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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Item 探討臺灣、亞洲季風區及北半球日至月尺度降水與地面溫度之關係(2023) 吳珮縈; Wu, Pei-Ying本研究利用臺灣測站資料及全球網格再分析資料進行分析,發現臺灣在夏季降水量與溫度之關係有顯著負相關,春季有較弱負相關,而秋冬多為不顯著的相關性,而在亞洲季風區內也有類似現象,另外在整個北半球區域,越往低(高)緯度地區降水量與溫度之關係全年幾乎呈現負(正)相關。再加入風場資料分析降水量與溫度之關係在季節上的變化,發現在亞洲季風區內,日本、臺灣及臺灣附近之海域在有北風分量時,降水量與溫度之關係為正相關,也就是秋季及冬季的時候;在有南風分量時,降水量與溫度之關係為負相關,也就是春季及夏季時,隱含著這樣的變動關係和季風與季節轉變有關。本研究另外加入Outgoing Longwave Radiation(OLR)與海平面氣壓資料來分析造成降水量與溫度這兩者關係之機制,推測低緯度地區呈現負相關原因主要由降水型態所影響,在夏季若有對流發生產生降水時,雲層將阻擋日照使溫度下降,因此為降水量越多溫度越低的負相關;高緯度地區呈現正相關原因可能為該地區溫度低,無法有足夠水氣與龐大蒸發量引發對流產生降水,必須先讓溫度升高後增加蒸發量才有機會產生降水,因此在高緯度地區若有降水發生時為溫度越高降水量越多的正相關。除了計算相關係數,本研究計算Precipitation-temperature relationships(PTRs)值,發現在臺灣春季及夏季有明顯負值,表示有降水發生時溫度會明顯下降;而在亞洲季風區內,負值範圍也會隨季節變化,在夏季時會向北擴張。最後使用Frequency of occurrence of precipitation(FOP)及Temperature-precipitation index(TPI)分析方法,由FOP分析可知在臺灣冬季,許多溫度區間下有一半的機率會發生降水,一半不會發生降水,使臺灣冬季降水量與溫度關係不明確;而在夏季則有在相對低(高)溫區間經常發生(不發生)降水的現象。此外,由TPI方法可知臺灣降水大多發生在低於溫度中位數時,僅10~1月期間在部分測站有降水發生在高於溫度中位數時;而在亞洲季風區,降水偏好發生在低(高)於溫度中位數之區域和降水量與溫度之負(正)相關區域相符合。若以天氣系統角度解釋造成不同關係的機制,在夏季影響臺灣及亞洲季風區低緯度地區天氣系統主要為:熱帶低壓、季風低壓、副熱帶高壓等,這些系統帶來(無)降水時,常伴隨氣壓降低(升高)溫度下降(上升)的特性,造成降水量與溫度為明顯負相關;而影響高緯度地區的天氣系統主要為:溫帶氣旋、暖鋒、西伯利亞高壓等,這些系統帶來(無)降水時,常伴隨氣壓降低(升高)溫度上升(下降)的特性,造成降水量與溫度為正相關;而影響臺灣冬季天氣系統較複雜,有濕冷、乾冷、暖乾等不同現象,導致降水量與溫度之關係不明確。Item 臺南左鎮區二寮棘皮動物化石之研究(2023) 郭周昱; Kuo, Chou-Yu本研究透過形態觀察及特徵比較,針對產自臺南左鎮二寮出露之崎頂層中,總計27件共33隻的海星與 100 件海膽化石進行分類研究;另,經由化石泥質圍岩中所含超微化石分析,其地層年代相當位於 0.61-0.99Ma 區間(莊智凱,未發表)。所有海星化石:外形均呈星形、腕數為 5 腕、腕之切面呈長方形、口面與反口面均呈平坦、體盤相對較小、上緣板與下緣板均明顯且對稱、緣板外形呈長方形且板上覆滿顆粒體與偶帶有棘刺、帶線明顯,以及背板較小且呈小柱體狀等共同特徵,可同歸屬於柱體目( Paxillosida )中的槭海星科( Astropectinidae )。再依據:背板大小、數量與排列;上、下緣板大小;腹板數,以及步帶溝寬窄等細部差異,可區分出5件槭海星( Astropecten )與24件鑲邊海星( Craspidaster );但由於化石大多缺少鑑種特徵,目前僅能從中鑑定出 2件華普槭海星近似種 A. cf. vappa 與 4 件黃昏鑲邊海星近似種 C. cf. hesperus。