全國中小學科展

佳作

無所遁形–利用色相分析找出內部有黑點的茭白筍

茭白筍又稱美人腿,農友選種、育苗和田間管理,種出白皙、嫩長、有甜味的產品,但有時會長出內部有黑點、口感不佳的花心筍;內部有黑點的,不容易從外表判斷出來,需要切開筍體做檢查,這種破壞性檢查造成損耗,會降低農作收穫量。本實驗以手機色相分析應用軟體(Color Analyzer),檢測剝殼茭白筍外皮,發現當綠殼茭白筍R值<160、G值<165、B值<110,或是紅殼茭白筍R<180、G<180、B<140時,內部有黑點,且有7成正確率;當帶殼茭白筍的R值≧210、G值≧200、B值≧130時,是最佳採收時機。此實驗證明了:使用色相分析軟體為可行的檢驗方式,是簡便、環保、不具破壞性又低成本的,可以幫助農友及時採收並檢查內部是否有黑點,以提高農產品的經濟價值。

舒芙蕾的蓬鬆之謎:探索「舒服」的高度秘訣

本研究以舒芙蕾為膨脹模型,探討蛋白打發、配料及烘烤條件等多重因素。提高攪速促進蛋白質變性並包入空氣,形成穩定泡沫;糖分次加入可提升黏度和界面穩定性。食鹽增加離子強度,破壞蛋白靜電排斥,降低泡沫穩定;氯化鈣的Ca²⁺使蛋白過度聚合,抑制起泡。檸檬汁有機酸調整蛋白電荷,提升穩定性。 低筋麵粉有助氣體膨脹,乳脂穩定氣泡界面,過量影響網狀結構。膨鬆劑方面,酵母產氣慢適合長時烘焙,小蘇打與強酸反應快易導致結構坍塌,建議搭配pH>3弱酸如酒石酸氫鉀,類似泡打粉,產氣速度平緩。烘烤溫度150°C佳,高溫長時使硬度增加、蓬鬆度下降。玻璃容器導熱慢有利麵糊膨脹成型。蛋白泡沫穩定性與膨鬆劑的協同作用是舒芙蕾成功膨脹的關鍵。

金門高中學生選擇班群決定因素之研究

經過文獻探討、訪談及因素分析 等研究過程 ,我們將學生選擇班群的決定因素定義了「學考科能力」、「興趣特質」、「未來進路 」、「家庭師長朋友」、「學校課程安排」等五個主要決定因素,其中尤以興趣特質」因素普遍受到大家的重視。 我們根據以上五大因素,作為第一層級因素,設計了AHP問卷,填答者通過填寫問卷,來審思他們對於不同因素的重視程度,並基於這些因素來衡量選讀的班群(第二層級因素)。我們將AHP問卷分析結果,與填答者所就讀班群進行比對,發現所得的優勢班群與填答者所就讀的班群相符合,確認了本AHP的兩層級設計,來決定選讀班群是合理實用,其結果參考價值極高。

魚龍百變-在轉角遇見小魚畫家

一、本研究 探討 連動桿繪圖機 的 結構 以 及相關原理, 並 改良原有的繪圖機 。 二、順利找出繪圖機桿長的限制。在改變連桿長度以及旋轉半徑等變數的研究中,改變後的變數必須符合桿長的限制才能順利繪製出圖形。 三、找出繪製 圖形的 形狀 也 找出 繪圖 點 B 和 繪圖 點 P 的 極值。 四、探 討出 轉盤的旋轉速度、連桿長度以及旋轉半徑對於繪製出來圖形的影響。 五、改良現有的繪圖機,並且以改變旋轉速度、連桿長度以及旋轉半徑三個變數來繪製出不同的圖形。 六、依照研究的成果來改變繪圖機的變數,順利繪製出想要的圖形。

形心與多個外接圓建構的幾何性質

2023年9月數學雜誌《Crux Mathematicorum》刊登有趣的三角形內心的幾何問題,我們先證明了原命題的長度性質,再創新刻劃出有趣的面積不變量。隨後將內心推廣到旁心、垂心與外心的建構,並且證明僅此四心的建構下才有長度與面積不變量。值得一提的是,除了前述的定量項目外,我們也發現四種建構下的三線共點之定性性質,同時刻劃四種建構的關聯性是漂亮的等角結構,這是本研究亮點。推廣到多邊形,我們發現本質的幾何結構為截線的角平分線性質(內心與旁心的結合),從而將此問題轉換成一般性問題,並給出了豐富的等長、等角、等面積之性質,以及連線多邊形恆為圓外切多邊形。

