2011年

本研究由電影「十面埋伏」中聽音辨位擊鼓的神技獲得啟發，進而探討聽音辨位的原理，並以一對麥克風同步錄音時所產生的左右聲道接收音訊的時間差，來印證聽音辨位的可行性，運用此原理以一般常見的電腦音效卡與廉價的聲波感測器（壓電式蜂鳴片）來實作，並將其應用在彈著點及時顯示系統上。由實作與測試的結果看來，我們的方法可以正確的判斷出音訊資料中左右聲道的時間差，並即時地顯示出彈著點的位置座標，在48公分見方的靶上，平均誤差是1.18公分，還不錯的成果。

"隨著全球溫度逐年升高，生物如何在高溫下生存成了一個急需解決的問題，本研究探討耐熱藍綠菌(Thermosynechoccus sp.CL1)與常溫藍綠菌(Synechocystis sp. PCC6803)在不同溫度下光合作用光反應的異同，並了解耐熱藍綠菌光反應耐熱的原因。\r 本研究中發現在高溫下耐熱藍綠菌存在有顯著的狀態變遷(state transition)機制，其藻藍素(phycobilisome)在暗處理的狀況下不會與光系統二結合，而這個機制可以減少光系統二在高溫下高電子傳遞速率對光系統二本身造成的破壞，支持了狀態變遷現象是耐熱藍綠菌在高溫下進行光合作用光反應的一種重要保護機制。"

孤雌產雌(Thelytokous Parthenogenesis) 是一種雌性個體未經過交配，自行產出擁有雙套染色體之雌性子代的生殖行為。目前在其他已發表的文獻中，僅有四種亞科的十一種螞蟻採取此種生殖方式，並依照其形式的不同，區分成三種孤雌產雌的類型。本研究主要針對光滑管琉璃蟻工蟻的孤雌產雌行為進行探討，證實未與雄蟻交配過的工蟻，能自行產下具有雙倍體的後代。統計結果指出，超過87%的大型聚落是由產卵工蟻領導，形成缺后聚落，而每一個蟻巢至少會有80%以上的工蟻轉變為產卵工蟻。\r 研究中也發現，產卵工蟻的產卵速率明顯高於蟻后、其子代發育週期亦較蟻后短，顯示出光滑管琉璃蟻缺后聚落以孤雌產雌擴張的優勢。大多數的產卵工蟻在外型上較一般工蟻長，我們能夠在其腹間膜膨大時觀察腹部內加以區分二者。當蟻巢位處於休眠狀態產卵工蟻的表面碳氫化合物與內部腺體的組成成分與一般工蟻有別，而解剖後可在其微卵管中發現卵。此外，兩者在分工上，產卵工蟻除了確保聚落的繁衍，還需照顧其手足；一般工蟻則負責巢外的覓食與警戒等工作。\r 本研究首次記錄了琉璃蟻亞科行孤雌產雌的行為，而這種對於孤雌產雌與有性生殖並行之蟻種的探討，也?孤雌產雌創立了一個新的研究方向。

近年來，水污染成為全球性重大議題，被指出可能為造成生物疾病與死亡的主要因素。因此發展環境感測動物，用來偵測環境汙染，以提供足夠應變時間相當重要。本研究利用斑馬魚作為模式動物。研究結果指出，當斑馬魚胚胎經過逆境(stress)處理，如熱休克、酒精與thapsigargin (ER stress inducing drug)時，ER stress相關基因如PERK、chop、Bip、ATF3 mRNA和CHOP蛋白質均大量表現，顯示斑馬魚有潛力作為in vivo研究ER stress的模式動物。之後，我們利用轉殖品系Tg(KY43-3)（帶有人類uORFchop-GFP報導基因）證明人類uORFchop片段抑制下游轉譯的特性在不同物種中具有高度保守性。而當Tg(KY43-3)胚胎受高低溫、缺氧、重金屬、農藥等汙染逆境刺激後，其綠螢光被誘發表現；此外Tg(KY43-3)胚胎可在胚胎死亡前反應逆境造成的傷害而表現綠螢光，故我們可由觀察綠螢光表現判斷環境汙染物是否對生物造成傷害。綜合以上，Tg(KY43-3)可作為研究或偵測各種環境污染逆境的環境監測動物。

利用光敏電阻，設計儀器，來量測本氏液與醣類反應過程的電阻變化，將觀察到的溶液現象與R-time圖結合，提出“氧化亞銅顆粒”模型說明實驗的現象。剛開始為真溶液，電阻值低且變化少，當Cu2O的量變多，粒徑變大，電阻上升，出現廷得耳效應，顆粒大到接近光波長附近，產生繞射，電阻值呈水平，繼續變大變多後，電阻又上升，最後大顆粒產生不規則散射，使電阻值有「棉絮化」現象。溫度與濃度提升時，反應加速，R-time圖中的「水平部份」皆提早出現。延續顆粒模型觀點推導出反應速率式，將此式應用於檢測葡萄糖的濃度，溫度只需55℃，過程約需10分鐘，所用試劑量少。

