全國中小學科展

臺灣

大氣常壓微電漿合成共價有機框架應用於光催化降解汙染物

本研究使用一種快速、環保的共價有機框架(COF)合成技術,並應用於水中有機污染物的光催化降解。相較於傳統高溫高壓或需有機溶劑的合成法,本研究採用大氣常壓微電漿技術,在室溫條件下、以水為溶劑,於一小時內快速合成COF,展現綠色化學優勢。合成後以XRD與FTIR確認其具結晶結構與C=N官能基,均證明反應成功。實驗結果顯示,該COF能有效降解結晶紫(CV)與亞甲基藍(MB),分別在40與20分鐘內達到56.12%與68.09%降解率,明顯優於未加COF只照光的對照組。動力學分析亦符合擬一級反應模型。SEM影像顯示其具高度有序孔洞結構,有助提升光催化效率。本研究證實大氣常壓微電漿合成COF具高效率、低能耗與環境友善等優勢,未來可望應用於廢水處理與環境淨化等領域。

環語鏈-結合本地LLM與去中心化情報交換的監測系統

為解決傳統物聯網監測系統過度依賴中央伺服器所引發的隱私外洩、單點故障與缺乏彈性等問題,本研究提出一套創新的去中心化監測系統「環語鏈」。其核心創新在於整合本地大型語言模型(LLM)與三層式模組化基地台,實現了數據的本地處理與彈性的分層協作。透過低成本小型基地台進行資料蒐集,由中型基地台負責情報交換與暫存,最終由大型基地台運行本地LLM進行意圖分析與生成自然語言回應。本系統不僅能被動查詢,更能主動發送警示,並具備自動記憶與可自訂人格的功能,打造真正個人化的智慧管家體驗。所有資料儲於本地,使用者可依需求靈活配置感測器,確保了系統的安全性、擴充性與高穩定性,為新世代智慧生活提供了一個兼具人性化與高韌性的解決方案。

田間福壽螺大作戰—環保驅避防治策略研究

福壽螺為水田常見害蟲,繁殖力強且啃食性高,對農作生長造成威脅。掌握其行為與生理特性,有助於發展兼具環保與效率的防治策略。研究指出,牠們在25.0~30.0°C間最活躍,15.1°C則行動受限;偏好水下覓食,降低水位與於出入口投放雜草、葉菜可分散覓食壓力。福壽螺對腥味具排斥性,遇危險會釋放費洛蒙警示同伴,且對震動高度敏感,水波干擾可抑制其活動力。繁殖方面,牠們偏好於粉紅色瓦楞板產卵,覆蓋保鮮膜有助於集中清除。其卵含蝦紅素與膠原蛋白,具生技應用潛力。綜合水溫、水位、誘餌、震動與產卵控制等策略,可有效降低啃食率、提高稻苗存活,有助推動永續農業與生物多樣性保育。

讓「剩食」變「勝食」~綠蕉珍珠的抗性與物性研究

本研究探討過剩綠蕉在食品加工中的應用。綠蕉富含抗性澱粉與膳食纖維,透過檢測不同因素對綠蕉澱粉抗性的影響,研發與製作最佳比例與配方的綠蕉珍珠。結果發現透過烘乾、磨粉等過程可開發適合食品加工的綠蕉粉。以烏龍綠蕉粉與太白粉3:7比例加入1%~3%橄欖油可顯著提升抗性,製作兼具口感與消費者接受度的綠蕉粉圓,經冷藏或冷凍保存其澱粉抗性增加,透過微波回溫較能維持粉圓的彈性、黏性與咀嚼性等口感。本研究比較綠蕉珍珠和市售珍珠粉圓的抗性、水活性、色差、物性等食品特性,不僅提出的綠蕉珍珠製作與保存技術,並提供產品營養標示供消費者參考。不僅能解決綠蕉過剩問題,還能為健康飲食提供新選擇。未來可開發綠蕉粄條、糕點等拓展市場價值。

石厝風盾-探討馬祖傳統封火山牆建築防風設計

馬祖傳統建築的「封火山牆」是融合防災需求與文化美學的獨特設計。本研究以國小自然科學課程中「力與運動」「環境適應」單元為基礎,探討封火山牆的防風機制。透過文獻分析、模型實驗與數據預測,發現高聳弧形牆體能有效分散風壓,形成背風側「風影區」,降低風速衝擊。實驗結合煙霧可視化觀察與風 力感測量化防風效果,驗證傳統設計中階梯狀與弧形牆體的流體力學優勢。研究成果不僅呼應108課綱跨域學習精神,更啟發傳統智慧在現代防災建築的應用價值。

