全國中小學科展

臺灣

再次抓住棉腆的WALL

全球暖化造成氣溫逐年升高,又造成熱島效應使內外溫度差不多,夏天時熱到受不了,冬天又不像冬天,長時間都需要開冷氣,這樣一來治根不治本,反而造成了更嚴重的地球暖化,再來就是牆壁使用年限快到期就會開始剝落,這些外牆不但不美觀,掉落的碎屑還有可能造成砸傷的意外,所以,我們決定拿這些要丟棄的棉花,二度利用,達到循環經濟成效,探討其隔熱及黏著力效果。

What would you do?——以捷運實地實驗探討旁觀者的助人行為

本研究透過實地實驗的方式,旨在針對旁觀者表現的助人行為作探討。研究者於台北捷運站分別扮演強勢者、弱勢者以及普通人的角色,並且讓強勢者表現違反社會常規的行為(欺凌弱勢者),從旁紀錄當以上三者分別需要幫助時,旁觀者表現的幫助比率,進一步分析其中的差異。實驗結果主要顯示以下三點: (一) 幫助率普遍皆低於50% (二) 對照組的普通人獲得的幫助率明顯高於另外兩者 (三) 強勢者獲得的幫助率高於弱勢者 由此推知在類似情況下,弱勢的形像反而會降低旁觀者的幫助意願。因此我們分別從事件本身、旁觀者本身、社會因素、服從權威現象等面向分析此結果,並佐以過去的相關實驗及文本資料,以期獲得現今大眾普遍表現的助人行為及背後的影響因素。

學習目標行為的機器學習系統──以獎勵回饋去蕪存菁修剪人工神經元

本研究利用回饋機制修剪人工神經元的方式,可在較短時間內達到較高的目標行為學習正確次數。這樣的系統設計源於生物行為的啟發,因為回饋機制能直接影響決策中樞的神經元,而非只是影響動作本身, 在達成目標學習上會更直接、快速。以傳統強化學習 (Reinforcement Learning)系統為例,本研究模擬結果顯示,若回饋機制影響動作本身,目標達成正確率只有 19.14%。而若獎勵回饋到神經元的修剪上,則相較強化學習提高超過 2 倍的正確率。甚至,隨機修剪神經元也可相較強化學習提高 1 倍的正確率。顯然地,本系統能確實提高正確次數並縮短目標達成時程。利用回饋機制修剪人工神經元,可為強化學習在目標學習上遇到的困境,提供一個新的思考方向,實務應用上,可彌補強化學習在學習行為上無法一般化的缺點。

長方體中切割正立方體之研究

我們這個作品是先由在長方形中切割出正方形的研究著手,先研究出在平面中,在一個邊長為任意正整數的長方形中,如何找到在其中切割出正方形,但正方形的邊長為最大,而且正方形的個數為最少的方法和規則。 緊接著,我們更進一步想研究這個問題在長方體中的研究:在長方體三邊長a、b、c(a、b、c均為正整數)中,如何在其中切割出正立方體,每次切割出邊長為最大的正立方體,而且正方體的個數為最少的方法和規則。 This study began with investigation of how to segment squares from a rectangle. We studied from a rectangle, with random positive integer sides, trying to figure out the methods and regulations to segments squares with the longest side length but the fewest number of squares within. Moreover, we took further step to examine a cuboid. We found out the methods and regulations to segment cubes with longest side length but fewest number of cubes from a cuboid with sides a, b, and c(a ,b ,c are positive integers).

流動蝶口-從澎湖再捕獲青斑蝶分析其冬季擴散的族群變化

研究以再捕獲青斑蝶進行族群大小推估,發現2018年澎湖西嶼西堡壘青斑蝶族群極大值在800~900隻之間,極大值日期11/7,與標放情形相符;澎湖青斑蝶族群大小受遷入與遷出影響,研究發現同一天標放的青斑蝶其再捕獲率隨日期降低,而同一天再捕獲率則以最接近日最高,顯示兩種可能:一是抵澎青斑蝶立即遷出,使越早標記的數量變少,另一則是青斑蝶的快速遷入,使族群迅速變大而沖淡原本標記的比率,綜觀2018年冬季澎湖青斑蝶族群變化,由原本遷入量>>遷出量而急速膨脹,11/7達到極大值,而後轉為遷入量<遷出量,族群在1、2週內迅速降低;若配合標放總數推估,西嶼西堡壘和湖西林投步道兩地同時間青斑蝶停留極大值約1000隻,而整個冬季的族群大小則約6000隻。

