全國中小學科展

臺灣

一甲子風雲

全球暖化正威脅著人類生存的環境,西北太平洋海域的颱風60年來似乎也發生一些變化,我們分析1961-2020年有關颱風的各種資料,發現各種結果與專家的預測不盡相同;全球暖化、大氣海洋升溫造成太平洋副熱帶高壓勢力擴張,使得颱風生成數量減少、颱風生成位置偏移並影響颱風路徑與登陸地點;而且強颱數量減少、颱風生命週期變短也使颱風破壞潛力變弱;大氣暖化升溫對颱風的負面影響超越海洋升溫對颱風的正回饋。但近年來超級強烈颱風的機率卻增加,當超強颱風過後海水會降溫、不利颱風再生成使颱風數量再減少。

蟑螂跑跑跑-蟑螂步行模式探討與觸角擺動模式初探

本實驗以三種蟑螂(杜比亞、櫻桃、龍蝦)作為實驗樣本,共拍攝30段蟑螂 直線前行影片,發現蟑螂以賓士步行法為主要的步行模式。三種蟑螂在本實驗分析中,出現賓士步行法的百分比例達到61%以上。本實驗也發現發現體長越長的蟑螂,其出現賓士步行法的百分比例越高,且體長與賓士步行法百分比例呈現線性相關,相關係數為.92,為高度相關。在斷腳蟑螂的步行分析上,步伐擺動規律基本上以(35⮕24⮕16)的模式來移動,只是會隨著斷掉腿的不同而有不同的規律。若該蟑螂斷腿編號為1,他的行動規律便會變成(35⮕24⮕6)的重複,若斷腿編號為3,行動規律則會變成(5⮕24⮕16)的重複。在有無食物狀況下分析三種蟑螂的觸角擺動狀況,目前正在進行質化與量化分析中。初步觀察結果為沒食物吸引的蟑螂觸角擺動方式時,觸角總是朝前左右擺動且靜止時間長。後來觀察有食物的狀況下,三種蟑螂觸角擺動時間高達70%以上。

魔法懸浮-若隱若「線」

張拉整體結構是透過繩索等提供張力,讓堅固的結構在看似無支撐的狀態下維持懸浮與平衡,實驗中透過在尼龍繩上裝設彈簧,觀察平衡時張力大小,以及外力或移動中心支撐繩位置對於平衡和張力的影響,並嘗試將中心繩換成電磁吸盤,觀察維持平衡所需的電壓範圍。由實驗結果得知:1.平衡時每條繩子的張力大小,會受到結構重量以及質心位置影響;2.從側邊額外施力時結構會傾斜,以曲柄所在的側邊施力影響最小,平衡最穩定;3.移動中心繩會使支點改變,使中心繩靠近的繩子張力變大,整體結構傾斜;4.以電磁吸盤當中心繩時,提供足夠電壓(6V以上)可維持平衡;以上實驗結果可以做為張拉結構的繩索材質、結構設計以及可承受外力的參考。

knight探城祕

在探究騎士過城堡的棋盤格遊戲中,我們發現棋盤設計巧妙,玩家可以從任意棋盤格出發,利用西洋棋中騎士的L形走法,跳過棋盤上的每一格且僅能跳一次,最終返回起始點以通過城堡。本研究的目的是在4x4棋盤格中,找出符合遊戲規則的棋格圖形。首先探討3x3棋盤中任意兩格與其路徑圖形之間的關係,發現了路徑與圖形間的相對關係,將此發現應用於4x4棋盤,並以「路徑探戡法」通過Python程式分析生成棋盤格圖形的路徑,刪除不符合遊戲規則的圖形,合併重複、對稱和旋轉對稱圖形。最後篩選出的棋盤格圖形,依棋盤格子數量分類:8格的有1個、10格的有8個、12格的有9個、14格的有1個,總共19個符合遊戲條件的棋盤格圖形。

抗氧化英雄~我的紅麴No1!自製紅麴的抗氧化力及抑菌力之研究與應用

本研究以「紅麴發酵」為主題,旨在利用紅麴製作天然抗氧化與抑菌產品,展示綠色環保理念。通過多個實驗,系統地驗證了不同稻米、不同水量、不同溫度對紅麴抗氧化和抑菌效果的影響。研究採用碘滴定法檢視紅麴發酵過程中抗氧化效果的變化,並與市售紅麴保健食品進行分子生物學和細菌學對比測試。 研究結果顯示:1.圓糯米100g經蒸煮冷卻後,加入含11g的紅麴米水100g、0.05g白麴粉和200g水攪拌後,在35℃發酵7天可製得最佳紅麴,其抗氧化與抑菌力均優於市售產品;2.委外進行毒物檢測,確認無有毒物質。3.順利製作成保濕化妝水和果凍面膜等美容化妝品,這種創新性的環保技術展示了紅麴在健康食品和美容產品中的廣泛應用潛力,突顯了實用性和可持續發展優勢。

