一載體系統處於發炎酸性環境下,DETA NONOate會與氫離子反應產生一氧化氮撐破球殼並釋出,有效殺死抗藥性細菌;而在健康中性環境下,一氧化氮無法有效釋出,因此可以減低一氧化氮對健康組織的傷害及克服抗藥性問題。

大的變大,小的變小?

有一次,老師在課堂上演示一個有趣的科學實驗。內容是:一個大汽球連接一個小汽球,中間以一個閥當開關。老師要我們猜「氣閥打開後,汽球大小的變化如何」幾乎所有的同學都一致認為大的變小,小的變大,最後將會一樣大。結果呢?老師開關一打開,大家都楞了一下,結果竟然是「大的變大, 小的變小」。這表示小汽球壓力大,大汽球壓力小,氣體由小汽球流向大汽球。但矛盾來了,小汽球變得更小,豈不是壓力變得更大,而大汽球變得更大, 壓力將會更小,那壓力又如何會達致平衡呢?因此,我們決定好好的研究這個問題,以解決矛盾。

吸附金「薯」—馬鈴薯吸附重金屬

本實驗我們以馬鈴薯渣做吸附,馬鈴薯中含有澱粉、纖維素、蛋白質註1,這些成分具有可與金屬結合的活性官能基如羧基、氫氧基、胺基註2。 實驗中,我們不做化學修飾,以最簡單的方式吸附,在吸附法中,吸附的金屬種類、濃度、溫度、馬鈴薯使用的量和吸附時間,都會影響到吸附效果,所以我們以上述的條件做為實驗的變因,測量馬鈴薯渣的吸附效果,和以恆溫吸附方程式探討吸附原理。恆溫吸附法中我們以基礎化工課程內所提到的Langmuir方程式及Freundlich方程式推算出吸附原理。 在廢渣處理方面我們將廢渣放入高溫灰化爐中進行灰化後,取部分灰分在進行二次吸附以達到廢棄物再利用的目地且灰化過之灰渣不易脫附。

游泳池可以減震耶!-–流體阻尼的研究

台北101大樓單擺式的調質阻尼器,透過質量塊與結構體反向擺動的現象,讓主結構上的能量藉由調質阻尼器擺動而消耗,但是約需4層樓高的空間來安裝整個阻尼器。我們想有沒有其他阻尼方式也可以達到相同效果,如流體阻尼器。因此,我們設計實驗探討流體阻尼器的可行性,並試著找出最佳流體與最佳減震方式。經過模擬實驗,我們發現水槽具有不錯的減震效果;而介於液體與固體之間的凝膠狀流體減震效果更明顯。適當的黏稠度(密度約為1.135 g/cm3的太白粉凝膠液)減震效果最好,大約可以減震21%;若加細網隔間,則可以減震超過27%。因此建議一般大樓可以在約85%樓高的位置放一個適當大小、裝適當黏稠度的凝膠液槽或游泳池,將有不錯的減震效果。

正、負則連分數之性質研究及應用

相較正則連分數,本文探討較少人研究的負則連分數,研究結果有:(1)負則漸近分數與正則漸近分數性質相似,具收斂性(單側收斂);(2)利用矩陣列運算可同步求出正、負則連分數及其漸近分數,本文運用此方法作出「Excel連分數漸近分數計算器」;(3)相較正則連分數,負則連分數及其倒數表示型態截然不同,本文加入負則連分數及其倒數後,可求得所有「最佳有理數逼近」;(4)關於連分數的天文曆法應用:在「閏月週期」,負則漸近分數比正則精準,本文提出實用¬的「27年10閏」規則;著名東西方20個「日食週期」中,有19個可用正、負則連分數估算,其中5個僅能以負則漸近分數估算;「金星凌日週期」亦可用正、負則漸近分數估算。

漫步在雲端乾冰塑TAIWAN

本實驗運用乾冰低溫特性,進行昇華、擴散及讓液體結冰的直接觀察研究。研究中發現乾冰置放在金屬材質上冷卻效應較佳;在木質桌面降溫的程度較低。乾冰邊角上因為二氧化碳冷氣流產生渦旋現象而讓水滴最慢結冰;又因為結冰順序的影響,造成冰滴尖端呈現向外放射狀現象。將蒸餾水、糖水、硫酸銅溶液及鹽水分別滴入四面乾冰牆中間,可以觀察到液滴快速結成斗笠狀、扁桃狀、鍋蓋狀及結晶花等不同變化。最後利用烙印原理,將不同的色素溶液滴入台灣形狀凹槽的乾冰上,有長出中央山脈的台灣、也有美麗的結晶花夜空,更進一步利用乾冰碎塊做出大海環繞的福爾摩沙。「漫步在雲端,乾冰塑台灣」科技與人文創意的連結,浪漫而炫麗地呈現在我們眼前。

腳踏車龍頭磁浮避震器

這項作品目的在於它是利用壓縮空氣於磁力結合,而柔軟度達到比一般彈簧避震器效果好很多,我們可以運用在課堂上所學『機件原理、電工概論與實習』科目,搭配我們汽車的專業知識去解決我們發現的問題;腳踏車龍頭磁浮避震器的效果為避震器是利用兩枚強力磁鐵相斥與逆止閥原理,內部有些許的小洞,才不會造成避震一下就彈回,能增加舒適、平穩度,有微量壓縮空氣的效果提升避震度,腳踏車在行駛中能夠增加雙重避震的功能、減震效果提升,在緊急煞車時重心變化小,並且減少手腕及肩部的負擔,騎乘上坡輕鬆、下坡平穩,可增加把手操控性,長途行駛也不易疲勞。

讓牛頓步上尋根的階梯─複係數多項方程式的求解與推廣

一、階梯算法 更改庫恩植物栽培法的限制,使方程式的根形如走階梯般向上攀升,且不下降。 二、牛頓算法的限制 1. 牛頓算法一次只能算一個根,算出多項方程式f(z)=0的一個根ζ以後,用(x-ζ)除原來的多項式,得到一個階數降1的多項式,再用牛頓算法求這個新的多項式根,這樣一次一次降階,可以把全部的根算出來。 2.牛頓算法有時很難控制,且計算是否成功,是沒有保證的。要使牛頓算法成功,重要的是找到一個足夠好的迭代出發點z0。 三、比較各個求解方法,結合牛頓算法與階梯算法 階梯算法的優點是保證成功,牛頓算法的長處是進入快速收斂區後收斂極快;將兩種算法的長處結合起來:先使用階梯算法把迅速收斂區域的位置確定,再改用牛頓算法迅速向方程式的根靠近。

探討消失幻覺秀、動手列印隱形衣

本實驗主要闡明了三件事,1.如何去尋找在光學戲法上,其隱形區位置所在,並擺脫公式,從國中生就能懂得光學知識,來進行推論。2.解決仿照TheRochesterCloak不如預期的問題。3.捨棄TheRochesterCloak的作法,用我們自己的方法,打造一座隱形魚缸。 在1.這點上,當我們用平行於主軸的視線,平視透鏡時,物體若在接近焦點旁,其所成的像,會有部分落於,視野上的視覺不可見區域,以此為隱形理論基礎,透過不同透鏡組合及從視角、焦距、透視比例等方法,來達到使參考目標物所呈現的像,與原物為1:1比例且為正立,進而出現真正隱形效果。 最後,利用所有的推論和數據,我們使用自己的推算方式,來利用3D印表機,打造一台讓魚消失的隱形魚缸裝置。