全國中小學科展

臺灣

風風退散—校園菜宅擋風模型設計研究

先民為了保護心愛的農作物,不被冬季強勁且挾帶海水飛沫的東北季風所迫害,「菜宅」這樣的建築因應而生。而究竟怎樣的菜宅樣式與尺寸,有著最佳的擋風效果?風被菜宅的阻擋後,風向又是如何的變化? 透過製作風向觀測工具、菜宅模型,我們測量看不見的空氣並透過討論繪製模型。當風遭遇牆面阻擋後會改變風的流動方向,在阻擋牆後方形成無風區及逆風區,並在離阻擋牆較遠的地方重新匯流。阻擋牆的高度越高,無風區及逆風區的區域就會較大。 據本實驗結果,各種菜宅擋風效果為:目字型>長方形>ㄇ字型>單牆型。而學校菜園的用圍網及南洋杉的防風設施,雖然是透氣材質,但亦能有效達成防風效果。

鈦藻膜—環保光催化材料結合微生物燃料電池之效能探討

我們從聯合國永續發展項目SDGs中,選擇與台灣密切相關的第14項“保育海洋生態”作為我們的研究主題。為了解決原油洩漏造成的污染,我們結合課本提到過的光催化技術,自行研製出了奈米級二氧化鈦-海藻酸鈉小球(以下簡稱鈦藻球),並結合MFC微生物燃料電池技術,企圖解決此問題。本實驗我們選了可自然分解的海藻酸鈉凝膠,替代文獻中塑膠海綿作為光催化載體材料,使裝置的光催化部分完全對環境沒有危害。分解的過程中先利用TiO2的光催化特性,將高分子有機污染物高效分解成小分子有機物,再由MFC微生物燃料電池分解成無害的生物代謝產物,整個過程將相比起現行的處理方式,更加環保,並在過程中產生能源 ,達到永續目的。

探討電場淨化水質的效果及利用超音波輔助電場淨化之可行性

本實驗是利用電場可吸附水中帶電粒子,以及超音波可將物質震碎的特性,將兩者的效果結合起來,探討是否有助於水質的淨化。實驗結果發現,雖然超音波在開始時 確實可以使導電度上升,但與電場一起作用24小後,會比單純使用電場的效果差,因此判斷以超音波輔助或加速水質進化的功效是有限的。此外,經過氨氮測試後發現,電場能有效降低水中氨氮的量,而過高的氨氮是造成池水優養化的主要原兇,而一般水族業者或玩家也都希望養殖缸中的氨氮越少越好,而實驗結果證實可利用電場降低水中氨氮量,繼而達到阻止優養化發生的作法是可行的。

千錘百鍊—阿拉伯芥熱鍛鍊次數之研究

全球暖化對生物構成重大威脅,生物熱適應成為關鍵課題。本研究探討阿拉伯芥的制約學習及不同熱鍛鍊方式對短期後天耐熱性(SAT)與長期後天耐熱性(LAT)的影響。結果發現阿拉伯芥在經過200Hz聲音與熱鍛鍊聯結的訓練後,未顯示制約學習;多次間歇熱鍛鍊對SAT有顯著的累加效果,而LAT的提升則是持續熱鍛鍊較有效;藉由數學建模分析,增加熱鍛鍊次數、持續時數,SAT、LAT的耐熱能力會遞增但增益效應卻遞減,可依據建模因應不同需求來調整熱適應策略;分子機制上,SAT的增益效應可能與sHSP17.6有關,LAT則與HSP101及 HSA32有關,顯示不同熱鍛鍊方式可透過不同機制來調控耐熱蛋白的表現與衰減。這些成果深化我們對植物熱適應的理解,還為應對不同熱逆境提供具體精準的策略。

以校園望遠鏡觀測NGC7092星團外圍天區

M39又名NGC7092,是個位於天鵝座方向的疏散星團。本研究選定M39外圍的區域進行觀測,配合分析Gaia DR3在M39天區經過初步篩選的資料,大致符合Gaia DR2資料庫中明確標示的成員星。本作品的觀測資料中,多數星點座落在Gaia資料繪出的CMD圖主序帶中,可以推論本作品觀測的外圍天區還是有不少M39成員星。本次研究觀測到一顆食雙星變星,雖然在CMD圖所座落的位置接近星團主序帶,但在本校的觀測資料在無法得知恆星的自行運動與視差的條件下,要確認這顆變星是否為成員星,只能搭配資料庫的資料進行深度分析,經確認這顆變星應該就是M39星團的成員星。

