全國中小學科展

2025年

熱不倒的番茄—耐熱細菌對番茄根莖之研究

本次實驗以地熱溫泉區的土壤中所篩選出的8隻耐熱菌種,並加以純化、液態培養,將8種菌液稀釋成度三種不同濃度(100X、200X、500X),以恆溫培養箱控制環境溫度(25℃、30℃、35℃)模擬環境變因,並測試和定量菌株的溶磷、固氮能力,亦測試載鐵、抗番茄萎凋菌能力及對於聖女番茄及桃紅番茄所帶來的影響。本研究發現 LC26 及 LC28 可於熱逆境下顯著促進聖女番茄生長,此外LC03亦能於熱逆境下明顯促進桃紅番茄生長。本研究也發現LC03、LC26及LC28對玉米及胡蘿蔔有最好的促進生長效果,而對青江菜有最明顯的抑制生長效果,可作為輪耕作物之參考。最後本研究發現這三隻菌種皆對大花咸豐草之生長有抑制情形,其中以LC26(500X)抑制效果最佳。

基於高效可更新神經網絡的西洋棋人工智慧應用於嵌入式對弈棋盤

本研究以西洋棋為切入點,採用磁簧開關陣列來偵測棋子位置,並在設計中加入二極體以防止Ghosting效應,進而開發出一款以Arduino Uno開發板為基礎的智慧對弈棋盤。棋盤底部配備RGB LED燈,以便為使用者提供落子提示,並根據不同的落子類型呈現不同的燈光效果。 我們成功地透過簡潔的設計與高效的運算性能,實現了一個能夠識別棋手落子的智慧對弈棋盤,並能根據國際西洋棋規則提供正確的移動提示,讓完全沒有基礎的初學者也能在遊戲中學習並掌握西洋棋的所有規則。此外,我們還引入了基於Minimax演算法的輕量化AI和基於高效可更新神經網絡(NNUE)AI,並探討兩者之間的性能差異,從而使該智慧棋盤在節省運算資源的同時,可以在不連接電腦的前提下,具備一定的棋力,以支持棋手的技能提升與訓練。

禽畜糞堆肥除臭與氨氣資源化

禽畜糞堆肥常伴隨氨氣排放而有異味問題。目前成本低、培養易的木黴菌已廣泛用在堆肥中來加速發酵。此外,部分業者會將含氨臭的氣體蒐集再以稀硫酸水洗,產物硫酸銨可作為氮肥,但多被排棄。本研究結合木黴菌添加與排氣稀硫酸水洗,可縮短堆肥期程,更將氨氣肥料化,以 (1)木黴菌合適添加劑量、(2)稀硫酸水洗參數等二項為試驗主軸。結果顯示:(1)添加2/100木黴菌可使堆肥成品中總氮增加13%,減少氨排放;(2)含氨排氣經pH6-7稀硫酸水洗,98%的氨氣轉化成含約1,400mg/L之硫酸銨溶液,氮含量為300mg/L,相當於沼渣沼液農地施灌水準。

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。

羽轉綠肥-自製肥料對蔬果生長的影響

羽毛廢棄物是畜產類廢棄物排名第二大宗,為了提高廢棄羽毛的實用價值與效益,我們利用啤酒酵母菌進行雞羽毛分解。經啤酒酵母分解一個月後的雞毛液肥,含有胺基酸濃度約為0.17 M,是市售肥組的5.67倍。以雞毛液肥灌溉高經濟價值的彩椒及福山萵苣,彩椒果實總質量比市售肥組高出84.6%,果實中含有葡萄糖濃度為23.8%,比市售肥組多出49.7%。碘量法的抗氧化能力試驗中,發現雞毛液肥灌溉的彩椒抗氧化能力比市售肥組高出91.3 %。清除DPPH自由基的能力實驗中,雞毛液肥組的彩椒果實汁液清除自由基能力約是市售肥組的2.82倍。雞毛液肥灌溉的福山萵苣的葉片總質量比市售肥組多出116.2%。可以發現啤酒酵母分解的雞毛液肥,確實可取代市售肥料,當作彩椒及福山萵苣的養分。希望藉此研究能將廢棄雞毛再利用,減少環境負擔,讓農業永續發展。

