全國中小學科展

依國際科展年度查詢

臺灣

如何坐才能學得好

學校教室是一個學習環境,課桌椅是重要的物理元素。目前學校所採購的椅子皆以多數人來設計,因此無法量身訂作。然而學生每天在校有一半以上的時間都是坐在椅子時間進行學習,在實務環境考量下,只能就調整學生坐姿的面積與倚靠方式進行調整。為此,本研究將探究不同的坐姿(深度與高度)對於學習成效的影響。 本研究採用二因子使用者內實驗法設計(深度與高度)針對成年人進行短時間高專注的學習任務:短期記憶、數字計算與邏輯判斷以及使用眼動儀與腦波儀紀錄長時間閱讀分心程度。 實驗結果顯示:短時間高專注任務中,坐姿深度與坐姿依靠高度具有交互作用影響。整體來說,坐姿1/3深度與椅靠下背部高度都具有不錯的學習效果;其次,在長時間閱讀分析中,坐姿1/3深度或椅背無倚靠,其分心次數相對來得高。 根據研究結果建議學校或教育機構,短時間高專注學習任務,可以短暫要求學生坐姿深度較淺且無倚靠椅背,但長時間下來建議以坐姿2/3以上深度,高度為下背部以上較為合適。。其次,建議設計學校採購椅子時可以簡易改良移動式椅背或者請學生攜帶腰部靠枕調整座椅深度,對於教室課堂學習來說將有較佳的學習效果。

珍珠新「葛」命—「抗性」珍珠生成之道

抗性澱粉是難消化的澱粉,熱量極低且有益健康。本實驗以樹薯與葛鬱金粉做成珍珠,利用冷藏及加椰子油來增加抗性澱粉含量。冷藏會使珍珠變硬,因此也探討影響珍珠彈性的因素,嘗試維持其彈性,其中發現煮水回溫的回復效果較好。我們觀察到冷藏能使兩種珍珠的抗性澱粉含量有效提升,但加油較無成效,同時珍珠冷藏回溫後彈性不變且維持較高含量的抗性澱粉。而葛鬱金珍珠不論經過何種處理,抗性澱粉含量都比樹薯的高,因此葛鬱金可作為更健康的珍珠原料。但經口感盲測後發現葛鬱金珍珠的口感較差,而由葛鬱金與樹薯粉各半製成的混合珍珠口感較受喜愛,未來可依此方式製作,並以適度冷藏回溫提升抗性澱粉含量,使珍珠健康又美味。

塵土飛不飛-土磚對揚塵抑制之效力分析

抑制揚塵是一項重要環境議題,本實驗嘗試利用含不同比例(0%, 3%, 10% w/w)樹葉粉的紅土磚,探討其抑制揚塵之效果。由抑制揚塵實驗得知,三種土磚塊,均展現良好的抑制揚塵效果。三種磚塊的平均密度(g/cm3)依序為:1.78±0.091、1.88±0.081及1.63±0.065,而在流量4 L/min、20分鐘的沖刷試驗中,其沖刷前後平均重量變化比例依序為:-25.30%、-2.79%及-0.64%。由各式土磚分析可知,含10%樹葉粉的紅土磚對雨水沖刷具有相對較好的抗性;此結果在植草試驗中,亦得到進一步驗證,可供後續實務施作參考。

「換位」思考—交換座位問題方法數探討

我的研究是在m×n層的教室座位圖,每位同學只能朝前後左右移動一格的情形下,有幾種交換座位的方法數探討。我利用圖形分析方式,得出以下四個主要結論:(1)座位圖為奇數時就無法進行交換座位,某些座位圖為偶數時亦無法進行交換座位。(2)透過樹狀圖分析發現2×n交換座位的方法數為費氏數列的完全平方數。(3)利用木棒擺放的圖形方式來解釋交換座位的情形,進而推導出交換座位方法數為兩兩互換座位方法數的完全平方數。(4)找到了2×n、3×n、4×n交換座位方法數的遞迴關係及規律和2×2×2之立體圖形的交換座位方法數。

探討紅綠色盲族群對不同顏色赫曼方格的視錯覺現象

延續2020年視錯覺研究,我們想要探討視覺神經細胞接受不同亮度對立顏色刺激後是否會有不同活化程度,影響視錯覺?另外也想探討不同對立配色的赫曼方格中線條寬度的閾值是否有差異?我們設計網頁版程式,改變赫曼方格線條顏色的亮度和寬度,以正常受試者為對照組,色盲受試者為實驗組,探討視錐細胞的變異是否影響視錯覺的產生。我們以顏色拮抗理論定義對立配色的赫曼方格,以標準化情境進行實驗。在線條亮度的結果中,黑白配色的赫曼方格圖案中線條與方格對比度越大,視錯覺產生的效果越明顯。兩群受試者在綠紅、紅綠、藍黃這三組配色,線條亮度範圍呈現兩極化的趨勢,可能原因為色盲因錐狀細胞變異,需要較高亮度的對比顏色刺激才容易讓神經細胞有活化程度上的差異,造成視錯覺出現。在改變線條寬度的結果中,發現藍黃的赫曼方格閾值與明顯值最大,黑白次之,綠紅最小,可能與細胞感受野大小有關,且線條寬度超過感受野的閾值,視錯覺就無法產生。兩群受試者的線條寬度閾值差異,可能與色錐細胞變異有關。綜合以上結果,顯示視網膜色錐細胞與神經節細胞的作用,對視錯覺形成扮演一定角色。在消費行為問卷結果中,我們發現格子衣服若是顏色對比度大、線條較細的圖案設計,消費者的滿意程度較低,這原因可能與視錯覺產生影響衣服視覺效果。