視覺經驗訊息的top-down process能增強動物對影像的辨識能力，這種透過先前學習過的經驗而增進視覺辨識的能力，與一般熟知視覺是由眼睛將影像訊號傳至大腦進行辨識的過程恰好相反，因此被稱為top-down process。本研究以Y型迷宮進行訓練蜜蜂的行為實驗，首先提供無法直接辨識的複雜影像，再經過提出的簡單影像特徵進行訓練後，再以原先無法直接辨識的影像予以測試，證實蜜蜂也具備這樣top-down process訊息的能力。此外，藉由改變各種視覺影像特徵，進一步探討這樣的視覺訊息可能傳遞路徑。藉由擷取、篩選後的重要影像訊息復甦相關視覺經驗以增強辨識能力，有助於蜜蜂以更有效率的方式訪花。蜜蜂大腦體積不到1 mm3，卻有處理如此複雜視覺訊息的能力，其行為與神經機制實值得深入探討。

生物系統的力學表徵會因為其系統內部物理結構和化學組成的改變而變化。本研究希望能找出斑馬魚魚卵的彈性力學特性與其成長發育的關聯。本實驗利用自行設計製作的電磁力振盪儀器分析斑馬魚魚卵的彈性力學特性。實驗上使用自製電磁線圈對槓桿端所繫磁鐵作用，使桿間連棒對魚卵施加作用力。由於斑馬魚魚卵形變量很小，本實驗加入光槓桿的設計來放大微小的形變。實驗時以錄影記錄施力對魚卵產生周期振盪彈性形變關係。\r 本研究實驗得到，魚卵的彈性力學特性是隨發育時期改變而不同，但不是隨時間而單純線性演化改變。本研究關注於魚卵囊胚期彈性力學特性。發現囊胚期不同發育階段，魚卵的彈性振盪特性會有所不同。本實驗進一步以阻尼振盪模式分析振盪振幅的改變，可以得到魚卵生物阻尼係數。發現阻尼係數在囊胚期最初的前一個半小時的改變最為顯著，也就是會與該期細胞移動有關。本研究可以作為判定魚卵在不同發育時間的生化微觀機制，也可進一步作為分析環境變遷對生物族群影響的探討參考。

作者受考題（ International Mathematics Tournament of the Towns, Senior A-Level Paper, Fall 2009, No. 7 ）?發而展開此研究。經搜尋文獻發現，這系列命題可追溯自 Scientific American （ Feb 1979 ）中 Martin Gardner 的文章 The Rotating Table 。\r 命題之操作原在正方形桌上執行，後被Ted Lewis & Stephen Willard 推廣至正多邊形（1980），又再被Richard Ehrenborg & Chris M. Skinner推廣至任意置換群（1995）。\r 本文從均勻多面體的情形出發，藉諸自創的證明方式，重新詮釋上述論文之結果，給出較簡潔自然的證明。同時，作者改變命題裡的關鍵限制，發展全新的研究方向；並針對不同的情形（多邊形、多面體、置換群）分別求出各變數之上、下限。\r 本文使用到的技巧包括：群論、歸納法、組合設計。充分性之證明過程提供的演算法能應用於同步連絡管道，允許匿名用戶之間建立連線。

有個密碼鎖由D個旋鈕組成，每個旋鈕有N種不同的號碼，由於構造缺點若D個旋鈕中僅有1個號碼錯誤仍能打開密碼鎖，問最少嘗試多少組號碼才能保證一定能打開這個鎖？這個問題等同於在N元D維超立方中找一組點集，點集中的點各自向其D維度畫出延伸線，若超立方中的所有點都至少被1條延伸線所涵蓋，要求重複涵蓋的次數總和要最少。\r 43屆的科展中已經討論過3個旋鈕的情況，我們接著分析4個旋鈕的情況。在討論中發現D=4時並沒有如D=3時保證打開的最小次數公式，我們給出上下限的公式。但D=N+1且N≠6時卻很特別，恰可利用拉丁超立方挑出1組點集，其所有延伸線涵蓋的點都沒有重複，稱為完美控制，而保證打開鎖的最小次數是NN-1。

本研究主要探討水漂彈跳的物理現象，在研究中我們以實驗配合理論，藉由分析不同變因的影響，找出水漂彈跳的最佳模式。在實驗中，我們自行設計並改良發射器，並改變水漂發射的各項變因：包含初速、轉速、及發射仰角，另外也針對不同錐度的水漂進行實驗。同時，自行開發近景攝影及相片分析的技術，以進行測量及分析。\r 我們由實驗得知水漂在擁有較大的初速及轉速時，可有較大的彈跳次數。另外，在相同速度時，發射仰角越靠近20度～25度之間越容易彈跳，且有最低的最低彈跳速率。此外，我們發現使用錐度5度的錐形水漂時可增加彈跳次數，並會產生明顯的滑行現象。\r 在理論分析中，我們針對水漂與水面接觸瞬間的受力進行探究，並根據實驗發展出一套在給訂初始條件時可推算出彈跳次數的方法，適用於我們所用的水漂。