全國中小學科展

2025年

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。

利用 Verapamil 引發斑馬魚胚胎心衰竭模式並探討臨床心衰竭用藥 Dapagliflozin 和 Valsartan 之成效與機制

本研究利用 Verapamil 誘導斑馬魚胚胎心衰竭模式,並探討 Dapagliflozin 對斑馬魚胚胎表皮離子細胞的調控機制,以加深對 SGLT2 inhibitors 機制的了解。受精後第四天的斑馬魚在暴露於Verapamil 24小時後,除了抑制卵黃囊吸收以及造成心包膜水腫以外,對心臟整體功能(HR, EDV,ESV, SV, EF, CO)具負面影響。以粒線體染劑標記離子細胞,發現Verapamil使其密度上升,使用掃描式電子顯微鏡觀察,則可看到離子細胞頂端開口有明顯的萎縮,影響到正常功能。以抗體標記染色的方式檢測不同離子細胞亞型,顯示 Dapagliflozin 使富含 Na⁺-K⁺ ATPase 的 HR 細胞和富含 H⁺-ATPase 的 NaR 細胞密度上升。同時,心臟功能診斷標誌物的 mRNA 水平(naap, nppb,gata4, vmhc)暴露於Verapamil後上升,促進離子細胞代償性上調。

方格裡的秘密—隨機分布的機率探討

本文研究了一個信息完全公開的組合遊戲,探討當一群人被完全隨機的分配到模型裡時,其初始位置與特定位置所形成的包圍關係,並探討最佳的人力分配。本研究通過座標解析與不等關係的代數運算等方法,成功找出獲勝條件對於遊戲雙方的限制,並進一步解決問題。在研究的過程中,也將結論擴展到不同模型,探討不同模型對於遊戲造成的影響,並比較其結論有何區別。

臺灣西南部古亭坑層泥岩之古水深變化

二仁溪剖面因受到小滾水逆斷層截切 ,而分為東、西剖面兩部分,東剖面的地層較老西剖面的地層較年輕,故推測該地區東剖面古水深較西剖面深。本研究利用微體化石有孔蟲比例(%P)進行研究,希望能夠探討臺灣西南部沉積盆地的演化,以及二仁溪剖面地區的古水深變化與粗顆粒含量的相關性。但由於本研究使用的樣本並沒有採樣於每一沉積岩層,故臺灣西南部沉積盆地的沉積物供應量與構造抬升的因素仍需進一步的研究。

麥克納姆輪車直線 360 度全向控制與角度誤差之探討

近年來,作者觀察到餐飲業及飯店業引入自主移動機器人(AMR)提供服務,受到廣泛歡迎。不僅如此,隨著AI的風潮,愈來愈多產業引進機器人補足人力的空缺。就輪式機器人而言,麥克納姆輪具相對優異的機動性和運動靈活性,但傳統麥克納姆輪的行進模式只侷限45度倍數的方向。針對此限制,本研究分析傳統麥克納姆輪的合力方向,通過數學推導和實際控制方式的驗證,確認其18個方向移動的數學式,再利用ESP32-S單晶片的WIFI驅動控制系統,實現並驗證 合力分析結果 接著,進一步 建立 麥克納姆輪的全向 360 度直線移動的數學式, 並且用 PWM 脈波調變,實現全向控制。此外,分析地面材質對車子移動的影響,測試出麥克納姆輪適合的地面材質,針對誤差給出可能的校正方式以達更精密的控制。希望就本研究結果擴展未來的應用範圍及使用價值。

沙盒類遊戲式學習平台系統伺服器架設節能效率研究:以Minecraft為例

本研究以 Minecraft 為例,探討沙盒類遊戲式學習平台系統伺服器架設的節能效率,旨在透過動態調整伺服器數量降低總CPU使用率,提升伺服器的管理效能和能源使用效率。隨著線上遊戲的普及,伺服器的營運管理變得越來越複雜,如何在滿足玩家需求並同時降低能源消耗成為一個重要議題。本研究將分析伺服器資源使用狀況,特別是在玩家活動量高低波動的情境下,透過管理策略的調整,探討其對節能效率的影響。 研究透過實證數據的收集與回歸分析,建立一套可應用於 Minecraft 伺服器的節能動態調整系統,並探討動態調整的具體效率。研究結果發現隨著玩家人數增加,越接近系統負載上限,節能效果會越來越不明顯,以本次研究的伺服器來講玩家人數到達35人以後就無法再減少伺服器數量。