另外,這批海膽化石標本雖然幾乎皆為內鑄型保存,且有不等程度的受壓變形,僅有極少數的化石標本上有肛下帶線的殘留,但根據海膽化石形態特徵:外殼呈偏圓心形、殼長與寬幾乎相等;反口面殼後方比前方高、殼最高處在後方的第 5 間步帶、頂系靠近殼後方、前方步帶寬且中等程度凹陷、辮狀步帶靠近內帶線處寬而殼緣處細、辮帶上有排列整齊且兩兩成對的步帶孔、無環瓣帶線、大型殼疣;在口面,靠近殼前側口圍凸出、唇板凸起、肛門呈現稍長的橢圓形等特徵,可將這些海膽歸屬於猬團目( Spatangoida )、拉文海膽科( Loveniidae )、棘心海膽屬( Echinocardium ),並且鑑定為同一種 E.cordatum。本研究報告臺灣地區最年輕海星化石,是臺灣首次槭海星與鑲邊海星化石紀錄,也很可能是世界上首次報導鑲邊海星化石。Item 基於單類別分類之構造長微震偵測架構設計(2021) 吳宇翔; Wu, Yu-Siang在臺灣,自發型構造長微震(以下簡稱「長微震」)之好發區域為中央山脈南段,具有(1)持續時間長,可達數分鐘至數小時、(2)不具明顯可見之體波、(3)能量富集於2至8 Hz間,並可在數十公里遠的測站有幾乎一致的到時特性,而偵測手段仰賴多測站的包絡化波形進行互相關係數與測站間到時差。前人研究也發現,在臺灣進行長微震偵測時,較吵雜的背景噪訊與短時間密集發生的區域地震(震央距50-200公里)容易與長微震波形混淆,使最終的長微震目錄底定必須經過人工目視,較為耗時且涉及主觀成分。為探索以機器學習進行地震與長微震自動分類的可能,本研究以k-最近鄰居法搭配29項特徵對2016年間5,796筆區域地震與6,746筆長微震事件進行分類,搭配循序向前特徵選取法(Sequential Forward Feature Selection)達到96.4至99.1 %分類率,初步證明運用機器學習於長微震分類上之可行性。然而訓練多類別分類器必須針對所有類別進行定義、抽樣與標籤化,難以實現於連續偵測。本研究進一步以單類別分類器支援向量資料描述(Support Vector Data Description),設計長微震連續偵測架構,其優勢在於只需要長微震資料進行訓練,而不需針對大量類別進行處理。藉由設立多測站投票制度與持續時間門檻以及使用2016年1月1日至7月18日長微震事件進行訓練,本研究成功於2016年7月19日至9月10日,使用三個測站偵測出共132,240秒長微震。當提升測站數至九站,只使用水平分量於單站決策並在多站投票時以各站訊噪比為權重,偵測出總計10,620秒的長微震事件,但經目視後保留之事件比例,從使用三站的5.8 %提升至九站的31.6 %,證實了應用單類別分類於多站長微震偵測的可行性。Item 台灣產杜鵑斑蛾屬之系統分類學研究(2010) 蔡南益杜鵑斑蛾屬(genus Rhodopsona)的成員包含近十種專食杜鵑科植物的日行性斑蛾,分布範圍西起喜馬拉雅山脈東側,包含整個中南半島以及中國西南,東抵台灣。井上寬曾在1987 年時對四種產於台灣的杜鵑斑蛾做過分類處理,然而在檢視過所有相關的模式標本後,我們發現他對於模式產地的詮釋以及同物異名的指定上有所衝突,因此該分類處理的可靠性存疑。本研究的目的就是要重新檢視台灣產杜鵑斑蛾的分類地位。我們利用粒腺體氧化酶第一次單元(COI)以及額外的一段核基因(Ef1α)的DNA序列進行親緣分析,並將親源分析的結果與形態以及生態資料結合,用以判斷台灣產杜鵑斑蛾的分類地位。結果顯示,台灣只有一種杜鵑斑蛾,那就是寬緣杜鵑斑蛾 Rhodopsona rutila Jordan, 1910,而細緣杜鵑斑蛾 Rhodopsona marginata (Wileman, 1910,Rhodopsona decolorata Hering 1930 與 Rhodopsona formosana Matsumura, 1911 都是寬緣杜鵑斑蛾的新同物異名(syn. nov.)。因此,台灣族群在翅膀顏色以及發香構造上的變異被認定為種內的表形多型性。本研究是斑蛾科中第一個使用COI進行物種判別的例子,結果指出COI在判別杜鵑斑蛾種類時效率很高,但是我們也建議使用COI進行物種判別的時候,至少要加入兩種有良好形態分類基礎的種類一同分析,以獲得可靠的種間遺傳距離,並依此判別物種。Item 臺灣產馬藍屬植物分類研究(2007) 黃怡靜; Yi-Ching Huang本研究利用外部形態、花粉形態、細胞學及地理分布等資料,針對臺灣產爵床科(Acanthaceae)馬藍屬(Strobilanthes)植物進行分類研究。