學生主導之仿生產品草圖設計報告(實作歷程 B)

繼動物園之後，僅帶領全套式教學組到阿里磅生態農場自然觀察。在阿里磅可 以觀察到青蛙、蜻蜓、昆蟲、螢火蟲、螃蟹、甲蟲、溼地、許多森林、荷花及睡蓮 盛開。透過研究者與解說員等兩位老師協同解說與帶領自然觀察的過程中，以學生

「生活經驗」、「觀察經驗」為首要，適時引導「蓮花自潔與奈米塗料」、「螃蟹與水 下救災機器人」的案例，作為激發仿生點子的鷹架。

接著教師回到課堂上以「北極熊的毛皮與人造纖維保暖衣」為例，解說仿生設 計步驟。最後全套式教學組的學生必須自選設計草圖主題，進行實作歷程 B，此乃 學生自選設計草圖主題，必須親自到戶外、圖書館、網站等，依照仿生設計步驟來 進行設計，並如實的書寫下來。如(圖 4-15)所示，學生主導仿生產品草圖設計(歷程 B)的書寫內容包括：(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。學生書寫 仿生案例探討(歷程 B)，乃是在課程中、動物園觀察以及課後陸續完成。評定學生 實作歷程報告及給分，請讀者參閱第三章-第四節測量工具。

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圖 4-15 仿生設計思考步驟

(一) 仿生產品草圖設計學習成效

由(表 4-17)全套式教學組學生之學習成果分析所示，將仿生設計五項仿生設計 能力按分數高低排序：B1 解決那一種環境領域中的問題之平均分數 3.65(0.37)、B2 生存適應的特色之平均分數 3.55(0.47)、B3 最主要的原理或是機制之平均分數 3.02(0.45)、B4 設計製作出什麼樣的仿生產品之平均分數 2.66(0.47)、B5 改良或創 新的設計草圖圖之平均分數 2.50(0.51)。

1. 想要解決生活 中的民生或環境 保護問題.

2. 從大自然找啟 發，自然觀察生 物（或生態系）

3. 瞭解該生物

（或生態系）特 性

4. 分析與歸納該 生物（或生態 系）機制 5. 類推、應用、

測試、取得實驗 數據並改良 6. 完成仿生設計原 型，發展成應用產 品以解決問題

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表 4-17 全套式教學組 仿生產品草圖設計學習成效(審閱者評分) 審閱者評分之五種分項實作能力(N=43) 評分 界定問題 B1 解決那一種領域的問題 3.65(0.37) 自然觀察 B2 生存適應的特色 3.55(0.47) 類比聯想 B3 最主要的原理或是機制 3.02(0.45) B4 設計出什麼樣的仿生產品 2.66(0.47) 草圖設計 B5 改良或創新的設計草圖圖 2.50(0.51)

註 1：表中數字為平均數 M，滿分為 4 分，其後括號內為標準差

綜合三位審閱者對全套式教學組的 36 位學生(N=36)設計草圖之評分，以及 研究者對實作歷程 B 報告的仔細分析，學生(新手)仿生設計的特點，有不足之處但 也有表現優異的地方。對於 B2 生存適應的特色、B1 解決那一種環境領域中的問題 以及 B3 最主要的原理或是機制，只要關於生活事物的題目，學生皆能提出許多超 出教師想像的概念。但是若往設計求解方向去探討，例如：B5 改良或創新的設計 草圖圖、B4 設計製作出什麼樣的仿生產品等，可以見到在設計草圖上欠缺自己原 創的仿生創意。

研究者省思此 36 位學生已經歷過仿生案例探討的經驗，那麼為何在設計草 圖上表現上仍是欠佳?首先，第一個主因是雖然會運用之前所學，對生物與產品功 能進行類推分析，但且學生的思考過程，是在已有可參考的前人仿生設計點子下，

