研究背景

一、 國際仿生學在環境領域的研究趨勢

人類的工業發展與科技奇蹟，讓有限的地球資源陷入枯竭、全球暖化與氣候變 遷的危機。環境教育家Orr(1992)認為環境危機便是設計危機，因為我們把設計運用 在小部份的人類利益上，卻忽視設計與人類之間的關係。這類短視近利的設計，無 可避免的會降低自然環境的品質，更進一步則會傷害我們的健康。在反思的浪潮中，

現在與未來的環境工程，將由傳統的管末處理，朝向預防性的清潔生產、節能減碳、

資源回收、綠色能源、資源循環零排放、生態社區等發展方向(林鴻祺、陳吉宏、

江東法、劉恒昌，2010；張祖恩，2011)。如同Anne(2010)強調現代的環境工程學 家的任務，乃是投入研發新興環境科技，清理已經對這塊土地造成的破壞，應用自 然資源循環再利用方式，開發綠色科技等以保護地球為數不多的自然資源。有關仿 生學及生態設計的案例在環境工程的應用，未來幾乎所有環工技術均必須順應的大 自然規律，以及必定從大自然「少即是多」的哲學中獲得靈感，表現出自然系統的 簡單性，環境工程已朝向永續設計的未來。

環境工程學家、生態設計者和仿生學家們已認知到，自然界的建築結構已經具 備了功用最大化、運行能量最小化的屬性。設計師和工程師們透過模擬自然形式和 功能，盡量減少新建築可能消耗的資源。這種仿生學有巨大的發展空間，能夠教導 工程師們如何透過簡化工序，而不是使工序復雜化來進行創新。例如：(1)環境工 程的新方向(廢物即是資源、生態設計、零能耗建築、仿生設計)。(2)生態景觀設計 (順應自然的景觀設計、生態建築學、雨水收集、人行道和行車道景觀設計技巧)。

(3)永續污水處理(能量與水的連結、污水中的能量、厭氧消化池、灰水回用、生態

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廢水處理)等。

Birkeland(2012)認為現在模仿生物的仿生學(biomimicry, biomimetics, bionics)，

以及模仿生態系統的工業生態學(industrial ecology)、生態設計學(ecological design) 與樸門永續設計(permaculture design)等，皆是朝向永續發展的永續設計(sustainable design)。景觀與建築設計界的生態設計學者認為若與大自然為伴，將能降低生態衝 擊。不僅需要專家投入，也需要整個社區的參與，有效的設計會提供我們持續學習 及參與的機會，進而改變我們對大自然的看法(Sim Van der Ryn,2009)。

例如：農業界的樸門永續設計(permaculture)提倡以大自然為師的農耕法，仿自 然生態系統中各種植物齊集一堂的種植法。尊重生態原理，仔細觀察自然界的能量 流動模式，因而發展出高效率的系統(Bill Mollison & David Holmgre,1978)。聯合國 大學(UNU)推動的零排放(zero emissions)與行政院環保署推動零廢棄(zero waste)的 概念內涵相雷同，皆是仿效生態系統的物質循環，使廢棄物都能成為可再利用的原 料。

行政院科技部也看到這股國際上的研究趨勢，自101年度生物處生物科學學門除 了有「生物生化及分子生物」、「動物」及「植物」等三個學科外，再增加一新學科

「仿生學」(學門代碼B2010I0)。認為仿生學的研究成果不僅具學術價值，更可廣 為應用於醫學、農學、工程以及環境保護上(科技部，2011)。2014年臺灣經濟研究 院生物科技產業研究中心、中研院與工研院，國家智庫與最高研究中心，舉辦「2014 國際仿生科技應用論壇」。會中「國際仿生科技論壇」啟動了「臺灣仿生科技與五 生產業發展協會」籌備處，臺灣成為全球仿生協會的聯盟分會，未來臺灣分會將是 面對世界仿生科技的窗口與平台。

特別的是，由國人楊浩、楊洵(2014)自行研發的仿生農法，將人類心血管系統 的概念，類比到溫室蔬菜農場的地下灌溉設備。如同心臟加壓血液經由血管運輸氧 氣和養份到目標細胞，幫浦打出營養液，經由地下管線滲透到植物根部。這樣一來 可以減少地上灌溉法的水份流失，也能避免滴灌系統常面臨的阻塞問題，國人自行