研究結果顯示在外部形態上,花序、萼片形狀及生長形態是種間較為重要的區別特徵,而葉片形狀、葉片質地、果實及種子形狀也可提供部分分類的參考,花粉的外壁紋飾及形狀也有種間差異。 細胞分類學研究方面,本研究一共檢視了五個類群,其中S. pentstemonoides var. formosana(2n=18)、S. longespicata(2n=ca.28)、S. flexicaulis(n=16)與S. rankanensis(n=ca.31)為首度報導,而S. pentstemonoides(2n=18)與前人研究(Saggoo and Bir, 1982)不符。 根據研究結果,將臺灣產馬藍屬植物分為八個分類群,分別是:S. cusia (Nees) O. Kuntze、S. flexicaulis Hayata、S. lanyuensis Seok, C. F. Hsieh& J. Murata、S. longespicata Hayata、S. pentstemonoides var. pentstemonoides (Nees) T. Anders、S. pentstemonoides var. formosana (S. Moore) Y. C. Huang、S. rankanensis Hayata和S. wallichii Nees,其中S. wallichii Nees為新紀錄種,將S. formosana降級為S. pentstemonoides之變種。Item 我國八年級學生在TIMSS 1999與TIMSS 2003科學成就與學生特質之趨勢研究——以生命科學部分為例(2006) 陳立琇; Li-hsiu, Chen本研究利用TIMSS 1999與TIMSS 2003的資料,分析我國八年級學生在科學學習成就與學生特質變項上,呈現何種趨勢。並將TIMSS趨勢題分為三個認知領域,深入探討。最後利用迴歸建立在我國具有預測力的模式。 研究結果發現:(一)生命科學趨勢題的整體表現上並無顯著差異;(二)較高層的認知領域,即「推理與分析」、「概念性理解」上,我國學生有退步的趨勢,尤其是高分群學生;(三)非選擇題的作答上,「完全空白」的人數有增加趨勢;(四)學生特質中,「家中資源」與「自己最高學歷期望」於TIMSS 2003顯著增加,但「父母最高學歷」、「學生對於學習科學的信心」、「學生對於科學的評價」顯著下降;(五)「自己最高學歷期望」是與成績相關最高的一項特質;(六)「自己最高學歷期望」是對成績預測力最高的一項特質。 建議在未來TIMSS 2007研究時,審慎使用問卷翻譯名詞,並增加我國特有的問題及質性資料的收集,以探討影響科學成就及態度的成因。對於我國科學教育,建議增強學生信心以及對科學的瞭解與評價、加強學生推理與分析的能力、於科學考試中增加「非選擇題」,以及在制訂課程標準時,多參考其他各國教材與教學。Item 臺灣大臍蝸牛與其近緣種的種化歷史(2015) 黃致維; Huang, Chih-Wei物種是演化生物學探討的基本單位,種化研究應基於正確的物種界定。整合多種獨立證據有助於系統分類學和種化過程的推論。琉球群島位於東亞的亞洲大陸邊緣,此區的親緣關係或親緣地理研究,大多侷限於擴散能力相對高的脊椎動物和節肢動物,而侷限於陸地且擴散能力低的生物的種化歷史尚未被研究。本論文針對分別分布於臺灣東、西部、石垣島和宮古島的四種特有大臍蝸牛,探討其種化歷史。根據分子與形態證據,分布於臺灣東部的臺灣大臍蝸牛族群為隱蔽種,描述命名新種為彩虹大臍蝸牛(第二章)。由於軟體動物可用的核基因標誌有限,因此以同屬物種的轉錄體開發新的核基因標誌(第三章)。為獲得合理可用於大臍蝸牛的分子時鐘,新定序臺灣盾蝸牛、彩虹大臍蝸牛和臺灣長蝸牛的粒線體序列,建構粒線體親緣關係樹推算柄眼目和大臍蝸牛的分化時間(第四章)。根據以上結果,進一步推測物種演化樹、族群波動歷史和歷史遺傳交流(第五章)。根據兩個粒線體基因和十個核基因重建的物種樹顯示,臺灣大臍蝸牛分化於2.05百萬年前,分布於石垣島的大臍蝸牛分化自1.55百萬年前,彩虹大臍蝸牛和分布於宮古島的大臍蝸牛則種化於1.40百萬年前。彩虹大臍蝸牛和宮古島大臍蝸牛,是由地理割裂造成的種化事件並伴隨單向遺傳交流。