容易忽略由自己進行仿生類推問題解決的實務練習。從研究者的觀察，學生在進行 設計草圖時，仍習慣採取文字條列式的方法。但是這種方式卻無法釐清生物與產品 設計中事物之間的類推關係，類比聯想能力不足可能是主因之二，雖然未來會學習 工程圖學與電腦繪圖(AUTO CAD)，但其他課程中也一直欠缺類比聯想的訓練，因 此學生在設計點子的實踐過程中，無法處理複雜的設計資訊，而造成設計草圖品質 需再加油的狀況。

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(二) 審閱者歷程評分之分析

如(圖 4-16、表 4-18)所示，審閱者評分平均分數介於 3.09~3.56 之間，審閱者 認為全套式仿生教學組的學生們從實作歷程 A 到實作歷程 B，在 A1、A2、A3、

A5、B1、B2、B5 之仿生設計能力的表現上尚佳，給予 3 分的肯定。然而需要加強 之處在 A4(描述此種生物的生存適應的特色，最主要的原理或是機制)、B4(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)。將於後述分別探討 影響自然觀察智能與仿生設計能力的因素。

圖 4-16 仿生設計能力審閱者歷程評分

1. 實作歷程中能力進步之處

再由(表 4-19)可得知全套式教學組的學生從主導仿生案例探討(歷程 A)到仿生 產品草圖設計報告(歷程 B)中有進步之處。其一，A5 透過案例了解能夠解決那些環 境問題、B1 界定要解決的環境問題的重點，平均分數進步.185 分(t=2.04，p=.048)。

學生應該要學會發現問題、認識問題、界定問題，因為發現問題比解決問題更重要，

發現問題是一種創新，而解決問題是一種創新之後的執行能力。仔細觀察且了解問

1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0

A1 A2 A3 A4 A5 B1 B2 B3 B4 B5 平均

分數

仿生設計能力

仿生設計能力審閱者歷程評分

審閱者「歷程」評分

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兩位學生(STU-B1-104、STU-B1-035、STU-B1-106)寫道：

觀察力我有非常的自信，但是將觀察到的東西，把它發想成創意對我來說是苦 手(苦手是日文，學生的意指是不擅長、不善於的意思) (STU-B1-104)

我覺得我對於想像或是發明新產品是相當的困難的，對於我自己找到新點子，

或是想到好的設計，是有相當大的困難度(STU-B1-035)。

覺得大自然充滿了奇妙，很多不起眼的植物動物，都有他們值得我們學習的地 方。我覺得仿生學是一門不是那麼容易的課程，因為有時候想到的點子不見得可以 應用，更要經過無數次的思考研究，我才能找到解決的辦法(STU-B1-106)。

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(三) 學生設計草圖草圖示例

設計草圖草圖乃是瞭解學生(新手)改良或創新歷程所表現的能力。全套式教學 組的學生們承續前面已到動物園觀察，並有仿生案例探討的經驗，接著再到阿里磅 針對一特定種動物或植物自然觀察，並且提出設計草圖。研究者希望學生所構想產 生出來的草圖，是由學生主動探索並篩選後，自己慢慢發想出來的設計解決方案。

因本論文之篇幅有限，故仍選擇二位代表性的作品，展現出學生的改良或創新構想。

茲以介紹「仿捕蠅草的捕蟲機器」與「仿北極熊毛的真空隔熱玻璃」：

學生(STU-B1-002)會有仿捕蠅草的捕蟲機器的想法，可能的原因之一是研究 者上課時帶了三種食蟲植物到班上展示，學生看到食蟲植物，激起了好奇心，都興 奮的急著想看，可能因此激發學生仿生設計的點子。研究者則在課堂中說道：

老師今天拿來的食蟲植物，其實有分為三大類，第一類是閉合型的，以捕蠅草 為代表。第二類是黏著型的，以毛氈苔為代表。第三類是陷落型的，最有名的就屬 豬籠草了。大家仔細觀察，這些植物是如何捕蟲的呢?它給你的什麼樣的仿生點子呢?

