全國中小學科展

臺灣

GAN圖像生成模型之畫質與效能強化

近年來,名為生成對抗網路的非監督式學習方法蓬勃發展,透過使產生假資料的生成器與辨別資料真偽的辨別器互相學習,只要提供資料集便可學習其特徵而生成出能以假亂真的資料。本研究提出一套針對現有生成圖像的生成對抗網路模型的改良方法,透過進行實驗探討不同變因對生成品質與效率的影響,調整原有的優化器設置、卷積層參數、模型架構等,並以客觀指標評估實驗結果,證實經過本研究提出的方法改良有更好的效果。另外改進的方式應用在各種資料集訓練的模型及更高解析度的模型,數據表明也有不錯的成果。而本研究希望能提供更明確的模型改進方向給研究人員,並減少嘗試改良模型所花費的時間與能源成本,以此減少訓練龐大的模型所造成的環境影響。

萬花三角玩花樣

先設定△作為外圖形,在其內作內△。利用內△等分點做塞瓦線,透過相鄰內△塞瓦線交點及其頂點探討產生之不同圓錐曲線圖形的關係,並做相關推論及證明。之後,改變外圖形邊數,利用外圖形相鄰邊夾角與內△的關係研究出「萬花三角芒星」規則,並藉由製作多邊形的圓錐曲線,並在確認外圖形邊數及內角角度的條件下直接推出對應圓錐曲線關係。

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。

水中的奇妙力量探秘—沃辛頓射流

我們以實驗室容易取得的重物與乒乓球模擬網路上跳水彈射手中球體的沃辛頓射流實驗。結果發現圓形的類天然海棉因為具有吸水迅速、可以平穩入水的優點,因此選擇以此為托球的載體進行實驗。依據我們的實驗結果,至少需要15公分水深才能形成完整的射流彈射出乒乓球,原則上在下落軌跡完全垂直於水面時,落下高度越高,球體彈射高度越高,實際實驗水深15公分以上時,落下高度50公分彈射高度約可達47公分,但結果受限於托球的海綿在落下高度40公分後下落軌跡不穩定,若期望更高的射流強度需要尋找更穩定下落的載體。

腸內共生菌對肥胖性骨質疏鬆的影響

骨質疏鬆是現代人面臨的嚴重問題,多項研究顯示腸內共生菌與骨質疏鬆之間有密切關係。本研究主要探討高熱量飲食 (HFD) 小鼠與正常飲食 (CD) 小鼠之身質、骨質與腸內共生菌的差異,並探討造成骨質差異的可能代謝物。結果發現CD小鼠的平均體重顯著提升;分離檢測其糞便中微生物,發現CD小鼠中的腸內有益共生菌的對數值為HFD的1.0 - 4.5倍,HFD小鼠中的肥胖相關菌種則為1.5 - 4.0倍。後續讓HFD小鼠攝取CD小鼠的腸內共生菌,六個月後平均體重相較於原HFD小鼠低1.47g,平均骨小梁密度高0.036 mg/cm3、骨容積高5.27%。後續探討共生菌之代謝物TMA和TMAO,HFD小鼠的TMAO量比CD中的高1倍,並發現p16和p21基因表現量上升;RUNx2和Col1a1表現量降為0.5倍,可能是引起骨質疏鬆的原因,值得進一步研究探討。

發光蛋——簡易發光細菌培養法

現況下,國中小對於微生物培養並不普及,主因在於沒有足夠經費與設備。本研究發現使用:水解乳清蛋白、濃縮乳清蛋白、雞蛋蛋白等可以替代LB培養基。且各項替代培養基金錢成本比起LB皆下降七成至九成,並且有六種替代培養基於第24小時平均光強度皆大於LB培養基,且替代培養基中最高平均發光強度為0.296較同時間的LB之數值0.046高。此外,使用電鍋滅菌雖無法完全無菌,但仍有一定能力可作為滅菌釜的簡易替代;自製操作台則有替代無菌操作台的之較高可行性。本研究並發現雞蛋液態和固態培養基的製作,其材料簡單、培養效果佳,故具備中小學教學推廣的價值,以及發光細菌在毒物檢驗中的應用等極具有推廣的潛力。

