2015年11月11日 星期三
2015年11月10日 星期二
【科展解析】輕鬆「袋」著走
上完課，老師的大字報總是堆積如山，老師希望我們資源再利用，除了背面空白的我們拿來畫海報外，其餘的，我們思量許久，終於想到配合數學體積與容積單元拿來做紙袋吧！當一個個的紙袋呈現在眼前，無論是書面的或滑面的紙張，都賦予他新的生命。這樣不僅符合環保的要求，也為地球生態盡一份心力。
【X博士摘要說明】
- 找出不同材質的紙張，對紙袋承重可能造成的差異？
- 探討可以強化紙袋的承重的方法？
第52屆 國小生活與應用科學科作品
題目：輕鬆「袋」著走
作者：臺中市豐原區豐原國民小學的同學們
【摘要(原文)】
上數學課的時候，老師教我們如何計算體積和容積。為了加深學習的印象，同學們利用下課的時候，計算各式各樣文具及簿本的體積，並利用上完課的大字報，摺出各式各樣大小的紙盒，來貯存各式各樣的文具及簿本。但是經過幾天的觀察後，卻發現這些紙盒並不實用，不但不方便攜帶，而且也很容易破損。正當大家陷入沉思的時候，突然有同學發現，佈告欄上的林林總總的宣傳海報和回收的壁報紙，似乎比大字報更耐用，如果再加上提把的設計，就可以帶著走，不但可以資源再利用，而且更貼近生活需要。在經過不斷的努力蒐集資訊及不斷觀察、試驗和改良後，終於利用學校佈告欄的回收紙，設計出符合自己使用需求的紙袋。
【X博士步驟說明】
●製作符合使用大小規格紙袋
●使用不同的紙張，製作相同規格的紙袋，並評估紙袋的承受能力
不同材質紙袋的承受重量情形：滑面紙 > 雲彩紙 > 牛皮紙 > 壁報紙 > 書面紙
●使用噴霧器逐步噴上水氣，觀察紙袋受潮後的承受能力。
不同材質紙袋受潮的耐用性: 滑面紙 > 雲彩紙 > 牛皮紙 > 壁報紙 > 書面紙
實驗結論:
○滑面紙及雲彩紙的承受重量情況皆有不錯的表現。
○滑面紙看起來光滑亮麗，雲彩紙看起來具有質感，是紙袋的首選材質。
○滑面紙表面黏著一層簿膜，不僅防水性佳，同時承受張力也優於雲彩紙。
○雖然雲彩紙的紙袋載重和防潮效果都不錯，但因成本較貴，故不予考慮。
○滑面紙，若時效已過就成了垃圾不可回收，做成紙袋可使資源再利用。
數據分析與結論
不同材質的紙張，因其原料及製程的差異，具有不同的特性，製成紙袋後，其耐用性及防潮性自然不同。即使是材質較佳的紙張所製作成的紙袋，仍受其紙質上的強度限制，若要達到更佳的使用需求，在其結構上仍有許多可以強化及改善的空間。使用回收紙張製作紙袋再利用，有助於同學環保回收及愛物惜福觀念的培養。
以下是評審給的評語
【X博士評語】
如果能把一次性的海報重新做成漂亮的紙袋，可以說是兼具環保與美麗的效果，再加上簡單的提把，就可以輕輕鬆鬆帶著走，甚至自製的紙袋最多可以乘載六公斤的重物，小小創意就可以帶來莫大的成就感!
2015年11月8日 星期日
科展題目怎麼找?
找科展題目，一直是很多科展選手會碰到的問題。看到別人做了很多有趣的題目，仔細看看研究內容覺得自己好像也做得到，但卻不知道人家是怎麼想出要做這個題目。當然，每一個好的題目當初一定是選手們花了很多心思想出來的。 自己想出適合的題目當然最好，但如果真的一點頭緒都沒有，那該怎麼樣才能找到一個適合自己的題目呢?今天科學X博士將介紹幾個方法，讓選手們可以照著試試看，說不定一個全新的好題目就會誕生了!
