全國中小學科展

臺灣

「形」「音」不離對稱剪紙

生活中的聲音隨處可「聽」,聲音來自於振動,因此我們拆解音響喇叭設計實驗,首先自製不同喇叭震源設備之圖形模擬器,再搭配不同材質、厚度和複合材質的板子與不同頻率的輸入,觀察其圖形變化。 實驗發現: 一、以共振喇叭設備在固定時所形成的節線較為完整且清晰,產生圖形的頻率範圍較廣。 二、不同材質的板子密度(重量)不同,導致在高頻時,出現相似圖形的頻率差異較大。 三、單一紅銅板或複合材質的板子密度(重量)相近,出現相似圖形的頻率無明顯差異。 四、特定頻率下的幾何圖形,當頻率越高,出現的圖形越複雜,皆有對稱性,讓我們聯想到 『中國的剪紙藝術』,我們試著把「看見」的聲音形狀用色紙剪出其對稱圖形。

可撓式高分子光電材料的研製與應用

當軟性穿戴裝置成為趨勢,可撓式光電材料極需被開發。聚矽氧烷(PDMS)是常見的高分子軟材料,其合成簡單,也是目前廣泛研發應用於功能性透明薄膜的材料,但其本質不具導電性。文獻查詢得知利用銀膠與PDMS之混合物及矽基板,配合旋轉塗佈可開發出銀–聚矽氧烷新材料,並可開發出I-V線性、非線性之電學及感光元件,然而發現其成品再現性較低,且使用硬性矽基板,大大限制了可撓性光電材料的應用性。本研究著重軟性材料作為基板的製程研發,並比較可撓式元件產品的電學性質,使用的高分子基板包括各種市售薄膜。其中當Ag-PDMS質量比為1.4:1.0,以軟性PET膜片可呈現最佳結果,可呈現I-V線性電學元件的材料特性,其電學特性與文獻使用之矽基板一樣好。使用軟性PET膜片(1.5 cm*1.0 cm)為基板製程條件中(Ag-PDMS/PET),可撓式的Ag-PDMS/PET的電學特性不會受到旋轉塗佈轉速影響,而是受到施加電壓的影響。重複文獻的硬性矽基板條件(Ag-PDMS/Si),施加電壓在40V之前,電阻值為才能使硬性Ag-PDMS/Si成為I-V非線性之電學元件,但是本研究開發的軟性Ag-PDMS/PET要表現出I-V非線性電性的施加電壓需求,只要5V就輕易達成,成為極佳的節能電子元件。文獻中的硬性Ag-PDMS/Si具有光電特性,本研究之軟性Ag-PDMS/PET的光電特性的研究仍在進行,期能找到最佳條件。本研究亦正進行以鎳取代銀,以降低成本,期能未來朝穿戴式醫療裝置的提供製程簡單的可撓式高功能的節能材料。

彭羅斯瓷磚之強制匹配費氏拼法及元件數量計算

本研究從彭羅斯瓷磚出發,將飛鏢與風箏沿對稱軸切出角度分別為108˚、36˚、36˚及 36˚、72˚、72˚的等腰三角形,將兩者的短邊設為1分別定義為 A、B元件。拿數量不等的兩種元件拼成與原本元件相似的三角形得出所有腰邊長為𝑥+𝑦𝜑的相似A元件,以及所有腰邊長為𝑥+𝑦𝜑(𝑥≠𝑦+1)的相似B元件,都有辦法利用A、B元件拼貼出來,其中𝑥、𝑦為正整數。 本研究訂定「強制匹配費氏拼法」來拼貼相似A、B元件從而建構出非週期性鑲嵌彭羅斯瓷磚。使用的拼法為後一個圖形是前兩個圖形的組合,且過程中因需符合強制匹配弧線,在拼貼相似B元件時,需將前一個圖形翻轉後再經旋轉將兩個圖形組合。本研究找出拼湊結合時,產生飛鏢與風箏數量的規律推算出總數量的遞迴關係式。

金門高中學生選擇班群決定因素之研究

經過文獻探討、訪談及因素分析 等研究過程 ,我們將學生選擇班群的決定因素定義了「學考科能力」、「興趣特質」、「未來進路 」、「家庭師長朋友」、「學校課程安排」等五個主要決定因素,其中尤以興趣特質」因素普遍受到大家的重視。 我們根據以上五大因素,作為第一層級因素,設計了AHP問卷,填答者通過填寫問卷,來審思他們對於不同因素的重視程度,並基於這些因素來衡量選讀的班群(第二層級因素)。我們將AHP問卷分析結果,與填答者所就讀班群進行比對,發現所得的優勢班群與填答者所就讀的班群相符合,確認了本AHP的兩層級設計,來決定選讀班群是合理實用,其結果參考價值極高。

生成式AI與人類互動情緒之研究

本研究深入探討生成式AI在國語文課文中在情感分析與模擬方面的潛力。透過生成式AI技術,對多篇代表性課文進行情緒分析,並設計問卷收集師生的真實感受,結果生成式AI能準確捕捉和模擬文本中的情感,與師生實際情感反應極度相似。研究的獨特貢獻在於創新地將生成式AI與教育心理學結合,開發出一套量化的情緒指標評估系統,提升語文教育中的情感理解深度,並輔助教師設計更具情感共鳴的教學材料。此外,生成式AI在心理健康輔導亦展現潛力,幫助識別和管理學生的情感狀況,提供有效的情緒評估方式。本研究不僅對國文教育的情感分析精度具有重要意義,還為跨學科的AI應用研究提供新的理論和實證支持,為生成式AI在教育和心理輔導提供廣泛應用的前景。

