全國中小學科展

佳作

玉米田裡的捲葉風波

學校的科學中心前的栽培園,整年都有栽培各種植物,在苦瓜之後的短暫日曬休耕,又是輪到玉米甜的活動了。今年我們準備五個品種的玉米種子,分區播種、澆水、施肥等。 當玉米發芽長出幼苗嫩葉時,各種的蟲蟲接著來訪;覓食葉片、產生斑點、捲葉、斷葉等風波一個接一個。 在1~3個月栽培中,最熱鬧的是捲葉風波,葉子有了斑點,仔細一看是蟲蟲的卵---幼蟲,開始覓食,為了保護自己就把葉片咬斷一部份,開始吐絲捲葉;由於覓食、捲葉方式的不同,我們分辨出單帶弄蝶的幼蟲和瘤野螟的幼蟲,也因為覓食、捲葉的不同,使研究更為有趣多元。在三個月中的飼養觀察,提出了許多有趣的事件和難忘的記憶。

淹淹「易」息─探討植物在淹水逆境下的生存機制

氣候變遷造成日漸頻繁的區域性水災,使植物生態遭受衝擊,從種子及幼苗在淹水下的發芽及生長狀況,得以探討植物對抗淹水逆境之策略,以供未來災害防治策略參考。而十字花科與菊科植物實驗中,我們發現不發芽為種子抗淹水逆境之共同策略,但氧化壓力則促使淹水下的種子發芽,而增加葡萄糖卻反之。除此之外,從不死鳥的觀察,我們發現淹水會導致幼苗抽長,且黑暗及紅光照射下更為明顯。十字花科氣孔在淹水下會關閉但菊科則否。而分子層面,鈣離子會調控淹水植物的發芽、氣孔開閉及莖節抽長,且過氧化物及葡萄糖亦參與其中。這些新發現值得後續深入探討。

斑斑可考-環境因子對蛇目蝶眼紋發育影響之初步探討

蛇目蝶眼紋大小的生長模式十分複雜,與環境因子有很大關聯;本實驗旨在探討不同環境因子與眼紋大小、不同環境因子與白帶之間的關係,實驗結果顯示溫度為影響眼紋大小最顯著的因子。我們更進一步找出溫度影響眼紋大小的關鍵齡期。溫度與眼紋大小的關係多呈現顯著的正相關,亦即溫度越高,眼紋就越大。我們可以建立一個眼紋發育與溫度的關係模式;並且發現同一蝶種不同眼紋發育趨式並不相同;同時發現溫度對不同蝶種的影響亦不相同。

e化設備節能掌控

由於家庭、學校、公司當中擁有眾多的資訊、多媒體及電器設備,而許多資訊、多媒體及電器設備不用時仍然是待機狀態或是不關機的狀態、這是許多媒體一再宣導和呼籲節約及拔掉插頭的活動、科技的進步再加上常常會使用到的家電控制或多媒體控制等操作,更因電腦網路的快速發展,將資訊技術融入遠距控制可以掌控這些設備、達成節能的目標。目前教育訓練、教學廣播系統、數位家庭、公司會議室皆走向複合功能之多媒體設備的形式,為了配合不同形式的使用需求,影音及多媒體設備更是必須齊全、因此在不同的需求下,採用傳統的控制方式(一個機器一個控制開關)來管理就顯得很不方便。而本系統能夠整合許多的電子遙控器達到簡單而單一化的目標。

「孓」地任務―渦蟲捕食白線斑蚊幼蟲之生物防治評估

常用防治病媒蚊有物理及化學性防治。有些水域無法移除,故生物防治日益重視。台灣未曾利用渦蟲進行蚊幼蟲生物防治,我們利用本土淡水渦蟲Dugesia japonica控制登革熱病媒蚊幼蟲數量評估。渦蟲屬群體捕食,捕食蛹及1到4齡白線斑蚊幼蟲,利用分泌黏液纏住幼蟲並吸食。12小時內10隻渦蟲捕食1、2齡幼蟲數量高達125隻,以每5隻3、4齡幼蟲投放1隻渦蟲(5:1)防治效果最佳。改變變因如光線、水深等,不影響其捕食能力。渦蟲在含液態肥料或孳生蚊蟲環境下,生存亦不受影響。最後模擬野外投放證明渦蟲100%控制白線斑蚊幼蟲孳生。若環境無蚊幼蟲,可以有機質及小生物維持族群數量。綜觀之,以渦蟲防治登革熱病媒蚊幼蟲具有高度潛能,未來持續進行野外研究。