方法一: 從課本找
自然課本中一定有很多現成的實驗，而這些實驗的結果可以經由學校安排的實驗過程，得到一個理想的答案。當然，課本裡面的實驗是沒有辦法拿來做作為科展競賽所需要的實驗，但大家可以仔細觀察一下課本實驗的整個過程。以熱學的單元來講，熱學教大家溫度，也教大家熱量。熱量1卡的意思，代表的是1公克的水上升1度C所吸收的熱量。在這個章節中老師會安排的實驗，就是讓同學們用燒杯來裝水，再用酒精燈加熱一段時間後，觀察水所上升的溫度來計算酒精燈所給予水的熱量。
1卡=1公克水x上升1度C
假設我們用100c.c.的水，加熱5分鐘後觀察它的溫度變化這個實驗來看，在整個實驗操作的過程中，通常會在學校的實驗室進行實驗，而實驗過程中所需要用到的實驗器材，也都是學校老師原本就會準備好的。換句話說，這整個過程是同學們拿到已經準備好的酒精燈、三腳架、石棉心網、燒杯，然後就開始動手做實驗了。如果同學們試試看把這個步驟跳過，所有的器材都是自己準備，甚至是自己去買的話，那馬上就會發現一個問題了。同學們買了酒精燈、三腳架、石棉心網，最後要買燒杯時就會發現，燒杯有賣100 c.c.、250 c.c.、500 c.c.，各種大小。那如果我們想要用100 c.c.的水來加熱，要底要買哪一種大小的燒杯呢? 將100 c.c.的水分別裝入100 c.c.、250 c.c.、500 c.c.。的燒杯時，水的形狀會不一樣，與燒杯接觸的面積也會不一樣。這時候，一個屬於自己的科展題目就出來了:「使用不同形狀的容器，會對酒精燈的加熱效果產生怎樣的影響?」從容器形狀與加熱效果的關係出發，就可以延伸出許多的變因。
另一方面，如果大家注意看看酒精燈的燈芯，有些燈芯比較「散」，火力會比較大;有些燈芯比較「合」，火力會比較小。火力小時燃料消耗較慢;火力大時燃料消耗較快。這時候反應快的選手們又可以聯想出另一個題目:「消耗同樣多的燃料時，火力的大小會對酒精燈所提供的總熱量有什麼影響?」經由這邊所提到的，容器形狀與火力大小2種變因的組合，就可以設計出一個實驗，來找出最省燃料的加熱方法。
方法二: 從現有作品找
在國立臺灣科學教育館網頁中的「科展群傑聽」，可以找到現有的許多優秀作品。仔細看看以往的作品，有機會發想出新的研究方向。從現有作品來找的話，有2個方法可以讓大家參考。
1. 改善測量方法
舉個例子來說，以前有一個作品，利用車用GPS的定位裝置在同一個經度上，
分別在南台灣、北台灣地方各找了一個地點，分別豎立起一個垂直於地面的裝置，在中午的時候，測量太陽光照射在裝置後在地面所造成的影子長度，利用一些數學與三角的關係，推算出地球的半徑。而這個「測量地球半徑」的題目在過了幾年之後，又有其他選手們重新進行實驗，而後面作品改善了幾個地方。
(1)由於影子會有本影、半影，因此不太容易很精準的測量出影子的長度，因此新的作品中改用透鏡集中太陽光的方式，可以更準確的量出太陽光與裝置的關係。
(2)原有的作品已經是在正中午測量影子長度，新作品更進一步限制測量日期在冬至、夏至這兩天的正中午，可以更確保太陽、地心、測量點三者之間的位置關係。經由測量方法的改進，也可以讓原有的科展作品有更新的研究結果。
2. 改變實驗參數
大家都知道，植物的生長會受到光線的影響。曾經有一個科展作品，它的內容是利用紅光、黃光、綠光與藍光照射植物，看看不同顏色的光對植物生長的影響。看完這篇作品，選手們也可以試著想想看，如果光線可以改變顏色，那是不是也可以改變光線強度、光線照射時間或是週期、使用日光燈、電燈泡或是LED等等的變因，對植物會不會也產生不同的影響。藉由思考原有作品實驗參數的設定，也會有機會找到屬於自己的新實驗。
