全國中小學科展

2025年

Investigating the Effects of Temperature and Carbon Dioxide Levels on Nannochloropsis oceanica Using a Hemocytometer Counting Method

Climate changes that include ocean acidification and global warming are serious problems in the ecosystem, affecting marine phytoplankton, including Nannochloropsis oceanica. In the effort to further explore the impact of rising temperature and carbon dioxide (CO₂) concentrations on oceanic ecosystems, the phytoplankton Nannochloropsis oceanica was used as a model organism. This study explored the effect of temperature change and CO₂ concentration on the growth of Nannochloropsis oceanica, achieving 243 samples that were tested with three different temperatures (24 degrees Celsius (°C), 28°C, 32°C) and CO₂ concentrations (0 milliliter (ml)/min, 0.4 ml/min, 0.6 ml/min), utilizing a hemocytometer counting method. Results indicate that the CO₂ concentration has a significant effect on the population of Nannochloropsis oceanica. But the temperature doesn't affect a lot. The Nannochloropsis oceanica in the lowest temperature and highest concentration of CO₂ in its environment had the highest population growth, and in the highest temperature and lowest concentration of CO₂, it had the lowest population growth. Results show the serious negative effect of climate change on the cosystem and the importance of environmental protection. Population blooms due to excess CO₂ taking up ocean resources causing dangerous ecological imbalances.

正本「塑」源-探討河川塑膠微粒

基於對鄉土的關懷,我們選定高屏溪流域,來研究河川中塑膠微粒的尺寸大小和含量,透過光譜來了解塑膠微粒的材質。高屏溪流域是跨高雄及屏東地區最大的河流,我們共分為枯水期及豐水期來採水,比較不同季節之塑膠微粒類別,若以形狀區分:枯水期塑膠纖維最多,豐水期塑膠薄膜最多。若以尺寸區分:枯水期100~500μm的佔最多,豐水期25~100μm的佔最多。若以材質區分,枯水期含量最多分別是PE及PP,豐水期含量最多分別是PE及PET。若從顏色區分,大多是白色及透明為主要顏色。以上實驗結果可供主管機關列為重要監測參考,特別是國內少有研究單位或機構,在進行高屏溪流域塑膠微粒類別、含量之調查與研究,因此本研究重大發現為國內創舉深具意義,可供相關單位後續深究參考之價值性。

柔性光柵其光學特性與力學分析之研究 The Study of optical properties and stress analyzing of flexible diffraction grating

光柵作為常見的分光元件,應用於許多光學儀器中。然而,傳統光柵彈性較差且硬度較高,限制了其應用範圍。本研究利用具有高彈性和易形變特性的 PDMS 作為柔性光柵的材料,對不同厚度和彎曲程度的光柵進行一系列測試。為了探討厚度和彎曲曲率對繞射效果的影響,進行了不同厚度柔性光柵的繞射點分析實驗。實驗結果顯示,增加柔性光柵的厚度會提升其彎曲時第一亮紋的變化率;相反,減少厚度則會降低該變化率。隨後的研究進一步探討不同施力方式是否會影響柔性光柵的分光效果。通過拉伸和壓縮光柵,發現拉伸會使光柵的軌距變大,而壓縮則會使軌距變小。此外,研究還探討了利用 PDMS 複製類似光柵的結構是否具有分光效果。實驗結果顯示,複製的指紋確實展現了類似特性,期望未來能夠將這些特性實際應用於相關領域。

探討手性有機硒催化劑合成與性質

研究指出⼿性有機硫催化劑能催化反應合成出⾼立體選擇性的產物,並有相關的研究指出以同族的硒取代⽽成的催化劑也有類似的性質,我們好奇兩者之間催化能⼒的差異處。本研究探討⼿性有機硒催化劑THSeOBn的合成,並將其應用催化形成氮環丙烷化物及環氧化物以探討其性質。本研究發現相較⼿性有機硫催化劑THTOBn催化,其催化形成氮環丙烷反應的dr 值及反應速率皆有顯著的上升,但其催化形成環氧化物的反應儘管反應速率有上升,但是dr值卻下降。最後本研究提出了關於THSeOBn催化形成氮環丙烷及環氧化物的反應機構。

ZIFs與釩氧化物作為鋅電池陰極材料之應用與性能研究

本研究旨在優化鋅離子電池陰極材料的性能,選用沸石咪唑酯骨架材料(ZIFs)與釩氧化物(V6O13)進行複合材料的合成與應用。隨著鋰電池成本的上升,鋅離子電池因其安全性與成本效益逐漸受到重視。ZIFs 具有高比表面積及良好的離子導電性,而V6O13則因多價態和優良導電性而成為潛力材料。通過結合這兩種材料,我們開發了具有多孔結構和優異穩定性的複合陰極材料,再使用 PXRD、SEM 及 EDX 對材料進行結構表徵,並使用此新材料製作鋅離子電池進行電化學性能測試。結果顯示,熱裂解後的 PY-VxOy@ZIF-Zn/Co具有最佳的克容量及穩定性,且在500次循環後保持良好的穩定性。本研究展示了ZIFs和V6O13結合在鋅離子電池中的應用潛力,為低成本、高效能的儲能解決方案提供了新的方向。

