理學院

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學院概況

理學院設有數學系、物理學系、化學系、生命科學系、地球科學系、資訊工程學系6個系(均含學士、碩士及博士課程),及科學教育研究所、環境教育研究所、光電科技研究所及海洋環境科技就所4個獨立研究所,另設有生物多樣性國際研究生博士學位學程。全學院專任教師約180人,陣容十分堅強,無論師資、學術長現、社會貢獻與影響力均居全國之首。

特色

理學院位在國立臺灣師範大學分部校區內,座落於臺北市公館,佔地約10公頃,是個小而美的校園,內含國際會議廳、圖書館、實驗室、天文臺等完善設施。

理學院創院已逾六十年,在此堅固基礎上,理學院不僅在基礎科學上有豐碩的表現,更在臺灣許多研究中獨占鰲頭,曾孕育出五位中研院院士。近年來,更致力於跨領域研究,並在應用科技上加強與業界合作,院內教師每年均取得多項專利,所開發之商品廣泛應用於醫、藥、化妝品、食品加工業、農業、環保、資訊、教育產業及日常生活中。

在科學教育研究上,臺灣師大理學院之排名更高居世界第一,此外更有獨步全臺的科學教育中心,該中心就中學科學課程、科學教與學等方面從事研究與推廣服務;是全國人力最充足,設備最完善,具有良好服務品質的中心。

在理學院紮實、多元的研究基礎下,學生可依其性向、興趣做出寬廣之選擇,無論對其未來進入學術研究領域、教育界或工業界工作,均是絕佳選擇。

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    重新審視極向遷移:東亞軸孔珊瑚的隱蔽譜系與生物地理結構
    (2025) 周文華; Chou, Wen-Hua
    物種向高緯度遷移被視為海洋生態系對氣候變遷的重要反應,然而此概念多以物種為單一演化單位作為前提。本論文檢驗此假設,使用三種在日本已有向高緯度遷移紀錄的優勢造礁軸孔珊瑚為研究對象,於台灣進行系統調查,鑑定其隱蔽種組成,並解析形塑現今空間分布的可能因素。本研究整合形態、分子與族群歷史分析,結果顯示三個名義物種皆由形態上難以區分但遺傳上高度分化的隱蔽種所構成,而且這些隱蔽種的分化程度已經達到屬於不同物種的程度。在台灣,隱蔽種分布與生物地理界線陳氏線高度一致,然而於更廣泛的東亞尺度,隱蔽種則呈現彼此不同的空間分佈模式,且分佈模式無法僅以當代環境梯度解釋。族群歷史推論顯示,目前的分布格局可能受到過去歷史氣候事件的影響,而這些事件對當前分布的形成可能具有關鍵作用。結合歷史族群軌跡與現行分布顯示,即使目前看似具有遷徙潛力的物種,也未必能在不同棲地建立長期穩定的族群,而遷徙後能否持續,也可能取決於該物種是否維持足夠的遺傳多樣性與適應能力以因應新的環境條件。即使有能力跨越多種棲地的物種,也無法保證一定能往高緯度擴張,這可能來物種本身限制,或是當地非生物條件與原棲地之差異,而生物與非生物因子可能會與該隱蔽種的族群歷史交互作用,決定其在氣候變遷下是擴張、維持或衰退。綜合而言,東亞珊瑚的向高緯度遷移並非物種層級的現象,而是由隱蔽種各自的演化與族群歷史所塑造的差異化回應,且現有空間分布範圍並不能保證他們未來面對氣候變遷時皆具備向高緯度遷移的能力,因此辨識與評估這些隱蔽種對於解讀生物地理格局、預測珊瑚在氣候變遷下的反應以及制定有效的保育策略至關重要。
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    評量菲律賓與臺灣的大學商管學院學生之氣候變遷素養
    (2024) 李安紫; Rodriguez, Angela China