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研發的仿生農法，具有實質經濟效益與仿生學的教育意義。

二、 學習仿生學與環境教育的關係

然而仿生學與環境教育的關係為何呢? 如果培養大學生從大自然的智慧中找尋 解決方案，並以仿生概念為設計原則，發展出解決方案解決上述各種不同環境問題，

是環境教育重要的核心能力的話，那麼，對環境工程的大學生而言，學習的第一步 就是必須練習採取仿生學視野。因為環境工程、環境教育乃至於仿生學共同的本質，

乃是學習如何解決環境問題並朝向永續發展。

在仿生學的跨學科領域，Benyus成立的仿生學3.8研究所，主要提供K-12、大學 和非正規教育的教育需求。不同的課程皆有介紹仿生學的基本原理、生命的規則，

讓實際參與這個課程的學習者，學習本地的植物、動物和生態系統，同時探索潮汐 海灣、河流、森林和等。等到這些學習者(教師身份)回家後，試圖將仿生學教育融 入 自 己 的 課 程 和 方 案 ， 而 其 配 套 資 源 工 具 包 也 可 供 參 與 者 使 用 (biomimicry institute,2012)。

此外，Biomimicry Institute(2012)致力於推廣仿生學教育、舉辦全球競賽、經營 仿生數位平台為主要業務。其所舉辦全球聯盟學校的仿生設計競賽 (Biomimicry Global Design Challenge)，乃是希望學生藉由學習模仿大自然的智慧，為不同年度 的環境主題，提出創新解決方法，並聯結社會資源來輔導優選團隊，共同開發成為 產業發展應用。2011-2012年競賽主題為能源效率(Energy Efficiency)、2012-2013年 主題為水資源運用與管理(Water Wise)、2013-2014年競賽主題為未來的移動力:對生 命友善的交通運輸(Forward Motion: Life-Friendly Transportation)、2015-2017年競賽 主題為食物供應體系：糧食安全、食品安全 (Food Systems)等。參賽團隊需從中鎖 定一個環節的問題，並從大自然找靈感提出解決方法。

此外，在國內外的高等教育機構，例如：英國巴斯大學(University of Bath)與瑞 丁 大 學 (University of Reading) 大 學 特 別 成 立 了 仿 生 研 究 中 心 (The Centre for Biomimetics)從事仿生設計產品之開發與研究，並於該系網站展出許多研究成果。

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史丹佛大學( Stanford )、麻省理工學院(MIT)、哈佛大學(Harvard)、佛羅里達州立大 學(Florida)、波士頓大學(Boston)等名校，也都在機械、材料、物理、生物甚至電腦 系裡專門開設了「仿生學」課程，其網站亦提供豐富的仿生學案例。鄰近中國的吉 林大學有通識課程、廈門大學有生物仿生研究院、西安交通大學有仿生工程與生物 力學中心等。臺灣的清華大學通識教育中心開設通識課程、中興大學物理系有生物 物理課程、東海大學景觀系有仿生理論課程、交通大學有智慧型仿生系統研究中心。

成功大學也有教授特別開設仿生部落格，極力推動仿生學的研究與知識傳播。

Staples(2005)以文獻分析法回顧仿生學的歷史，及仿生學在高中環境科學課程 的需求。他認為這一股新興的仿生學，透過仿生學引導高中學生謙卑的(himulty)向 大自然學習，其應用潛力能帶給高中學生希望感(hope)。此外仿生學提供跨領域合 作的科學解決方案，可以提升環境教育所談及之經濟、環境、社會之目標，甚至是 人文精神上的提升。仿生學在環境工程的應用，乃是鼓勵學生透過創造力(creativity)，

提出解決方案和朝向更永續的未來生活。最後他也研究建議教學者需要給學生適切 的：(1)優質示例(cases)、以及(2)提供可使用的課程資源(resources)能達到更好的教 學效果。由此可知，以案例(case)形式呈現具體經驗，對於學習者本身的意義非常 重大，案例可作為一種鷹架(scaffolding)，適當地將仿生學案例在環境科學課程中 探討，應具有良好的問題解決的啟發作用。

在既有解決方案中探索仿生學案例，是一種合理且可行的方法。因此仿生學案 例對環境工程而言，是提供不同思考方向的解決方案。對環境教育而言，乃是透過 仿生學案例讓大學生可以更深刻地理解和把握環境科學知識，提高學生學習環境科 學的興趣。另一方面，仿生學原理和其中蘊涵的智慧，可以啟發學生的創意思維，

激發學生的創造力，培養學生的實踐意識和實踐能力，朝向永續生活的未來。

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