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搶救威尼斯

科景_96
・2011/02/09 ・764字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 545 ・八年級
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Original publish date:Jan 29, 2004

編輯 Agape 報導

科學家重提搶救下陷威尼斯的計劃:利用石油工業的技術,將液體灌入威尼斯市的底部。

在人們享受水都威尼斯獨特的景觀時﹐可能沒有想到這樣的美景﹐背後卻隱藏著地層下陷的隱憂。由於溫室效應所帶來的全球氣溫上昇﹐以及當地抽取地下水過度﹐使得威尼斯的海拔高度逐漸地在下降。

由Padua大學的Giuseppe Gambolati所帶領的研究小組﹐為了解決這個問題﹐又重新檢視了早在1970年代所提出﹐但當時因科技的限制而作罷的一項技術。這項技術主要是在威尼斯潟湖區底下六百至八百公尺的砂質地層中﹐注入從發電廠產生的二氧化碳﹑或者就地取材直接使用海水﹐來阻止地層的繼續下陷。這砂質地層的底下是黏土層﹐上面是約二十五公尺厚﹑無滲透性的岩層。不僅如此﹐Gambolati更表示在所提出的十年計劃裡﹐還可以將威尼斯均勻地提昇約三十公分。1970年代所提出的方法雖然與這項新的提議大同小異﹐但是該方法僅在地層下四十至五十公尺的深度注入填充物﹐可能無法均勻地提昇整個地層。

這項提案將交由CORILA(一個負責統籌協調威尼斯潟湖區系統研究的機構) 來審核。此外﹐負責維護威尼斯的一個公共機關(The Consorzio Venezia Nuova) 除了提昇在低窪地區的路面之外﹐也採取了另外一項治標的措施﹐就是採取“防堵”的方式﹐耗資約三十億歐元(美金三十八億元)興建了一組稱為MOSE(MOdulo Sperimentale Elettromeccanico)大型的可動式擋水牆﹐可以在海水倒灌等特殊情況下關閉以防止水面驟昇。這項工程預計在2011年完工﹐但是照目前海平面上昇的速度﹐這堵擋水牆僅有約一百年的效用。

MIT的水力學家Rafel Bras﹐則對Gambolati所提出的方式持保留的態度﹐他認為應該要進行更仔細的研究﹐來評估這項作法的可行性。而CORILA現在正透過分析海床與在安全地點進行實驗性的鑽探﹐來收集地質與地球物理方面的資料﹐以決定Gambolati的提議是否可行。

參考來源:

本文版權聲明與轉載授權資訊:

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科景_96
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Sciscape成立於1999年4月,為一非營利的專業科學新聞網站。

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ECU: 汽車大腦的演化與挑戰
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2025/07/02 ・3793字 ・閱讀時間約 7 分鐘

本文與 威力暘電子 合作,泛科學企劃執行。

想像一下,當你每天啟動汽車時,啟動的不再只是一台車,而是一百台電腦同步運作。但如果這些「電腦」突然集體當機,後果會有多嚴重?方向盤可能瞬間失靈,安全氣囊無法啟動,整台車就像失控的高科技廢鐵。這樣的「系統崩潰」風險並非誇張劇情,而是真實存在於你我日常的駕駛過程中。

今天,我們將深入探討汽車電子系統「逆天改運」的科學奧秘。究竟,汽車的「大腦」—電子控制單元(ECU),是如何從單一功能,暴增至上百個獨立系統?而全球頂尖的工程師們,又為何正傾盡全力,試圖將這些複雜的系統「砍掉重練」、整合優化?

第一顆「汽車大腦」的誕生

時間回到 1980 年代,當時的汽車工程師們面臨一項重要任務:如何把汽油引擎的每一滴燃油都壓榨出最大動力?「省油即省錢」是放諸四海皆準的道理。他們發現,關鍵其實潛藏在一個微小到幾乎難以察覺的瞬間:火星塞的點火時機,也就是「點火正時」。

如果能把點火的精準度控制在「兩毫秒」以內,這大約是你眨眼時間的百分之一到千分之一!引擎效率就能提升整整一成!這不僅意味著車子開起來更順暢,還能直接省下一成的油耗。那麼,要如何跨過這道門檻?答案就是:「電腦」的加入!