歐氏空間中固定圖形在整數格點的最大覆蓋

本作品針對固定格點中的最大覆蓋進行研究,探討三角形與平行六面體的最大覆蓋面積與體積,以及此時的作圖圖形。對於三角形,我們的研究對象為平面 9𝑛2 格點,我們觀察出每三圈格點為一個作圖單位,並藉由定義點集合範圍來證明最大面積三角形。為了證明所提出的猜想,我們以三個正方形與四個三角形之間的轉換關係為方向進行研究,並求出相同旋轉點三角形的大小關係,將坐標分門別類後加以探討。至於平行六面體的部分,我們則研究立體 8𝑛3 格點,在提出最大體積總和之猜想後,以底面積與高兩方面來推算出最大體積,最後將平行六面體依據平面法向量分成數類以證明猜想。

日本南海海槽長微震特性比較及其與環境參數之關聯

本研究利用Slow Earthquake Database長微震資料探討日本南海海槽長微震事件發生的特性、嘗試找出造成此區長微震發生的原因。我們將日本西南部的四國島、紀伊半島、愛知縣依空間細分為八個小區,分區將長微震的資料繪製成圖表,並利用快速傅立葉轉換Fast Fourier Transform進行頻譜分析,尋找該區長微震的活躍程度及復發週期,復發週期為一季至一年不等。另外,我們也將環境參數與長微震的月平均發震時長做比較,發現兩地皆與風速呈負相關、和累積雨量推遲1~2個月後兩者間成正相關、和地下水位高度呈負相關。潮汐與長微震的相關性上,潮位高度的影響較漲退潮狀態顯著, 但兩者均對長微震的發生有著正相關。

影像辨識 在 智慧運輸系統 的應用 自動跟隨

本研究旨在開發一款能自動跟隨人的AI智慧運輸車,應用在 醫院、商場等環境,能減輕工作人員的負擔。本系統融合YOLOv8影像辨識技術和物聯網,使運輸車具備跟隨人體的能力。該系統通過物聯網,將車上攝影機接收的影像傳送至電腦,進行即時運算,不必在車上配備高階的微型電腦或GPU以降低成本。使用YOLOv8模型辨識人體與手勢,以arduino ESP32開發板作為主控單元控制減速馬達,使運輸車能自動跟隨人員。本研究不像傳統自動導引車(AGV),因為依賴固定路徑,而無法用在多變的場景,且不適合與人協同工作。將本系統應用於醫療院所或零售業商場等 ,經常出現 變障礙物的場所時,能與人員配合執行任務,例如當作病人的點滴架、輔助護理師工作的醫務車,以及賣場中協助工作人員上貨的籠車,能有效降低勞力負擔。

Japanese triangle之探討與推廣

本作品在探討2023年IMO問題5中所提到的關於日式三角形(Japanese triangle)之問題,日式三角形是將1+2+...+n個圓排成正三角形的形狀,使得對所有i=1,2,...,n,由上往下數的第i列有i個圓,且每一列都有一個圓塗成紅色。日式三角形中的忍者路徑是一串由最上列到最下列的n個圓,其中每個圓連到其下一列與之相鄰的兩圓之一。我們分成兩個研究方向:一、找出k的最大值,保證在每一個日式三角形中,有一條包含至少k個紅色圓的忍者路徑。二、找出k的最小值,保證在每一個日式三角形中,有一條包含至多k個紅色圓的忍者路徑。 研究中,我們一般化每列的紅圓數為任意自然數𝓵(若該列總圓數不足𝓵則以該列總圓數塗色),並將問題推廣至空間三角垛的情形。最後,我們將𝓵=l的情形推廣至高維空間。