全國中小學科展

2025年

「梅」來演趣—探討台灣梅雨季之大氣流型演變與模擬

為了解台灣梅雨季的氣候特徵,本研究分析了2009至2024年間五、六月的降雨、風場流型及大氣環境。結果顯示,東北部冬季多雨,而西部地區則自五月梅雨季開始進入雨季,台灣的降雨區域逐漸南移,顯示大氣環境在此期間發生變化。我們分析了16年間的風場情形,歸納出7種單一風向流型及2種過渡流型,並整合其趨勢。我們發現,梅雨季期間,寒冷流型的出現頻率逐漸減少,而溫暖流型在夏季成為主流,不同流型之間的轉變具趨勢性。整合降雨資料後,結果顯示盛行風、低壓帶、地形效應與過渡流型對降雨有顯著影響,且發現致災性梅雨的發生條件。最後,本研究設計模擬裝置,利用不同密度的海藻酸鈉溶液與台灣模型,可模擬出符合本研究歸納的流型。

懸掛液滴的光學成像性質與其組合應用探討

眾所周知,水滴是生活周遭容易取得且可以放大物的透鏡,藉由作品中的實驗裝置能夠方便的觀察液滴中的成像,且能夠隨意地改變取率半徑和折射率,並搭配手機方便觀察與紀錄結果。若欲知液滴中成像的放大率,可利用測得的曲率半徑帶入「造鏡者公式」得知水滴的焦距,得知焦距後,便可將其帶入「薄透鏡公式」即可得知放大率 (距離水滴的長度不同,有不同的放大率),再利用實驗驗證算出的焦距和放大率是否符合實際的焦距。之後改變液滴的曲率半徑和種類並比較其對放大率的影響 (本研究討論曲率半徑0.1公分和0.15公分的差距、水和食鹽水的折射率差距)。此外,更加以研究「球透鏡公式」與「薄透鏡公式」所算出的數據之差距與實驗觀察結果比較,並應用於複合透鏡中。

上皮細胞黏附分子(EpCAM)與Dabrafenib對未分化性甲狀腺癌(ATC)進程機制之探討

上皮細胞黏附分子(EpCAM)與上皮細胞間黏附、信息傳導、增殖與分化等功能有密切關係,已被證實會在多種上皮癌細胞中大量表達,被視為一種可行的臨床標記。透過 細胞存活率、細胞群落、轉移與侵入試驗,觀察到EpCAM能增強未分化性甲狀腺癌(ATC)的細胞增殖、生長、轉移與侵入能力。 此外實驗發現dabrafenib小分子抗癌藥物處理的ATC,其細胞增殖、生長、轉移與侵入能力均有下降的趨勢,而細胞凋亡程度則有顯著的上升。此次研究藉由西方墨點法發現,磷酸化ERK蛋白的表現量隨dabrafenib濃度的上升而逐步下降,顯示dabrafenib能夠抑制ATC細胞訊息傳遞路徑中ERK蛋白的磷酸化,進而影響ATC的生長。若能深入了解EpCAM和dabrafenib在癌細胞中的作用機轉,EpCAM相關藥物與dabrafenib未來在臨床應用上,或許能為ATC患者提供另一種新的治療方式。

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

為了解決水污染問題,本研究探討共價有機框架(COF)作為光催化劑的應用。COF具備高度可調孔洞、高穩定性及選擇性吸附等優勢,有助於有效去除水中污染物,對未來具有前景。本實驗採用大氣常壓微電漿合成COF,此方法能在室溫下以水為溶劑,無需高溫或有毒化學品,並僅需一小時即可完成合成,具有綠色化學優勢。實驗結果顯示,成功合成的COF能有效降解水中常見染料污染物(結晶紫及亞甲藍),證明了COF的高效光催化性。在紫外-可見光光譜中,隨著光催化反應的進行,染劑吸收波峰顯著減弱並幾乎完全褪色,確認了COF優異的降解能力。掃描電子顯微鏡圖像顯示,COF的高度有序孔洞結構提升了其催化活性與穩定性。這項技術不僅能高效處理水中有機污染物,還具備廣泛應用潛力,有望為全球水污染治理與環保提供新思路。

旋轉的力量–離心力抽水機與其變因對抽水效率的影響

此研究是關於一個離心力抽水機的理論建模和實驗設計,我探討了此抽水機的流量與出口流速、分別影響了時間內抽出水量或抽水落地的位置。在初步的實驗觀察中、我發現抽水時的不同流況以及其影響,並且用定性解釋去描述它的邊界條件。在我流量的理論建模中,我考慮了基本的離心力與重力、雖然這兩種力描述了水的運動、但無法用來預測流量。我再加入白努力方程式來計算壓差、並充分的考慮摩擦阻力在紊流情況和水管材質。之後我利用F=ma推導水受合力的情況、考慮離心力、重力與摩擦阻力能到出口流速的預測。最後將理論裡實驗比較、結果非常相似。我利用3D列印改變6種抽水機的變因,將每項的結果與理論比較、並分析其誤差的原因。最後利用先前的結論能夠的設計一個可客製化與最佳化的離心力抽水機。