    氣候變遷是當今世界面臨最迫切的問題,而培養氣候變遷素養(CCL),能夠讓人理解複雜的氣候問題背後的科學和影響,同時提升個人對氣候變遷減緩與調適策略的認識。本研究探討了大學部商管學院學生的氣候變遷素養,而研究對象是菲律賓以及臺灣的學生。本研究參考德爾菲法(Delphi Method),設計了針對商管學院學生,新的氣候變遷素養框架;而後,利用該框架建立了一份調查問卷,並透過焦點團體討論法獲得專家回饋,進一步改善問卷;接著,將線上問卷發送給目標學生群體。本研究在三個關鍵領域做出貢獻:首先,針對商管學院學生,提供了新的氣候變遷素養框架;其二,揭示了菲律賓以及臺灣商管學院大學生目前的氣候變遷素養;其三,本研究分析了氣候變遷素養框架內,不同領域之間的關係,對於加強今日氣候變遷素養之理論基礎極具潛力。雖然存在一些研究限制,如社會期許誤差和框架的創新,本研究仍為未來商業領域的氣候變遷素養研究奠定了基礎。藉由提供商管學院學生新的框架,本研究能夠成為課程發展的參考,也能讓未來的商業領袖能夠為人類、也為地球,作出正確的決策。
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    以事件角度分析台灣極端降雨變化
    (2023) 趙品諭; Chao, Pin-Yu
    極端降雨在氣候風險評估中屬於主要危害之一,過去因極端降雨所引發之自然災害造成許多損失,因此極端降雨過去及未來如何變化逐漸受到重視。台灣的極端降雨往往發生在特定的環境條件,如颱風或梅雨鋒面等。然而,過去相關的極端降雨研究多使用極端降雨指標來做分析,且極端指標主要是以各格點的資料做計算,而非獨立之極端降雨事件。因此,本研究以事件角度分析極端降雨變化提供了該領域研究下新的觀點。本研究利用高解析度網格化觀測資料,以深度優先追蹤演算法偵測1960年至2019年間的台灣極端降雨事件,並設定兩種門檻(80mm和350mm)來篩選出大雨事件和大豪雨事件。本研究利用極端降雨事件之特性進行分析,其中事件之總降雨體積可分為平均降雨強度、平均影響面積,以及持續時間之貢獻,因此透過此關係除了可以了解事件間的差異,也可以取得各年或各區域極端降雨的主要貢獻事件。而台灣極端降雨事件前十名之特性也一併在本文中進行討論。 本研究發現兩種強度之台灣極端降雨事件在過去60年中發生頻率及總強度皆呈顯著增加,其中大豪雨事件在後30年的發生頻率較前30年增加76%,大雨事件則增加23%。對於總降雨體積變化之貢獻,大豪雨事件之平均降雨強度、平均影響面積及持續時間變化皆呈增加,但持續時間之變化不顯著。而大雨事件之趨勢也相同,但持續時間變化在大雨事件中則顯示減少趨勢。除此之外,平均影響面積之變化為總降雨體積變化的主要貢獻。
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    台灣與國際大學預科文憑教科書直線運動内容之分析比較
    (2021) 黃冠洋; Wong, Guan Yang
    運動學作爲物理的必修且基礎的領域,其重要性完全不言而喻。同時,直線運動作爲高中物理運動學的入門,其内容對於學生往後物理甚至是自然學科的學習更是影響深遠。因此,本研究將根據台灣與國際大學預科文憑(International Baccalaureate)的課程綱要中的理念和目標,設計出判斷標準之表格,針對每一個部分的内容進行比較和解析,並進而對台灣教科書提出討論與建議。
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    台灣、芬蘭與中國大陸國小一至六年級數學教科書代數佈題表徵之研究
    (台灣數學教育學會、國立臺灣師範大學數學系共同發行, 2012-06-??) 張敬苓