深「植」你心--探討教室放置植物對學生的身心影響

植物具有綠化環境、淨化空氣的效果,並且能讓人保持愉悅、對身心健康有著正面的影響。我們好奇若藉由課室綠化布置,能否也對學生身心狀態有正面的影響,進而影響學習表現。本研究的目的在證明空氣淨化植物是否能夠吸收改善教室的環境品質與學生的學習效果。實驗分為三個階段,階段一使用各種空氣淨化植物分別吸收有機汙染物、空氣懸浮物、碳化物濃度,並進行比較。階段二分別測量生理層面:包含脈搏、血氧;而心理層面:包含樊氏壓力量表、焦慮量表和專注力量表,來分析植物與植物萃取物 例如精油 對學生生理與心理的影響。階段三利用隨堂測驗的 方式檢測植物對學生學習表現的影響。本研究結果發現植物能夠使環境中二氧化碳、苯與甲醛濃度降低,在課室中的學生們其生理、心理會受到間接的影響,對於上課的專注度及學習表現也有不同程度的改變。

芋頭生物塑膠材質的熱水即溶包研製

2023年聯合國氣候變遷大會(COP28)決議 2050年淘汰化石燃料。2022年聯合國環境大會制定從源頭減少塑膠垃圾的公約。為了回應這些全球目標,本研究利用廢棄芋頭皮的黏性製作生物塑膠,用於泡麵內調味料的熱水即溶包。常溫下為調味料包裝袋,熱水沖泡後即可溶解,成為富含營養的食材。 我們發現有八種配方能夠成功使其成形。其中,成本最低的配方為芋頭:明膠:小燭樹蠟:甘油:水=20:15:9:9:70。該產品在76°C以上的熱水中能夠溶解,第一次裂解時間為8秒鐘以內,之後會完全溶解。該裂解時間y(s)與溫度x(°C)的關係為:y=9.53×10¹¹x⁻⁵.⁹⁸。這使其適合用於泡麵時的熱水溫度,約 80°C以上。 物理性質包括:拉伸強度為0.70kgf/15mm,伸長率為20.4%,密度為1.11 g/cm³,含水率為20.3%。所有配方成分皆可食用,並可溶解於熱水中,適合作為泡麵調味料塑膠包的替代品,有助於減少農產廢棄物的處理量。

三角形分割與內切圓半徑之延伸研究

本研究延伸自作者前一年的研究「多『圓』文化的延伸——Japanese Temple GeometryProblem」,本作品靈感來自於其中一題日本算額問題。該題將正三角形透過特定的分割方式,將其分割為四個三角形。本研究改變其分割方式:在任意△ABC中,L、M、N分別為̅BC、̅AB、̅AC上一點,若△AMN、△BML、△CLN之內切圓半徑相等,則 △ABC內切圓半徑等於△LMN 內切圓半徑加三等圓半徑。此外,本研究刻劃出△ABC三邊上L、M、N的相對位置,並說明三點的相對位置是能夠利用尺規作圖實現的。最後也計算當△LMN存在時,三等圓半徑(r)的上界。此外,本研究將上述三角形的分割手法推廣至正n邊形和正四面體並探討內切圓與內切球的相關性質。另外也針對三角形內部的三圓半徑從原先的r改為r,gr,r,探討r的上界為何,最後也將研究內切圓延伸至外接圓,並觀察出三外接圓心與 L、M、N六點共橢圓。

觀音山火山熔岩與其礦物比例研究 A Study on the Mineral Ratios of Guanyinshan Volcanic Rock

透過親手磨製岩石薄片及礦物比例數據,探討觀音火山熔岩的差異與其差異原因。根據前人研究得知,觀音山經過五次噴發,共有七種不同的火山岩。比對地質圖,尋找各層出露地點共17處,進行田野調查、空拍記錄及樣本採集,並磨製岩石薄片共14片,進行岩相觀察與礦物面積比例計算。 本研究觀察到觀音山熔岩有漸變關係,符合鮑氏反應序列。從橄欖石玄武岩→普通輝石玄武岩→普通輝石安山岩→兩輝石安山岩→紫蘇輝石安山岩→黑雲母角閃石安山岩。 並依據新的田野調查資料,修正觀音山的地質圖資;建立火山噴發歷程模擬動畫;製作立體地形模型,以瞭解對地質地貌關係,皆可做為日後觀音山地球科學教育之參考。

探討自我參照和社會訊息對不同年齡、性別連結記憶的影響

連結記憶(Associative Memory)為記憶兩物體之間關係的能力,會隨著年齡增加而衰退。先前研究顯示不同性別在記憶的老化程度存在差異,然而針對連結記憶在不同性別的老化未被討論。過去研究發現自我參照效應以及改變刺激材料的社會訊息程度可提升連結記憶的表現。然而缺乏同時使用兩種方法研究,兩者之間的交互作用尚不清楚。本實驗分別針對不同年齡與性別的群體進行連結記憶測驗。我們引導受試者使用自我參照記憶具有不同社會訊息程度的圖片,測量其連結記憶表現。結果顯示,女性有顯著的連結記憶衰退;而男性沒有顯著的連結記憶衰退,其記憶衰退可能與項目記憶有關。另外,我們也觀察到參照與社會訊息對連結記憶的影響具有交互作用,在未來實驗中有必要注意兩者之間的互相影響。