全國中小學科展

臺灣

「震」「筋」危坐居安思危─強「筋」健骨的重要性

台灣位於環太平洋地震帶上,「向地震學習」是避免再一次發生重大地震災害的不二法門。1999年的921集集大地震中,有三分之一的房屋倒塌。2016年的美濃地震造成了台南維冠大樓倒塌。2024年4月3日的大地震中,有兩棟三角窗建築在幾秒內瞬間倒塌。本實驗主要以三種箍筋以及我們自行研發的一筆柱中柱箍筋進行評估,並利用我們自製的地震模擬器,測試不同箍筋的研究成果。我們發現傳統箍筋最不穩固,一筆箍筋排名第二,柱中柱箍筋排名第三,而我們研發的一筆柱中柱箍筋最為堅固,合理的建築設計與抗震結構至關重要。

外來種尖翅翠蛺蝶的幼生期生物學及擴散模式探討

尖翅翠蛺蝶最早於2019年在基隆被發現,是以芒果葉為寄主的外來種蝴蝶。本研究透過野外調查發現,尖翅翠蛺蝶偏好在4.8公尺以上的芒果樹產卵,在都市化程度高的環境仍可繁殖。幼生期天數在47日至62日間,低溫會延長幼生期發育時間。生長速率隨齡期增加而變快,且雌蝶幼蟲體型較雄蝶大,蛹體長寬比也有差異。幼蟲會依據體型與體色變化進行不同的隱蔽行為,其體背白線與與中肋位置為隱蔽行為的關鍵因子。公民科學資料顯示本種入侵臺灣本島後呈現「 先跳躍後漸進」 的擴散模式,在本島東西兩側呈現不同擴散階段。考量各因子對擴散的影響, 推估本種會持續南向擴張至恆春半島,並轉至東側再往北擴散東部縣市,南部縣市可提早監測本種對芒果產業的影響狀況。

鰻後餘生 Rescue! We Can Do It!

本研究調查恆春半島四重溪與保力溪口在鰻苗捕撈期間的混獲生物情形,於2024年12月至2025年1月共進行21次夜間實地觀察,記錄到共計50種混獲物種。研究團隊結合在地訪談、物種鑑定與中途安置行動,協助救援遭誤捕的非目標生物。結果顯示,鰻類與蟹類具有較高的耐受性與存活率,非目標物的救援總數更高於目標物白鰻數量。透過與善心漁民合作,並結合生態補償金制度,實踐「支付生態系統服務(PES)」的理念於鰻苗漁期。研究成果已由屏東環境保護聯盟彙整並提交政策建議,推動建立河口混獲補償制度,促進生態保育與地方生計的雙贏,實踐聯合國永續發展目標SDGs第14、16 與17項,展現地方科學行動與制度倡議整合的潛力與價值。

「魚」你水「乳」膠融-強力蛋白膠

本研究利用市售飲品、魚鱗及自然教室裡既有的材料調整配方,製作出黏性最強的蛋白膠水。魚鱗經加熱煮過,牛奶或豆漿加入酸性液體產生凝固蛋白質,經分離後再加入鹼性物質使其酸鹼中和,即能生成蛋白膠水。 實驗過程中發現,使用常溫低脂牛奶製成的蛋白膠水黏性最佳,並以pH值2.5的檸檬酸溶液萃取蛋白質,再加入碳酸鈉調配成pH值8.0的蛋白膠水成品黏性最好。 與其他市售黏性較強的液狀黏著劑相比,強力膠黏性雖強,但有強烈刺鼻味 保麗龍膠則容易產生細絲,黏著技術不佳會讓作品看起來像是佈滿蜘蛛絲,而強力蛋白膠不論是牛奶膠還是魚鱗膠皆黏性強 、成分單純、無毒性,合乎環保需求。我們也利用蛋白膠水製作了一架飛機,象徵開闊視野,未來前途無量。

舞動靜默—空間迴音問題探討

本研究起因於學校表演藝術課教室的迴音問題,影響學習專注與舒適度。為改善此現象,本研究針對空間音場進行改善實驗,探討不同布料材質、不同樣式窗簾、不同吸音孔形狀、不同吸音孔深度,吸音與減少迴音的效果。研究使用手機應用程式產生定頻音源,透過自製音場實驗箱,搭配噪音計測量吸音量與殘響時間。 研究主要發現如下: 柔軟性高的布料具較佳吸音與減少迴音效果。 波浪簾吸音與減少迴音效果皆優於紙捲簾與百葉簾。 孔洞為圓形之吸音板比正方形或正六邊形更能有效吸音與減少迴音效果。 孔洞深度較深之吸音板,吸音與減少迴音效果越明顯。 透過本研究的結果應用,選擇合適的吸音材料與孔洞設計,可以有效改善空間音場環境,提升學習成效。

