質性發現與討論

仿生案例教學的目的乃是希望學生具有解決問題的能力，在未來能產生學習的 遷移，希望學生在接受仿生案例課程後，能應用在未來環境保護工作上。從自然觀 察智能、類比聯想與設計、保護生物多樣性等實作歷程A與B中，研究者發現學生 經歷了模仿生物的結構(structural)，對應(mapping)仿生產品的相似性，學生學到仿 生概念與形成原理原則，產生更多的學習遷移(transfer)。最後漸漸提升了舉一反三、

觸類旁通的類化(generalization)能力。更重要的是，學習遷移並不是習得技能的重 複表現，而是將習得的經驗擴大或重組。學生所獲得的原理原則若是由學生自己領 悟而來，其學習遷移的效果就較大。從學生實作歷程的A與B的質性資料中，研究 者發現質性結果與Mayer(1998)、Bransford 及Brown(1999)、Schwartz、Bransford 及Sears(2005)提出「影響學習遷移因素」具有相當吻合之處，歸納而言：學生的學 習歷程、心智狀態等，均有可能影響學習遷移。故以下的質性發現與討論，將從影 響學習遷移的學習歷程與心智狀態來解釋說明。

(一) 學習歷程：教師適時的案例啟發、學生飼養經驗

陳依信(2014)、Meyer(2003)與Hofmann & Passineau(2004﹚皆認為透過實際的 戶外經驗，會讓學生因接觸自然產生知覺的覺醒並深入觀察。有時候遇到其他物種、

感到及好奇心而加以探索。從實作歷程A與B的質性分析結果顯示，在自然觀察的 同時，學生會透過自身的五感體驗，主動探索並不停的發問，這時教師只需要提供 一些意見、知識，就可以讓大學生在自然中探索延伸自己的好奇心與興趣。學生說：

「我剛開始接觸仿生學的時候，讓我有些好奇仿生學到底可以做什麼。接觸之後我 驚奇地發現這些仿生產品跟與生物體存在著驚人的相似之處。仿生學的研究讓我發 現生物是多麼奇妙的東西，讓我的好奇心被激發，我會更努力的去研究這個課程 (STU-A1-008)。另一學生也說：「我們到動物園觀察的是駱駝。牠們的駝峰並不是 用來存儲水，駱駝的駝峰是脂肪組織的聚集，而水是存儲在血液中。但是當這些脂

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肪組織發生轉換時，駱駝不僅可以得到能量，並且通過與氧氣的反應轉換成水。我 的構想是如果能將駱駝的轉化原理應用在車子上，像是駱駝在轉換時能夠儲存更多 的能量，不但可以節省加油的錢，還可以減少空氣汙染(STU-A1-110)」。

由此可知，教師在學生的學習歷程中，適時提供仿生案例，以增加認識仿生案 例的數目與變異性，讓學生以理解的方式來學習，能避免僵化知識與錯誤概念，激 發認知變通性，可以增進遷移的表現(Schwartz,Bransford & Sears,2005)。而自然觀 察的練習、類比聯想的練習，有助於學生的好奇心與學習興趣的深度，讓學生個人 的經驗能夠與生物物種產生深刻的連結。但是需要大量的時間才能產生效果，故要 注意給學生足夠的時間來完成實作作業。

另外，本研究在實作歷程的質性分析中發現，學生「生活經驗」與「飼養經驗」

的多寡，對於自然觀察智能具有影響性，這與Stapp & Polunin(1991)研究發現呯應，

在一個設計良好的環境教育教學模式下，讓學生養殖動植物與收集礦物，能促進自 然智能與環境素養。學生說：「我自己本身有在飼養壁虎，所以對壁虎斷尾求生這 種能力，覺得可以用在醫學上，這個是我最想要研究的主題。學習仿生學我覺得可 以用動植物的優點，發展到人類使用的產品我覺得蠻有意思，讓我對於自己期許是 如果有機會想去做自然保育的工作。」(STU-B1-013)。質性研究結果與Armstrong (2000)的教學經驗相符合。在教室內進行生態球的觀察，或是在家裡飼養寵物，可 以提供學生一個安全的觀察環境，使得學生在透過擁有與照顧的關係下，更進一步 瞭解與體會與生物的連結，藉著持續觀察與記錄得以發展仿生設計的點子。學生在 過程中也會展現出對於生物與生態興致盎然，而且有好奇心去探索，學生會運用五 官觀察動物的特徵，當實作學習單累積一定的經驗與資料後，學生能夠陳述生物的 特殊適應環境的本事，在了解其原理之後，初步具體將它應用在產品改良或創新發 明構想中。在歷程中雖然會遇到困難，但努力用功的學生仍可迎刃而解，並且擁有 自信心與成就感。學生從積極的探究中，能夠自我表達與成長出更多的環境素養

﹙Hofmann & Passineau, 2004﹚。

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(二) 心智狀態：特定學域知識、後設認知、創意自我效能

Mayer(1998)、Bransford 及Brown(1999)發現成功的問題解決者，首先，學生 必須具有解決該問題的基本技能，需先對解決該問題之特定領域具有特定學域知識 (domain-specific knowledge)。特定學域知識的質與量，均影響新學習的進行與效果。