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工程師們引入了「微控制器」(Microcontroller),你可以把它想像成一顆專注於特定任務的迷你電腦晶片。它能即時讀取引擎轉速、進氣壓力、油門深度、甚至異常爆震等各種感測器的訊號。透過內建的演算法,在千分之一秒、甚至微秒等級的時間內,精準計算出最佳的點火角度,並立刻執行。

從此,引擎的性能表現大躍進,油耗也更漂亮。這正是汽車電子控制單元(ECU)的始祖—專門負責點火的「引擎控制單元」(Engine Control Unit)。

汽車電子控制單元的始祖—專門負責點火的「引擎控制單元」(Engine Control Unit)/ 圖片來源:shutterstock

ECU 的失控暴增與甜蜜的負荷

第一顆 ECU 的成功,在 1980 年代後期點燃了工程師們的想像:「這 ECU 這麼好用,其他地方是不是也能用?」於是,ECU 的應用範圍不再僅限於點火,燃油噴射量、怠速穩定性、變速箱換檔平順度、ABS 防鎖死煞車,甚至安全氣囊的引爆時機……各種功能都交給專屬的 ECU 負責 。

然而,問題來了:這麼多「小電腦」,它們之間該如何有效溝通?

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為了解決這個問題,1986 年,德國的博世(Bosch)公司推出了一項劃時代的發明:控制器區域網路(CAN Bus)。你可以將它想像成一條專為 ECU 打造的「神經網路」。各個 ECU 只需連接到這條共用的線路上,就能將訊息「廣播」給其他單元。

更重要的是,CAN Bus 還具備「優先通行」機制。例如,煞車指令或安全氣囊引爆訊號這類攸關人命的重要訊息,絕對能搶先通過,避免因資訊堵塞而延誤。儘管 CAN Bus 解決了 ECU 之間的溝通問題,但每顆 ECU 依然需要獨立的電源線、接地線,並連接各種感測器和致動器。結果就是,一輛汽車的電線總長度可能達到 2 到 4 公里,總重量更高達 50 到 60 公斤,等同於憑空多載了一位乘客的重量。

另一方面,大量的 ECU 與錯綜複雜的線路,也讓「電子故障」開始頻繁登上汽車召回原因的榜首。更別提這些密密麻麻的線束,簡直是設計師和維修技師的惡夢。要檢修這些電子故障,無疑讓人一個頭兩個大。

大量的 ECU 與錯綜複雜的線路,也讓「電子故障」開始頻繁登上汽車召回原因的榜首。/圖片來源:shutterstock

汽車電子革命:從「百腦亂舞」到集中治理

到了2010年代,汽車電子架構迎來一場大改革,「分區架構(Zonal Architecture)」搭配「中央高效能運算(HPC)」逐漸成為主流。簡單來說,這就像在車內建立「地方政府+中央政府」的管理系統。

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可以想像,整輛車被劃分為幾個大型區域,像是車頭、車尾、車身兩側與駕駛艙,就像數個「大都會」。每個區域控制單元(ZCU)就像「市政府」,負責收集該區所有的感測器訊號、初步處理與整合,並直接驅動該區的馬達、燈光等致動器。區域先自理,就不必大小事都等中央拍板。

而「中央政府」則由車用高效能運算平台(HPC)擔任,統籌負責更複雜的運算任務,例如先進駕駛輔助系統(ADAS)所需的環境感知、物體辨識,或是車載娛樂系統、導航功能,甚至是未來自動駕駛的決策,通通交由車輛正中央的這顆「超級大腦」執行。

乘著這波汽車電子架構的轉型浪潮中, 2008 年成立的台灣本土企業威力暘電子,便精準地切入了這個趨勢,致力於開發整合 ECU 與區域控制器(Domain Controller)功能的模組化平台。他們專精於開發電子排檔、多功能方向盤等各式汽車電子控制模組。為了確保各部件之間的溝通順暢,威力暘提供的解決方案,就像是將好幾個「分區管理員」的職責,甚至一部分「超級大腦」的功能,都整合到一個更強大的硬體平台上。