    本研究採內容分析法以比較台灣、芬蘭與中國之一至六年級數學教科書中代數教材之佈題表徵(符號型態、文字型態、視覺型態、聯合型態)方式之差異。因此,本研究選取市佔率最高的台灣康軒,中國義務教育課程標準實驗教科書,以及芬蘭Laskutaito 教科書為研究對象。研究發現臺灣台灣(73%)與中國(48%)較偏重「聯合型態」之佈題,;芬蘭(78%)明顯偏重於「符號型態」之佈題;在文字型態之佈題方面,三套教材占的比重差不多,比例約為10%左右。此外,結果亦顯示芬蘭教材提供較多元的佈題方式,較能刺激學童思考,並增加邏輯推理能力的發展。
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    未來長期氣候變遷對北行侵台颱風個案之降雨影響
    (2019) 陳常溢; Chen, Chang-Yi
    本研究主要針對暖化情境對侵台颱風在降雨方面造成的影響為主軸。為了排除諸多不確定因素,本研究選取過去發生並有發布警報之北行颱風個案,使用雲解析風暴模式Cloud-Resolving Storm Simulator (簡稱CReSS)重現,並將其放置於本世紀末的氣候場探討,並加以比較進行敏感度測試,隨後本研究也使用水收支方程式來探討兩者降雨差異的原因。 未來的氣候推估方面,我們選取CMIP5(Coupled Model Intercomparison Project Phase 5)共38個模式,挑選1981-2000年Historical run和未來RCP4.5和RCP8.5暖化情境的2081-2100年,選取這三種情境的6到10月做平均後,計算這100年間的差異作為氣候差異場。在個案上,我們選取了梅姬颱風(2010)、泰利颱風(2012)、康芮颱風(2013)以及鳳凰颱風(2014)。各個案的控制組實驗(現代氣候)採用格點分析資料模擬,而將上述氣候差異場疊加於相同分析資料後,即為未來暖化情境的敏感度實驗。 結果顯示,各個案大同小異:梅姬颱風在距中心500 km半徑內,RCP4.5情境下的總降雨量增加約20%,RCP8.5情境下增加約9%;泰利颱風在400 km半徑內,RCP4.5情境下總雨量增加約11%,RCP8.5情境減少約2%;康芮颱風在500 km半徑,RCP4.5情境下降雨量增加約57%,RCP8.5情境下減少約8%;最後,鳳凰颱風在400 km半徑內,RCP4.5情境下降雨量增加約11%,RCP8.5情境下增加約6%。所有的共通特性皆為強降水事件增加;弱降水事件減少。由於RCP4.5情境下雨帶較RCP8.5情境分佈廣泛,而RCP8.5情境下降雨集中在眼牆附近。在計算格點平均時,會使得降雨較集中的RCP8.5情境總雨量較少,但其雨量集中的程度不容小看。 在降雨增加的原因,分析颱風的次環流運動,低層內流增強;高層外流增強,導致內核上升運動增強,這也使得降雨在內核提高。
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    大山蝸牛屬及台灣山蝸牛屬之種化事件與山蝸牛科之系統發育學研究
    (2008) 李彥錚; Yen-Chen Lee
    全世界約有300種山蝸牛,分屬於四個亞科,然而他們的系統發育學尚未明瞭。為了瞭解山蝸牛成員間的親源關係,本研究以COI及16S rRNA研究台灣及其鄰近地區10屬32種山蝸牛的親源關係,結果顯示Cyclophorus, Cyclotus, Leptopoma,及Platyrhaphe是單系群,傳統分類上的Japonia是複系群,其中有部分Japonia的成員應被劃分至新屬Pilosphaera。此外本研究發現二新種分別是 Pilosphaera yentoensis n. sp.及Japonia boonkioensis n. sp.。另外確定C. micron, C. ogaitoi, C. iota and C. taiwanicum 均屬於Cyathopoma屬而非Cyclotus屬。 台灣共有10屬29種山蝸牛,其中佔據相類似之生態棲位(niche)之Cyclophorus及Cyclotus 恰巧都有南北二型,分別分布於台灣南部及北部。