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研究生: 周鴻騰
Chou, Hong-Teng
論文名稱: 仿生案例教學對大學生自然觀察智能、類比聯想、仿生設計能力與情意態度之成效分析
The Effects of Case-Based Biomimicry Teaching on Naturalist Intelligence, analogical thinking, biomimicry design and environmental attitudes for University Students
指導教授: 王順美
Wang, Shun-Mei
學位類別: 博士
Doctor
系所名稱: 環境教育研究所
Graduate Institute of Environmental Education
論文出版年: 2016
畢業學年度: 104
語文別: 中文
論文頁數: 258
中文關鍵詞: 仿生案例教學自然觀察智能類比聯想仿生設計能力情意態度
英文關鍵詞: case-based biomimicry teaching, naturalist intelligence, analogical thinking, biomimicry design, environmental attitudes
DOI URL: https://doi.org/10.6345/NTNU202205130
論文種類: 學術論文
相關次數: 點閱:159下載:44
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  • 本研究於台灣北區某一科技大學環境工程系的課程中導入仿生學,探討接受「仿生案例教學」的大學生在「自然觀察智能」、「類比聯想能力」、「仿生設計能力」、「對物種與生態系統價值偏向」之提升成效。採用「不等組前測-後測設計」結合實作歷程評量進行研究。包括實驗組1接受全套仿生教學(N=43)、實驗組2接受半套仿生教學組(N=30)、控制組接受原有教科書講述教學(N=35),三組分別進行前測、後測與延宕測,結果發現:(1)實驗介入後,二組實驗組之自然觀察智能較無法於短時間內顯著提升,長時間戶外觀察、累積飼養經驗或覺察生活細節將有助於提升自然觀察智能。(2)接受全套與半套仿生教學皆比傳統教科書講述教學,能有效提升類比聯想能力、仿生設計能力。此外,接受全套教學比半套教學在一個月後能維持較佳的延宕效果。(3)從檔案評量 A至B 觀之,學生在對應兩者之間的相似性、歸納科學原理、設計出什麼產品、畫出設計草圖仍有進步的空間。學生積極應用課程所學、課後主動鑽研專業知識、設計知識與增強後設認知,皆有助於仿生類比聯想與設計草圖構想等能力。(4) 大部分學生支持仿生學產業的發展,但必須以關照動植物、生態系與人類的福祉為前提。師法大自然來解決環境問題,學生認為具有環保商機與懷抱著希望感。(5)課程結束後,學生表示擁有更多創新解決問題的點子、興趣與好奇心並且願意繼續主動探索。

    This study assessed the effects of guided biomimicry teaching of naturalist intelligence, analogical thinking,biomimicry design and environmental attitudes for Environmental Engineering students. An embedded experimental and nonequivalent pretest-posttest design was used. Experimental group 1, received complete biomimicry teaching (N=43). Experimental group 2, received one-half biomimicry teaching (N=30). The control group, received didactic teaching without any biomimicry teaching (N=35). The outcomes of the intervention was measured by questionnaires before the course (pre-test), after the course (post-test) and four weeks after (follow-up test) the intervention. The main research results are reported as follows: (1) After the experimental intervention, the post-test, follow-up test results revealed that the two experimental group cannot improve significantly in a short time of naturalist intelligence. The experience of outdoors observation, breeding animals, and observe details of life carefully were helpful to increase naturalist intelligence. (2)The two experimental groups achieved higher biomimicry design scores than the control group. The experimental group 1 students’ analogical thinking and biomimicry design scores are significantly better than experimental group 2 after four weeks.(3) View from portfolio assessment A to B, students find the difficult include of compare similarity, analysis of scientific principles, what biomimicry product design and draw sketches. Students study actively on professional and design knowledge and have meta-cognitive, could improve ability of analogy skills and design sketches. (4) Most of the student’s identify with the development of biomimicry industry, but the premise was must takes care of the welfare of biology, ecosystems and humans simultaneously. Students have business opportunity and hope to solve environmental problems based on “learning from nature”.(5) After the course, students have new ideas of environmental problem solving, also have more interest, curiosity, and active exploration to biomimicry.

