全國中小學科展

佳作

跟著拿破崙一起壓縮多邊形吧!

本文旨在推廣拿破崙定理「以任意三角形各邊為邊分別向外作正三角形,則它們的中心(三心)連線必構成一個正三角形」至「對多邊形各邊為邊分別向外作正多邊形,則正多邊形的中心點(三心)可依序連成正多邊形」時成立的多邊形條件(此多邊形稱為拿破崙多邊形)。本文證明出拿破崙多邊形、平行多邊形與壓縮多邊形的成立條件互為等價,並推廣拿破崙法為「對多邊形各邊為底邊分別向外作相似三角形,其中相似三角形頂點依序連線」且討論完畢。

進擊的「葉」電~光化合一的葉綠素電池

本研究為新型改良式葉綠素電池,兼具化學電池與染料電池的優點,是具有成本低、體積小、可自行替換凝膠並重複使用,能解決傳統電池液外漏及電極成本高的問題,是有潛力與發展性的綠色能源電池。本實驗結果顯示,新型葉綠素電池結構的特點,具有一體成形的外殼,選用石墨碳氈與鋁棒當電極,中間填充最佳比例的碘酸鉀、碘化鉀、葉綠素和水晶凝膠,在手電筒的照光下,電解質經化學反應可自行生成碘,可作為葉綠素電池的第二個電極,其發電效率是歷屆科展之冠,電池編號10的瞬間電壓與電流可達1.07伏特與38.4毫安培,其電池壽命在209小時,電壓亦可維持1 伏特且電流隨時間增加可穩定發電,可應用於緊急充電與LED 燈泡照明使用。

疫情之下的學習—探討ChatGPT對於高中學生數學混成學 習成效與學習參與度之影響

本研究首先透過自行設計之數學混成學習挑戰問卷,了解臺灣學生認為數學混成學習效果的成因,並以此為基礎開發出數學混成學習智慧輔助教具。本研究開發之教具整合人工智慧聊天機器人ChatGPT與通訊軟體LINE,讓學習者在進行數學混成學習時可及時解決疑惑。最終,透過準實驗設計,驗證該教具的介入是否對於學習者在數學混成學習中有正向的幫助。結果表明將該教具導入於數學混成學習中可以有效提升學生的學習成效以及課堂的參與度。學生在課堂中學習效果不佳的原因多與遇到問題無法及時得到幫助而導致的課堂低參與度有關,此教具有助於對上述問題產生正面影響,並為混成學習提供啟示。

「藻生罐子?」 --- 改良水庫太陽能板漂浮罐的研究

許多國家都在尋找減少水庫蒸發量的方法,我們想在水庫放置結合太陽能板的生態罐,它能吸收氮磷化合物,改善優養化,燃燒藻類後又能提供生質能源。 實驗發現: 一、生態罐水位於3/5時可提供藻類生長的合宜環境: 1.瓶內溫度最低也最穩定,約25℃,較瓶外氣溫32℃低,故具有良好降溫效果。 2.照光下,罐內外氣壓差穩定於6 cm-H2O。 3.藻類的周生長倍數大約為1.19倍。 4.燃燒熱值周產量為19.5mW/mm2。 二、藻生罐子平衡速率快,大約24秒就能平衡於3/5位置

草酸鐵鉀晶體的生長密碼:探討添加劑對晶體生成效率的影響

本研究以草酸鉀(K₂C₂O₄)與氯化鐵(FeCl₃)反應生成的草酸鐵鉀晶體為主題,探討其成核與結晶機制,並分析多項影響因素,包括溫度、反應物比例、酸鹼、有機溶劑與界面活性劑等。實驗結果顯示,低溫可降低晶體溶解度、提升過飽和狀態,有助於增加晶體產量;其中,FeCl₃與K₂C₂O₄以2:7比例混合可獲得最佳結晶效果。界面活性劑方面,卵磷脂表現尤佳,不僅促進晶體生成,亦提升晶體完整度與致密度。進一步使用無糖豆漿、牛奶、雞蛋等天然食材取代純卵磷脂,亦能達到相似成效,顯示其具成本效益與實用性。此外,本研究亦發現草酸鐵鉀具光還原性,能在光照下迅速將亞甲藍還原為無色,展現其在水處理與環保應用上的潛力。

