全國中小學科展

臺灣

溫「暖」「釉」美麗-利用廢棄暖暖包製備陶瓷釉藥及建材再生利用之研究

本研究探討廢棄暖暖包回收作為陶瓷釉藥及建材的可行性。暖暖包使用後主要成分為鐵氧化物。Fe₃O₄、Fe₂O₃),經水洗、磁性分離與高溫燒製回收後應用於陶瓷釉藥。水洗階段以濾紙抽氣過濾法可有效去除氯化鈉(NaCl),回收率達80%以上。XRD分析顯示,回收物中以γ-Fe₂O₃為主,證實回收後具釉藥著色潛力。釉藥燒製測試顯示,回收物取代35%至70%氧化鐵可維持穩定色澤,超過50%部分試片出現縮釉,經溶劑處理可改善。所有試片莫氏硬度為6~7,符合CNS建材標準。耐酸鹼測試中,跟市售的磁磗總色差無差異,具穩定色澤與耐腐蝕能力。防滑測試結果顯示乾濕狀態下皆具良好摩擦係數,吸水率亦符瓷質面磚規範。廢棄暖暖包可成功再利用於陶瓷與建材,兼具環保與經濟價值。

「環」環相扣:環氧樹脂剪切強度探討

本研究旨在研究環氧樹脂AB膠熱固化反應後形成的網狀交聯結構,結合其黏著用途,探討不同A膠與B膠的配比與不同固化環境是否會影響剪切強度。更結合不同儀器測量膠水性質,希望達到佐證的效果。在80°C時增加固化時間,各比例皆無明顯變化,而在改變溫度到100°C及以上,3:1的配比因環氧樹脂過多產生自聚反應使機械咬合更佳。後續的實驗得知膠水對不同材質的剪切強度與其表面能有關,且在膠水中加入橡膠微粒後,能提高分子可承受的最大拉力。

「菊」躬盡「萃」

本研究以萃取具多酚結構的天然植物(薑黃、芭樂葉、蝶豆花、金針花、臺灣杭菊1號花)為主題,透過自製 UVA和UVB的檢測裝置,探討不同變因下各萃取液的抗UV成效,結果顯示「杭菊花萃取液」具有最佳成效。 進一步比較杭菊1號花(白雪)和杭菊2號花(黃金菊)不同部位萃取液的抗UV成效差異,研究發現杭菊1號花瓣萃取液最具抗UV功效。因此將杭菊1號花瓣濃縮萃取液依適當比例調製成不同配方的「天然菊萃防曬乳」,並與「市售防曬乳」進行比較實驗,結果顯示自製防曬乳配方9對日光的UV遮蔽率可達98.0%,確實媲美甚至優於市售防曬乳的實際功效。

智慧校園GO:走得對、聞得出、看得清,安全上學好放心

本研究開發「智慧校園GO」網頁系統,平時提供校園三種策略導引(最短路徑/最低打擾/無障礙路線)功能,當遇上校園霸凌、學生群聚、火災、菸害、陌生訪客闖入監控等緊急事件,則啟動Level 0(最低)到Level 2(最高)的警報分級,通報相關人員、紀錄當下影像或數據,規劃「無障礙」或「最短路徑」進行即時處置。系統採響應式介面(模式切換、模糊搜尋)、地圖箭頭顯示,樓層動畫與實景照片呈現,支援自動起點及模擬定位。後端整合ESP32感測、YOLO 影像辨識,以Dijkstra演算規畫路徑。實測顯示,霸凌警示準確率95%、群聚辨識正確率92%,介面易用性取得4.1/5的分數,而「影像辨識偵測行為」功能取得4.7/5的高分肯定,展現智慧校園GO系統於即時警示與校園安全的實用價值。

問君哪得清如許~探討永續節能自動化水質檢測及淨化的可能性

水質同時受到有機染料與無機鹽類污染,現行處理流程常分段進行,能源又受天候限制。為此,本研究開發一套整合「即時檢測-自動啟動-光觸媒淨化」的太陽能驅動水質清淨機。分別以有機染劑的亞甲藍以及無機鹽類的磷酸鹽(優養化)、亞硝酸鹽(生物毒性)為污染代表,檢測儀使用Arduino以反應試劑的RGB顏色變化檢測,汙染濃度超標則啟動水質清淨機進行降解。清淨機利用二氧化鈦光觸媒來淨化水質,作動結果顯示在光觸媒的作用下,不同的污染物濃度均能大幅下降,達成水質清淨目的。在能源的利用上,採用太陽能板儲能以提供陰天、夜間光觸媒所需的紫外燈電力,有效解決除污的時間及天候限制,達成全天高效水質淨化,符合節能等永續理念,值得大力推廣。

