全國中小學科展

第三名

基於多項人工智慧之多模態失語症溝通系統探究

本研究開發了一個基於多項人工智慧技術的多模態失語症溝通系統,旨在提供失語症患者能提升表達自我和參與社交的能力的工具。系統以iOS App作為主體,接收環境影像、語音、唇語、手勢及情緒等多模態資訊後,透過大型語言模型產生完整敘述,再以語音合成播放。研究創新開發AphasiaSim-LLM生成高度擬真的模擬失語症語料,並以量化評估取代主觀評分,證實Gemini 2.5 Flash於語句還原表現最佳;此外亦建構了輕量級手勢辨識模型,並以ORB演算法優化關鍵幀提取;透過異步處理、FFmpeg影片取幀及輕量Flux文生圖模型等優化策略,最終完成能有效輔助失語症患者進行流暢溝通之系統。

綠色協奏曲~咖啡渣與吸音棉共築板擦機的「無聲潔靜」

本組自製壓克力立體箱,由聲音頻譜分析儀得板擦機頻率580、1160、4060Hz特定聲波,以藍芽喇叭控制上述三種頻率,測試多種吸音材料,研發創新吸音棉+咖啡渣+吸音棉三明治複合材料,展現卓越降噪效果。增加咖啡渣厚度有效減弱聲音,厚度達3.12公分以上,隔音效果不明顯;在3.57公分下,重壓提高孔隙密度,進而從68分貝降至55分貝達13分貝(19%)。 由以上研究結果,設計板擦機外部隔音罩,內部黏貼此複合材料,兼具隔音與防灰逸散功能,從110分貝降至65分貝減45分貝(40%),降噪效果顯著,並申請專利中。研究成果應用在家電馬達,延伸隔音牆建築上。實踐變廢為寶永續精神,展現低成本創新環保降噪解方。

探討語音與圖片學習呈現策略對學生學習成效與認知歷程之影響—以腦波儀量測為依據

本研究探討不同多媒體學習呈現方式與策略操作對學生學習成效與認知歷程的影響,並結合腦波量測進行實證分析。研究分兩階段進行:第一階段設計三種影片類型(語音+圖像+文字、語音+圖像、語音+文字),比較學習表現之差異;第二階段以成效最佳的「語音+圖像」組為基礎延伸三種策略(單次觀看、重複觀看、觀看後口述)進行比較。結果顯示「語音+圖像」組在學習成效、專注度與放鬆度表現最佳,符合雙通道與冗餘原則;「觀看後口述」策略在測驗成績與語意整合指標上具優勢,展現生成學習與深層加工潛力。 本研究結合理論與腦波數據,提供多媒體教材設計與教學策略實證建議,展現腦波輔助學習診斷可行性,呼應永續發展目標「優質教育」核心精神。

泡泡之聲-利用氣泡頻率測量雙氧水分解的反應級數

在傳統的反應速率實驗中,反應速率常以質量減少、體積變化或顏色變化等物理量作為指標。然而這些方法通常需仰賴精密儀器或誤差較大,又或者耗時較長。本研究嘗試以氣體生成反應中產生的氣泡聲頻率作為分析依據,結合聲音分析軟體 AUDACITY,從氣泡震盪頻率觀察反應速率及計算推導反應級數大小。此方法不僅器材簡便,也具備低成本,能提供 一個簡單快速測量反應級數的方法。

溫泉地理環境防治登革熱的模擬實驗與田間孑孓防治評估

隨著氣候變遷、外籍勞工湧入與疫區國家的接觸,登革熱成為衛生機關的重要挑戰。本研究旨在利用臺灣的溫泉地理環境,探討不同性質溫泉,能否有效減少孑孓數量。 本研究以新北市金山區特有的弱鹼性碳酸氫鈉泉、酸性硫酸鹽泉、酸性氯化物硫酸鹽泉以及海水為研究 樣本,進行模擬實驗及田間防治評估,以探討不同濃度及溫度之溫泉或海水對減少孑孓數量的效果與關聯性。 結果顯示,孑孓對氯化物硫酸鹽泉及海水的耐受性最低,其次是硫酸鹽泉,最後是碳酸氫鈉泉。此外,隨著溶液濃度的降低,其抑制效果顯著減弱。本研究得到結論為硫酸鹽泉及氯化物硫酸鹽泉有效撲殺孑孓,主要機制涉及高濃度酸性硫酸根離子與空氣作用,氧化為二氧化硫,干擾孑孓代謝,而達到撲滅效果。

