全國中小學科展

臺灣

「渦」命由天不由「渦」—不同環境因素對渦蟲再生速率之影響

國中時就對渦蟲這種生物有所耳聞,對其最大的了解就是強大的復原能力,為了深入了解這種神奇的功能,我們嘗試幾種不同的環境因素,試著觀察其對渦蟲眼點再生速率之影響。 文獻探討時,發現變動的磁場會對生物體的細胞增殖產生影響,也發現在特定模擬超重力環境下人體細胞增殖會加速,因此我們皆對這兩種情況設計了不同的以渦蟲為實驗,除了驗證之外,也想試著發現論文以外未探討的影響,像是我們也試驗了不同換水頻率、光照強度、光波長、飼養密度下對渦蟲的影響,最後的數據分析和結果討論也總結了這六個實驗的影響,為相關研究提供參考並對日後渦蟲的複製與大量養殖提高了可能性。

創新型全擬真低成本被動式電容觸控毛筆的設計與實現

本研究徹底解決電容式觸控毛筆的擬真性問題。我們研究被動式電容觸控筆的材料與工作原理,得知材料能夠產生高電容,就能產生高靈敏度觸控感應。厚度薄、面積大以及高介電常數的材料能產生高電容,都是良好的電容式觸控材料。這結果推翻了「電容觸控原理是基於材料的導電性或靜電傳導能力」的假說。有別於導電刷毛(碳纖維)筆頭的乾式觸控筆,我們直接將真實毛筆改造成觸控毛筆,利用「溼潤軟毛筆頭」具有高電容特性以及電容串並聯原理,開發出「全真軟毛被動式電容觸控筆」。得到與真實毛筆書寫過程相同筆性、筆觸與藝術效果,是目前擬真度最高的觸控毛筆。這個創新設計製程簡單且不需電源,因此具有節能與低成本的優點。

橡皮筋平行四連桿輔助設計程式開發與研究

平行四連桿機構廣泛應用於機械手臂中,若於桿件上加掛橡皮筋,可顯著降低轉動所需力矩,實現節能。然而,現有設計多依賴經驗與試錯法,缺乏系統化方法。本研究開發出高直觀性橡皮筋平行四連桿輔助設計程式,能提升機構設計效率與準確性。透過建立橡皮筋施加於連桿的數值分析力矩模型,並透過實驗數據對彈力常數進行非線性修正,提高模型有效性。同時,構建綜合指標以評估系統性能,並運用基因演算法搜尋最佳參數組合。實驗結果顯示,運用輔助設計程式尋找橡皮筋的最佳掛置點,能抵銷高達99%連桿所需做功,展現極高應用潛力。未來將納入轉動慣量與摩擦力,進一步提升模型現實性,並推廣至其他四連桿機構設計,為機械系統節能提供全面解決方案。

生涯何處無良校—AI聊天機器人對高中生生涯定向之影響

近期研究發現AI可以影響心理歷程,如Chukwuere和Handoko(2024)指出AI對學生的學習或輔導產生正面效益。本研究旨在開發升學輔導AI,並驗證此AI能否增加受試者的生涯定向。實驗一以新北市某高中214人為研究對象,證明AI有助改善學生生涯定向;實驗二研究同校108人,探討不同AI取向對高中生生涯定向的影響。研究結果顯示:一、AI可改善生涯定向,但與自行搜尋網路資源的效果無顯著差異;二、資訊取向機器人提高高中生生涯定向的效果優於情意取向機器人;三、無論是否有生涯決定之高中生,使用情意取向機器人或資訊取向機器人後,其生涯定向皆無顯著差異;四、兩次實驗的受試者繼續使用AI的意願皆為3.44 (滿分為5)。

水逆退散!探討颱風草葉的收合與恢復機制

颱風草葉片在脫水時會收合並於加水後恢復,其過程如同摺扇。野外觀察發現有些颱風草葉片具有皺紋。有皺紋的葉子脫水與恢復速度都較無皺紋的葉子慢,但縱摺角度變化較為穩定均勻,推測皺紋的功能可能與穩定葉片結構有關。觀察颱風草葉片橫切面可見上表皮的泡狀細胞位於縱摺凹處,脫水過程為中央泡狀細胞寬度會增加,最終減少,且相鄰兩側細胞寬度縮小變化不對稱,推測與其鄰近大維管束有關;下表皮的泡狀細胞均勻分布於縱摺凸處,旁邊不具大維管束,脫水過程為中央泡狀細胞寬度會增加,最終減少,但相鄰兩側的細胞寬度會對稱縮小。本研究歸納出颱風草葉片收合與恢復機制,並依實驗結果自製仿生模型,在仿生研究上具有應用潛力。