網演水現:捕霧網集水效果研究

捕霧網技術是多霧有風地區經常用來解決水資源不足問題的方法。過去研究認為不鏽鋼是集水效果較佳的材質,而實際生活中考量成本則通常使用尼龍材質。本研究認為同為金屬且成本和取得難度都較低的銅以及永續環保材質木麻黃也相當具有潛力,因此本研究設計實驗驗證兩者的集水效果,經與不鏽鋼和尼龍對比,發現結果毫不遜色;另外,本研究又探討了不同層數和安裝配置的影響,發現雙層完全貼合的網子具有最佳集水效果。最後本研究對這些現象提出解釋,並提出未來研究展望。

高效奈米印跡粒子萃取大葉欖仁液中單寧之特性研究

本研究以FeCl2及FeCl3莫耳數比1:2一鍋化合成MNP粒子並以TEOS包覆矽殼,APTES於表面修飾胺基,單寧為模板分子,丙酮為溶劑脫附單寧後可得對單寧具專一性的 MIP粒子,產率75.73%,由BET氮氣吸脫附曲線知MIP具較窄孔為尺寸均勻的球體。以波長279nm最大吸收度製作單寧檢量線y=13.15x+0.022定量未知液單寧濃度,欖仁葉釋放單寧濃度的條件探討選定吸收度最近1的最佳稀釋比1/5,煮液越久、越高溫釋放單寧濃度越高,且煮液時間與釋放濃度為線性關係,吸附測試過濾效果以Filter最佳,加奈米粒子量越多吸附率增加,達吸附飽和所需量不同,萃取率隨MIP加入量而增加,0.08g為最佳量,萃取率82.634%,HPLC分析欖仁液主成分為單寧,MIP萃取率高達98.97%,並開發新製程MIP粒子合成法高效提升單寧分子吸附率。

有「力」可「球」,變化more測

本報告主要針對球體在不同作用力下,影響其行徑軌跡之研究,運用都普勒效應及柏努利定律等概念,設計實驗裝置。為了探討球體水平方向及自由落下垂直方向的運動獨立性,自製3D列印實驗球體 (圓球和橢球體)與球體旋轉軌跡裝置,分別引入水平與垂直氣流進行球體軌跡實驗。透過相機錄製影像與物理實作APP擷取聲音頻譜資料,再運用Tracker軟體進行數據處理。此外,善用磁生電原理,驅動LED光來測得球體轉數。最終,實驗結果發現球體形狀、轉速跟空氣氣流產生不同作用力,都會使得球體產生偏轉,皆符合柏努利定律來進行解釋。

「藝」猶未盡! 眼動、專家、AI誰與爭鋒?

我們都體會過藝術所帶來的美妙感受。欣賞、細心觀察一幅畫的美,一幅畫的細節,可以被畫作中描繪的思想感動,被畫作中的「美」震撼心靈。然而,要評選畫作的優劣,似乎容易流於主觀。本研究決定探討不同美術背景經驗的人員,在評選畫作作品時是否有差異?並立基於人工智慧的想法,嘗試訓練、驗證與測試「AI 藝術畫作評選系統」,期望能降低「全國學生美術比賽」中,評審需大量評閱許多畫作的工作負擔,也能協助報名參賽的作者,提前獲知自己的畫作作品是否有機會獲獎?是否需要進一步修改?以朝向追求卓越的方向前進。 本研究蒐集2017~2021年「全國學生美術比賽」高中職組西畫類參賽作品共計155件,將這些作品轉換成為靜態影像資料後,形成本研究訓練、驗證與測試「AI 藝術畫作評選系統」模型的資料,最後,獲得預測「準確度」為93.55%、「靈敏度」為85.71%、「特異性」為 95.83%的「AI 藝術畫作評選系統」模型。本研究另外挑選20件畫作,供不同美術背景經驗的人員進行畫作評選,運用「眼球追蹤技術」比較不同美術背景人員評選行為的差異。

建立大生熊蟲檢測硝酸鹽模式

本研究以大生熊蟲(Macrobiotus sp.)為對象,建立其自體螢光檢測硝酸鹽模式,可以解決使用大生熊蟲檢測硝酸鹽時活動與隱生狀態難以判斷的問題。在建立此模式的過程中,嘗試利用雷射與LED激發大生熊蟲自體螢光,與濾光片阻隔激發樣本後反射光效果,由於雷射與LED照射樣本後都是反射光,導致無法成功分析大生熊蟲自體螢光,本研究使用相機濾片、偏振片壓克力板,嘗試解決此問題,濾片結果以壓克力板阻擋激發光照射樣本後反射光效果最佳;目前利用倒立螢光顯微鏡確認大生熊蟲可利用活動與隱生狀態下自體螢光相對強度差異檢測硝酸鹽濃度,檢測範圍可在 0~312 mg/L NO3--N (R2=0.9016)。未來將探討大生熊蟲自體螢光激發機制,並探討哪些物質會影響自體螢光的表現,使檢測模式更加完善。