不是魔法!用紙中「膜」法創造風華絕「袋」— 以海藻酸鈉薄膜混合自製環保袋

海藻酸鈉水溶液和乳酸鈣水溶液混合後可形成具有韌性的膜狀物質,本研究嘗試利用此特性來製成可分解的類塑膠。首先我們嘗試於薄膜添加其他物質來加強其載重、耐受性,發現到若是在海藻酸鈉溶液中混入紙漿,即能有效增加其載重能力。而後檢核自製薄膜若是承裝不同物質時是否影響其性質,本研究發現鹼性物質會造成自製薄膜結構弱化,以致載重能力變差;溫度對於薄膜載重能力無顯著影響;而接觸油脂類物品,隨著接觸的油量越多薄膜亦呈現弱化的趨勢。考量到此薄膜要能自動分解,我們最終探討薄膜在土壤中的分解速度以及不同環境下的分解速度,相較於塑膠袋,自製薄膜在埋入土壤5天後多能看見部分結構分解情形,且若環境趨向鹼性,分解效率將會越佳。

腎結石的離子化合物們

本研究主要研究人類尿液中,腎結石中的奈米細菌(nanobacteria)是礦物結晶或細菌成長作用,使用自製分光光度計,以OD值的差異劃分,結果顯示奈米細菌呈現礦物結晶特徵,成分分析亦證為磷酸鈣。之後研發腎結石抑制劑時,使用自製人工尿液,以磷酸鈣Ca3(PO4)2、草酸鈣CaC2O4和尿酸(C5H4N4O3)為主體,分別測試維他命C、(•OH)、模擬管壁發炎、模擬尿液pH值變化,並觀察其結晶型態變化,結果發現模擬管壁發炎OD值最高1.4,尿液pH值5時OD值 1.3次之。推斷腎結石主因與管壁發炎最密切,其次是pH值變化,偏酸與過鹼皆易產生結晶。最後以自製的結石抑制劑比較傳統C6H5K3O7(檸檬酸鉀) 抑制劑,本研究抑制劑OD值呈現較佳抑制效果。

「蛋」然處之~探討以黃豆餅蛋白與小花蔓澤蘭製成複合材料修飾牆面裂縫之可行性

本島地震頻繁,校園建築物常因地震後會有裂紋,雖無安全之虞,但實在不美觀,我們就想可以自己來動手修補嗎?本組自製複合材料,取自榨取沙拉油後的廢棄黃豆餅,以加酸變性測試,發現在pH3以及100℃下,得到最多的變性蛋白質,另用影響生態的外來種植物小花蔓澤蘭,其莖部作為複合材料的纖維;本組發現,將莖部纖維製成粉末,以60 mesh過篩,含20%纖維的複合材料,有最大的拉力,含20%粉末纖維的複合材料作為填縫劑使用,其拉力測試為市售批土的5倍;本材質無須加熱即可以使用,多為廢物利用,自然分解容易,成本極低,各種組合材料可適用各類用途,沒有塑膠微粒與有毒化學品的問題,為綠色環保盡一點心力,值得大力推廣。

原鄉蜻蜓夢 —時間停留術

實驗構想來自部落耆老童年玩具,從製作竹蜻蜓與發射系統,過程中嘗試解決許多實作上的問題,最後用手電鑽帶動漁網線,透過線和竹蜻蜓尾桿的摩擦力讓它本身旋轉。在它旋轉時打擊空氣分子產生康達效應,因失去能量而產生升力,當升力比它的重力加空氣阻力大時,它會慢慢脫離發射台,最終目標讓竹蜻蜓停留在空中時間最長。實驗中設計不同對葉片竹蜻蜓在尾桿纏繞線不同圈數下,觀察它停留在空中的時間,最後結果發現在穩定條件下,因為二對葉片具有比一對葉片大的升力,且比三對葉片輕之特性,所以二對葉片停留空中時間最長。此次研究不僅能讓實作加入物理基本原理,更能探究實務與理論上差別,且融入到原住民文化課程中,從中思辨出文化與科學的智慧。

剛性三角形的進一步探討

本文企圖將公認的剛性△區分為軟和硬△,軟硬△定義如下:「若給定△的每一內角都不存在比分角線能多切一點點的塞瓦線,則此△被稱為硬△,否則為軟△。」文中推出兩項主要結論,(一) 若等腰△的頂角角度在36度及771/7度之間則為硬△,否則為軟△。(二) 一般△(非等腰△)三內角角度若都在45度及75度之間則為硬△,否則為軟△。明顯看得出來,任何鈍角及直角△都是軟△,只有部分銳角△才有機會是硬△。文章最艱難的部分是在18種擺放方式中,將僅存的七種成功擺放方式的臨界點都找出來,藉著臨界點的位置條件將∠B最大及最小範圍和∠A角度的關係式導出,作為可否多切一點點的依據,∠B的最大值和最小值曲線兩者之間空隙表示在定值∠A下,∠B取角的容許範圍,其越大越容易舉例。在七個可成功塞入的臨界點擺放圖的尺規作圖中,有幾個非常困難,文中利用圓錐曲線幫忙定位,簡化作圖難度。