    目錄-------------2 表目錄-------------7 圖目錄-------------9 摘要-------------11 Abstract-------------12 第一章緒論-------------13 第一節 研究背景-------------15 一、國際仿生學在環境領域的研究趨勢-------------15 二、學習仿生學與環境教育的關係-------------17 第二節 研究動機、目的與研究問題-------------19 一、研究動機-------------19 二、研究目的-------------21 三、研究問題-------------22 第三節 名詞解釋與研究範圍界定-------------23 一、名詞解釋-------------23 二、研究範圍與限制-------------26 第二章文獻探討-------------28 第一節 仿生學的概念與案例-------------30 一、仿生學的概念-------------30 二、仿生學的案例-------------32 三、仿生案例作為一種學習鷹架-------------36 第二節 學習仿生學的四個步驟與環境教育目標內涵之連結-------------38 一、Benyus提出學習仿生學的四個步驟-------------40 二、連結環境教育目標之內涵-------------41 第三節 仿生思考與設計的理論基礎-------------44 一、一般通用解決問題的歷程-------------44 二、類比聯想解決問題、學習遷移的理論基礎-------------45 第四節 自然觀察智能、仿生設計教學、情意態度相關教學研究-------------51 一、自然觀察智能相關教學研究-------------51 二、仿生思考與設計的相關教學研究-------------56 三、保護生物多樣性與情意態度的相關研究-------------66 四、本章小結-------------74 第三章研究方法-------------78 第一節教學情境與研究對象-------------81 一、教學情境-------------81 二、研究對象-------------82 三、研究者的角色-------------83 四、從實用主義中得到的啟示-------------85 第二節 研究設計與研究架構-------------87 一、根基於實用主義的混合研究方法-------------87 二、研究流程-------------87 三、混合型研究之實驗嵌入式設計-------------91 四、研究架構-------------94 第三節 教材與教學設計-------------96 一、實用主義在教學理念的應用-------------96 二、教學目標-------------97 三、教材與教法-------------98 第四節 測量工具-------------105 一、仿生類比聯想測驗、自然觀察智能、仿生設計能力-------------105 二、仿生思考與設計構想實作歷程A與B檢核表(審閱者審閱)-------------112 第五節量化與資性資料處理與分析-------------116 一、量化資料處理與分析-------------116 二、質性資料處理與分析-------------117 第四章研究結果與討論-------------119 第一節基本資料分析-------------120 第二節仿生案例教學的立即效果與延宕效果分析-------------123 一、對仿生類比聯想的立即效果與延宕效果-------------123 二、自然觀察智能、仿生設計能力之立即效果與延宕效果-------------127 三、三種能力之間的相關性-------------131 第三節仿生類比思考之答對率與價值偏向分析-------------139 一、仿生類比思考的答對率-------------139 二、保護生物多樣性之價值偏向分析-------------147 三、對仿生學未來發展的價值偏向分析-------------154 四、多位學生對環境工程與仿生學之回饋-------------160 第四節實驗組在仿生案例教學過程中的能力培養-------------164 一、學生主導之仿生案例探討報告(實作歷程A)-------------165 二、學生主導之仿生產品草圖設計報告(實作歷程B)-------------175 第五節綜合討論-------------189 一、量化成果與討論-------------189 二、質性發現與討論-------------196 第五章結論與建議-------------203 第一節研究結論-------------204 一、長時間、多次數的自然觀察經驗有助於提升自然觀察智能-------------205 二、接受仿生案例教學具有立即效果與延宕效果-------------206 三、實作後的反思,有助於促進情意態度之反思-------------208 四、仿生案例能讓學生擁有希望感與促進學習遷移-------------209 第二節後續研究建議-------------212 一、開設仿生學通識課程的準備-------------212 二、通識課程連結自然中心的課程方案-------------212 三、對研究變項的建議-------------213 四、對研究工具的建議-------------214 參考文獻-------------215   表目錄 表2-1 仿生學案例整理表-------------37 表2-2 基模歸納理論與結構對應理論之比較-------------48 表3-1實驗組與控制組之教學大綱與內涵-------------99 表3-2仿生類比聯想、價值分析試題範例-------------102 