觀光三輪車對鹿港觀光之效益與影響探討

鹿港老街榮登2024年十大熱門景點榜首,但觀光三輪車所引發的交通問題也備受關注。本研究旨在探討三輪車對鹿港觀光的效益與影響,並提出優化方案,以提升城市形象與觀光品質。研究透過訪談三輪車業者、當地居民與遊客,並進行問卷調查,共計232份樣本。結果顯示,曾搭乘者普遍對導覽體驗持正面評價,多數願意再搭乘;未搭乘者則多因交通混亂或行程未涵蓋三輪車而選擇不搭乘。綜合分析指出,應從旅客需求與業者角度出發,改善現行亂象。本研究建議包括設立規範停靠站、導入數位支付與預約系統、提升導覽品質、加強行車管理等,以打造具特色與國際化的鹿港觀光形象。

AI’S A IS FOR APPLE 基於人工智慧影像辨識之水果品質辨識及分類

本研究開發了一種基於影像辨識的水果品質分類系統,採用最適合同時處理局部及全局資訊的 Swin-Transformer 模型,透過分析水果外觀來判斷其品質,並多次實驗以調整參數、訓練多個模型以辨識不同水果種類與品質。 使用者上傳水果影像後,系統即能識別水果種類和品質,並提供新鮮度建議與食用方式。此系統相較於傳統的檢測方法,具備非破壞式檢測優勢,且降低成本,適用於農業生產與消費市場。 模型測試結果顯示,水果類型分類器準確率為99.0%,蘋果品質分類器為85.04%,橘子品質分類器為97.67%,顯示該系統在分類與品質評估上具有較高的準確性,對水果檢測及提升食品管理有重要意義。

微粒瀰漫,誰「霾」弄潮州?─高屏地區PM2.5時空變遷與擴散機制探討

本研究透過整合環境部空品測站與智慧城鄉微型感測器的資料,輔以Python及R語言進行大數據整理與統計分析,並搭配QGIS空間分析工具,深入研究高屏地區冬季空氣品質惡劣的原因,並剖析2025年三場空汙事件的時空變化與擴散機制。結果顯示,高屏地區近年整體汙染雖有改善,但仍存在著區域差異與季節差異。冬季時,受東北季風與地形影響水平擴散不佳,再加上低混合層與逆溫現象導致垂直對流缺乏,汙染物容易滯留。分析發現,高屏地區測站的溫度、降雨日數與PM2.5有著高度負相關。本文透過感測器資料的逐時空間分布圖,搭配風向與地形影響,說明汙染物如何透過環境風場與海陸風的傳輸機制累積於高屏地區下風處且難以擴散,導致「潮州延遲」效應的發生。

好色之徒—塗色方法研究

本研究以排列組合的矩形表格塗色問題為出發點:「k種顏色,m × n的矩形棋盤方格,將上的每一格塗一個顏色,要求任意相鄰兩格顏色不能相同,共有幾種塗色方法?」首先,從1 × n、2 × n表格開始研究,接著往上延伸至3 × n。面臨複雜度的增加時,我們提出新的分類方式,考量各種情況,推導出遞迴關係式後,再以矩陣對角化的方式推導出3 × n塗色公式的一般式。在研究4 × n表格的塗色公式時,我們提出以「行」為單位的分類法來推導其塗色方法數公式,再以矩陣的形式呈現。後續透過觀察原有矩形表格分類,延伸探討頭尾相接的環形表格,推導出1 × n 和2 × n的環形表格塗色方法數公式。

自指數列的週期現象

我們稱滿足遞迴關係an = aan−1 的非負整數數列為「自指數列」。本研究探討其循環性質,發現若存在某個非負整數m 使得am ̸= m+1,則數列從某一項開始會進入循環,且循環長度與am 相關。我們推導出如何根據初始條件計算數列的循環長度,並進一步引入週期與最小循環起始項的概念,定義per(s,p) 自指數列。透過研究,我們找出per(s,p) 各項滿足的充要條件,從而判定自指數列的值。最後,我們證明了一個定理,能夠從初始條件找出所有滿足條件的per(s,p) 自指數列。該定理使得求解數列各項的過程比原始方法更簡潔。此外,我們將此定理轉化為演算法,並以Python實作。