全國中小學科展

臺灣

珍珠膜來膜去-天然快煮粉圓之研發

本研究利用自製包覆薄膜裝置,在濕粉圓表面包覆雙層海藻酸鈣薄膜(內層1.0%海藻酸鹽+外層0.5%海藻酸鹽),經自然乾燥製成新型粉圓,可浸泡冷水不會崩解或破裂,且水分完全滲入粉圓內部僅需25分鐘;新型粉圓在泡水25分鐘後,其內部水分含量高達51.67%。新型粉圓要達到100%煮熟率之時間,僅乾粉圓的37.80%、濕粉圓的42.75%,省時效果十分明顯;而所消耗電能,僅乾粉圓的25.57%、濕粉圓的28.81%,節能效果極為顯著。新型粉圓經全質構分析(TPA)之彈性已達到商品化之水準,並經官能品評驗證,受試者對新型粉圓各項目之喜好程度均優於濕粉圓。最後,測試新型粉圓之水活性僅為0.684,其Aw值明顯低於一般微生物生長界限0.8,可在常溫下長時間貯存。

人不知我、我獨知人~空手道對打時反應時間的探討

本研究使用兩台普通攝影機,加上電腦影像處理軟體繪聲繪影和After Effects、文書軟體Excel、免費運動軌跡追蹤軟體Tracker,成功收集到空手道社團中,15名國中學生及1名教練對打時攻擊動作的相關運動數據。接著製作情境模擬影片,測量空手道社團國中生15名、非空手道社團國中生15名的反應時間進行探討。實驗中發現,可以經由平日的空手道訓練課程、模擬情境影片的加強訓練、以臉部為凝視的重點位置等方法,縮短對打時防衛的反應時間;攻擊時則要強化速度、減少上下方向晃動,才能讓對手來不及反應。本研究可提供給一般學校及運動社團做為參考,作為基本的運動動作分析及訓練輔助的方法。

二次曲線上蝴蝶形的探究

從蝴蝶定理(Butterfly theorem)的圖形進行發想,在前人作品發想出研究方向,除了在圓與正方形以外,在其他圖形上討論蝴蝶形的其他性質是否有不同的發現?我們在圓、橢圓、拋物線與雙曲線之重疊圖形上作出對稱與非對稱蝴蝶形,對其面積、邊長、角度進行計算與歸納,再推廣到在拋物線上另找任意兩點做蝴蝶形;在研究過程中,我們也發現了圖形上一些特殊的性質,進行一連串的研究。且以普通高級中學課程綱要中數學科課程綱要內容為我們推論工具,希望能讓多數高中程度的學生均能了解我們的發現。

雙橢圓交點軌跡之研究

(PA)+(PC) =t為以A、C為焦點的橢圓,滿足(PA) +(PC)=(PB)+(PD) =t的P點軌跡可視為以A、C及B、D為焦點且長軸等長的橢圓在長軸變化過程中的交點軌跡,稱該曲線為EIC(AC,BD)。本研究主要討論四邊形ABCD為鳶形時,EIC(AC,BD)的代數方程式、曲線變化情形及其是否平滑。我們可將EIC曲線分為三類: 1.兩條非封閉曲線 2.一條非封閉曲線及一條封閉曲線 3.一條封閉曲線。由兩條曲線變為一條曲線的臨界條件為(BA) ̅=(BC) +(BD),此時圖形為一條非封閉曲線及一點(B點),此時EIC(AC,BD)曲線族的包絡線為以B、D為焦點、長軸長為(AC) ̅的橢圓。另外,從代數方程式得知除了原點為奇異點,EIC曲線為平滑曲線。從圖形可發現EIC曲線與雙曲線、橢圓曲線(Elliptic Curve)、蚌線(Conchoid of de Sluze)極為相似,而其實質關聯性則有待未來研究。

以降柱法破解任意柱數與盤數的河內塔

我們在河內塔研究是改變柱數M與盤數N的關係,討論最小步數Q合理範圍。其中,對於任意N盤,改變M柱會使Q在最小值2×N-1到最大值2N-1範圍內變化。 透過研究分析將最佳操作技巧分為讓位法、換位法、原始降柱法與複合降柱法共4類。讓位法:2×N-1與換位法:2N-1,而降柱法則透過分盤降柱概念,將題目簡化拆解,並反覆運用前2者概念完成調節柱暫存的降柱移動,配對出最少步數Q。 將N盤如何切分進行降柱有最佳選擇,且題數間差距與相同差距使用次數也有規律,因此,可建立差距表並累加差距使用重複次數破解任意M柱N盤河內塔的最少步數Q。