三、從生活中找
這是個最理想的找題目方法，每個人都會有自己熟悉的環境，也有會自己的興趣與嗜好，而對自己原有興趣嗜好的事物一定也最為熟悉，從這其中所找出的題目，也肯定是最適合自己，也最有機會是獨一無二的。舉個例子來說，幾年前曾經流行過一個玩具叫做戰鬥陀螺，戰鬥陀螺有許多可以改裝的組件，這些組件分別可以代表像是重量、半徑與高度、轉軸形狀等等參數。如果一位選手原本就已經很喜歡戰鬥陀螺，自己就是戰鬥陀螺專家了，那就很適合對這個研究再進一步的分析。選手可以先自己用實驗室中的工具做出一個實驗用陀螺，再為陀螺的行為訂出幾個像是轉動時間、打陀螺時的力量、轉動行為等測量的基準，最後改變重量、半徑與高度、轉軸形狀等參數，觀察這些參數對測量基準的影響。不過這樣的題目要儘量避免直接買現成的戰鬥陀螺玩具進行實驗，自己設計製作的陀螺，較能表現實驗的重點。
再舉一個更生活化的例子。節約能源是現在的全民運動，任何能在生活中節省更多的能源都是值得做的研究。X博士的生活中每天早晚都會喝溫開水，而我家裡的溫開水是用電熱水瓶燒出來的，這時候我就會想到，我需要用到熱開水的時間只有早上和晚上，而中間有很長的一段時間，熱水瓶都是維持在保溫的電力消耗狀態。這時候我們就可以比較一下:
(1)維持熱水瓶的一般使用習慣，也就是早上讓熱水瓶燒好開水後，就一直維持保溫的電子消耗，直到把水喝完。
(2)早上喝完熱水後，就把插頭拔掉不要消耗電力，等到晚上回家後再重新燒一次開水。
這(1)與(2)這兩種方式哪種會消耗比較少的總電能，這個答案一定會隨著熱水瓶的電功率、是否把裡面的水裝滿、中間不插電的時間有多久而有所不同。這又是一個值得研究的好題目了。
可以找出科展題目的方法很多，如果真的沒有任何IDEA時，可以試試本文中所提供的方法，相信在這過程中，可以讓選手們產生更多的腦力激盪。
【科展解析】天然多功能黏紙王~天然物質製作黏著劑之探討
膠水雖然方便使用，但也有用完的時候。如果急需使用，膠水剛好又沒了，該怎麼辦呢？膠水的原料PVA(聚乙烯醇)雖然是可分解物質，但在製造過程中會消耗大量能量。為了解決我們心中的困惑，決定利用這次的研究，來探討家中有什麼材料可以代替 PVA 膠水，製作更「節能減碳」的黏著劑。
【X博士摘要說明】
- 探討廚房常用粉類材料是否具有黏性，可製成可用之黏著劑。
- 探討不同濃度比例及不同溫度熱水製成之黏著劑是否對使用效果產生影響。
- 探討有顯著黏著效果的黏著劑其承重程度之差別。
- 天然黏著劑黏性持久度的探討。
- 觀察探究天然黏著劑將紙張黏著於垂直平面的狀態。
第 49 屆 國小化學科作品
題目：天然多功能黏紙王~天然物質製作黏著劑之探討
作者：臺北縣永和市秀朗國民小學的同學們
【摘要(原文)】
本研究主題探討如何利用廚房中可見天然材料製作有效黏著劑。選擇高筋麵粉、中筋麵粉、低筋麵粉、地瓜粉、糯米粉、太白粉等六種粉類，研究不同比例、製作方法下，何種情況能夠製作出最具黏性及持久性的天然黏著劑。
【X博士步驟說明】
●廚房中找到的材料所製成之物質是否能夠黏住衛生紙？
在廚房幫忙的經驗讓我們知道麵粉加水會有黏性，太白粉勾芡可使菜餚變黏稠，糯米粉和地瓜粉遇濕會有點黏性，因此我們選擇這六種粉作為實驗物質，看它們是否可黏住衛生紙。
●不同麵粉在不同濃度和不同水溫下所製成的黏著劑，其承重程度是否有差異？
實驗步驟：