(在室內課程解說仿生設計的步驟，TEA-S-007)

至於學生(STU-B1-115)則是沿續研究者在教室引導模仿北極熊的仿生產品 草圖設計的案例，學生說出仿生設計點子來源主要想法：

聽完老師講課後，我回家就上網觀有關於北極熊(PolarBear)的影片，從仿生學裡 我覺得北極熊非常厲害，特殊的毛髮和皮膚讓它們在極冷的冰面上活動，也可保有 溫暖的身體，十分敬佩，很值得我去瞭解研究牠。可是我覺得非常不公平，憑什麼 人類把好的資源用完，把全球暖化壞的部分丟給他們去承受…因此，我決定以模仿 北極熊的皮毛為主題，但我點子跟老師說的是有不同的。(STU-B1-115)

在構想過程中，學生手繪草圖(無論是用手繪或電腦繪製)，對概念設計的初 期階段是相當重要的。草圖行為是一種構想表現的語言，也是一種將學生腦中的構 想轉換成具體可見的圖像的過程，透過草圖構想的行為，學生在紙上嘗試各種構想，

並利用草圖及其特性建構出一個意想不到的點子。學生(STU-B1-002、STU-B1-115)

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特別對此產生了莫大的興趣，於是開始不斷和研究者討論，也去 ASKNATURE 網 站上找資料，學生(STU-B1-002)善於電腦繪圖，學生(STU-B1-115)則善於素描手繪，

兩位學生對這個題目也投入很大的心力，他們的設計想構所表現出五項仿生設計能 力如下：

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1. 想要解決生活中的民生或環境保護問題

學生聚焦想要解決那一種環境領域中的問題。擇一寫出上述的環境領域，或 是指出過去很少人注意到的環境問題。如(圖 4-17)所示，學生寫出想要解決生活中 的民生或環境保護問題。

全套式教學組 仿捕蠅草的捕蟲機器

病媒蚊喜歡在積水的地方，花瓶、冰箱底盤水槽 等。室外廢輪胎、花盆、空罐的積水處或是屋簷、排 水溝等。一般居家設置紗窗、紗門、噴灑殺蟲劑、捕 蚊燈或蚊香來滅蚊。之前老師在課內有說過，我也看 過一部關於食蟲植物的紀錄片想到，決定以簡單的捕 蠅草為來設計捕蟲機器。(STU-B1-002，上圖為學生引 自網路圖片)

全套式教學組 仿北極熊毛的真空隔熱玻璃

在臺灣的熱濕氣候下，影響建築物空調耗能量最大 因素就是把建築物外殼做適當隔熱處理。北極熊是利 用毛的真空效果來防止自身的體溫不會流失，如果模 仿北極熊的毛做出的隔熱玻璃，能不能減少熱量的傳 遞，而降低室內溫度。所以我決定沿續模仿北極熊的 毛來設計隔熱玻璃，然後應用在車子上(STU-B1-115，

上圖為學生引自網路圖片) 圖 4-17 學生實作歷程：寫出想要解決生活中的民生或環境保護問題

資料來源：STU-B1-002、STU-B1-115

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2. 自然觀察並瞭解該生物的特性

學生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。依生 物的特色而擇一寫出：(1)形態上的適應：保護色、偽裝、警戒色、擬態。(2)生理 上的適應：發展出尖刺突起、皮毛、種子、硬殼、釋放有毒物質。(3)行為上的適 應：發展出躲藏、防禦、共生。如(圖 4-18)所示，學生選擇特定生物物種，分析生 存適應的特色。

學生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。依生 物的特色而擇一寫出：(1)形態上的適應：保護色、偽裝、警戒色、擬態。(2)生理 上的適應：發展出尖刺突起、皮毛、種子、硬殼、釋放有毒物質。(3)行為上的適 應：發展出躲藏、防禦、共生。如(圖 4-18)所示，學生選擇特定生物物種，分析生 存適應的特色。