被冰封的漩渦流-探討放熱式漩渦的氣體逃逸路線

所謂的放熱式漩渦,推測是一種類似對流的結果,由於水結冰前(4℃→0℃)體積變大而往上流動,加上與水中所析出氣體的逃逸路線(往上)相同,提供漩渦的動能,實驗發現渦流的旋轉方向皆有可能,故應屬於水體為平衡渦流動能系統的因應結果,導致整體旋轉的方向會保持一致。 所以我們利用色素水在結冰前的純化作用,從所排擠出的色素範圍形狀,及溶解的氣體由水中析出後的行進路徑來觀察,便能看出水體在凝固前,放熱式漩渦所形成的特殊結構,研究發現: 水在凝固結冰時的型態會受到容器的形狀、大小及冷卻部位差異的影響,就算不同的獨立水體靠近後,依舊會彼此相互影響,這些都會產生不同型式的放熱式漩渦流動。

莫忘初衷–競賽圖中的環形多邊形之個數探討

莫忘初衷–競賽圖中的環形多邊形之個數探討」是一件在圖論領域中嶄新的作品。研究過程中,首先使用了不等式求出極值所在;再利用組合學作為研究工具;更自行定義了名詞,讓推導過程更順暢;最後也成功得出了許多結論和公式。研究中使用了許多高中生便能理解的方法,解開了一道看似複雜的題目。為再次驗證研究的正確性,更親手使用C語言,設計、撰寫了一套程式,用深度優先搜索(Depth First Search)求出任意競賽圖中環形多邊形的個數,而經過無數次重複驗證後,更再次證明研究最後得出的結論和公式的無誤。

熟悉的麥芽糖最對味-探討糖化的最佳條件

目前在我們社區中有農家使用傳統做法製作麥芽糖,其容易製作且材料單純,可將食物轉換形式延長保存期限。藉由學校的特色課程,在五年級上學期會學到傳統的麥芽糖製作方式,五年級下學期自然防鏽與食品保存單元中,有學習食物的保存和化學變化。因此透過科展的機會,探討麥芽糖糖化的原因,藉此找出最佳的製作方式,增加傳統麥芽糖的生產速度並節省成本,以及面對現代人喜歡低糖不黏牙的喜好,做出符合現代人口味的麥芽糖,為社區的產業做出貢獻。實驗結果發現使用澳洲產的小麥草,水耕栽培3天,並且在常溫環境以小麥草與蒸熟蓬萊米1:2混合,靜置3小時以上,即可完成省時間及原料,且低糖、黏性較低的麥芽糖,這樣才會好吃不黏牙。

循規蹈矩

本文是從都市更新的新聞聯想出來的數學問題,在兩條互相垂直的道路中,如何找出過道路的東、西、南、北各一個點的矩形,而矩形的最大面積為何?透過動態模擬,成功解決這個問題並研究一些有趣的結果。

眾蟻尋路千百度

透過自製的活動場及各類實驗,我們觀察並分析螞蟻的覓食行為及其路徑,證明螞蟻經過不同行走速率的介質時,路徑會產生近似光線折射的偏折角度。又與前人研究不同的是,我們不僅分析路徑的偏折現象、產生偏折的條件,更探討螞蟻路徑的形成過程與變化。研究發現其演變除了與費洛蒙有關,更會受到個體及族群經驗影響,顯現族群智慧的累積對社會性昆蟲的重要性。我們歸納出螞蟻覓食路徑從搜索,產生雛形,修正到定型的進程,並推論螞蟻會為了達到族群最大利益而做出最佳選擇。研究不僅窺察到螞蟻的覓食策略及族群內的合作,更結合了物理與生物現象。除了能用以探討生物的決策與群體行為,更期待能將模型發展成新的生物分析方法,具應用及發展價值。