OMG!造霧者

我們研究「磁致伸縮」這有趣的題目!有趣在無法想像水一滴到棒子,馬上就氣化霧化,這怎麼可能?於是,我們透過科展研究,瞭解為什麼發生這現象! 研究結果發現:鐵氧芯的震動頻率非常關鍵,頻率對了!才會出現最佳氣化。鐵氧芯的頻率與長度相關,頻率讓鐵氧芯的NS極快速改變,使長度出現微小變化,巨觀的表現就是讓水氣化;鐵氧芯太長太短太粗或太細,都不能產生有效震動來出現氣化,只有棒徑1cm的鐵氧芯,才是最適合氣化的條件。鐵氧芯這種有點硬的材料,居然會在實驗時直接被震斷,我們發現震斷的地方,通常出現在共振最激烈的地方。 最終我們引進點滴設計,讓水滴自動滴下、持續氣化,提升研究的實用價值!

探討矮仙丹對紫外線的防護機制

比較校園常見紅花、粉花、黃花矮仙丹抗UV能力之差異。萃取花瓣的花青素,研究在不同濃度及pH值的環境下抗UV的能力,結果發現紅花的花青素含量大於粉花,在偏鹼環境中,會因結構改變而有較高抗UV能力。另外在照射UV後,紅花之花青素與類胡蘿蔔素均增加,使抗氧化力上升,傷害性指標丙二醛濃度先降後升。粉花利用抗氧化酶,超氧化物歧化酶上升、過氧化物酶短期顯著上升,用以清除活性氧,但長期濃度顯著下降,顯示細胞受到傷害。黃花不論在短期及長期照射下,均以類胡蘿蔔素做為主要的抗氧化方式。此外,隨著UV照射時間膜脂過氧化的現象越明顯,丙二醛濃度上升,觀察發現紅花、粉花下表皮的油粒體有數量增生的現象,黃花則數量下降。

「鹽」值擔當 水生生態池的永續經營

本研究透過開發板Micro:bit和ESP32以及AI辨識技術,創建了一套自動監控和調整水中鹽值的系統,有效監測並管理學校新建的水生生態池,實現其永續經營。設計理念希望水生生態池「生生不息」, 研究過程中找出現有的水生植物的相互影響,發現了不同水生植物影響水中的鹽值程度不同;而且不同的植物配對對水中鹽值程度影響也有差異。最後設計出一個平衡系統與監控機制,讓學校的水生生態池可以長久存續。

Danio的健康食品-探討樹葡萄的抗氧化力與對斑馬魚胚胎的影響

本實驗探討樹葡萄各部位超音波水萃液的抗氧化成分、抗氧化力,並試驗其對模式生物斑馬魚毛細胞的保護力。化學檢定結果顯示,樹葡萄中抗氧化成分之總多酚含量前三名的部位為種子、葉和花,總類黃酮含量前三名則為種子、花和樹皮;此外,無論是抗氧化能力測定之A B T S 陽離子的清除率,或是 D P P H 自由基清除能力實驗,各部位的清除率都接近100 %,證實樹葡萄各部分都含有很高的抗氧化成分、抗自由基能力。另一方面,我們使用基因改造的斑馬魚胚胎進行生物檢定,因其具有會發螢光的毛細胞,可觀察樹葡萄水萃液是否可減緩生物細胞的氧化毒性,結果顯示青果、熟果和葉的水萃液對斑馬魚胚胎皆無毒性,且對其毛細胞具有明顯的保護作用。

行人警示系統之開發與研究

台灣近年來,行人與汽機車的交通事故頻傳,我們開始思考是否可以開發出一套行人警示系統,來輔助駕駛了解前方路況,即時提醒駕駛需禮讓行人,同時告知後方來車前方路況,減少追撞事故。我們使用Yolov8進行斑馬線與行人辨識模型的訓練,Python程式執行模型進行物件偵測,Supervision進行區域內物件數量的統計。經由條件設定,判斷車輛前方是否有行人或是斑馬線,若車輛前方有行人,將於影像畫面中顯示警示標語,發出警示語音提醒車內駕駛,降低汽車與行人的事故發生機率,同時送出藍芽訊號使警示燈顯示動態警示燈號,提醒後方駕駛前方路況,降低前車因禮讓行人而被後車追撞的機會。我們已經成功開發出『行人警示系統』,並可成功上路使用。