學生主導之仿生案例探討報告(實作歷程 A)

本研究之全套式教學組為仿生案例教學(全套式仿生教學)、半套式教學組為 仿生案例教學(半套式仿生教學)。控制組雖已也發下實作歷程A，但學生書寫並不 完整，故不列入計算。由上述第二節的共變數分析結果得知，全套式教學組在自然 觀察智能略優於半套式教學組，在類比聯想以及仿生設計能力則遠優於半套式教學 組。但仍有必要了解在歷程中，何以兩組有差別，故以審閱者評定五項仿生案例探 討能力之平均分數進行分析。

如(表4-16)分析結果顯示，全套式教學組之五項仿生案例探討能力平均分數，

皆高於半套式教學組。全套式教學組與半套式教學組若按五項仿生案例探討能力按 分數高低排序：A2生物的特徵、仿生產品的特徵，全套式教學組平均分數為3.56 分，半套式教學組平均分數為2.45分，兩組相差1.10分。A1仿生案例的主題，全套 式教學組得3.49分，半套式教學組平均分數為2.89分，兩組相差0.59分。A3兩者之 間的相似與不相似之處，全套式教學組平均分數為3.31分，半套式教學組平均分數

163 種環境領域中的問題(t=6.87，p＜.001)。

表 4-16 全套式教學組與半套式教學組於仿生案例探討學習成效之比較 (N=52)

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兩者之間的相似與不相似之處、A5解決那一種環境領域中的問題、A4分析最主要 的原理或是機制，此三項能力得分比較低一些，可能的原因正如Büchel (2000)整理 過去相關類比聯想研究而指出二個重點，第一，後設認知(Metacognition)(對自己的 認知過程，包括：記憶、感知、計算、聯想等各項的思考)和類比聯想具關聯性。

高後設認知能力的學生，較能夠監控及反思類比聯想的過程，而得到較好的類比聯 想表現。低後設認知能力的學生，在類比聯想的過程中，較缺少後設認知表現，而 影響了類比聯想的結果。第二，在類比聯想的過程中，類比物與標的物之間相似性 質的完整對應(mapping)，這對學生而言是屬於最難的部分。這是因為指出類比物 和標的物之間相似性、指出背後的原理，其難易程度和學習者本身所擁有的相關知 識多寡有關，因此，完整的對應未必是一件容易的事。多位學生(STU-B1-013、

STU-B1-136、STU-B1-113)在實作歷程中說道：

覺 得 仿 生 學 是 很 有 趣 又 可 以 探 討 大 自 然 ， 可 是 學 起 來 真 的 有 點 困 難 (STU-B1-136)。我覺得要想讓動物跟產品有關連的時候是最困難的，突然發現我缺 乏了一些想像力(STU-B1-113)。

A+B 作業是我目前上大學以來交過最費時費工的作業，一方便要以動物和產品 來做聯想，一方面要創新。要創新設計出來的東西，對人有幫助的東西，資料有點 難找到… (STU-B1-013)。

此外，研究者發現在仿生案例探討歷程 A 中，相同的教材和課程，施以相同 的教學方法，採取相同的進度，並訂定相同的教學目標，兩組實驗組的學習成效卻 有差異，可能歸因於每個學生學習背景有「個別差異」的事實存在。半套式教學組 的學生主導的仿生案例探討，雖然激發其學習興趣，但與全套式教學組的學生相較，

半套式教學組的學生本身的學習能力，以及對書寫報告品質較為不足，顯示兩組在 一開始有些差異，這也是本研究美中不足之處。根據上述量化結果，再由質性資料 輔助量化結可以顯示兩組實驗組的差異。

本研究採用實作之檔案評量方式，兼重學習課程與學習成果，有目的地收集學

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生實作歷程 A 即為仿生案例探討報告。仿生案例探討報告的引導方法乃是改良焦 點討論法(focused conversation method)又稱 ORID 引導討論法(陳淑婷、林思玲譯，

2010)。經改良與創新之完整引導步驟，應用於實作歷程 A 中的引導問句如下：

描述客觀事實(O)：到動物園觀察那一種特定生物?寫出你是仿生案例主題? 描畫 欲探討的生物與產品的形態、功能、結構或是行為?寫出兩者那裡「很相似」與那裡

「不相似」畫出並寫出此種形態、功能、結構、行為，最主要的原理為何？寫出模 仿特定的生物，是應用來解決什麼環境問題？(仿生案例探討報告中之引導問句 TEA-Q-009)

分享自身的情緒感受(R)：探討完案例後，你的情緒感受為何?是好奇的、希望的、

興趣的、興奮的、激勵的? (仿生案例探討報告中之引導問句 TEA-Q-009)

解釋(I)：對你來說，這個仿生學案例改變了你心目中對環境工程那些既定印象?

(仿生案例探討報告中之引導問句 TEA-Q-009)

受到案例或影片啟發和應用(P)：請開始發想你的「生物仿生」或是「生態仿生」

的設計點子? (仿生案例探討報告中之引導問句 TEA-Q-009)

(二) 學生仿生案例探討報告示例

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，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，選 擇二位代表性的作品，展現出學生的努力與進步。二組學生在觀察後，茲以介紹「仿 啄木鳥的安全帽」與「仿貓頭鷹的無聲扇葉」：

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1. 學生到動物園的觀察與紀綠後，簡要介紹仿生案例的主題

分別帶二組實驗組的學生到動物園觀察，請學生記錄下來，有助於提供學生 更多理解動物的學習機會。學生從探索、體驗過程中，發現動物的生存本事，欲引 發學生對動物產生親切感與的關懷。如(圖4-11)所示，二組學生到動物園的觀察與 紀綠後，簡要介紹仿生案例的主題。