1. 先製作兩種不同種類的承重測驗紙。
2. 將高、中、低筋麵粉秤1g、2g，水溫用室溫、40℃、60℃、80℃，粉與水比例使用1：1、1：1.5、1：2，進行調製。
3. 同一黏著劑各秤10 份0.2g，各平均塗抹在 2cm × 2cm的格子中後，將另一張承重測試紙貼上並輕輕壓緊，完成兩種類承重測試紙各5份的黏合。
4. 等待自然風乾，三天後進行承重測試。
高筋麵粉在濃度1：1.5、水溫80℃條件下調製成的黏著劑黏度最佳；效果最差為1：1、80℃。
中筋麵粉在濃度1：1.5、水溫40℃條件下調製成的黏著劑黏度最佳；效果最差
為1：1、室溫。
低筋麵粉在濃度1：2、水溫室溫條件下調製成的黏著劑黏度最佳；效果最差為1：1、40℃。
●本實驗製作之黏著劑，是否能將紙張黏著於垂直平面上？
我們製作的黏著劑可以成功黏著2張紙，不過有時也需要將紙張黏著在垂直
的平面，如：牆壁上。因此我們使用快速麵粉黏著劑中黏度最佳的80℃高筋
1：1.5，以及加熱高筋、飯(2：1)黏著劑，來測試它們在垂直平面上的黏著表
現。
此三種黏著劑都可將紙張黏著在垂直平面上，但加熱高筋麵粉黏著劑的表現不穩定，可能是受紙質及黏著表面的光滑程度影響。飯(2：1)黏著於垂直表面的效果最佳。
數據分析與結論
自廚房中可取得之材料可以製作有效的黏著劑。選擇製作快速黏著劑時，僅考量承重度時，以1：1.5高筋80℃最耐重；除承重度還需考量乾燥時間時，1：1.5 中筋40℃為最佳選擇。加熱加糖黏著劑以高筋麵粉承重表現最好；加熱不加糖黏著劑以飯(2：1)承重表現最好。天然快速黏著劑可依照麵粉種類、濃度、水溫，調製出各種不同的黏度，以適用各種不同的黏紙需求。
以下是評審給的評語
【X博士評語】
膠水的原料PVA(聚乙烯醇)雖然是可分解物質，但在製造過程中會消耗大量能量。而此份科展作品僅利用麵粉以及水的比例，調整不同水溫和濃度，就可以做出不同黏度的黏紙澆水，當家中的膠水用光時，就可以利用此方法作出大量的替代膠水。
2015年11月4日 星期三
【科展解析】洗手救地球-從「頭」做起
每到吃營養午餐時間，學校總是會要求小朋友把手洗乾淨再用餐，看到同學們洗手時水龍頭的水一直流，感覺上有許多水是浪費掉的，應該在水龍頭上裝上省水的器材來防止水的浪費。
【X博士摘要說明】
- 了解學校高年級同學的洗手用水量。
- 了解市售省水器材的省水效果。
- 了解省水環保杯的製作方式及出水原理。
- 了解不同因素對環保水龍頭水流量的影響。
- 根據研究結果製作環保水龍頭。
第 49 屆 國小生活與應用科學科作品
題目：洗手救地球-從「頭」做起
作者：臺北市士林區福林國民小學的同學們
【摘要(原文)】
市面上有許多省水器材，我們研發的環保水龍頭省水效果更佳。學校要求進行營養午餐前需先洗手，校園中高年級男生洗手用水量普遍比女生較少，但仍需 1 公升以上的水量，若於學校安裝省水龍頭則可達到省水效果，以集中式水柱且噴霧的省水頭效果最佳，約需 480毫升水量。利用自製環保省水龍頭可達到比噴霧式省水頭更好的省水節能效果，僅需約 300毫升水量即可洗淨手。在製作環保水龍頭時，應注意進氣孔的位置及大小，以製作於瓶蓋且口徑等於出水吸管為佳。可利用凸出的出水管來控制流速，出水管愈長，流水量愈大。環保水龍頭是利用環保材質自製而成，花費少，再加上安裝方便，將水管接上水龍頭即可，是個值得在校園中推廣的節水方式。
【X博士步驟說明】
●統計高年級小朋友的洗手用水量和時間：
男生 : 平均時間8.4秒，平均用水量1090ml