為了研究這個現象本研究分別以Japonia 及Pterocyclus作為 Cyclophorus 及Cyclotus的外群來研究Cyclophorus 及Cyclotus的系統發生學關係。 台灣之Cyclophorus的COI及16S rRNA的基因樹都顯示明顯的地理結構,分布於台灣成環形結構,再台南附近二極端族群交會,鄰近族群間有限度的基因交流,二極端族群間幾乎無基因交流,推測Cyclophorus是一環種(ring species)。PLS分析顯示, Cyclophorus有稜殼型多發生於溫暖穩定的氣侯型態,此種殼形可能有利於在植被濃密的環境中爬行的適應有關。 在傳統的分類Cyclotus taivanus包含五個亞種,以COI及16S rRNA的分析顯示:Cyclotus的基因樹呈現明顯的雙演化支系,而將Cyclotus taivanus的所有亞種分成AB二群,A群為adamsi,因其與B群的遺傳距離已達山蝸牛科種階層的差異,因此應將adamsi提升為種。B群包含其他所有亞種。由PCA分析得知A(亦即C. adamsi)、B(包含C. t. dilatus, C. t. diminutus, C. t. peraffinis及C. t. taivanus)二群的棲地氣候不同,A為冬雨夏乾,B為冬乾夏雨,AB二群對環境的不同適應(天擇),可能為促成二者累積遺傳變異的原因,因此造成種化。 Cyclophorus與Cyclotus是台灣中大型的山蝸牛,二者都廣泛分布於台灣,外殼都有許多變異,更佔據這相似的生態棲位。然而二者的演化歷史卻不盡相同,這說明即使是有相同的分布環境,受相同地質事件的影響,利用類似生態資源的二生物,即便是非常微小的差異,也會造成不同的演化歷史。
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    台灣產月桃屬植物天然雜交及島田氏月桃複合群親緣地理之研究
    (2009) 劉淑娟; Shu-Chuan Liu
    台灣產月桃屬植物之系統分類處理歷來未能獲得一致認同的結果,推測頻繁的天然雜交及島田氏月桃複合群內特徵多變異是主要的難點,故本論文針對此二方向進行探討。 台灣月桃屬網狀雜交關係假說的提出根據形態特徵、花粉孕性偏低及地理分布等特性。本研究透過分子方法證實此假說;除了雜交個體及其親本種的鑑別,單向或雙向的雜交配對模式也獲得確認。共鑑別出9種來自不同物種配對組合的雜交,佔所有15種可能組合的60%。透過比較這些雜交配對特性之異同點,推論生態地理屏障(ecogeographic barriers)、傳粉者精確度(pollinator fidelity)以及雜交不親和(cross-incompatibility)是月桃屬植物關鍵的生殖屏障;依序在其生活史中發生作用以達到物種維持。然而,在不同配對物種間,每一生殖屏障的貢獻度有所差異。 島田氏月桃複合群為台灣特有,其分化的歷程深受台灣地質歷史之影響。本研究全島採樣226個體,結合兩段葉綠體非轉錄區序列進行分析,結果顯示中央山脈兩側的遺傳組成有顯著的差異;檢視形態特徵「小苞片有無」獲得與地理親緣相符的歸群結果,此複合群應區分為普萊氏月桃及島田氏月桃兩支系。普萊氏月桃不論在單型及核苷酸的變異度上均高於島田氏月桃,代表其較長的族群歷史以及較複雜的變動歷程。這一群植物的共同祖先約在更新世抵達台灣,中央山脈的阻隔與多次的冰河進退可能對這群亞熱帶森林性植物的種化、遷移及生存扮演關鍵的角色;台灣東南端山區及阿里山山脈分別被推論為普萊氏月桃及島田氏月桃的潛在避難所。 綜合以上結果,台灣產月桃屬之關係已得釐清,包含6個具有明確種別特徵的種類。由於不同配對種間生殖屏障的破壞,產生各式樣的雜交後代,造成野外族群形態及遺傳組成上的許多變異。
