名詞解釋與研究範圍界定

一、 名詞解釋

(一) 仿生學(biomimicry)

所 謂 仿 生 學 ( 或 稱 biomimicry,biomimetics,bioinspiration,biologically inspired design)乃是人類利用大自然所啟發的最佳靈感來創新技術或設計產品。本研究所指 之仿生學乃是依循Benyus(2003)對仿生學或生物模擬(biomimicry)的定義。仿生學旨 在發掘大自然的運作機制，通常仿生學可分為模仿生物(biological)特性或是學習生 態系(ecosystem)的運作，皆以生態環境永續為出發點，並發明出兼具經濟發展價值 的產品設計，以解決人類在各層面與各領域的問題。仿生學採用的做法，並不是直 接或間接使用生物資源(不同於生物科技與遺傳基因工程等科技)。人類藉由模擬生 物的形態、色彩、構造、生物機制，或是大自然運作的原理來解決生活所遇到的問 題或是預防未來的問題。

(二) 仿生案例教學(case-based biomimicry teaching)

本研究所指之仿生案例教學，分為教材與設計教學二部分，並具依此進行為期9 週18個小時之教學。案例教材(material)部分，其主要來源為Biomimicry3.8、ZERI、

UNEP、IUCN倡導的大自然最佳100倡議(Gunter Pauli,2010)，研究者分別從100案例 中挑選出對環境教育極具創意、意義與啟發性的仿生學案例作為教材。仿生設計教 學 (biomimicry design activity)部分，不僅著重於個案的探討(case studies)，也兼重 設 計 活 動 (design activity) 。 依 循 Biomimicry Institute(2012).biomimicry design approaches：a guide for k-12 teachers 以 設 計 為 導 向 的 學 習 (design-based learning activity)為主軸，仿生案例教學共分為二階段12個教學步驟如下：

第一階段仿生案例探討之步驟：(1)簡要介紹仿生案例的主題、(2)分析此種生物 與仿生產品的特徵、(3)分析此種生物與仿生產品，兩者之間的相似與不相似之處、

(4)分析生物的生存適應的特色，最主要的原理或是機制、(5)此生物之特色是應用 來解決環境領域中的特定問題、(6)師法生物的仿生案例，給你的感覺、啟發與新

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點子。

第二階段仿生設計活動之步驟：(1)聚焦想要解決那一種環境領域中的問題、(2) 選擇能夠解決此問題的可能某個生物物種，及其生存適應的特色、(3)分析此生物 適應特色的機制與原理、(4)依此類比聯想這些原理與機制，可以設計製作出什麼 樣的仿生產品、(5)畫出產品改良或創新的設計草圖圖、(6)學習仿生學之後的價值 反思、(7)學習歷程總回顧。

(三) 仿生設計能力(biomimicry thinking and design)

本研究所指之仿生設計能力共有自然觀察智能、類比聯想能力、仿生設計能力，

分別由受試者前後測、延宕測自評。本研究主要探討大學生之三個研究變項如下：

1. 自然觀察智能(naturalist intelligence)：自然觀察智能指一個人能夠對所處 環境中的各種植物和動物進行辨認和分類。亦能夠認識到其它物種或相類 似物種的存在，還能夠把幾個物種之間的關系列出來的能力(Gardner,1998)。

學生在liket4點量表上圈出得分，量表之得分愈高者表示受試者自己的自然 觀察智能愈佳。

2. 類比聯想能力(analogy thinking)：又可稱為類比推理、類推聯想等，定義 為學生能運用類比(analogy)在不同領域中觀察到彼此的相似性(similarity)，

進而發現解決問題的線索。亦即在兩個可能無關的概念中，發現其結構的 相似性，進而將其應用於問題的解決(problem solving)的能力。本研究採用 依據Treagust(2002,2005)設計成「兩階層紙筆測驗」工具，有標準答案與理 由，學生於兩者得分愈高代表類比聯想能力愈佳。

3. 仿生設計能力(biomimicry design)：定義為學生自己覺得能夠經由觀察歸 納找出自然界中對應於所欲解決問題之生物原型，了解生物是如何解決同 一問題，然後分析其背後隱藏的生物原理，之後即可將生物原理運用於工 程技術領域之中以解決問題的能力。學生在liket4點量表上圈出得分，量表 之得分愈高者表示受試者自己覺得仿生設計能力愈佳。

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(四) 保護生物多樣性的價值偏向(value of biodiversity)與情意態度(affective attitudes)

本研究所指之保護生物多樣性的價值偏向分別從效用價值(人類中心倫 理)至內在價值(生命、生態中心倫理)。情意態度則包括尊敬與關懷生命、

謙卑的向大自然學習等三個情意態度：

1. 保護生物多樣性的價值偏向(value of biodiversity)：生物與生態系是人 類賴以生存的基礎，保護生物多樣性的價值內涵包括：(1)維生、健康、

經濟與娛樂價值、(2)心靈美學與文化價值、(3)自然生態與教育價值、

(4)生物與生態系固有的內在價值。由受試者前後測、延宕測自評，經 由答案與理由之得分，能得知學生對目標物種或是生態系的價值偏 向。

2. 情意態度(affective attitudes)：尊重生命(respect for life)的本質是敬畏 和重視生命(鍾聖校，2000)。所有生命都是相互依存的，每一種生命形 式，無論生物對人類的價值如何，都有其自身內在價值。因此人類應 不傷害、不騷擾、不誘捕生物或生態系，若因人類活動而遭受傷害而 給予補償(DesJardins,1993)。關懷生命(care for life)的本質是一種行動，