女生 : 平均時間9.8秒，平均用水量1349ml
●市售省水器材的省水使用效果：
將一般水龍頭與裝上省水器材水龍頭後測量十秒鐘的水量，並計算出每秒流量
噴霧式省水頭效果最佳，達到省水 40%，其次是散孔式省水頭，達到 65%，泡沫式省水頭亦達到72%的省水率。
●省水環保杯製作及用水量測試：
紙杯高約 9cm，杯內吸管高約 8cm，測量省水環保杯加水高度及出水流量，並檢驗水量是否足夠洗手。
環保杯要出水必需加水超過吸管高度（8cm），因杯內水量不同，流出水所需時間也不同，但平均水流量非常接近，約每秒 13.7ml。經實際洗手測試，覺得 220ml 洗手還有點滑，若是 280ml，則可以把手洗乾淨。
●製作環保水龍頭
將進、排氣孔及出水管使用目前市面上口徑為 6mm 的可彎吸管來製作最經濟實用，瓶內吸管高度於 10 公分位置，約可出水 300ml，將出水管長度設於 2 公分，使流水速約 15.5ml/s，以上述之吸管、保特瓶等材料來製作環保水龍頭。
數據分析與結論
製作環保水龍頭，使用 6mm 口徑的吸管來製作進、排氣管及出水管，瓶內吸管高度約 10 公分，水量約為 300ml，出水管長度約 2 公分，流量約為 15ml/s。環保水龍頭使用洗手水量較噴霧式省水頭更少，且利用環保材質自製而成，花費更少，再加上安裝方便，將水管接上水龍頭即可，是個值得在校園中推廣的節水方式。
以下是評審給的評語
【X博士評語】
平常洗手習慣，許多時候是把水龍頭開到最大才伸手去洗，洗完再關，從全開到全關的時間愈長，浪費的水愈多。而本科展作品研發的省水裝置，不但考慮了洗手最適當的水量，同時也達到了方便安裝，省水的效果，是一件值得推廣的作品。
2015年11月3日 星期二
【科展解析】「紙」溶於水，「馬」上分解？
我們常常遇到馬桶阻塞，而每次阻塞，都費了九牛二虎之力，才把那製造問題的衛生紙給弄出來；而因為衛生紙會成阻塞，所以馬桶旁總是放一個垃圾筒，我們決定研究衛生紙是否可以丟進馬桶裡，另外，還有哪些因素會影響衛生紙阻塞。
【X博士摘要說明】
- 擬馬桶沖水實驗，瞭解幾張衛生用紙才會阻塞。
- 衛生紙品荷重實驗，瞭解衛生用紙可以承受的重量。
- 衛生紙品拉力實驗，瞭解何種衛生用紙較容易破裂。
第 47 屆 國小生活與應用科學科作品
題目：「紙」溶於水，「馬」上分解？
作者：台中市南屯區惠文國民小學的同學們
【摘要(原文)】
由廁所中的標示開始，我們蒐集市面上常見的衛生紙用品進行物理特性研究，試著找出它們與馬桶阻塞的關係，並以問卷調查民眾的使用習慣。得到下列結果：
一、本次實驗的衛生紙用品全部含有螢光劑，皮膚敏感的人需要特別小心使用。
二、面紙最輕，卻又不易破損，物理強度又強，泡水三個月後仍然維持原狀。
三、衛生紙物理強度較弱，但吸水性最強，最容易分解碎裂，不論是抽取式或平版，只要使用張數在四張以下，都可以順利沖入馬桶中，而不會阻塞。
四、除了面紙以外，濕紙巾或紙手帕等不易破裂分解的衛生用紙張，最好不要丟入馬桶中，以免造成阻塞。
五、衛生紙用品會不會阻塞馬桶，與使用張數有關。一次使用六張以上才會有阻塞情形。
六、問卷調查發現，有 98％的民眾家中廁所有放置垃圾桶，擔心馬桶阻塞。
【X博士步驟說明】
●模擬馬桶沖水實驗
民眾使用衛生紙用品平均用量最多的是「3-5 張」。根據我們的沖水實驗，使用 4 張是不會阻塞的，就算是用到 6 張也只有濕紙巾或是紙手帕這一類較厚的衛生用紙會塞住。
●衛生紙、面紙是否可以分解?