這些模組不僅擁有強大的晶片運算能力,可同時支援 ADAS 與車載娛樂,還能兼容多種通訊協定,大幅簡化車內網路架構。如此一來,車廠在追求輕量化和高效率的同時,也能顧及穩定性與安全性。

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2008 年威力暘電子致力於開發整合 ECU 與區域控制器(Domain Controller)功能的模組化平台 /圖片來源:shutterstock

萬無一失的「汽車大腦」:威力暘的四大策略

然而,「做出來」與「做好」之間,還是有差別。要如何確保這顆集結所有功能的「汽車大腦」不出錯?具體來說,威力暘電子憑藉以下四大策略,築起其產品的可靠性與安全性:

  1. AUTOSAR : 導入開放且標準化的汽車軟體架構 AUTOSAR。分為應用層、運行環境層(RTE)和基礎軟體層(BSW)。就像在玩「樂高積木」,ECU 開發者能靈活組合模組,專注在核心功能開發,從根本上提升軟體的穩定性和可靠性。
  2. V-Model 開發流程:這是一種強調嚴謹、能在早期發現錯誤的軟體開發流程。就像打勾 V 字形般,左側從上而下逐步執行,右側則由下而上層層檢驗,確保每個階段的安全要求都確實落實。
  3. 基於模型的設計 MBD(Model-Based Design) 威力暘的工程師們會利用 MatLab®/Simulink® 等工具,把整個 ECU 要控制的系統(如煞車),用數學模型搭建起來,然後在虛擬環境中進行大量的模擬和測試。這等於在實體 ECU 誕生前,就能在「數位雙生」世界中反覆演練、預先排除設計缺陷,,並驗證安全機制是否有效。
  4. Automotive SPICE (ASPICE) : ASPICE 是國際公認的汽車軟體「品質管理系統」,它不直接評估最終 ECU 產品本身的安全性,而是深入檢視團隊在軟體開發的「整個過程」,也就是「方法論」和「管理紀律」是否夠成熟、夠系統化,並只根據數據來評估品質。

既然 ECU 掌管了整輛車的運作,其能否正常運作,自然被視為最優先項目。為此,威力暘嚴格遵循汽車業中一本堪稱「安全聖經」的國際標準:ISO 26262。這套國際標準可視為一本針對汽車電子電氣系統(特別是 ECU)的「超嚴格品管手冊」和「開發流程指南」,從概念、設計、測試到生產和報廢,都詳細規範了每個安全要求和驗證方法,唯一目標就是把任何潛在風險降到最低

有了上述這四項策略,威力暘確保其產品從設計、生產到交付都符合嚴苛的安全標準,才能通過 ISO 26262 的嚴格檢驗。

然而,ECU 的演進並未就此停下腳步。當ECU 的數量開始精簡,「大腦」變得更集中、更強大後,汽車產業又迎來了新一波革命:「軟體定義汽車」(Software-Defined Vehicle, SDV)。

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軟體定義汽車 SDV:你的愛車也能「升級」!

未來的汽車,會越來越像你手中的智慧型手機。過去,車輛功能在出廠時幾乎就「定終身」,想升級?多半只能換車。但在軟體定義汽車(SDV)時代,汽車將搖身一變成為具備強大運算能力與高速網路連線的「行動伺服器」,能夠「二次覺醒」、不斷升級。透過 OTA(Over-the-Air)技術,車廠能像推送 App 更新一樣,遠端傳送新功能、性能優化或安全修補包到你的車上。

不過,這種美好願景也將帶來全新的挑戰:資安風險。當汽車連上網路,就等於向駭客敞開潛在的攻擊入口。如果車上的 ECU 或雲端伺服器被駭,輕則個資外洩,重則車輛被遠端鎖定或惡意操控。為了打造安全的 SDV,業界必須遵循像 ISO 21434 這樣的車用資安標準。