利用I.M.S.即時顯示系統建立資料庫,在重金屬污染監測上之應用

本研究以設計即時監測系統(Instant Monitoring System 簡稱 I.M.S.) 為目標,利用電解質導電原理,設計LED顯示系統,即時顯示土壤與河川受到重金屬污染。 電解質水溶液,在通電發生電泳運動時,不同的離子的水溶液電阻,會呈現出振盪的特殊性,可作為離子種類的判斷條件。藉由約105筆實驗數據,作七種重金屬離子的定性比對, 可以快速的比對出不同重金屬離子的濃度與種類。本實驗的設計與使用有以下的優點 : 一、 無論樣品電阻大小均可使用。二、 利用簡易工具,可輕易檢測出廢水內離子濃度的範圍與種類。三、 可作為檢測電泳與導電性質的輔助工具。四、 操作簡便,可廣泛使用。

天外棲雞-改良式棲架與雞隻生長之關係

近年來人道飼養強調在畜舍內提供棲架給雞隻使用,研究發現提供棲架可改善增重、減少打鬥及增加飼料轉換率,故本研究改良普通棲架,將其與飼料槽進行結合,使雞隻於棲架上方休息時也可採食,改善雞隻使用棲架時無法採食的缺失。 本研究實驗為三重複,以下皆以實驗一、二、三表示,實驗一、二雞隻數目皆為200隻,實驗三則為400隻,並隨機分為四組,四組設計項目分別為:第1組無設置棲架、第2組有設置棲架、第3組設置改良式棲架且棲架上及下皆設置飼料槽、第4組設置改良式棲架僅棲架上有飼料槽,並研究四組雞隻的體重、增重、採食量、飼料轉換率及各組飼養成本等相關問題。 三重複實驗發現第3組無論體重、增重、採食量、飼料轉換率及飼養成本皆優於其他組別,同時也發現第1組無棲架者,即最普通的養殖方式在各方表現皆最差,總之棲架效果以改良式棲架最佳,普通棲架次之,無棲架為最差,未來期望能將改良式棲架與機械化給飼系統進行結合,使其更加便利,並對畜牧業有所貢獻。

自求多浮~浮屋多重機能性的研究

2018年2月6日花蓮地區發生規模6.0強震,造成米崙斷層附近有4棟大樓倒塌事件,加之臺灣西南沿海養殖業超抽地下水造成地層下陷,使居民受水患之苦更甚! 我們體認地上建物受強震災害的地層不可逆,決定承續去年浮屋的研究,由下載的振動APP軟體Vibrometer及Mobizen Screen Recorder螢幕畫面錄影程式,記錄比較加速度值的變化,證實浮屋在第三代打浪造波器衝擊下、臺灣近海的實測下,運用船艙理論研發的機能性,均使浮屋的穩定性更高。 加之,超音波感測避障可提高浮屋遇風災進避風塘之安全性;光生電、風生電、海生水廢鋁發電之浮屋自力發電能源型態的研究,再畫下一筆浮屋可宜人居的可行性研究。

點水蜻蜓款款飛—以泡膜研究蜻蜓拍翅的流場模式

對飛行的興趣源於宮崎駿電影「天空之城」,電影中之鼓翼機有著蜻蜓的翅膀,親自探討後,反而引起我對流場可視化方法的興趣,經研究決定以泡膜研究主軸,設計實驗使用自製泡泡水、簡易拍翼機及定速滑軌進行實驗,實驗後發現泡膜黏滯係數與空氣相似,所以可以以泡膜模擬空氣流動情形,然後使用泡膜研究蜻蜓懸停及飛行、滑行時翅膀拍動造成的流場變化,比對研究結果與煙流研究結果之差異。將拍翼機以不同方向置入泡膜進行實驗並錄影,再用Image J分析影片中泡膜顏色,用Excel計算泡膜厚度後,以Matllab得到厚度圖並計算流量,了解氣體流向。未來希望可以將此研究方法應用於更多流體力學研究。

用於機器人空間建模的仿生認知系統

本研究提出一可用於機器人空間探勘與辨識的仿生機器學習系統。本系統模仿生物大腦的層級性結構,各層級間透過雙向連結進行搜尋辨識與提示,並記憶空間中的感官、場景和位置資訊,分別由以下部分構成: 1. 感官細胞:辨識特定感官輸入類別。 2. 場景基模細胞:組合具方向性的感官細胞數據。 3. 網格細胞:接收移動數據的內在座標系統。 4. 位置細胞:整合感官數據與空間數據、建立拓樸空間認知地圖。 經模擬實驗證明,本系統能在第一次探勘時建立空間認知地圖,並於再次造訪時成功匹配位置細胞進行定位。本系統有異地探勘、在複雜空間中進行路徑與任務規劃等廣泛應用。