全國中小學科展

第51屆--民國100年

地球親善大使之隔熱杯套篇

環保隔熱杯套的製作需考量質量輕、隔熱效果好、不添加乾強劑及抗菌劑、破裂強度佳、生物易分解的材料,搭配地方特產,故選用廢棄的茭白筍殼製成的紙塗抹隔熱膠製作出紙漿用量少的杯套。隔熱膠方面,用水性白膠添加四種(咖啡粉、中空粉、活性碳及棉中空碳纖維)熱傳導差且有孔隙的粉末。研究發現,sil-32中空粉有最好的隔熱效果;比較sil-32中空粉的濃度變化,歸納出sil-32中空粉濃度越高有越好的隔熱效果。sil-32中空粉再利用隔熱紙張厚度變化對熱罐表面溫度作圖,發現含有適當甲殼素的隔熱紙張越厚時則隔熱效果越好。因為我們發現sil-32中空粉比其他隔熱粉末效果好,所以決定做中空粉不同體積大小的比較,最後發現D46中空粉的隔熱效果最好。

「鬚」換成林—榕樹氣生根形態構造及功能之探究

本研究詳細觀察榕樹氣生根不同環境下外部形態及內部構造變化、進一步測量不同部位吸水量,最後並探討濕度對氣生根生長的影響。研究發現氣生根下端新生部分呈黃白色,根尖具有根冠保護,溼度高時亦可長出根毛。往上表層漸木質化呈細長深褐色,接觸、斷裂、分支可使其增粗呈灰白色,型態已極似莖。氣生根木質部具6~8個輻射角,但中央一直具有髓,其與皮層、中柱內等薄壁細胞常含有葉綠體,明顯與多數雙子葉植物根中央為木質部有所不同。氣生根吸水主要供應本身生長,平均每週相對吸水量下段(0~5cm)約為0.125ml、上段(20~25cm)為0.104ml。在較高的相對溼度(>95%)下,會誘導氣生根長出根毛並加速伸長,每週可伸長達1.58cm。

『擺』『速』可樂!

我們改良了九年級課本中單擺實驗,研發了四代實驗裝置,而我們的實驗裝置主要是利用單擺的週期變化計算出電梯的最高速度、加速度以及平穩度,後來我們利用第三代實驗裝置測量了台北101的超高速電梯,並和電梯業者所使用的專業儀器加以比對,發現有些許的不同,因此我們分析了第三代的實驗裝置的缺點並加以改良,研發出第四代,在第四代裝置中,我們將儀器加裝粗略真空裝置以減少空氣阻力,並使用光柵作為感應器,增加數據的精確度,希望能使自製實驗裝置與電梯業者所使用的專業儀器數據相符度增加。

照過來~「投影片」與「石墨烯」天生一對,成就了自製可撓式染料敏化太陽電池

我們以投影片為底,分別塗上導電膠、導電碳膠、鎳絲、不同粒徑的石墨粉或石墨烯等導電材料製作可彎曲的導電片,用它們來取代價格昂貴的ITO(銦錫氧化物)透光導電玻璃片,以製作染料敏化太陽電池(簡稱DSSC)。自製的DSSC的兩極中間塗了奈米級TiO2 (14 nm)晶粒,並以紫羅藍花(乙醇當溶劑)為染劑,再以鹿角萵苣(溶於乙二醇的溶劑中)作為電解液。實驗結果發現,最好的導電材料首推「石墨烯」,並發現以「投影片/鋁膠帶/石墨烯」組合作正極,以可透光的「投影片/導電膠」作為負極,可獲得較高的發電效率。自製的太陽電池不僅製作成本很便宜,而且還可以彎曲喔!

養豬廢水污染終結者—功能藍菌

本實驗利用頓頂節螺藍菌(學名Arthrospira platensis)來分解或吸收養豬廢水中的有機物質及代謝剩餘物,將藍菌漸進式馴化,以「人擇」提升其對污水的耐受度,並使用未滅菌之「原廢水」來飼養,且不添加任何營養鹽。以此藍菌分解濃度20%的原廢水,進行水質檢測及菌種濃度監測。結果於第3天達到環保署豬廢水的排放標準:化學需氧量<600,懸浮固體<150,有效的分解硝酸鹽、磷酸鹽及銨根等污染物質、去除臭味。所生產的頓頂節螺藍菌(俗稱螺旋藻)還可用於養豬飼料中,以期提升肉豬的品質及免疫力。已有養豬戶在50噸的大型藍菌池中測試本實驗結果,去污效果良好且可回收藍菌做為飼料。此成本低廉且有經濟效益的廢水處理法,適用於中、小型養豬戶來處理豬廢水以降低污染源。