表3-3仿生類比聯想測驗試題難易度與鑑別度分析-------------105 表3-4 仿生類比聯想測驗之信度分析-------------107 表3-5 審閱者檢核表-------------109 表3-6 實作學習歷程A與B之計分標準-------------110 表3-7三位評分者間一致性之相關分析-------------111 表3-8 統計分析方法與使用目的-------------112 表3-9質性原始資料編碼、意義說明與示例-------------115 表4-1大學生打工時數與接觸自然頻率分析表-------------117 表4-2大學生上課前是否聽過仿生學與生物多樣性-------------118 表4-3大學生了解仿生學與生物多樣性之管道來源-------------119 表4-4 共變數迴歸係數一致性假定分析整理表-------------120 表4-5三組在仿生類比聯想前後測、延宕測之共變數分析-------------121 表4-6仿生類比聯想前後測與延宕測之成對比較-------------123 表4-7 共變數迴歸係數一致性假定分析整理表-------------124 表4-8自然觀察智能、仿生設計能力之前後測、延宕測共變數分析-------------125 表4-9 三組在自然觀者智能、仿生設計能力,後測、延宕測之成對比較-------------126 表4-10自然觀察、仿生類比思考與仿生設計能力之相關分析-------------130 表4-11自然觀察、仿生類比思考與仿生設計能力之迴歸係數-------------131 表4-12 仿生類比思考後測與延宕測的顯著性檢定-------------137 表4-13保護生物多樣性之價值偏向分析-------------148 表4-14 對仿生學未來發展的價值偏向-------------154 表4-15 學生對環境工程與仿生學之回饋-------------160 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 -------------166 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)-------------177 表4-18 全套式教學組學生兩項實作歷程中能力進步之處(審閱者評分)-------------179   圖目錄 圖2-1 仿生學模仿的取徑-------------33 圖2-3 蓮葉表面奈米現象與防污的奈米塗料-------------36 圖2-4 二級食物鏈與工業生態學-------------37 圖2-2 翠鳥流線型的鳥喙與日本新幹線列車車頭-------------36 圖2-6 學習仿生學的四個步驟與環境教育目標內涵之連結-------------41 圖2-5 Benyus提出學習仿生學的四個步驟-------------41 圖2-7 Biomimicry仿生設計螺旋流程圖-------------59 圖2-8 Biomimicry仿生設計步驟圖-------------61 圖2-9 生物多樣性價值連續列-------------66 圖2-10 本研究之文獻概念圖-------------76 圖3-1 研究流程圖-------------89 圖3-2實驗嵌入式設計(含教學實驗設計)-------------92 圖3-3 研究架構圖-------------93 圖4-1 仿生類比聯想前後測、延宕測之調整後平均數比較圖-------------123 圖4-2自然觀者智能、仿生設計能力後測、延宕測之調整後平均數分析-------------126 圖4-3 自然觀察與仿生設計能力之迴歸分析圖-------------131 圖4-4 仿生類比思考能力與仿生設計能力之迴歸分析圖-------------132 圖4-5仿生類比思考:模仿沙漠甲蟲、非洲蟻窩、蜜蜂窩-------------139 圖4-6仿生類比思考:模仿斑馬、人的皮膚、蓮葉-------------141 圖4-7 模仿生態系統:模仿微藻、魚菜共生、物質循環系統-------------143 圖4-8 保護動物、森林與珊瑚生態之價值偏向-------------149 圖4-9對仿生學未來發展的價值偏向-------------155 圖4-10 仿生案例探討之引導步驟-------------164 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-------------168 圖4-12 學生實作歷程:畫出並寫出此種生物的特徵-------------169 圖4-13 學生實作歷程:分析兩者之間的相似與不相似之處-------------170 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-------------171 圖4-15 仿生設計思考步驟-------------175 圖4-16 仿生設計能力 審閱者歷程評分-------------178 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-------------183 圖4-18 學生實作歷程:選擇特定生物物種,分析生存適應的特色-------------184 圖4-19 學生實作歷程:分析此生物適應特色的機制與原理-------------185 圖4-20 學生實作歷程:類比聯想原理與機制於產品設計中-------------186 圖4-21 學生實作歷程:畫出產品改良或創新的設計構想圖-------------187 圖5-1研究成果綜合整理示意圖-------------205

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