再者，擁有基本的技能並不保證能解決問題，因為學生必須知道何時該使用此技能，

因 此 影 響 問 題 解 決 遷 移 的 技 能 ，乃 是 控 制和 監 督 認 知 程 序 的後 設 認 知 技 能 (metacognitive skill)。最後，影響問題解決遷移表現的是問題解決者的意願，動機 的技能包括興趣、自我效能等，如若以興趣為基礎去學習的學生，或是較有自信的 學生，則較能成功地解決問題。

1. 突破類比聯想的困難點：特定學域知識、後設認知

若從仿生案例探討(歷程A)來檢討，學生在類比聯想上有困難點，即使學生已 聽過教師引導的案例(仿白蟻的通風節能建築、仿長頸鹿的飛行員裝、仿翠鳥鳥喙 的子彈列)，當下都覺得很簡單、很有趣，但真正要輪到自己實作探討時，可能就 發生了困難。多位學生說：「我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)。」

學生尚無法適應仿生設計的思考模式，部分的學生只會上網把資料填入報告中，

尚未釐清模仿生物與仿生產品之間的類比關係以及背後的原理，常常造成類比錯誤。

此項結果與 Holyoak 等人(1984)的研究結果相符合。而發生類推困難的原因，可能 是學生不瞭解類比物與目標物之間的關係，所以提取錯誤線索，因此無法進行對應 而導致錯誤，「相似性的對應」對學生而言是屬於最難的部分。

若更深入來觀察實驗組4位具有代表性的學生並與班上其他多數學生相比較，

為何這4位學生，能夠在實作評量中，準確的指出類比物和標的物之間相似性、指

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出 背 後 的 原 理 ? 這 可 能 與 學 生 本 身 努 力 用 功 ， 充 實 相 關 特 定 學 域 知 識 (prior knowledge)多寡有關(Büchel,2000)。學生說：「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，我之前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)。」特定學 域 知 識 對 學 生 學 習成 效 有 很 大 的影 響 ， 是解 釋 學 生 學 習 成 效的 重 要 變 項 。 Barba(1990)及Coleman和Shore(1991)發現問題解決能力高者，特定學域知識亦高。

他們強調特定學域知識的建立與推理能力的訓練是相呼應。當學生對某一科目所知 道的愈多，他們的理解與記憶就愈好。因此，問題解決與特定學域知識的關係密切，

問題解決能力需要以特定學域知識為基礎。

研究者力求二組實驗組學生，上課時必須要認真努力聽講與學習，課後一定要 主動廣泛閱讀與深入研究。若學生者對類比物及其原理機制所理解的概念過少，可 能將影響兩者之間分辨與對應的學習成果。學生認真與詳實的思考，會去思考到底 要觀察什麼?要反覆比較什麼?目標物與類比物之間的異同到底在那裡?然後再一一 書寫下來，學生說：「(1)兩者那裡「很相似」?啄木鳥和安全帽兩者相似的地方是，

在受力時可以抵擋一定的撞擊和震盪，啄木鳥頭部緻密的海綿骨(spongybone)在敲 擊時，可以分散衝擊力，亦有減震之效。安全帽撞擊吸收力強的高密度保利龍內層 和啄木鳥緻密的海綿骨相同。(2)兩者那裡「不相似」？啄木鳥防震屬於在頭殼的 裡面，腦袋的表面上，達到保護腦部不被衝擊，可受衝擊的力量是自身體重的10 倍。但是安全帽的防震屬於在外殼裡面的海綿，由海綿緊緊的包覆這頭部，防止頭 部被衝擊，但安全帽不防震動，也無法承受自身體重10倍的衝擊(STU-A1-013)」。

另一位學生也說：「(1)兩者那裡「很相似」?貓頭鷹翅膀羽毛的邊緣就像一排小 牙齒，它們可以使氣流平坦地流過，並且不產生漩渦。電風扇模仿貓頭鷹的翅膀，

扇面邊緣的小鋸齒有利於減少氣流渦漩，從而降低噪音。(2)兩者那裡「不相似」？

(牠是天然的)貓頭鷹的羽毛中間部分細毛和上下部份的細毛會垂直，如此一來可以 減少阻力，減低噪音。(它是人工的)電風扇利用扇葉邊緣鋸齒狀設計，大幅降低風

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聲，使氣流更順暢，送風效率高，也更節能。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)」。

由此可知，後設認知(metacognition)與類比聯想具關聯性(Büchel ,2000)。值得 注意的是，學生後設認知的表現在類比聯想的過程中扮演重要的角色。這呯應了林 晏如(2012)研究結果，具有高後設認知能力的學生，在類比聯想的處理、提取資訊 階段，能完整分析訊息，在類比物和標的物的配對過程中，能監控所使用的相關科 學概念以降低過程中的推理失誤。或是於出現類比失誤時，能夠及時覺察而回頭提

由此可知，後設認知(metacognition)與類比聯想具關聯性(Büchel ,2000)。值得 注意的是，學生後設認知的表現在類比聯想的過程中扮演重要的角色。這呯應了林 晏如(2012)研究結果，具有高後設認知能力的學生，在類比聯想的處理、提取資訊 階段，能完整分析訊息，在類比物和標的物的配對過程中，能監控所使用的相關科 學概念以降低過程中的推理失誤。或是於出現類比失誤時，能夠及時覺察而回頭提