跳躍圈躍起與滑動的力學條件分析

本研究探討跳躍圈躍起與跳躍圈滑動的力學條件。首先以剛體力學理論導出平面與斜面上跳躍圈躍起的條件,我們使用雷射切割機自製圓環並以強力磁鐵當作加掛重物,在平面與斜面上進行實驗,手機錄製影片後使用Tracker進行分析,確定跳躍圈躍起的條件γ∙ac∙cosϕ>g與實驗數據吻合。此外在影片中發現跳躍圈在躍起前,會先從純滾動變為滑動,此一現象稱之為純滾動破壞,我們也以剛體力學理論導出了斜面上跳躍圈從純滾動變為滑動的條件,手機錄製影片後使用Tracker進行分析,確定實驗數據與理論公式相符。

好宅—菜宅擋風模型研究

「菜宅」是澎湖人因應冬季強勁且挾帶海水飛沫的東北季風,建來防風種植的設施,而菜宅有不同樣式與尺寸,哪個擋風效果更好?風吹到菜宅又會怎麼變化? 透過製作風向計、風向觀測架、風洞、菜宅模型與研究台,我們測量看不見的空氣。利用塑膠瓦楞板和水管製作壓縮比1.4倍、開口40cmx40cm的風洞,能讓工業電扇吹出風速3.9m/s~4.2m/s的相對穩定風源 。 牆面改變氣流,在不同支流交互作用下能在牆後產生逆向風和風無區,較高、較寬的牆面效果愈明顯,另外,具延伸牆的ㄇ字型和長方形菜宅,能阻擋側風吹入,也能阻擋側面支流進入菜宅,而改變迎風牆後的無風區和逆風區範圍。 據本實驗,在逆風區最遠處搭建第二道牆面(長方形菜宅)能產生最大無風範圍,增加種植面積。

滅菌之「手」-探討左手香對抑制細菌的影響

本項實驗的理念主要以環保的觀念來探討左手香原汁、酊劑、純露在生活上抑制細菌的效果。實驗結論如下: 一、校園中不同地點的細菌數量存在顯著差異,對照組的細菌數量最多,其次是自然教室門把手上,然後是午餐桌,而則樓梯把手是最少的。 二、左手香原汁對抑菌具有一定效果,其濃度對抑菌效果有影響,原汁濃度越高,抑菌效果越顯著。 三、左手香酊劑和左手香純露均表現出一定的抑菌效果,尤其在液態皂中加入左手香酊劑或左手香純露可以有效減少手部細菌數量。 透過這次實驗結果可以發現,天然清潔劑在抑菌方面有一定的效果。未來在使用清潔劑時,可以選擇更安全、更環保的天然清潔產品來使用。

急速「傘」耀-降落傘終端速度的探討

影響降落傘使用安全性的變因有哪些?降落傘速度多快時,會開始平穩緩慢降落?因為好奇這些問題,我們先自製簡易降落傘,再作實驗探討,可能影響它的安全性的變因有哪些。 參考過去相關研究作品後,發現影響降落傘平安降落與否的「終端速度」,無人嘗試探討過,我們用micro:bit(V2版本),測量降落傘降落過程的加速度與時間數值後,用物理學計算方法,算出不同方式製作的降落傘,降落過程中達到的終端速度有多快。最後發現當降落傘符合傘面半徑大、總重量輕、傘繩長度 讓傘面展開最適當的面積、傘繩數量少、傘面材質輕且沒有破損等這些條件時,終端速度會越慢,安全性也越高。希望此次研究能讓降落傘的製作更完善,也許可搶救更多高空意外現場的性命呢!