混合型研究之實驗嵌入式設計

具體而言，本研究期望能藉由「質性資料」對於「量化的結果」做進一步的解 釋以達到互補(complementarity)的功能，故採混合型研究之實驗嵌入式設計

(embedded experimental)，以深入探究第一章之待答問題。教學介入部分採準實驗 設計中之「不等組前測-後測設計」(nonequivalent pretest-posttest design)，並以問卷 瞭解學生之類比聯想能力、自然觀察智能、仿生設計能力之成效，此為量化研究部 分。但要理解學生在學習過程中仿生能力的養成以及對於學習的想法，仍有無法經 由量化結果加以回答的問題，例如：實驗教學前後，大學生在類比聯想能力有差異，

那麼這些改變的原因為何?這時需要質性資料加以輔助，因此本研究設計兩份實作 歷程報告(歷程 A 與歷程 B)，於課堂上及課後請學生書寫，經過研究者及專家評審，

進行計分及評定，此乃質化研究部分。採用實驗嵌入式設計如(圖 3-2)所示。

介入之前的部分，主要以質性的方法發展教材與教法、設計測驗與問卷、設計 實作歷程 A 與 B。仿生案例教材編製的步驟如下：第一，定義教學目標以及教學 對象、了解教學對象的特定學域知識、學習的環境與設備是否適合。第二，是詳細 列出學生在課程結束時應該獲得的能力，包含認知、情意、技能等能力。並決定教 材內容，及所需使用的多媒體類型、戶外教學場域。第三，將蒐集到的仿生案例資 訊加以篩選、過濾，與環境領相關的仿生案例找出來。選擇仿生案例的考量點，主 要是考慮盡量與環境領域相關、以學生的生活經驗與觀察經驗為首要。同時也要考 慮學生對仿生學的認知程度，因此界定於高中職階段。最後，調整仿生教材呈現順 序，讓學生能循序學習。在教材發展完成之後，在課堂上向學生說明教材內容為何 (在第 10 週前測之後)，並依照學生反應立刻加以調整。仿生案例教材主要是給學 生一扇門，讓他自己能去主動探索。至於設計測驗與問卷、設計實作歷程 A 與 B 等兩個部分，則於本章第四節測工具中詳細說明。

教學介入的部分，考量與顧及實驗組與控制組學生的受教權，因此設計圍繞著 以仿生學為主題的課程設計(主題式教學)。使仿生學課程成為環境科學的內嵌課程

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而非外加課程，並且有固定及較完整的時段實施教學。在期中之前，兩組實驗組與 一組控制組，均按每週課程計劃介紹將環境科學、環境工程的課程內容，讓學生有 基本的特定學域知識。期中考之後，二組實驗組則接受全套式與半套式的仿生案例 教學。

由於在研究場域的選課行政作業情境中，開課名稱「環境科學」、「環境工程 概論」無法改變，也必須考量到學生的受教權，因此，這是教學現場的研究限制。

但就學習內容而言「環境科學」與「環工概論」都是環境工程系的基礎學科，採用 的教科書章節雖然有些不同，像是環境科學較強調較寬廣的基礎學科知識(生態、

空氣、水土、廢棄物、能源、氣候變遷)，反映了學科綜合性。環境工程概論也是 綜合性的基礎學科知識(空污與噪音防制、污水處理、土壤及地下水整治、廢棄物 處理、毒性化學物質管理、能源與再生能源、氣候變遷與永續環境管理)，強調以 物理、化學、生物等多元的技術來處理不同種類污染物。但以教科書的知識架構與 層次來看，環境科學與環境工程概論的相近之處皆是在認識基本環境知識、理論、

技術的學習。然而相同的是三組於期中考之前皆以大部分大學教師都會採用的教科 書式與講述式教學法(Didactic Teaching)或稱演講法(lecture)來傳達環科與環工之特 定領域知識。而且期中考之前二組實驗組與一組對照組，皆完全沒有自然觀察智能、

戶外教學與仿生設計教學內容。因此不會在一開始干擾後續要探討自然觀察智能與 仿生設計能力二個變項。

在實驗課程上，實驗組 1 的仿生教學建立在 Benyus 提出學習仿生學的四個步 驟(Benyus,2003)所開展而來的教學方法(請見第二章第二節)。實驗組 1 乃是全套式 的仿生案例教學(全套式仿生教學)。這也是 Biomimicry Institute 致力於推廣仿生學 常用的教學方法，主要培養學生聚焦一個具體的環境問題，並從大自然找靈感提出 解決方法，培養解決問題的技能。實驗組 2 是半套式的仿生案例教學(半套式仿生 教學)，在此之後，回到環境科學的學生專題報告。全套與半套的仿生案例教學之 差別，在於接受「接受仿生學的時間長短」與「實作練習頻率的多寡」。控制組則

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是全程為環境工程概論的課程，配合學生的認知結構，以系統化方式將知識傳授給 學生，然後再讓學生進行專題報告，控制組以教科書搭配講述教學方法，乃是大部 分大學教師都會採用的教學方式。為降低外部影響因素，二實驗組與一組控制組的 教學皆由同一位教師(研究者)來執行。

三組教學實驗介入方式 前測 教學介入 後測 延宕測 實驗組1：全套的仿生案例教學

 動物園自然觀察智能、仿生案例探討

 阿里磅自然觀察智能、仿生產品草圖設計

O1 X1 O4 O7

實驗組2：半套的仿生案例教學

 動物園自然觀察智能、仿生案例探討

 回到環境科學課程，專題報告

O2 X2 O5 O8

控制組：全部環境工程課程講述教學

 一般講述教學，專題報告 O3 X3 O6 O9

圖 3-2 實驗嵌入式設計(含教學實驗設計)

再如(圖 3-2)所示，O 代表問卷處理，X 代表接受教學處理。O1、O4、O7 以及 O2、O5、O8 分別代表實驗組 1 和實驗組 2 的前、後、延宕測。O3、O6、O9 分別 代表控制組前、後、延宕測。X1 代表實驗組 1 接受全套仿生案例教學處理。X2 代 表實驗組 2 接受半套仿生案例教學處理。X3 代表控制組為一般講述教學處理。實

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驗介入前三組都接受前測，之後二組實驗組接受實驗介入，而控制組則否。實驗介 入後三組均接受後測，一個月後三組均接受延宕測。教學過程中所搜集到的主要是 實作評量質性資料與反思寫作質性資料。最後，根據研究整體的結果，解釋量化資 料輔以質性資料回答研究問題。