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    台灣產山椒魚的分類與阿里山山椒魚族群生態與族群遺傳研究
    (2008) 賴俊祥; June-Shiang Lai
    台灣的山椒魚屬於保育類野生動物,近年來全球兩生類下降及氣候的變遷,有關其分類及生態研究是必需進行的。在本博士論文的研究中,嚐試於探討(1)台灣現有山椒魚屬(Hynobius)的種類分類歸屬;(2)以阿里山山椒魚為生態研究對象,討論其微棲息地的需求與偏好;(3)估計阿里山山椒魚於阿里山地區的族群量,並估算其存活率,並以模型預測其族群變動;(4)阿里山山椒魚的族群遺傳結構。 我以形態及分子的資料來分析山椒魚的分類問題。我的結果顯示出在遺傳上有五個明顯的分群,而這五群在形態上亦是有區隔。採用演化種觀點,可以將這五群視為獨立的種類。其中三群分別對應於前人的發現,即台灣山椒魚、楚南氏山椒魚和阿里山山椒魚等三個有效種,另外二種則是新種。 阿里山山椒魚的分布調查共調查了阿里山地區36個林班地中共73個山葵田,在其中9個林班發現山椒魚,而這些地點共有的特色是緩坡及穩定的溪流。山椒魚的微棲地偏好則記錄山椒魚所使用的微棲地及研究地點中適合山椒魚棲息的微棲地的特性。分析顯示阿里山山椒魚偏好使用木塊作為遮蔽物,也偏好遮蔽物上長有苔類者。在遮蔽物下的基質方面,山椒魚偏好碎石基質,但避免使用植物根系組成者。山椒魚偏好使用基質的土壤pH值為中性者、高土壤溼度及適當的土壤硬度。 族群動態的監測以阿里山姐妹潭的阿里山山椒魚族群為標的。使用Jolly-Seber法估算每月的族群量在13至305隻之間。相較於前人的估算數量,此族群在這些年間沒有很大的變化。再以Cormack-Jolly-Seber model來估算此族群的存活機率及捕獲機率,得到成體及亞成體在研究期間的存活率為恆定值,分別是0.996及0.997,皆屬於高存活率。捕獲機率則是隨季節而變,捕獲機率顯著與溫濕度呈正相關。接著再使用族群投影矩陣來分析族群動態及決定此族群的成長率,估計的族群成長率為1.130,代表此族群為穩定且緩慢增長。族群成長率的敏感度及彈性分析都顯示成體的存活率是族群穩定最重要的速率。 阿里山山椒魚遺傳結構研究方面,以AMOVA分析顯示主要遺傳變異分配在山脈之間,但山脈內族群及族群內的遺傳變異也佔相當的比例。以不相合分布(mismatch distribution)分析顯示在阿里山山脈的族群呈現族群數量增加的現象。以Nested Clade Analysis分析顯示幾乎所有的族群都是有限基因交流。再以Bayesian coalescent approach來推論每一個主要clade的分歧時間,並初步推測其親緣地理關係。
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    赤尾青竹絲之族群生態學研究
    (2006) 林華慶; Hua-Ching Lin
    中文摘要 生物個體在生殖、成長與棲息地選擇方面的差異是導致它們擁有不同適合度(fitness)的重要原因,同時也是天擇作用於物種或是族群的原動力之一。赤尾青竹絲(Trimeresurus s. stejnegeri)是台灣常見的樹棲性蝮蛇,夜行性,採定點埋伏捕食策略;具有明顯的性別體型二型性(sexual-size dimorphism,SSD),雌蛇體型較大。本論文以赤尾青竹絲為對象,研究其族群生態、生活史特性與微棲地選擇,內容共分為三章。 第一章與第二章是我藉由對苗栗縣造橋鄉平興村的野外赤尾青竹絲族群,以重複捕取(mark-recapture)的方法獲得長達9年以上的群體研究(demography)資料,據以估算赤尾青竹絲的存活率,並探討此一族群的雄蛇明顯多於雌蛇的原因;此外我也研究赤尾青竹絲的生長,並探討其性別體型二型性的形成原因。