以統計法檢測高變異分子標誌,未顯示有族群擴張的現象,而extended Bayesian skyline plot成功重建族群波動歷史。Item 建構臺灣大學生之核心永續能力(2019) 李雙; Li, Shuang聯合國於1987年在「我們共同的未來」報告書中揭櫫永續發展的定義,之後於1992年在巴西里約舉行的地球高峰會中揭示了「永續發展教育」,並於2005年開始推動永續發展教育十年。永續發展教育已成為全球高等教育不可忽視的趨勢,尤其在永續發展目標公布之後更顯重要。各大學重視永續發展教育並規劃相關課程。 本研究以文獻回顧、焦點團體研究法與德菲法,建構適用於我國大學生的核心永續能力指標系統。以四個核心永續能力為架構,涵蓋15個主指標、40個次指標。最後統整德菲法問卷分析結果與專家建議,探討各個能力與次能力的內涵與重要性,作為後續的研究方向。Item 30-60天季內振盪現象對臺灣夏季降雨特色的影響(2018) 蔡玫紜; Tsai, Mei-Yun本研究主要是探討2007~2015年6月至8月期間30~60天季內振盪現象對臺灣夏季降雨特色的影響。研究過程中採用澳洲氣象局網站所提供之逐日即時多變數季內振盪指數 (Real-time Multivariate Madden-Julian Oscillation index,簡稱MJO指數),針對強MJO事件(MJO指數振幅>0.9)下的臺灣夏季降雨特色變化進行討論。研究結果顯示,當MJO對流中心抵達中印度洋(相位2)時,臺灣降雨偏少;而當MJO對流中心逐漸離開海洋大陸進入西太平洋(相位6)時,臺灣降雨則偏多。進一步針對「臺灣降雨型態在MJO相位2和相位6時期中之改變」這個議題進行分析,則發現四種常出現的降雨型態(含午後熱對流降雨、鋒面降雨、颱風降雨、及其它因西南氣流增強帶來的降雨)中,僅午後熱對流及颱風降雨對總降雨天數的貢獻百分比,在相位2和相位6時期出現明顯差異。而透過環流場的分析本研究發現,因受到「西太平洋上空副熱帶高壓,在相位2時期比相位6時期更為西伸增強」以及「臺灣島上海陸風環流結構,在相位2時較相位6時期顯著」這兩因素影響,造成「臺灣午後熱對流降雨天數佔總降雨天數的比例」在MJO相位2時期高於相位6時期。反觀相位6時期,在「夏季季風槽增強」加上「南來水氣增加」的配合之下,提供了颱風生成及發展的良好環境,使得「臺灣颱風降雨天數佔總降雨天數的比例」及「臺灣颱風降雨的日平均降雨量」,在MJO相位6時期較相位2時期大。這些研究成果,對我們在瞭解強MJO事件下30~60天季內振盪造成臺灣夏季降雨型態的可能改變,至為重要。Item 康芮颱風(2013)結構演變與對流降水關係之研究(2016) 李茂正; Li, Mao-Cheng2013年8月下旬輕度颱風康芮(Kong-Rey)侵臺期間,衛星及雷達觀測資料均顯示其雨帶結構明顯不對稱,強對流雨帶多位於颱風中心之南側與西南側,且其渦旋垂直結構亦有傾斜現象,導致最大降雨區位於離颱風中心較遠之中、南部地區,累積雨量達500-700 mm以上,造成不少災損與人員傷亡,反觀離颱風中心最近之臺灣北部及東半部地區雨量則明顯偏少,多數地區累積雨量甚至不到50 mm。 本研究利用雲解析風暴(CReSS)模式模擬康芮颱風侵臺時之結構與降水演變,並進行地形敏感度實驗及位渦傾向診斷。模擬結果顯示,康芮颱風位於海面上時,其雨帶之不對稱性(南強北弱)主要為環境流場東北向西南之垂直風切造成,而雨帶成因為颱風環流西側之偏北風與巴士海峽之西南風輻合所致,且隨著康芮颱風北上接近臺灣地區,此輻合區與雨帶亦隨之北移進入臺灣陸地,配合地形強迫舉升,產生南北走向平行山脈之滯留性雨帶,遂於臺灣中、南部地區造成致災性豪雨。 地形敏感度實驗中,Control Run實驗因地形鎖定降水區域,使臺灣陸地上空產生大量潛熱釋放與垂直運動,導致中層正位渦隨時間增加,康芮颱風中層渦旋因而產生偏西分量移入臺灣陸地,而其低層之颱風中心則受地形阻擋持續北移,兩者遂產生明顯之相位差,使渦旋垂直結構隨高度向上向臺灣地形傾斜。No-Terrain Run實驗中,移除臺灣之高山地形,颱風北移時潮濕西南風仍可匯入康芮颱風之中心附近,維持中心附近螺旋雨帶之生成與發展,進而使接近颱風中心之臺灣北部與東半部地區累積雨量較Control Run明顯增多,但因缺少地形鎖定之滯留性雨帶,臺灣上空中層之正位渦值明顯較Control Run小,使康芮颱風之中層渦旋無法產生明顯之偏西分量,遂可維持較垂直之渦旋結構。