而且這個行動是要看被愛的對象有所成長(鍾聖校，2000)。包括關懷自 己、關懷親密與周遭熟識的、關懷熟悉與遠方的人、關懷動植物與自 然環境、關懷人為環境、關懷理念等(教育部，2008；方志華，2004)。

謙卑的向大自然學習(humility, modest)的本質人類是生態系的學生必 須遵循自然規律而生活。大自然具有教導的意義，我們經常從無言的 大自然中學到教訓並獲得生活中的教誨。與大自然的對話，使我們不 驕矜自滿、自傲自大，教導我們知足之道，如果我們生活的很好，就 是掌握住某種自然的規律與節奏(Roston,1988)。

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二、 研究範圍與限制

(一) 非隨機分派選取樣本

準實驗研究法(Quasi-Experimental Research Designs) 其意義是指在從事教育 研究時，無法隨心所欲的在實驗情境中採取隨機抽樣方法，分派至受試者並控制實 驗情境，例如在現實教育情境中，礙於選課行政上的理由，無法打破班級界線，研 究者無法採用隨機化原則，此時所使用之實驗設計即稱為準實驗研究法(王文科，

2001)。優點是研究者能在自然的情境中進行。限制是研究結果對因果關係之推論 較弱，有賴較長時間系列之推論。但是，採用準實驗研究法可以設計一些控制辦法，

儘量減除潛在性危及研究效度之因素。更重要的是，研究者須明確知道在研究中所 不能控制的因素，並小心考慮這些因素對實驗效果之影響的可能性。如果影響可能 性小，其實驗效果就愈正確，否則就愈不正確。本研究由於在大學的選課情境難以 隨機分派研究對象，故採取準實驗設計中之不等組前測-後測設計(nonequivalent pretest-posttest design)，亦即兩組受試者並非經由隨機方式來分配(王文科，2001)。

為了減少上述偏誤，本研究兩組實驗組與一組控制組的大學生，均選自環境工程系，

並以前測分數為共變量進行共變數分析，以降低選樣偏差的影響，但是非隨機分派 所造成的偏誤可能仍是本研究的限制。此外本研究採準實驗研究設計，研究結果只 能推論與研究樣本類似群體的大學生。

(二) 實驗者效應的影響

在本研究中，研究者也是教學者，而研究對象為自己班上的大學生，很有可能 研究對象察覺研究者的目的，而刻意在受訪時回答符合其目的的回應，因而有意或 無意地造成實驗結果的偏差。或是可能因研究者本身的人格特質、教學風格、對學 生的期望等因素，對受試者形成一種暗示，可能在實驗研究中顯現出來，而影響實 驗研究的結果，此乃皆屬實驗者效應。為了減少實驗者效應的影響(experimenter effect)(王文科，2001)，研究者對於書面作業不限制型式、字數與內容，使研究對 象能以自己的語言和想法自由地回答。此外，除了量化的類比聯想能力(兩階層紙 筆測驗)評量外，本研究採用的教學評量包括質性的實作評量，除了教學者評量之

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外，另將實作歷程的成績交由第三審閱者評分。上述之質性的反思問卷，問卷採不 計名方式填寫，但必須填寫學號，以便前後測、延宕測之配對。研究者將先說明本 研究的目的，並保證質性資料一定匿名，僅供學術研究之用，以減少實驗者效應的 影響。

(三) 質性資料輔助量化資料、學生學習成果篇幅的取捨

探索學生的學習成效，不但影響成效的因素複雜，而且往往是有其脈絡。量 化研究固然能在短時間內快速取得大量資料，同時可以利用這些資料，對學生學習 的現象進行推估，是非常便利且有效的研究方法。但其缺點是量化研究常只呈現顯 著的結果而省略探索歷程的描述，無法涉及整個歷程與脈絡，以及較無法全面性且 深入的探索。不過，雖然量化的方法有其局限，質化研究可以提供許多量化研究所 不能提供的訊息，可以補足量化研究的不足。例如：當研究者所提的研究問題為在 實驗教學前後，大學生在類比聯想能力是否有差異?結果會發現教學實驗顯著或不 顯著。但是如果研究者接著問那麼這些改變的原因為何?量化研究的結果就無法深 入的解釋了。因此，每個研究途徑有其潛在弱點，為了解決研究問題，採用混合研 究方法(mixed methods)，先分析量化資料，知道主要的結果後，再從質性資料分析 中尋找可對應或背景資訊，使解釋更完整。討論結果時，可以量化發現為主軸，再 輔以質性資料發現。採用混合研究方法，有助於對豐富而生動的學生學習歷程與成 果，進行更為細緻的觀察與理解。即使是冷冰冰的準實驗設計，若能逐漸深入抽絲 剝繭地探索，並且以故事性的風格來撰寫結果，相信「意義」同樣可以湧現。

為了了解實驗組在接受仿生案例教學過程中能力提升的情況，將學生的作品 有系統的收集，並且經過三位審閱者評分。研究者整理與反思這些學生實作作品後，

由於本論文之篇幅有限，學生學習成果篇幅必須取捨，故選擇學生主導之仿生案例 探討報告(實作歷程A，二位代表性的作品)、學生主導之仿生產品草圖設計報告(實 作歷程B，二位代表性的作品)加以分析。這四份代表性作品展現出學生的努力與進 步，還包含了學生自我反思的證據。

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