聲音農藥? - 探究自然環境聲音對植物向性與化學防禦影響之研究

本研究探討自然聲音對植物生長與防禦機制的影響,並評估「聲音農藥」在農業中的應用潛力。我們測試了流水聲、雨水聲對黑豆發芽與植株生長時其根生長向性的影響,以及蟲啃咬聲對小白菜葉片被害程度及防禦機制的影響。結果顯示,在流水聲與雨水聲環境下,黑豆植株的根部傾向於朝向聲源方向生長,尤其在缺水環境下更加明顯,顯示植物可能利用聲音信號調控根部生長方向。此外當小白菜暴露於蟲啃咬聲時,其揮發性有機化合物(TVOC)釋放量增加並有效降低紋白蝶幼蟲的啃食行為,證明聲音刺激可觸發植物的防禦機制。 本研究的發現支持了聲音可作為非侵入性環境因子來影響植物生理反應,並為未來發展環保型農業防治技術提供了新的視角。

非牛頓流體在力學的測試與應用

科展以非牛頓流體為主題,想要瞭解不同澱粉漿加PVA膠水混合,以硼砂或碳酸鈉進行交聯作用形成聚合物,在靜止或運動中受碰撞或衝擊時,在力學測試的變化與效應,進行實驗設計。 實驗設計與結果說明: 1.玉米粉、地瓜粉及糯米粉混合PVA膠水,以硼砂或碳酸鈉進行交聯作用,彈珠在不同高度落下可緩衝58.6%~70.0%位能;彈珠自40㎝軌道滑落,可緩衝88.0%~95.3%動能;彈珠自240㎝高度落下,以撞痕深度計算可緩衝70.0%~85.0%位能。 2.非牛頓流體為彈性物質,無法取代剛性物質作為結構垂直柱體,以(糯米粉漿+PVA膠水)+硼砂或碳酸鈉製成緩衝器,可考慮取代剛性物體作為鋼斜撐物質。 實驗結果說明,澱粉漿+PVA膠水+碳酸鈉有較佳的垂直與水平緩衝效果,並可考慮作為結構鋼斜撐的緩衝器及防撞器。

探討語音與圖片學習呈現策略對學生學習成效與認知歷程之影響—以腦波儀量測為依據

本研究探討不同多媒體學習呈現方式與策略操作對學生學習成效與認知歷程的影響,並結合腦波量測進行實證分析。研究分兩階段進行:第一階段設計三種影片類型(語音+圖像+文字、語音+圖像、語音+文字),比較學習表現之差異;第二階段以成效最佳的「語音+圖像」組為基礎延伸三種策略(單次觀看、重複觀看、觀看後口述)進行比較。結果顯示「語音+圖像」組在學習成效、專注度與放鬆度表現最佳,符合雙通道與冗餘原則;「觀看後口述」策略在測驗成績與語意整合指標上具優勢,展現生成學習與深層加工潛力。 本研究結合理論與腦波數據,提供多媒體教材設計與教學策略實證建議,展現腦波輔助學習診斷可行性,呼應永續發展目標「優質教育」核心精神。

高中生生成式人工智慧素養現況與影響因素分析

本研究旨在探討高中生生成式人工智慧(GAI)素養之現況,並分析背景變項與影響因素之關聯。透過問卷調查蒐集資料,涵蓋GAI應用能力、學習態度與意願、外部影響與支持資源、GAI倫理與社會影響等五大構面,進行描述統計、t檢定、單因子變異數分析、相關分析、迴歸分析與中介效果等統計檢定。研究結果顯示,不同學制及群科學生在GAI素養表現上存在顯著差異,其中教師與學校的外部影響會透過學生對GAI的學習態度進一步影響其應用能力。特別是教師的支持度對學生GAI應用能力的貢獻大於學校層面的資源提供。研究顯示教師在推動學生有效使用GAI工具中扮演關鍵角色,提供未來課程設計與GAI素養培育政策的具體參考。

基於多項人工智慧之多模態失語症溝通系統探究

本研究開發了一個基於多項人工智慧技術的多模態失語症溝通系統,旨在提供失語症患者能提升表達自我和參與社交的能力的工具。系統以iOS App作為主體,接收環境影像、語音、唇語、手勢及情緒等多模態資訊後,透過大型語言模型產生完整敘述,再以語音合成播放。研究創新開發AphasiaSim-LLM生成高度擬真的模擬失語症語料,並以量化評估取代主觀評分,證實Gemini 2.5 Flash於語句還原表現最佳;此外亦建構了輕量級手勢辨識模型,並以ORB演算法優化關鍵幀提取;透過異步處理、FFmpeg影片取幀及輕量Flux文生圖模型等優化策略,最終完成能有效輔助失語症患者進行流暢溝通之系統。