全國中小學科展

臺灣

貓鼠終極戰

在這次的研究中,我們在書上看到了一個問題,是一道有關於在棋盤上,貓和老鼠不能看到對方的問題。我們先研究這個題目中棋盤大小、貓和老鼠數量的規律,我們從1×1一路研究到了8×8,並且試著找出在不同棋盤大小的遊戲中,要有幾隻貓才能讓老鼠的平均數量接近2隻,之後我們將 題目設計成對戰的遊戲。 我們首先設計了一個棋盤大小是6×6的桌上型遊戲,並且修改過幾次規則。後來學習了程式設計,把遊戲改到電腦裡遊玩,我們使用scratch寫程式來製作遊戲,並且把原本6×6的棋盤擴大改成了8×8的棋盤。我們在試玩的過程中,又再次把一些不公平的遊戲規則修改了一下,最後我們和同學一起試玩遊戲,製作出了屬於我們的「貓鼠終極戰」。

方圓之間〜探索圓形盤上的連線棋

本研究針對在圓形棋盤上玩三子連線棋進行探討,發現棋盤必須平分成偶數等分,且最少要八等分才能進行遊戲。當在八等分單圈圓形棋盤上玩三子連線棋,玩家選擇雙活路型、包圍型、遠水型等3種布棋策略,可以贏棋。 根據樹狀圖的路徑分析,發現最快只要進行三回合,玩家就能分出勝負。整體來說,八等分單圈圓形棋盤三子連線棋遊戲對先手較有利;第1步先手要選擇不往圓心、改往旁邊移動,才是對先手較有利的贏棋方式,這和玩井字棋時要先佔據中央交叉位置的策略不同。 當更動棋子最初的擺放位置、增加平分單圈圓形棋盤的等分數、更改棋盤為雙圓圈形式都會增加遊戲的變化性,值得日後進一步探討。

無線你的無限--無線電力傳輸效能的改善

無線傳電是非常新穎的創舉,但卻沒有人用簡單且便宜的方法來改善傳輸效率不佳的問題。在主線圈加入軟鐵後,輸入和輸出的功率比從52%增加到70%,大大減少無線傳輸能量損耗,且若次線圈再加入諧振線圈,則功率比可從52%再增加到80%,這是一個重大發現。在主線圈加入軟鐵實際無線充電之效果是:充電到10mAh時間從9分32秒縮短到5分23秒,減少3分51秒,效率提升40%。在次線圈加入諧振電路對實際無線充電之效果是:大大提升次線圈原本輸出功率約3.8倍,且主線圈加入軟鐵後,充電時間又再縮短20%。由實驗最佳數據,本組設計了無電池風扇並結合3d列印及雷射切割技術,使研究結果商品化,只需插上電源就可以使用。

探討Dexlansoprazole的副作用-可作為ITE、芳香烴受體和糖皮質激素受體的內分泌干擾劑

我們將探討dexlansoprazole的副作用,是否會調節AhR和GR的活性。AhR和GR是細胞質內受體,在被其配體活化後,移轉入細胞核中,AhR和GR作為轉錄因子 (transcription factor),與芳香烴反應元件(arylhydrocarbon response element, AHRE) 和糖皮質激素受體反應元件 (glucocorticoid receptor response element, GRE) 結合。CYP1A1和FKBP5分別是受AhR和GR調控表現的基因。我們的研究顯示dexlansoprazole促進AhR和GR活性,從而分別促進CYP1A1和FKBP5的mRNA和蛋白質表現。此外,dexlansoprazole誘導AhR和GR移轉入細胞核。據此,我們的研究顯示dexlansoprazole是一種AhR和GR的促進劑。由於其活化AhR的效力低於內源性配體ITE,我們數據顯示dexlansoprazole抑制了ITE和人工合成的AhR 配體 (β-NF)誘導人類細胞中CYP1A1的表現,這顯示dexlansoprazole可能降低ITE作用於AhR的生理功能。

利用粒線體UQCRC1基因缺失之巴金森氏症果蠅模式探討細胞自噬作用對於神經系統退化之影響

巴金森氏症是最常見的神經退化性疾病之一,目前尚無根治之法。研究已知,粒線體如果出現問題,會加速神經細胞退化。細胞自噬作用可協助清除功能不佳的粒線體,以維持神經細胞運作。電子傳遞鏈第三複合體核心中的UQCRC1 (Ubiquinol-Cytochrome C Reductase Core Protein 1) 基因點突變會導致巴金森氏症。然而,細胞自噬作用對於UQCRC1引起神經退化影響的仍不清楚。本研究中,在果蠅神經系統以RNA干擾方式降低UQCRC1表現量,建立巴金森氏症模式;而後利用不同藥物分別抑制或促進細胞自噬作用,觀察果蠅爬行能力;同時,利用MARCM遺傳工具,使果蠅組織細胞分為UQCRC1缺失和正常細胞兩群,觀察細胞自噬相關的蛋白表現量在兩群細胞間的差異。研究結果顯示細胞自噬對UQCRC1參與的粒線體功能缺損的神經退化有代償作用。