第三章則是研究植被遮蔽(vegetation cover)、獵物可及性(prey availability)與環境溫度對於赤尾青竹絲選擇日間停棲地點(diurnal retreat site)的影響性,為了避免野外眾多環境因子交互影響又常難以釐清,此部分研究在戶外網室中進行。 在第一章中,我從1996年5月至2005年8月期間共計標放577隻赤尾青竹絲,所有的捕取資料共計2095隻次。以Jolly-Seber模式估算的結果,整體族群的平均存活率為0.72;尚未性成熟的個體(immature)其平均存活率為0.62,顯著較性成熟後的成蛇存活率(0.73)為低,但年輕成蛇與年長成蛇的存活率則無顯著差異。族群內雄蛇與雌蛇隻數的平均比值為2.51(雄蛇/雌蛇),而且雄蛇顯著多於雌蛇的現象持續存在於研究中的每個半年期間(以雌蛇的生殖期前、後為區分)。惟在不同的生活史階段,新生幼蛇(newborn)與尚未性成熟的亞成蛇(juvenile),其性別比均未偏離1:1;但在性成熟後,雄性成蛇顯著多於雌性成蛇,而且隨著體長或年齡的增長,雄蛇多於雌蛇的趨勢更加顯著。比較不同性別之存活率,性成熟前,雄蛇與雌蛇之平均存活率並無顯著差異(雄蛇為0.62,雌蛇為0.63);惟性成熟後,雌蛇的平均存活率(0.65)顯著低於雄蛇(0.75),而兩性間的捕取率並無顯著差異(雄蛇為0.65,雌蛇為0.61)。從研究結果推測,雌性赤尾青竹絲在性成熟後,因為較高的生殖成本(cost of reproduction)而導致其存活率較雄蛇低,同時也導致此一族群的雄性成蛇數量顯著多於雌性。 在第二章中,我分析造橋赤尾青竹絲的生長模式、估測其年齡結構,並比較性別間的差異。性成熟前,赤尾青竹絲的平均吻肛長(SVL)與體重並未有性別間的差異;性成熟後,雌蛇的體重顯著大於雄蛇。不同生活史階段的群體間,新生幼蛇的吻肛長(SVL)與體重並未有性別間的差異;但在亞成蛇階段,雌蛇的吻肛長與體重均顯著大於雄蛇,且此差異性同樣出現於年輕成蛇與年長成蛇階段,顯示赤尾青竹絲的性別體型二型性是從亞成蛇階段開始發生。此外,性成熟前雌蛇的生長速率(0.28 mm/day)明顯高於雄蛇(0.19 mm/day),性成熟後二者則無顯著差異。雌蛇較雄蛇更早性成熟,雄蛇達到性成熟體長所需的平均時間為2.6年,雌蛇僅需1.9年;而年齡結構也有顯著的性別間差異,雌性赤尾青竹絲的平均年齡(4.0)顯著低於雄蛇(5.2),5歲以及5歲以上的雄蛇佔所有雄性個體的36.8 %,而同樣年齡層的雌蛇僅佔11.9 %。赤尾青竹絲的性別體型二型性肇因於雌蛇在性成熟前的快速生長,以及在性成熟之後以與雄蛇相近的速率持續生長;這可能是因為赤尾青竹絲面臨雌性成蛇較低的存活率與較短的壽命,而演化出快速生長與快速生殖以獲得較高生殖成功(reproductive success)的生存策略;而雌、雄蛇間的存活率差異導致年長雌蛇的數量較少,也使得所有雌性成蛇的平均吻肛長並未大於雄性成蛇,致使性別間實際存在的體長二型性未能顯現。 第三章,我藉由操控植栽排列的疏密程度與距離食物資源遠近,以及記錄環境溫度變化的情況下,研究植被遮蔽、獵物可及性以及溫度對赤尾青竹絲選擇日間停棲地點的影響性。結果發現,溫度是影響赤尾青竹絲選擇日間停棲地點的最重要因子,赤尾青竹絲於日間停棲在植栽上的高度明顯受到環境溫度的影響,當環境溫度較高時,牠們趨向停棲於溫度較低的植被下層。赤尾青竹絲對不同植被遮蔽程度的選擇也同樣受到溫度的影響,當環境溫度高於25C時,赤尾青竹絲趨向停棲於溫度較低的植被較密處;當環境溫度低於25C時,除了完全不選擇去除所有葉片而最為稀疏的植被結構外,赤尾青竹絲對於植被的疏密程度並未有明顯偏好。其日間停棲地點在不同時間與不同季節的變異,應該是為了滿足體溫調節需求所作的調整。