從雞爪定理發想

本研究發想自常見的競賽解題工具「雞爪定理」──三角形內心與三頂點構成的子三角形之三個外心落在其外接圓上。我們將條件更換為垂心和外心,關注連心線三角形,驚喜發現外心與垂心構圖具有巧妙關聯性!值得一提的是,其本質是三圓交於一點,隨後再將三圓交於一點進行一般化,利用此工具解決了2024 年加拿大數學雜誌的一道題目。我們將外心、垂心推廣成任意等角共軛點,利用反演變換證明七圓交於一點,此交點恆在原三角形的外接圓上,再利用連心線與公弦互換,給出四個連心線三角形的關聯性──相似與透視。最後迭作連心線三角形,得出其循環相似性質。整體而言,我們創新了研究項目,循序漸進刻劃出獨特且有趣的結果。

塑材過招 電子雲湧

研究主要在製作出具可塑性的材料,形塑成不同樣式以自製成摩擦起電的裝置,得以有更廣泛的應用。歷程中,研發了鑄模裝置、摩擦起電裝置、驗電器和測耐用性方法,以進行探究。在測試生活中多樣具可塑性的物品後,發現橡膠是不錯的材料,因此我們利用市售膠鑄模成多種膠膜,發現含 PVA 的材料和矽膠適合用來做成摩擦起電的材料,接著我們利用PVA 膠和矽膠,添加不同物質,自製複合可塑性材料,探討何種材料互相摩擦之後,可以形成較高的電力。發現史萊姆膠添加硫酸銅,和矽膠添加聚四氟乙烯粉有最佳的效果,且可以形塑成薄膜、立體狀或塗抹在物品上,能夠吸 引 多樣的物品。最後將自製複合可塑性材料,做成摩擦起電吸引塑膠微 粒、煙霧裝置,進行實際應用。

「銀」「鍶」作對——Ag/STO複合壓電-光觸媒之光催化性能的合成與應用

本研究以TiO₂奈米纖維為骨架,添加Sr(OH)₂,以水熱法生成異質結構觸媒SrTiO₃(STO)。並引入銀奈米粒子構築Ag/STO,利用表面電漿共振效應(SPR)拓展材料對可見光的利用。再對材料進行鑑定,檢驗其染料裂解、CO₂還原的效果,和驗證其穩定性。結果顯示在光照和震動聯合作用下,Ag/STO的反應動力常數均顯著高於純TiO₂,體現SPR與異質結構的協同優勢。微結構分析亦證實異質結構的存在,有利於光照與震動反應時的催化效果。此新型光觸媒的設計策略將使用環境拓展至震動,不再侷限於光照。為淨化環境、氫能產CO₂還原等綠色能源領域提供堅實的實驗基礎。

鰻後餘生 Rescue! We Can Do It!

本研究調查恆春半島四重溪與保力溪口在鰻苗捕撈期間的混獲生物情形,於2024年12月至2025年1月共進行21次夜間實地觀察,記錄到共計50種混獲物種。研究團隊結合在地訪談、物種鑑定與中途安置行動,協助救援遭誤捕的非目標生物。結果顯示,鰻類與蟹類具有較高的耐受性與存活率,非目標物的救援總數更高於目標物白鰻數量。透過與善心漁民合作,並結合生態補償金制度,實踐「支付生態系統服務(PES)」的理念於鰻苗漁期。研究成果已由屏東環境保護聯盟彙整並提交政策建議,推動建立河口混獲補償制度,促進生態保育與地方生計的雙贏,實踐聯合國永續發展目標SDGs第14、16 與17項,展現地方科學行動與制度倡議整合的潛力與價值。

以「蹼」力進─探究蹼足結構對划水推進效能之影響

我們歷經觀察、設計、測試與改良,終於研發出能模擬鴨子雙腳蹼足交替划動、可穩定前行的「第三代機械鴨」。 我們還研發【推進力測量儀】,成功量測鴨蹼划水所產生的最大推進力,並運用 Tracker 軟體分析實驗影片,比對結果高度吻合,證明此測量儀為一個非常可信的實驗工具! 研究中發現蹼足的材質、面積、厚度、划水速度皆會顯著影響推進力表現! 而鴨脛長度與兩蹼夾角亦會影響機械鴨划行的穩定性與效率。在實驗中模擬小鴨列隊划行行為,驗證列隊划行有助於省力推進。 最後利用自行研發「波動感應儀」裝置讓我們以視覺化方式清楚理解鴨蹼划水在不同深度造成的水流動態特徵,是本研究的一大創意與突破。