威力暘電子運用前面提到的四大核心策略,確保自家產品能符合從 ISO 26262 到 ISO 21434 的國際認證。從品質管理、軟體開發流程,到安全認證,這些努力,讓威力暘的模組擁有最高的網路與功能安全。他們的產品不僅展現「台灣智造」的彈性與創新,也擁有與國際大廠比肩的「車規級可靠度」。憑藉這些實力,威力暘已成功打進日本 YAMAHA、Toyota,以及歐美 ZF、Autoliv 等全球一線供應鏈,更成為 DENSO 在台灣少數核准的控制模組夥伴,以商用車熱系統專案成功打入日系核心供應鏈,並自 2025 年起與 DENSO 共同展開平台化量產,驗證其流程與品質。

毫無疑問,未來車輛將有更多運作交由電腦與 AI 判斷,交由電腦判斷,比交由人類駕駛還要安全的那一天,離我們不遠了。而人類的角色,將從操作者轉為監督者,負責在故障或斷網時擔任最後的保險。透過科技讓車子更聰明、更安全,人類甘願當一個「最弱兵器」,其實也不錯!

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骨鬆不是老化必然!健保放寬給付助攻「駝矮痛」不再來
careonline_96
・2025/07/09 ・3193字 ・閱讀時間約 6 分鐘
相關標籤: 骨密度檢測 (1)

圖 / 照護線上

你知道嗎?國人一生中每 4 人就有 1 人面臨骨折風險,且首次發生骨折後,第二次再骨折風險高達 50%[1]!骨質疏鬆症正以無聲的方式威脅患者的生命安全。

「促骨生長藥物對骨質疏鬆症患者非常重要,在骨折發生前使用,可降低骨折風險;在骨折發生後使用,快速提高骨密度,也有助於預防再次骨折。」

中國醫藥大學新竹附設醫院骨科王韋智醫師表示,「健保對於骨質疏鬆症藥物給付條件,擴大「次級骨折預防」範圍包含:手腕(遠端橈骨)與上手臂(近端肱骨)骨折;並新增「初級骨折預防」,放寬至未發生骨折的高風險骨鬆患者包含糖尿病合併胰島素、類風溼性關節炎、和類固醇使用超過3個月者;幫助骨鬆的治療能更早介入而不再從「發生骨折後」才做起!」。(詳細涵蓋範圍請參考健保署公告,個案適用範圍請依醫療專業人員判斷及建議。)

圖 / 照護線上

善用健保擴增給付,往前擴大骨鬆防護

為了幫助骨質疏鬆症患者(T值小於等於-2.5)降低骨折風險,健保署已放寬給付條件。王韋智醫師說,在初級骨折預防方面,可適用在未發生骨折,其骨密度(BMD)檢測結果 T 值小於等於 -2.5合併類風溼性關節炎、糖尿病且使用胰島素或使用糖皮質類固醇(>5毫克/天)超過3個月的骨質疏鬆症患者。在次級骨折預防方面,過去僅適用於脊椎或髖部骨折,現在已放寬至手腕(遠端橈骨)與上手臂(近端肱骨)骨折的骨質疏鬆症患者或骨質疏少症患者。

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建議患者或家屬主動和醫師討論骨質疏鬆症的治療策略,選擇合適的治療方式,降低骨折的風險。(詳細涵蓋範圍請參考健保署公告,個案適用範圍請依醫療專業人員判斷及建議。)

骨質疏鬆症的現況與警訊

「骨質疏鬆症(Osteoporosis)」是一種慢性疾病,早期沒有明顯不適,很容易被忽略,許多患者都是在骨折發生後,才發現有骨質疏鬆症。王韋智醫師說,幾乎每天都有骨鬆性骨折的患者被送到急診室,因為不小心跌倒就造成髖部、脊椎、橈骨或肱骨骨折,除了造成劇烈疼痛、行動不便,也會嚴重影響生活品質、提高醫療花費、甚至增加死亡風險。根據統計,約有 20% 的髖骨骨折患者,在骨折發生後一年內會死亡[2],骨質疏鬆症是不容忽視的問題。

骨質疏鬆症早期症狀要留意三大警訊:「駝、矮、痛」,王韋智醫師解釋,「駝」就是駝背,當我們靠牆站立時,明顯感覺背部隆起或彎曲,背部無法完全貼平牆面,甚至肩膀前傾,這通常是因為脊椎骨壓迫性骨折或椎體結構變形所導致。「矮」是身高明顯縮水。很多患者會發現自己「比以前矮了4公分以上」,這是因為脊椎椎體塌陷、變扁所導致的整體身高減少。「痛」是下背痛或腰痛,通常是慢性的、鈍鈍的不適感。