「柿」不可擋-柿子的抗氧化力之探討

柿子為新竹在地水果,富含豐富養分且含有許多具抗氧化功能的成分。我們想針對柿子的抗氧化力進行實驗,希望可以研究柿子不同部位及生、熟果的抗氧化力,找到萃取出抗氧化物質的最佳的條件,並試著分離出抗氧化效果較佳的物質進行更深入的研究探討。結果發現柿子6個部位(枝條、葉、生果肉、生果皮、熟果肉、熟果皮),分別以水、50%酒精、95%酒精萃取下,生果肉50%酒精萃取液最具抗氧化潛力,且在50-75℃處理下,耐熱至少2h;在100℃處理下,耐熱至少1h。利用管柱層析(矽膠60),分離出3管最具抗氧化效果的分離管,並由TLC結果可知,分離管內成分複雜,極性介於水及50%酒萃,其中應具多種抗氧化潛力之柿子生果肉萃取物。

蜂膠是自由基的剋星嗎?

蜂膠 (Propolis) 常作為健康食品,但目前科學文獻中均未提供充分證據證明食用蜂膠是否可保護人類細胞 DNA 免於氧化性損傷,故本專題目的是探討添加蜂膠是否能保護人類 HepG2 細胞免於 DNA 氧化性損傷。以細胞存活率分析 (MTT assay) 得知添加蜂膠可增加細胞存活率,並以細胞內活性氧物質之測定法 (intracellular reactive oxygen species, ROS) 得知蜂膠可降低 HepG2 細胞因 H2O2傷害所產生的 ROS 量。再以單細胞凝膠電泳實驗 (Single Cell Gel Electrophoresis assay, Comet assay) 發現蜂膠減緩 H2O2 對細胞所造成的雙股斷裂損傷;最後從同源重組活性測試 (Homologous Recombination Assay Kit, HR) 觀察到細胞單獨以蜂膠處理, HR活性未明顯增加。 因此,推測蜂膠可能對於 H2O2 所導致的氧化性 DNA 損傷具保護機制,但不具修復DNA損傷之作用,主要可能因蜂膠具抗氧化性而抑制肝臟內 cytochrome P450 酵素活性,因而無法產生 ROS 有關。

看得到,拿得到 ── 機械手臂與電腦視覺的結合

本研究使用自製的機械手臂並透過ROS與MoveIt實現機械手臂的路徑規劃,且給予機械手臂自身的視覺系統,並透過深度學習進行物體辨識並使用深度攝影機獲取物體的距離,使機械手臂能夠自行移動到目標物的位置並抓取物體。將電腦視覺、深度學習與機械手臂結合,機械手臂便可以達到自動化,而無須人為操作。本研究所開發的機械手臂系統為完全開源、價格低廉且軟體方面可套用於其他安裝ROS的系統中,十分適合與其他領域結合。而日後在更多自動化的系統上,如物流系統的自動揀貨、行動不方便的長者的輔助系統或是自動化垃圾分類等,使用本系統的電腦視覺、機器人系統,可以讓生活中一些需要人力的事情變得更快更方便。

「欲罷不能」桌遊機率之探討與延伸

欲罷不能是一款與機率性質相關的桌遊,結合骰子的進行來完成遊戲,我們藉由遊戲體驗去發現到欲罷不能的問題,並設計實驗來尋求問題的解答,一步一步發現欲罷不能的小秘密。 從研究一、二的探討中,找出原規則各式各樣的機率情形,發現到與7越有關係的機率越大,而與2或12越相近的機率越小。但也在研究三中發現雖然7的機率最高,但若加上遊戲本身設定的方格數來闖關,所有數字機率都差不多。我們也在研究四、五的部分,將遊戲做兩種延伸(加入乘除、骰子面數),增加遊戲樂趣,也調整遊戲的難易度。也在研究六時進行策略分析,依據情況擬出該前進該停手的策略。最後,運用上述研究資料,設計Scratch版的「欲罷不能」桌遊。

梅雨"鋒"了嗎?––梅雨季氣候特性之探討

本研究以宜蘭測站五六月之資料為分析對象,並輔以其他各測站之資料,以進行分析比對,研究分為兩大面向,一是各天氣要素與時間之關係,探討五六月氣候之統計上之特性及近年來之氣溫、降水變化趨勢。二是各天氣要素與滯留鋒位置之關係,探討滯留鋒帶來之溫壓變化及降水特色。 在經過研究討論後,有以下結論: 一、五六月為冬夏半年之過渡,且北臺灣以六月中旬為梅雨季及夏季之分界。 二、近年來有溫度提升的趨勢,然五六月之極端降水無顯著增加。 三、滯留鋒降水在不同測站間有集中或分散兩特性,與帶來降水之風向有關。 根據以上研究結論,研究者希冀能將此結果作為改善預報之參考,並對梅雨乃至五六月氣候特性做進一步之分析。