「銅」「鋅」協力—指向型電鍍的研究

本研究旨在開發一種指向型電鍍技術,通過自製電鍍實驗裝置,並使用OpenCV和Python製作自動監控裝置進行電鍍時的影像處理,分析鍍層的顏色變化,從而準確測量鋅鍍層的厚度與擴散程度,提升電鍍精確度並減少資源浪費。研究中探索了不同電壓、濃度、電極來回移動頻率與鋅離子擴散抑制劑對鍍鋅時鋅擴散程度的影響。結果顯示,較低的電壓、濃度、電極移動頻率與加入擴散抑制劑能有效控制鍍層擴散,實現更集中的電鍍效果。

探索校園中有助於植物抵抗逆境之菌株

本研究旨在校園植物上篩選出使植物對抗逆境具有潛力的菌株。首先,將校園植物葉圈與維管束內部分離出的細菌進行生理生化分析及篩選後,分離出三株對植物生長無不良影響之 Priestia megaterium菌株。實驗結果顯示,P.megaterium能共生於番茄苗中,將番茄幼苗處理P.megaterium菌株兩週後,能協助番茄植株抵抗土壤鹽化而存活,或是當土壤環境有油污污染時亦能使植物維持生長,因此具有幫助植物抵抗不良逆境之潛力。未來則希望能更進一步 探討P.megaterium與植物間如何相互作用而抵抗逆境。

「電」有所流,「磁」有所場,「水」有所動

透過右手開掌定則與磁流體動力學,我們得知當我們在電解水中施加磁場可以使水流動。基於這一點,我們探討了電流對水流流速的影響,並假設勞倫茲力公式吻合此實驗,即電流與流速會呈正比關係。 實驗結果證實了我們的假設,當電流增強時,水流的速度也會隨之增加。隨後我們開始探討電極片間距離及磁場是否也會對流速產生影響,最後實驗結果顯示流速與電極片距離會成負相關,與磁場強度呈正相關。這些研究成果讓我們對磁流體推進學的應用有了更加深入的了解,並希望能藉由這種方式為未來海上交通方式增添新的可能。

血流限制訓練在周邊神經損傷後肌肉萎縮復健中的應用:專家判讀與人工智慧量化病理分析的對比研究

本研究旨在探討血流限制法結合游泳訓練對於坐骨神經夾擠損傷後延緩大鼠肌肉萎縮的療效,並比較AI判讀技術與傳統人工判讀在肌肉細胞大小測量上的差異,分析兩者間的相關性與精確度。研究採用兩種方法量化肌肉細胞大小:(1)專家病理判讀:由專業人員進行傳統的顯微鏡下肌肉細胞大小測量。(2)人工智慧(artificial intelligence AI 醫學影像實例分割技術(instance segmentation):利用AI演算法自動識別並計算肌肉細胞的大小。期望藉由提供科學證據,支持血流限制結合游泳訓練在延緩神經損傷後肌肉萎縮方面的應用。同時,引入AI醫學影像實例分割技術,提高肌肉細胞大小測量的效率與客觀性,分析AI醫學影像分析技術在肌肉組織病理研究中的有效性,可為未來病理切片分析的參考模式。

榔螂上口-探討檳榔汁液對四種蜚蠊目昆蟲在行為表現上的影響

本次實驗分為兩個階段,第一階段以四種蜚蠊目的昆蟲作為實驗對象,給予不同濃度檳榔萃取液做成的餅乾進行餵食,實驗結果發現,餵食未經濾紙過濾及稀釋的萃取液餅乾對蟑螂的行動力會造成較大的影響,使蟑螂的行動變遲緩,而經過濾或稀釋後就沒有效果了。第二階段實驗以杜比亞蟑螂為對象,進行加重投餵劑量,並記錄其觸角擺動頻率和週期。實驗結果發現,蟑螂攝取檳榔萃取液濃度越高,行動力會 趨向遲緩,觸角的擺動幅度變小,擺動頻率升高。推測檳榔中的成分雖然會刺激蟑螂產生較為激動的反應,但對蟑螂的行動力卻會有降低的效果。