面臨棲地脆弱的台灣特有種:台灣原蚌蟲生活史與行為研究

本研究以台灣原蚌蟲(Eocyzicus taiwanensis)生活史為主軸,搭配行為觀察深入了解台灣原蚌蟲 在短暫水域中的生存策略。生活史部分發現台灣原蚌蟲具快速孵化成熟的特性,雌性較雄性早成熟;生殖策略除了有性生殖還具孤雌生殖,單獨飼養雌性可產卵且成功孵化,展現高度繁殖適應力;行為實驗無節幼體具有趨光性利於尋找食物;在交配行為中雄性體型明顯大於雌性,且交配成功率較高,對體型較小的雌性表現出偏好顯示明顯的性擇行為。此外交配中的個體在遭遇刺激時反應最穩定,但高強度震動會中斷交配,顯示其對環境擾動相當敏感。本研究填補了台灣原蚌蟲生活史與行為生態的研究空白,並呼籲重視其侷限棲地的保育需求,為這個台灣特有物種的保育與生態研究提供參考依據。

舊桌第二春-力學探討學生舊桌結構補強與置物空間優化設計

利用自然課程力學原理,進行廢棄舊桌進行結構補強,增加桌子放置物品空間,自製剪力實驗台檢測桌子補強後結構強度,自製振動模擬器檢測桌子搖動程度,實驗結果如下: (一)現在使用新式桌子有結構上的問題:榫接太小、前櫃板未與前柱榫接,形成前側結構強度 弱點,因此桌子容易搖動,大約80%要補強。 (二)將新式桌子設計瑕疵部分進行結構補後,左右方向傾角降低88.5%,前後向降低67.5%。補強後新式桌子桌比新式新桌搖動位移小,桌子結構補強後強度更高。 (三)置物空間增加2.14倍,快速安裝高度調整器降低,將12型桌子簡化到4型。 (四)製作一副桌椅碳足跡為21.69公斤CO2。延長使用年限,降低木材使用量,對於氣候變遷與環境有正面價值。

把你甩得遠遠的----垂直圓周運動之拋物距離探討

我們利用培林、塑膠棒、電磁鐵、Arduino光敏感應器,製作了一個單擺拋出鐵球的實驗裝置,進行垂直圓周運動的拋物實驗,我們發現單擺將物體拋出後,物體只受到垂直方向地球引力的影響,水平方向則不受外力的影響。擺長越長拋出鐵球的飛行距離越遠,而擺錘重量與鐵球重量,則不會影響。改成兩節式擺長,可以增加鐵球的飛行距離,當下節擺長越短時,鐵球也會飛得越遠,而鐵球最遠的飛行距離則是在擺角25°時拋出。

防跌守護,步步安心

隊員的外婆在台灣獨居,曾因跌倒而未能及時求救,引發家人擔憂,高齡化與獨居老人數量增加,導致安全照護挑戰,需改善意外求助系統。本研究目的是使用OpenCV和YOLO技術辨識人體動作,檢測跌倒情況及其影響發送郵件通知家人。本研究使用Pexels和Google收集圖片進行訓練,Roboflow工具加快標註過程。過程中整合偵測、影像擷取及郵件發送功能,設計時間間隔機制避免重複發送郵件。訓練結果顯示模型在辨識「躺下」動作上準確率高,對其他動作表現尚可,而系統運行時CPU負擔輕,確保穩定性與擴展性。本系統對人物重複辨識和跌倒檢測準確性有改進空間,考慮增加資料量及調整標註類別。未來計畫開發專用APP以提升訊息傳送功能,增強用戶體驗。

飛Woo hoo~鱰我最鮮—鬼頭刀天然鮮味粉

市售調味料多含人工添加物,長時間加熱可能產生有害物質。因此我們以純天然食材研發鮮味粉,提供更健康的調味選擇。近年來,臺灣東北角盛產的鬼頭刀因外銷需求減少而滯銷,故選用鬼頭刀為主要原料,結合在地農產與農業廢棄物(如三星蔥、鳳梨皮、茶葉渣、柑橘皮)開發多種風味,兼顧健康、美味與永續發展。為提升魚肉粉末的溶解量,運用鳳梨皮蛋白酶前處理,搭配濕式造粒方法,使溶解量提升至68.13%。此外,將廢棄魚骨製成烘烤脆麵,搭配鮮味粉食用,創造全魚利用在地化新商品。鮮味粉產品採玻璃瓶裝(80g/瓶),售價95元,經14天室溫儲存實驗品質穩定,經市場調查得知,鮮味粉整體喜好度與購買意願超過八成,而青蔥口味最獲青睞,證明具商品化潛力。