這些症狀常被認為是老化的現象,而遭到忽視。其實這些都是骨骼結構正在退化的重要警訊,若能及早發現、及早治療,能夠有效預防骨折的發生。

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圖 / 照護線上

留意骨質疏鬆症高風險因子、早期篩檢

至於骨質疏鬆症的高風險族群則包括停經後女性、老年人、體重過輕、缺乏運動、抽菸、喝酒、長期使用類固醇、缺乏鈣質與維生素 D 和其他內分泌疾病等。王韋智醫師說,「臨床上曾經遇過四十多歲便有骨質疏鬆症的女性患者。因此建議高風險族群要就醫接受骨密度檢測,留意自身骨骼健康,並積極接受治療。」

雙能量X光吸收儀(Dual-energy X-ray Absorptiometry,DXA)是診斷骨質疏鬆症的標準檢查,利用 X 光檢測骨密度,在無痛的狀況下,平躺大約5分鐘便能完成。王韋智醫師說,檢測的骨密度報告會標示T值(T-Score)。當T值落在 -1 至 -2.5 代表骨密度減少,稱為「骨質疏少症」;當 T 值小於等於 -2.5 即可診斷為「骨質疏鬆症」;而當T值小於 -3 則屬於「極高骨鬆性骨折風險族群」。

圖 / 照護線上

骨鬆治療策略:先行提升骨密度,有效降低高骨折風險

骨質疏鬆症的治療方式包含藥物治療搭配日常照護。王韋智醫師表示,藥物治療主要分為兩大類,促骨生長藥物與抗骨流失藥物。促骨生長藥物讓身體能夠「開源」長出新骨頭、快速提升骨密度;抗骨流失藥物可延緩骨質流失的速度,就是「節流」的概念。王韋智醫師說,目前治療會採取「先行增加骨密度,鞏固骨骼」策略,先以促骨生長藥物進行完整療程,快速提升骨密度,降低骨折風險,並遵造醫囑以抗骨流失藥物銜接,發揮長期保護的效果。再搭配日常照護包括飲食營養均衡、攝取足夠的鈣質與維生素 D、規律運動等。

筆記重點整理

  • 「骨質疏鬆症」早期無明顯不適,容易被忽略,許多患者都是在骨折發生後,才發現有骨質疏鬆症。骨鬆性骨折除了造成劇烈疼痛、行動不便,也會嚴重影響生活品質、提高醫療花費、甚至增加死亡風險。
  • 醫師建議,及早進行 DXA 骨密度檢測,民眾亦可先自我留意骨鬆「駝、矮、痛」三大警訊,如發現駝背、背部靠牆壁站立時後腦勺與牆面會間距超過 3 公分以上、身高變矮 4 公分以上,或是經常感到下背痛,就要立即諮詢專科醫師,評估是否有骨質疏鬆症。
  • 骨質疏鬆症的藥物治療主要分為兩大類,一類是促骨生長藥物,讓身體能夠「開源」快速提升骨密度,降低高骨折風險;另一類則是抗骨流失藥物,主要用來延緩骨質流失的速度,就是「節流」的概念。目前針對高風險的骨鬆患者的治療策略,遵照醫囑考慮「先使用促骨生長藥物,再以抗骨流失藥物銜接」,以遠離骨折風險為目標。
  • 為了幫助骨質疏鬆症患者降低骨折風險,健保署已放寬骨質疏鬆症健保用藥給付,可幫助高風險族群進行初級與次骨折預防。當 BMD 檢測結果 T 值小於等於 -2.5 ,合併有糖尿病使用胰島素、類風溼性關節炎或長期使用類固醇(>5mg/day)超過3個月,可透過健保給付的治療藥物進行初級骨折預防治療;新增手腕(遠端橈骨)、上手臂(近端肱骨)骨折可適用骨質疏鬆症和骨質疏少症患者的次級骨折預防治療。(詳細涵蓋範圍請參考健保署公告,個案適用範圍請依醫療專業人員判斷及建議。)
  • 醫師呼籲:高風險族群應「及早篩檢、積極治療、預防骨折」,並善用健保的擴增給付、擴大骨折保護進行合適的骨質疏鬆症治療與預防,及早遠離骨折風險及早關心自身的骨骼健康。