AI消防閃燃偵測輔助系統

本研究針對近10年來超過30名消防員在救火時殉職,分別開發現場閃燃偵測模組和事前預防模組,前者能在消防員架設熱顯像儀之前,先將探測球丟入火場中,探測球利用ESP32並透過MQTT向樹莓派發送感測數值,並送至SQLite資料庫進行處理,再行計算閃燃發生的可能性,指揮官根據結果再決定是否靠近或暫緩;遙控履帶車則進行相同操作,除了更精確定位偵測外,並搭配鏡頭增加起火點、煙霧偵測功能,這些資訊能輔助指揮官做出正確決策,降低消防員的傷亡。 事前預防模組為巡查並偵測火災發生機率,可用在工業區等環境,先做好道路循跡模型與火災辨識模型後,在車上安裝各式氣體感測器搭配鏡頭辨識,根據回傳的數值做運算,可判斷火災發生的可能性並做及時處置。

陸蟹回娘家-棲地環境、堤岸設施對陸蟹分布與路殺現象的影響

112年5月10日至113年6月5日,於淡水河口至忠孝橋潮上帶發現T3、T4級陸蟹共4科(18種),主要分布於社子島以下的挖仔尾、竹圍紅樹林自然保留區。 陸蟹愛棲息平坦自然土堤,堤岸設施會截斷其棲地與通路。水泥河堤減少蟹種50.0%、平均蟹洞密度4.89%、辛普森生物多樣性23.5%、夏農(H)26.2%、均勻度(E)33.6%;亂石堆砌河堤減少蟹種33.3%、平均蟹洞密度27.7%、辛普森生物多樣性27.7%、夏農(H)44.06%、均勻度(E)33.6%。人工堤岸設施減少蟹種50.0%、蟹洞密度85.1%、夏農(H)26.3%。 路殺主因是堤岸道路設在陸蟹棲地範圍,雨後與海降時,其會大量穿越道路,易被車輛、漁網等人為因素路殺。階梯式河堤可降低棲地障礙,使平均蟹洞密度增加46.0%,建議將道路與陸蟹活動路徑立體化以降低路殺。

同居槍手—東北角潮間帶無刺槍蝦Alpheus lobidens之生態、配對與領域行為探討

無刺槍蝦(Alpheus lobidens)是東北角礁岩潮間帶常見的一種槍蝦,母槍蝦小螯呈現”剪刀狀”,公槍蝦的則較像是縮小版的大螯,雖有明顯大螯可打出空氣砲驅離入侵者,但其實極為敏感、膽怯,多數時間都是躲在巢穴內,因此對於巢穴極為依賴,透過”沿著石頭邊緣移動”的方式找到適合洞穴,並不斷經營它,使巢穴更適合自己。在防禦上,並沒有依賴蝦虎魚提供警示的行為出現,主要還是以縮進巢穴為主,而空氣砲也在防禦上有一定效用,當不明物體逼近時,退回巢穴的同時,有可能打出空氣砲,但其實空氣砲最大的效用出現在領域行為上,當毛刷在洞口微微晃動時,超過70%的機率牠們會出來用空氣砲驅離,在同種類同性別上,打出空氣砲驅離對方的機率甚至可以超過九成。

新型散熱模組浸沒式水冷之應用

科技不斷進步對 CPU 等電子設備有更高效的需求,而高效的運算也提高用電量及散熱的需要,這促使我們尋找增強熱通量和熱傳遞的方法。透過惰性介電流體直接對電子部件進行液體冷卻,已成為複雜電子系統中熱傳遞的解決方案之一。 浸沒式冷卻是將電子元件浸入介電流體中,透過介電流體的池沸騰和相變化將熱帶走,而介電流體由冷水循環冷凝回原系統。本研究旨在透過設計仿浸沒式水冷的機台,來探討它如何影響電子元件。加熱站模型是用電腦輔助設計軟體(Creo, AutoCAD)進行圖面設計,然後進行CNC加工製作而成,本文記錄測量效率的值並繪製圖表,以討論傳熱的速率。

探討神經細胞特異性磷酸化PaxillinS119的進核機制與其對 RNA剪接的調控

神經細胞成熟的過程中可分成數個階段,每個階段間的轉換都伴隨著蛋白質的種類,RNA異構體、細胞結構與功能等全面性的轉變。但控制神經細胞在確切的時序下成熟的分子機制尚待研究。本研究發現 Paxillin 的新功能:當腦神經細胞在活體外培養至第七天時, Paxillin 的位點 Serine119 會被磷酸化 (p-PaxillinS119),並從細胞質轉位進入至細胞核。我們使用 N2a 細胞以神經分化的模式來探討 p-PaxillinS119 進核的分子機制與功能,發現 p-PaxillinS119 進入細胞核需要位點 Serine119 被磷酸化,且分析後確認 Paxillin 的 LIM 結構域中帶有 PY-NLS 序列,分別為 P516/Y517 及 P575/Y576。我們發現 Paxillin 藉由轉運蛋白 Importin β2 辨識其 PY-NLS序列,進行蛋白間的交互作用後進入細胞核中。從螢光影像的分析,我們觀察到神經細胞的 p-PaxillinS119 在細胞核中會呈現顆粒狀,並與 RNA 剪接因子 P-SR 共定位在核斑點上。經由免疫共沉澱與細胞轉染的方式,我們證實位點 Serine119 突變,會影響 Paxillin 與 RNA 剪接因子的交互作用,及降低細胞分化與 RNA 剪接的程度。