應用機器學習與遙感指數於紅樹林植物分類與碳匯分析

本研究應用遙感技術和機器學習方法,提出了三個創新應用,目的在提升紅樹林生態系統的分類監測和藍碳儲量評估。 首先,建立機器學習模型(隨機森林演算法),對紅樹林植物進行自動分類,分類準確率達94.74%。此模型能夠應用於特定區域的長期監測,捕捉紅樹林覆蓋範圍和植物變化的動態趨勢。並且開發了RGBN(Red-Green-Blue-NIR Mangrove Index)遙感指數,此指數主要結合可見光波段和近紅外波段,能有效提升了紅樹林植被健康狀況評估的準確度,並具有廣泛的區域適用性,不限於特定研究區域,適用於全球範圍的紅樹林監測。最後,本研究成功整合並編寫了InVEST模型的程式碼,本模型進一步應用於紅樹林藍碳價值評估,未來將透過收集詳細的土地利用、碳匯數據及生物物理參數,量化紅樹林的藍碳價值,為碳交易與藍碳管理提供科學依據。

基於LLM的互動式口述影像系統

本研究旨在透過LLM 將影片內容轉為口述影像,探討及比較不同影片處理方式、LLM 對於圖片及影片的敘述,串接成一套自動化的口述影像系統。口述影像原本是為視障者製作的,現在本研究調整系統,讓有需求的一般大眾也能有效、容易及快速的了解影片內容。 本研究中的口述影像系統具有以下特點: (一)利用LLM 擅於處理視覺訊息及自然語言的優勢,將影片分為多張圖片,由LLM分別生成敘述後再整合為影片的整體敘述。 (二)運用LLM 會留存對話紀錄的特性,使用者可在系統中針對疑問與LLM進行問答。 (三)串接不同的 LLM,尋找製作口述影像的最佳組合。 藉由LLM 將影片轉換為口述影像,實現互動式的口述影像服務。除了可以滿足視障者的觀影需求,更重要的是當一般民眾沒有時間觀看影片時,也能透過口述影像系統了解影片內容。

水中的奇妙力量探秘 沃辛頓射流

我們以實驗室及生活上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。結果發現以圓形的類天然海棉托住乒乓球丟入水中可成功產生射流,因此選擇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。最後我們將實驗影片逐格分析計算,證實球體彈射過程是一個反覆受到重力及空氣阻力等因素影響降速,又受到下方射流水柱力量推擠而加速的過程,初步建立以乒乓球標示射流噴射過程運動模式的邏輯。

禽畜糞堆肥除臭與氨氣資源化

禽畜糞堆肥常伴隨氨氣排放而有異味問題。目前成本低、培養易的木黴菌已廣泛用在堆肥中來加速發酵。此外,部分業者會將含氨臭的氣體蒐集再以稀硫酸水洗,產物硫酸銨可作為氮肥,但多被排棄。本研究結合木黴菌添加與排氣稀硫酸水洗,可縮短堆肥期程,更將氨氣肥料化,以 (1)木黴菌合適添加劑量、(2)稀硫酸水洗參數等二項為試驗主軸。結果顯示:(1)添加2/100木黴菌可使堆肥成品中總氮增加13%,減少氨排放;(2)含氨排氣經pH6-7稀硫酸水洗,98%的氨氣轉化成含約1,400mg/L之硫酸銨溶液,氮含量為300mg/L,相當於沼渣沼液農地施灌水準。

數位物理實驗室:毫米波雷達系統之設計與應用

本研究旨在設計基於毫米波雷達的數位物理實驗系統,用於精確量化彈簧簡諧運動。傳統物理實驗易受肉眼觀察與手動測量的誤差影響,本系統利用24GHz毫米波雷達結合自製電路板,進行即時、無接觸的運動測量。透過設計電路板、撰寫韌體訊號轉換程式,並進行數位數據分析,成功開發了靈敏的毫米波雷達系統。我們利用彈簧簡諧運動實驗驗證了該系統,觀察不同質量砝碼對彈簧運動頻率的影響。實驗結果顯示,考慮彈簧質量後,測量數據與理論結果的均方根誤差從0.62Hz降低至0.35Hz,顯示出系統的高度精確性及穩定性。本研究成功解決了傳統實驗中的量測誤差問題,以毫米波雷達技術實現了精確觀測。開源設計有助於推廣至學校的物理實驗室,為學生提供先進的實驗工具與數據分析經驗。這展示了毫米波雷達在物理實驗中的應用潛力,並為未來教學實驗提供了高效、低成本的解決方案。