本衛教訊息由台灣安進協助提供
TWN-785-0525-80011

參考資料:

[1] 中華民國骨質疏鬆症學會。台灣成人骨質疏鬆症防治之共識及指引。2023 年版

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[2] Ip TP, et al; OSHK. Hong Kong Med J 2013 Apr;19 Suppl 2:1–40.

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【成語科學】聞雞起舞:勤奮背後的生理時鐘
張之傑_96
・2025/07/05 ・1494字 ・閱讀時間約 3 分鐘

晉朝分為西晉和東晉兩個階段。西晉末期,二十來歲的祖逖和劉琨,在京城洛陽當個小官,兩人是很要好的朋友。當時內憂外患不斷,兩人都有大志,一心報效國家。

祖逖和劉琨經常住在一起,天將亮時,一聽到雞叫聲,就起來舞劍,希望能文能武。這就是成語「聞雞起舞」的由來。因此聞雞起舞,比喻勤奮向上、努力不懈。

晉朝祖逖劉琨聞雞鳴,共舞劍,立志勤奮。後世也以聞雞起舞,形容一個人勤奮、努力不懈。圖 / unsplash

西元 311 年,匈奴人攻入洛陽,北方大亂。317 年,琅琊王司馬睿(晉元帝)在建康(今南京)即位,史稱東晉。在這之前,史稱西晉。當北方陷入混亂時,祖逖率領一批人南下,輔佐晉元帝,封為鎮西將軍。劉琨留在北方抗擊異族,做到都督。兩人都發揮了各自的文韜武略。

談到這裡,該造兩個句了:

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我們要有光明的前程,就要學習聞雞起舞的精神,勤奮學習。

他天一亮,就起來鍛鍊身體,這種聞雞起舞的精神令人欽佩。

接下去要談談這個成語的科學意涵了。公雞之所以在破曉時啼叫,主要是「生物鐘」的關係。生物的生長和作息,都有一定的規律,這就是生物鐘。譬如牽牛花都是早上開花,蟋蟀傍晚後才會鳴叫,類似的例子不勝枚舉。

公雞呢?脊椎動物的大腦與小腦間,有個內分泌器官,叫做松果腺。晝行性動物,到了晚上松果腺會分泌褪黑激素,讓動物安然入睡。天亮時受到光線的刺激,褪黑激素分泌減少,動物就會醒來。公雞對光線的變化特別敏感,破曉時的微弱光線變化,也會讓牠醒過來,昂首啼叫。人們聽到公雞叫聲,就知道天要亮了。

公雞的大腦裡有松果腺,能感受破曉的微光變化,天一亮就減少褪黑激素分泌,牠便會醒過來,昂首啼叫。圖 / unsplash

公雞一般在天剛亮時啼叫,夏天在四、五點鐘,冬天在五、六點鐘。在沒有鐘錶的時代,公雞報曉是人們的重要時間指標。章老師小時候家裡沒有鐘錶,主要靠公雞啼叫,和固定時間前來叫賣的小販吆喝聲,知道大概是什麼時候了。

那麼,公雞醒來為什麼啼叫?雞是一種群居性動物,每個群體由一隻強壯威武的公雞當領袖。啼叫主要是宣示領域,也就是告訴其他雞群,這個地盤是我的,你們不要進來。

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因此,破曉時一隻公雞啼叫,附近的公雞就會跟著啼叫,都是宣示領域的意思。既然公雞啼叫是一種領域行為,所以公雞白天也會啼叫。小朋友,你到動物園的兒童動物區遊玩,聽過大白天公雞啼叫嗎?

寫到這裡,還有點空間,順便介紹另一個成語——擊楫中流。祖逖率軍北伐,渡過長江,船到中流時,他慷慨激昂的擊打著船槳,立誓恢復中原。這個成語用來比喻:成就一件事的決心和激情。

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