『殺手』終結者—超音波快速萃取無患子皂苷及應用於殺滅福壽螺之效果評估

本研究利用超音波設備,快速從無患子果皮中萃取有效成份-皂苷,並針對會影響萃取產率的因素進行研究。結果得知—利用超音波,確實可加速皂苷成份的溶出,且在乙醇濃度95%、溫度70℃、萃取時間1hr、固液比1:25時,皂苷產率最高。再者,將皂苷萃取液應用於殺滅福壽螺之效果探討。結果得知—利用誘餌之添加,來吸引螺,確實可在短時間內,即可明確且快速判斷螺之存活情形。且在皂苷濃度4ppm以上,即可有效的將螺殺死。若先行加入發酵過的鳳梨皮,使螺覓食,可將皂苷濃度再降低,對螺亦有相同之致死效果。經由一連串的實驗結果,以天然無患子皂苷取代化學防治藥劑(含環境賀爾蒙)來殺螺,確實是可行之環保殺螺方法。讓我們一起「寶貝台灣、珍愛地球」!

一指神功清潔溜溜

目前市售白板與板擦,多為人工操作方式,老師教學於白板書寫完後,需由學生或教師清理白板,這種不便性影響教學情境。本裝置為一機電整合設計之設備,只要用按一下開關即可完成白板清理工作。此「自動板擦機」乃運用高職所學知識(機件原理、力學…),團隊分工設計製造完成。觀察教師擦白板動作,完成2D平面組合圖、零件圖與3D立體圖設計,進而將零件分成一般標準件與自製零件,標準件向外面廠商購置,自製零件由學生團隊依零件圖使用學校設備加工製作,最後完成作品組裝測試。學生學習理論課程後,借由創作學習批判思考、發現問題、分析問題與解決問題之能力,進而對機械應用產生興趣,故發明創作可以提高學生內在的學習動機Czaja & Cummings(2009)。

藻到了!萼者之間的關係—萼柱珊瑚〈Stylophora pistillata)與共生藻之觀察與研究

本研究針對東北角鼻頭港海域中主要的珊瑚品種──萼柱珊瑚(Stylophora pistillata)進行實地觀察、實驗研究,藉以探究其與共生藻(zooxanthellae)之關係。透過複式顯微鏡觀察共生藻和珊瑚蟲。使用細胞計數器計算共生藻數量,再除以珊瑚分枝面積可得共生藻密度。影響珊瑚白化最劇烈的因子是海水溫度的極端高低溫變化。因此,測量棲地水溫為本研究監測對象。實驗驗證:短時間內水溫劇烈降低或稍長時間溫度穩定上升超出珊瑚適應範圍,共生藻密度隨之減少,造成白化。實驗綜合浮潛觀察,發現鼻頭海域的萼柱珊瑚在2010年7~8月可見白化的現象。

輪“翻”上陣—探究邏輯圈之數字謎

本研究起於網路教學網站(NLVM的Tessellations),在七個兩兩交集的圈內填入指定的14個數字,使每個圈內的三個數字和均相等,我們稱之為數字邏輯圈。從基本的四~七圈我們一併探究其中奧秘,得知當數組呈現等差數列時,圈數和介在【3n+[(5k-3)/2]xd~3n+[(7k-3)/2]xd】間,且有規律的以公差為間隔出現,且排出的數組及排出的組數前後均具對稱性,更可運用此公式自由設定圈數和,求出可行的數組;或給定內外圈的數組,經雙向脈絡圖輕鬆解題。 以原數組為基模,可經由平移或轉化為正負數、等差數列、小數及分數的過程,形成更多的數組,其組數及對應的位置均相同,可謂變化萬千;再搭配不同的提示位置,將解題的難易度分級,利用各類題本×提示個數×提示位置×提示盤轉動之加乘效果呈現出眾多的題目製成數字邏輯推理盤,以為此研究之具體成果。

輻射氧化一把罩

抗輻射奇異球菌(Deinococcus radiodurans)是一株具有高度抗游離輻射的細菌,由資料收集中發現對D. radiodurans的研究多著墨在基因探索、酵素的鑑別或其生理研究,此外,對其抗輻射能力之研究也頗多,但在D. radiodurans抗氧化能力的研究就顯少許多。因此本研究嘗試將D. radiodurans抗紫外線與抗氧化力結合並以開發「生物性抗氧化與防紫外線能力之雙效美白產品」為目標來設計一連串的實驗。實驗結果顯示:不同的碳源能誘發抗輻射奇異球菌對抗不同強度的紫外線破壞,其中Glycerol與Galactose能使D. radiodurans抵抗60分鐘以上的紫外線(3.3mW/cm2);在Fructose與Glucose的培養下能產生較佳的抗氧化能力,其能力相當於Trolox之65 mM和60 mM。防曬係數測定方面,去除化學成份並添加D. radiodurans,以Galactose的防曬係數較對照組增加了115%;其次為Fructose,比對照組的效能增加103%。