全套式教學組仿啄木鳥的安全帽

啄木鳥有強又尖銳的喙，可用以鑿開樹皮。觀察啄 木鳥頭部結構，就是頭蓋骨和大腦之間有極窄的縫隙 和少量的液體，啄木鳥大腦被一層密實而富有彈性的 頭骨緊密地包裹起來，頭骨骨質呈海綿狀，形成一個 避震功能極佳的保護墊，可以有效抵禦外力的撞擊。

此外，啄木鳥頭部的肌肉有助於吸收、分散受到撞擊 的力量。舌頭底部的結締組織延伸環繞腦部，同樣可 發揮保護腦部的作用。(STU-A1-013，學生自繪)

半套式教學組仿貓頭鷹的無聲扇葉

貓頭鷹是動物界中最安靜的飛行員，這使牠成為最 成功的獵手。牠的大多數獵物常常來不及逃跑。開始 獵捕時憑藉其先天優勢─聽覺非常靈敏，一旦確定目 標，就展開翅膀，撲向獵物，因其飛行時悄無聲息，

故獵物根本沒有任何逃脫的機會。人類因此向牠學 習 ， 將 這 原 理 運 用 到 日 常 生 活 中 的 無 聲 扇 葉 。 (STU-A2-027，學生自繪)

圖 4-11 學生實作歷程：動物園的觀察與紀綠後，簡要介紹仿生案例的主題 資料來源：STU-A1-013、STU-A2-027

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2. 學生畫出並寫出此種生物的特徵

形狀類比(形態仿生)乃是觀察大自然的形態，以形狀類比，結構類比(結構仿生) 是經由已知事物的結構類比找到類似結構的事物。功能類比(功能仿生)是將一種事 物所具有的功能，經由類比而移植到其他事物上使用。畫出和寫出生物的特徵，包 括形態、功能、結構、行為。如(圖4-12)所示，二組學生在觀察後，自行分析啄木 鳥與貓頭鷹的形狀、功能與結構。

全套式教學組仿啄木鳥的安全帽

啄木鳥看似脆弱的頭部，經歷逾萬次類似的強烈撞 擊，也不會有「腦震盪」跡象。 (1)型態：啄木鳥上下 喙並不等長，下喙承載部分比上喙長 1.2 毫米且更堅 硬，使得撞擊時應力可集中於下顎，避免撞擊力轉遞 到腦部造成腦損傷。(2)結構：啄木鳥特殊的舌骨，能 夠有效地減緩其頸椎受傷風險，特殊的舌骨就好像是 安全帶，有效地避免了頸椎向後折斷。(3)功能：啄木 鳥顱骨有不同於其它鳥類的海綿狀的骨小梁，可使顱 骨更有彈性，啄木鳥頭骨的特殊形態結構可有效地緩 衝撞擊。3 者結合能有效吸走衝擊力，保護頭部免受傷 害。 (STU-A1-013，學生引自網路圖片)

半套式教學組仿貓頭鷹的無聲扇葉

貓頭鷹的耳孔位於頭部兩側且分布和形狀均不對 稱，這有利於他們在黑暗中準確定位聲音的來源。(1) 型態：貓頭鷹全身羽毛柔軟輕鬆，柔軟的羽毛有消音 的作用，使本目鳥類飛行起來迅速而安靜，加上暗色 羽毛，非常適合夜間活動。(2)結構:由翅膀、頸骨、眼 睛等所構成。頸部可旋轉 270 度，眼睛對弱光有良好 的敏感性，翅膀用以無聲的飛行。(3)功能:貓頭鷹的翅 膀用來飛行，因呈現鋸齒狀的結構，可防止氣壓突然 變化，其羽毛可減少阻力及降低噪音。(STU-A2-027，

學生引自網路圖片)

圖 4-12 學生實作歷程：畫出並寫出此種生物的特徵 資料來源：STU-A1-013、STU-A2-027

168 身體重 10 倍的衝擊。(STU-A1-013，學生引自網路圖 片)

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4. 學生描述最主要的原理，應用類比聯想解決問題

如(圖4-14)所示，學生描述此種生物的生存適應的特色，以及最主要的原理或 是機制，將其原理應用解決環境領域中的特定問題。例如：聚焦於災害防救、自然 保育、公害防治、環境及資源管理、林農牧漁業生產、醫療科技、節能減碳等環境 領域。

全套式教學組仿啄木鳥的安全帽

模仿啄木鳥 3 大獨有的生物力學結構，包括「安全 帶」舌骨、「上短下長」的喙骨及「海綿狀」顱骨，3 者結合能有效吸收衝擊力，保護頭部免受傷害。人們 從啄木鳥身上得到了許多減震防震的啟示，例如在設 計頭盔和安全帽時，帽頂與頭頂之間留有空隙，中間 設有填充物，填充材料要用輕而有彈性的海綿狀物 體。用來研發頭盔或降落傘等相關防撞保護產品，造 福人類。(STU-A1-013，學生引自網路圖片)

半套式教學組仿貓頭鷹的無聲扇葉

模仿貓頭鷹羽毛的導風槽直流風扇扇葉，應用於顯 示卡散熱風扇，提升了 10%散熱性能。結合仿生學從 貓頭鷹羽毛得到的設計靈感。貓頭鷹的初級羽毛，呈 鋸齒狀排列，像一把梳子有助于分解空氣經過羽毛時 產生的音波。有助於分解空氣經過羽毛時產生的音 波。用這個原理所製造成的扇面，邊緣的小鋸齒有利 於減少氣流渦漩，從而降低噪音。(STU-A2-027，學生 引自網路圖片)

圖 4-14 學生實作歷程：描述最主要的原理，應用類比聯想解決問題

圖 4-14 學生實作歷程：描述最主要的原理，應用類比聯想解決問題