心理韌性的個別差異與心流、生理、認知方面之間關聯

由於心理韌性相關研究中,較缺乏以認知能力正常的普通人做為研究對象,因此本研究希望透過了解心理韌性與生理(血液)、認知(神經心理測驗)、心理(心流、憂鬱程度)在普通人之間的關聯,進而增加對韌性的瞭解。透過心理韌性量表BRS、CDRISC及RSA、心流量表FSS、貝克憂鬱量表BDI、神經心理測驗WMS、WAIS與血液檢驗報告,收集各項數據,並利用t檢定及Pearson correlation,找出具顯著關係者:心理韌性與心流成正相關、與飯前血糖濃度成正相關、與憂鬱程度呈負相關,以及與神經心理測驗呈負相關。然而韌性與血糖、認知間的顯著去除年齡因素後便會消失。

為視障者開發之學習輔助平台:結合Image-to-3D AI 模型之可觸式三維擴增實境顯示器與個人化之檢索增強生成(RAG)自然文字系統

全球約有9千萬的兒童是視障者,他們的學習依賴著點字器材。點字書難以傳達3D (三維)圖形的概念,讓他們在理解3D圖形有許多挑戰,而點字書過長的文字描述加大了他們與正常同儕之間的差距。本研究旨在開發一個學習輔助平臺,同時強化視障者的觸覺認知和文字圖形理解能力。 在強化觸覺認知方面,開發之系統能將傳統的圖片,利用影像轉3D之人工智慧建模(Image-to-3D AI model)技術,轉換圖片轉為3D,呈現在開發的擴增實境顯示器上,讓視障者能夠親身透過觸摸立體顯示器之3D模型,瞭解圖片表達的空間結構。在文字優化方面,利用微調大型語言模型與搜索式強化生成等方法,優化視障者閱讀之內容。系統開發過程中,二位視障者進行體驗,持續以修正系統設計的便利性、友善性與有效性。 本研究成果為視障者帶來新式個人化的學習輔助工具,增強視障者對立體圖形學習能力與文字理解。

探討肝癌細胞中動力蛋白抑制對於癌症轉移的影響

肝細胞癌 (HCC) 為全球導致高死亡率的癌症之一,第一線標靶治療藥物 Sorafenib 雖能延長患者存活期,但其療效有限且伴隨嚴重副作用。在癌症中,中心體異常所導致的染色體變異是腫瘤發展的關鍵因素,而動力蛋白已知參與中心體裝配,且前人研究結果表明動力蛋白與肺癌、 HCC 等多種癌症有關連 。故本研究先透過基因表現資料庫分析,發現 HCC患者中的動力蛋白重鍊基因表現量大致顯著高於一般,後以 Ciliobrevin D 抑制三種 HCC 細胞株 Hep3B、HepG2、Huh-7 中的動力蛋白,並藉細胞存活率分析、遷移試驗與西方墨點法,探討抑制動力蛋白與 HCC 的關聯。據實驗結果,抑制動力蛋白後, Huh-7 的遷移速率減緩, 蛋白質表現量亦隨抑制劑濃度升高而降低。這表示抑制動力蛋白具有抑制肝癌細胞轉移的潛力,期未來能成為肝癌新的治療靶點。

橡實代謝物與飛鼠小腸內生菌共發酵產物之應用

This study primarily investigates the components of food residues in the stomach of flying squirrels and the metabolism of the intestinal bacteria Floricoccus tropicus. Using nuclear magnetic resonance (NMR) hydrogen spectrum analysis, the signals of long-chain fatty acids were detected in both n-hexane and 75% ethanol extracts of flying squirrel gastric residues and acorns, suggesting that acorns may be a primary food source for the flying squirrels. The study also identified Floricoccus tropicus, one of the lactic acid bacteria, from the intestines of flying squirrels and discovered its role in the metabolism of fatty acids in acorns. Results showed that polyunsaturated fatty acids significantly decreased during fermentation, indicating that they were converted into short-chain fatty acids with anti-inflammatory properties. In the antibacterial activity experiments, the acorn grease showed no inhibitory effects before fermentation, but after fermentation, the acorn grease exhibited inhibitory effects against E. coli. Furthermore, in anti-inflammatory tests, fermented acorn grease samples significantly suppressed the production of NO and TNF-α in LPSinduced RAW 264.7 cells, with greater inhibition at higher concentrations. In conclusion, the lactic acid bacteria Floricoccus tropicus was found to metabolize fatty acids of acorns into compounds with antibacterial and anti-inflammatory effects.

情感分析生成器—自動生成文字感染情緒

隨著網路技術不斷的進步,意見和情感分析逐漸成為人們日常生活中的一部分。儘管如此,目前人們缺乏一個方便且快速的情緒分析模型,供廣大大眾使用。 本研究旨在提供人們一個緩解憂鬱情緒的管道——當人們輸入一個需要被安慰的情境時,我們的系統將輸出安慰語句,以緩解該使用者之憂鬱情緒,達到安慰效果。為此,本研究訓練了BERT model以及 LLaMA model。BERT model能判斷使用者輸入的語句是否為需安慰語句。而LLaMA model則作為安慰語句之生成模型,以達到安慰之效果。