無所遁形–利用色相分析找出內部有黑點的茭白筍

茭白筍又稱美人腿,農友選種、育苗和田間管理,種出白皙、嫩長、有甜味的產品,但有時會長出內部有黑點、口感不佳的花心筍;內部有黑點的,不容易從外表判斷出來,需要切開筍體做檢查,這種破壞性檢查造成損耗,會降低農作收穫量。本實驗以手機色相分析應用軟體(Color Analyzer),檢測剝殼茭白筍外皮,發現當綠殼茭白筍R值<160、G值<165、B值<110,或是紅殼茭白筍R<180、G<180、B<140時,內部有黑點,且有7成正確率;當帶殼茭白筍的R值≧210、G值≧200、B值≧130時,是最佳採收時機。此實驗證明了:使用色相分析軟體為可行的檢驗方式,是簡便、環保、不具破壞性又低成本的,可以幫助農友及時採收並檢查內部是否有黑點,以提高農產品的經濟價值。

神乎其鏡~水晶寶寶手機顯微鏡探究

手機已成為現代人不可或缺的科技產品之一,本研究主旨在讓所有中小學的師生能夠在不必進入實驗室的情況下,隨手擁有屬於自己的顯微鏡落實科學教育。從凸透鏡的光學原理開始逐步深入探討,拆卸雷射筆、自行燒製玻璃透鏡,最後使用聚丙烯酸鈉(水晶寶寶)圓珠做為鏡頭,並且深入研究水晶寶寶的含水量、耐壓程度與透光度,然而利用手機顯微鏡拍攝時最大的困擾是手部震動,為解決此問題我們搭配自製觀測台,通過不斷的測試、改進和調整,研發出了電子液壓式觀測台。此外我們還利用偏光片的折射原理,自製了與傳統不同的光圈調節裝置,最終我們結合了3D列印和雷射切割技術,成功研發出構造簡單、價格便宜、攜帶方便且易於操作的手機顯微鏡組。

輪迴轉勢

一般會認為,螺絲從斜面上側著釋放後只會直線下滑。然而螺絲的頂端與螺桿有半徑大小之區別,故應該會有別於一般輪軸的運動情形。於是我們以一般的螺絲進行實驗,發現螺絲在斜面上下滑情形大致分為兩類:擺動且不下滑、邊擺動且邊下滑。為了討論螺絲在各種起始條件下的運動情形,我們將螺絲改成3D列印雙輪組,分別操縱雙輪組的大小輪半徑比、軸距、初始角度、總質量、及斜面傾角等變因。我們發現雙輪組的運動情形可以分成三類,第一類為:不下滑且擺角愈來愈小;第二類為:下滑且擺角愈來愈大;第三類為:下滑且擺角愈來愈小。而第一、三類的雙輪組為一阻尼振盪運動;第二類的雙輪組為一反阻尼振盪運動。甚至有些雙輪組會發生有趣的反轉現象。

對應編號入坐的圓桌錯位問題之研究

會議室圓桌上有𝑛個座位,順時針依序放有號碼1、2、3、⋯、𝑛,共𝑛張名牌。參加這場議會的人都有自己的編號,依序為1、2、3、⋯、𝑛,假設編號1的人一定先進入並坐到號碼2的位子,剩下的人則為亂序進入,先找到自己名牌的位子,如果自己的位子是空的,就直接坐下,如果位子被佔了,則順時針或逆時針找最近的空位入坐,若順時針與逆時針最近的空位距離相等,則順時針入坐(例如編號2到達時,發現自己的位子被坐,順時針距離最近的空位是號碼3,逆時針距離最近的位子是號碼1,則編號2坐到號碼3)。等到前一個人坐下後,下一個人再進入會議室。 依此規則,探討其坐法循環規律、坐法分布、坐法總數,並找出有幾種入座順序對應相同的坐法,以及坐錯位子人數的期望值。

機率的陷阱——伯特蘭悖論

1889年,約瑟.伯特蘭(Joseph Bertrand)展示了以下問題:「圓內隨機一弦大於圓內接正三角形邊長機率為何?」並提出三種解法,而每一種解法都分別得到不同的答案。我們發現其他正多邊形也有類似情況,歸納出其中的規律,並且將伯特蘭的解法推廣為第四種,這種解法可以在範圍內任意產生無限多種機率。接著推廣到立體空間中探討,也同樣發生悖論,這些不一致的情況蓋提議敘述不清所致。