數列DNA—等差數列的質與合

本研究取材自科學研習期刊的數學專欄題。 給定一個正整數數列,如果數列元素可以寫成這個數列的某些項的乘積,就稱該元素為這個數列的合項,否則稱該元素為這個數列的質項。 我們將研究聚焦於等差數列,並成功發展出首項為1,以及首項=公差-1之等差數列的合項快速篩檢模式,更進一步發現「首項的冪次模公差的週期性」,對於判斷任何等差數列的合項性質都具有關鍵作用。 我們證實存在「完全由質項構成的等差數列」,也觀察到梅森質數在特定的等差數列中可以作為其質項。 最後,我們修改質數定理,成功預估了首項為1、不同公差等差數列的質項密度。本研究為為理解數列的結構與性質提供了全新的工具與視角。

書謀話策──論乘法賓果的玄機與妙算

本研究探討乘法賓果雙人對戰遊戲的設計原理與對戰策略。 探討問題與獲致結果如下: 一、正整數1~c兩兩相乘所得乘積總個數,找出計算公式。≤500只有7個c恰可組成正方形棋盤。重複的乘積,其最大質因數≤𝑐/2。 二、由棋盤邊長n和m數連線,可計算出棋盤各位置的賓果組合數量、及可與之賓果的位置數量,且可判斷合適的m值。 三、按照數字大小排列邊長≤6的完美棋盤,都是先手較占優勢的不公平棋盤。對戰策略包括:取得棋盤中央位置、選擇平方數、賓果係數較高,考慮可連跳乘積數的相關性質、倍數位置分布等。 四、設計公平棋盤並用不同方法驗證。 五、編寫程式,找出可排成較大正方形棋盤的數,且模擬隨機對戰,找出雙方勝率,以驗證棋盤的公平性。

尋找迷失的立體羊-解構六角星拼圖之研究

「六角星拼圖摺紙遊戲」是一個將平面的六角星拼圖摺成一個正四面體,且使其中的三面連接起來是一隻完整羊的摺紙遊戲。本研究以能摺出正四面體的23個圖格組合模組為基底,以展開圖作為平面圖形到立體形體的媒介,成功解構六角星拼圖圖格的選取與摺法。除了得出解謎密技外,也證明了謎底圖格與摺法的唯一性。此外,應用解構六角星拼圖所得之定理,將研究擴展至設計多隻羊拼圖以及摺出正八面體的多角星拼圖探討,並將之應用在創意園遊會闖關活動上。 (本作品之所有照片或圖片均由作者拍攝或繪製)

我不是蟑螂!別再嫌我髒—潮間帶奇異海蟑螂Ligia exotica之食性及生物學研究

本研究深入探討奇異海蟑螂(Ligia exotica)的生物學特徵及食性行為。從出生到成熟需經歷約18次退殼,耗時約200天。其繁殖行為極具特點:雄性找到即將退殼的雌性個體進行交疊,一旦雌性退「後段」殼,雄性便開始進行多次交尾,接著雌雄分開,雌性便會退去「前段」殼以便於抱卵,抱卵大約需20天。 此外,奇異海蟑螂並非潮間帶的清潔者,雖然單一食物情況下少量攝食腐屍,但並無有效機制能找到腐敗屍體,且在周圍有濕綠藻情況下,會以綠藻為食。此類海蟑螂通常棲息於高潮帶的潮濕岩石下,受到濕度、綠藻分布及潮水變化的影響,活動範圍隨之變化,冬季高潮帶潮濕且綠藻豐富,較少移動位置;但夏季時高潮帶綠藻乾死,會迫使海蟑螂在退潮時往中低潮帶移動。

從「碟仙」到「梅杜莎」-海月水母碟狀幼體養殖之探討

水族館中展示的水母缸,水母們優游自在的漂浮著,極受歡迎。但我們對水母的了解卻甚少,水母是很特別的生物,它有有性世代,和無性世代。當水母交配後,受精卵會孵化成浮浪幼蟲,浮浪幼蟲會固著在介質上形成水螅體,水螅體還會複製分化,當水溫變化超過攝氏4度,水螅體開始形成橫列型態,出芽分裂形成碟狀幼體,碟狀幼體再發育成水母體。 我們嘗試養殖海月水母的碟狀幼體(Ephyra)世代,除了瞭解碟狀體轉變成稚水母(Medusa)的變化過程,更嘗試做遮光與不遮光餵食餌料生物豐年蝦與輪蟲。發現遮光飼養輪蟲存活率最高,遮光飼養豐年蝦生長速度最快。此外我們還設計了不同溫度、鹽度與水質實驗,來了解海月水母碟狀體對環境的耐受度。