將面紙與衛生紙浸泡在水中三個月，觀察是否會分解。
實驗發現 : 衛生紙比面紙容易分解
實驗發現 : 衛生紙是最脆弱易碎裂的。
數據分析與結論
●面紙最輕，卻又不易破損，物理強度又強，就算是只用四張以下就不會造成馬桶阻塞，但泡水三個月後仍然維持原狀，還是有可能導致化糞池效能減低。 ●只要是使用衛生紙，不論是抽取是或平版，且使用張數在四張以下，都可以順利沖入馬桶中，而不會阻塞。而且進入化糞池裡也會隨著時間自動分解掉，可以證明商品包裝的標示是正確的。
●除了面紙以外，濕紙巾或紙手帕等不易破裂分解的衛生用紙張，最好不要丟入馬桶中， 以免造成阻塞，尤其在使用張數超過六張時，更應注意。
●建議一般公共廁所門外不要再販售「面紙」，以免有人誤將它投入馬桶中。 六、常見的公共廁所標示應該修正為：「請勿將衛生紙以外的用紙投入馬桶中」，以免繼續誤導民眾。
以下是評審給的評語
【X博士評語】
使用衛生紙原是一件習以為常的事情，每個人每天都要使用許多衛生紙，但該不該丟入馬桶，成了值得討論的環保與衛生議題。為了減低垃圾量，歐美、日本等國家的民眾都將衛生紙丟入馬桶。而我們對於衛生紙與面紙的用途混淆不清，常把面紙當作衛生紙，拿進廁所使用。但是本科展告訴我們，面紙如果丟進馬桶中，是不容易分解的。
2015年11月1日 星期日
分享「我國的太空計畫」，我想從太空傳達什麼？
2015年10月31日，這天在國立自然科學博物館辦了一個講座，題目是「我國的太空計畫」。這天的講座對我真是特別的感受。對台上的人來講，最開心的事應該就是「台上的人想要傳達的，台下的聽人都收到了」。不論是在講座中與大家的互動對答、或是講座結束後大家所提出的問題，我都可以會有這樣的感受。
太空相關的工作，一直就是我從小的目標，也很幸運的在一路的努力之外，順利在台灣最高的太空研究單位工作。來到太空中心之後，除了真的接觸到心目中許許多多的高科技設備，國家幾十億的人造衛星也就在身邊不遠的地方，偶爾也會在宛如復仇者聯盟飛船的控制中心走來走去，這樣的感受老實講我還真的蠻喜歡的。
科學的重點不止有在追求科學，在追求科學的路上還有許多花花草草讓人可以體驗人生、看看社會。回想在開始念太空科學研究所的那一天，我的目標就是來到這邊工作；但是真正來到這邊，除了滿足一點點科幻的感受之外，我還有了一個更新的目標：「我希望把我的感受再傳達給更多人」，這些感受不是我對太空科學的莫明崇拜，而是我在學習與了解太空科學的過程中，對人的問題、人與環境的問題、還有人與未來的問題有了一些新的領悟與想法。這些
想法我想讓更多人知道。
有了新目標，就開始動手了。台灣需要正面力量，我最想要的，就是告訴大家台灣如何運用太空的實力，為世界、為地球做了努力與貢獻。「我們的國家在太空中做了什麼？」、「國家有一群人這麼努力用自己的專長為國家努力，那大家可以怎麼樣用自己的力量為國家努力」。很高興今天的聽眾很多學生，大家都是台灣這塊土地未來的主人，如果太空中心對台灣的努力，也可以讓年輕人對自己的未來更有想法、更有目標的話，那太空中心的貢獻將更有價值，800公里上的福爾摩沙衛星也才能真正「觀照世界、守護台灣」。
感謝國立自然科學博物館提供了漂亮的演講廳，還有好友米球的協助。
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