真「象」原來如「齒」–澎湖水道動物群古菱齒象牙齒化石探索

化石在地球上是珍稀的寶藏,特別是大型脊椎動物的化石。我們以澎湖水道動物群的古菱齒象為科展主題,通過比較觀察古菱齒象的牙齒化石形態特徵,特別是齒面、齒板,發展出了可以簡單量測齒板厚度、間隔距離、齒板密度,結合觀察並判斷其是古菱齒象的方法。我們希望了解化石是怎麼形成的,通過進行埋藏實驗,探索化石埋藏的環境(熱帶淺土、深土、淺水、深水)及埋藏的深度對樣品保存的影響,並培養和觀察起主要分解作用的生物。我們實驗發現在熱帶環境要形成化石極其困難,深水的環境比較有利生物樣品的保存。我們非常好奇巨大的古象1萬多年前還有,為什麼隨後它們會滅絕?我們最後討論古象的滅絕和全球環境氣候變遷可能存在的關係。

從分子層面探究藤蔓植物川七向觸引發快速攀附生長

川七為藤蔓植物,以3.5~4小時週期逆時針迴旋盤轉,碰觸物體後即以該物體為支撐快速攀附生長,速率可提升達30倍之多。本實驗探究川七啟動向觸生長的生長素機制。活體(In vivo) X光繞射,發現川七莖體中含多量的IAA,以及較少活性極高的4-Cl-IAA及6-Cl-IAA,且生長素並非以分子的形態,而是串接成週期性排列的晶體形態存在。攀附後,頂芽增生109%的IAA及191%的4-Cl-IAA+6-Cl-IAA,激發快速生長,且較多數的4-Cl-IAA+6-Cl-IAA被輸送到莖的非接觸面,形成彎曲莖體,纏繞支撐體。pH值測量顯示非接觸面氫離子濃度較高,吸收光譜則顯示非接觸面含有較多擴張蛋白,利於細胞壁的延長。本實驗由分子層面了解川七受到機械刺激時,如何引發向觸快速生長以及不對稱性生長。

模組化海綿千層-打造藍海智慧城市的未來之路

本研究為探討一種新式的工法:模組化多層別道路預鑄法來取代舊有生態工法的可行性評估。這項設計不但能縮短路面施工與維修的時間,減少空氣與噪音汙染,更能兼顧儲水、淨水的優點,最終目標為解決台灣各處常見的淹水與缺水兩大問題。 經由實驗發現,這項設計在儲水與透水兩大功能上的確有顯著的效果;採用麥飯石當作儲水層的話,可得到22.2%的儲水率,也能夠兼具快速的透水與41%的淨水效果。 透過積木模擬與3D建模實驗發現,這個工法可以快速建構道路,也能夠預留空間給水、電等管線使用,機構中我們加入上掀式的鎖牙設計,即便未來需要維修管線也不用開挖馬路,更能保有傳統生態工法的眾多優點,在未來應用上深具潛力。

隱藏在天秤裡的秘密

題目源自科學研習月刊[1],與以往討論真假金幣最大的差異在於天秤的臂長為不等臂,故不能如以往的研究,單純的採用三分法判斷金幣的真偽。 為克服不等臂天秤無法採用三分法的限制,我們提出「類三分法」和「輔幣」作法。 輔幣是配合不等臂天秤左、右盤的比值,在短臂端(本研究設為右盤)填加已確認的真幣當輔幣,使天秤達平衡的做法。 類三分法是針對不等臂天秤設計以最少輔幣需求,處理首秤之後左、右、平盤金幣的分法。 此外,我們根據輔幣供應量與輔幣需求量提出了3個輔幣判斷式。 因此「類三分法」與「輔幣判斷式」,幫助我們以不等臂天秤快速且簡單的找出分辨金幣真偽的最大值。

方形建築師之聯想-探討路徑與面積之關係

本研究旨在探討不同邊長比的方形上,改變路徑出發角度、改變路徑出發的起始點時,路徑轉彎次數、路徑長度和經過格子點次數之關係。首先在方形長:寬=m:n,路徑從方形的左下角出(入)口為起始點,以角度tanθ=1、tanθ=2和tanθ=3之方向出發,討論路徑轉彎次數、路徑長度和經過格子點的次數,進而延伸推論當以角度tanθ=y/x之方向出發時路徑轉彎次數、路徑長度和路徑經過格子點次數的數學關係式,接著在方形長:寬=m:n,從方形左下角出(入)口向右移動1格、向右移動2格為起始點,以角度tanθ=1之方向出發,討論路徑轉彎次數、路徑長度和經過格子點的次數,延伸推論從方形左下角出(入)口向右移動h格為起始點時,路徑轉彎次數、路徑長度和路徑經過格子點次數的數學關係式。