仿生科技與環境
教師: 楊悠娟

2017/03/13 ~ 2017/05/01
6小時/9週 (報名結束)

摘要

認識生物的科學魔法!

生物會使用地球上的資源,構築適合自身生存又舒適的環境,甚至比人類的科技產品更「環保」,耗費資源低、環境汙染少,功能更佳! 關鍵是跨領域的科學應用,例如生物學、物理學、化學、奈米科技、生命科學等。如果我們能夠模仿、轉化、製作,就是「仿生」;仿生的應用比較「環保」,就能邁向「永續」,是不是太棒了?!

飛機是萊特兄弟模仿鳥兒造出的飛行器,潛水艇模仿魚的流線體構造,不沾黏的奈米馬桶或磚模仿蓮葉的面結構。身邊生物中還有許許多多的奧祕,從模仿(觀察、擷取)到轉化(構想、製作),就是仿生學的概念。想像一下: 植物透過光合作用生產能量和氧氣,高效能、低汙染又減碳;若能解開其中的奧祕,可以提升太陽能發電相關應用,地球將有個更可以期待的未來。

讓我們跟著影片,走訪花蓮的景點,認識大自然老師們自身展現的「仿生科技」吧!

課程目標

透過有效的教材設計、教學策略與課程實作,協助學生進行自我調控學習。期望上完本課程後,學生能:

  1. 覺知仿生科技、奈米科技與環境的關聯性
  2. 認識仿生奈米科技的基本原理
  3. 說明仿生奈米科技的重要應用
  4. 完成「動手做」或「教中學」的創作、實驗或教學行動

授課教師

楊悠娟老師

現職:國立東華大學自然資源與環境學系 副教授

學歷:美國凱斯西儲大學化學博士

研究:環境化學、仿生結構、仿生/永續環境教育、科普推廣與傳播

推廣:東台灣仿生科普課程、花蓮縣全民科學週

課程進度表

第1週:仿生入門1

第2週:仿生入門2

第3週:蓮葉效應植物篇1

第4週:蓮葉效應植物篇2

第5週:蓮葉效應動物篇

第6週:蓮葉效應石材篇

第7週:繳交實作設計單

第8週:進行實作

第9週:繳交實作成果報告及作品

課程內容

仿生科技是仿效生物38億年演化經驗的科技,也就是師法自然,學習自然的三項優勢-低成本、高效能、少廢棄物或毒素。目前人類已經透過仿生學習、轉化並應用出許多成果,例如:蓮葉的自潔效應、鯊魚皮的阻絕能力、蝙蝠海豚衍生的雷達聲納、植物光合作用啟發的太陽能應用、蝴蝶的翅膀顏色衍生的光子晶體應用,都是兼顧科技便利、生活品質與環境永續的範例

本課程規劃分為三主軸:首先介紹仿生學定義、發展、範例、方向,其次說明蓮葉效應與自潔效應的原理與應用,搭配「生態奈米地圖」教材,走訪花蓮縣觀光景點中的生態現象,認識植物的疏水性與親水性,認識鯨豚的自潔效應,認識石材表面的處理技術,能夠產生自潔、抗菌等效應。最後是課程實作,請學生選擇最感興趣的課程內容,轉化成自己的實作成果,並連結至日常生活中的應用。

實作方式可以「動手做」,例如:寫文章、製作動畫、拍攝影片、設計實驗或任何喜歡的創作形式也可以「教中學」化身為小老師或關主,舉辦教學課程或闖關活動,將學會的仿生概念與實驗動手做傳播出去,以影片記錄教學過程,教學地點可以在家中、學校、公園或任何安全場域。實作成果也是主要的評量方式,佔總成績50%喔!

上課形式

  1. 本課程分為六個主要單元,每個單元將由數個小單元所組成,每個小單元提供一段8-10分鐘的視頻影片
  2. 每週配合課程內容提供隨堂測驗,以幫助學習者快速確認是否瞭解上課內容。
  3. 安排前後測、作業、期末實作、線上討論以考核學習成果,考核標準請參見「評分標準說明」。

評分標準

  • 前後測 (10%):課程第1週舉行前測,課程最後1週舉行後測,完成作答就得分,占總成績10%。
  • 作業 (50%)每週繳交線上作業,依照作業完程度給分,占總成績30%。
  • 期末實作 (30%)選取課程最喜歡的部分,設計實作。實作方式可以「動手做」,例如:寫文章、製作動畫、拍攝影片、設計實驗或任何喜歡的創作形式;也可以「教中學」,化身為小老師或關主,舉辦教學課程或闖關活動,將學會的仿生概念與實驗動手做傳播出去,以影片記錄教學過程,教學地點可以在家中、學校、公園或任何安全場域。實作成果也是主要的評量方式,占總成績50%
  • 線上討論 (10%)每週參加線上討論並發言,依照參與率及發言給分,占總成績10%。

通過標準


課程及格標準:60分滿分:100分

先修科目或先備能力

  1. 本課程無須背景知識,適合所有對仿生學有興趣的學習者修習。
  2. 本課程適用於大學通識課程的翻轉教學,鼓勵大學生、社會公民修習。
  3. 具備華語說聽讀寫能力,若能具備英語閱讀能力者更佳。

建議參考書目

  • 生態奈米與環境工作坊(無日期)。全民x仿生x環境網站:新知分享。取自 

      https://www.facebook.com/erntmap/

  • 台灣仿生科技與五生產業發展協會(2014)。取自

      http://www.biomimicrytaiwan.org/

  • 馬遠榮. (2002)。 奈米科技 (pp. 17-31) 。 台北市:商周出版。
  • 張雨青(譯)(2015)。壁虎腳底的高科技:仿生學向大自然取經,設計未來。(原作者:Peter Forbes)。台北市:遠流。
  • 楊悠娟*、詹賢媛、賴珮瑄、吳文婷、陳宣平、許涵雅、蘇琡雲 (2015)。洄瀾生態奈米地圖-教學導覽(ISBN:978-986-04-0122-6)。花蓮縣:國立東華大學奈米科技研究中心。
  • Ask Nature (無日期)。取自

      https://asknature.org/

  • Benyus, J. M. (1997). Biomimicry (p. 1). New York: William Morrow.
  • Biomimicry 3.8(1997)。取自 

      https://biomimicry.net/

常見問答集

1. 我沒有修過類似課程,需要準備甚麼?

A:本課程設計為仿生學的入門課程,適合所有對仿生學有興趣的學習者修習,特別鼓勵高中生和大學生修課。若有任何問題歡迎留言或寄信至授課老師楊悠娟副教授信箱:  ycyang12@gmail.com

 

2. 我在此課程可以有甚麼收穫?

A:我們期待學生可以對仿生學有進一步的認識,認識到它結合了物理(量子力學)、化學(生物化學)、生物學(植物學、動物學、生理學)、奈米科技、環境教育…等各領域的知識,認同仿生學「和地球合作、讓科技綠化、讓人類的生活改善」的理念,和我們一起投入此領域的研究和推廣。

 

3. 本課程和環境有甚麼關係?

A:當代仿生學的推廣者Janine Benyus曾在2005年的「分享自然的設計」演說中提到:「(仿生學) 不是全盤照抄,而是找出設計原則,找出自然界的天才,從中學習。(It’s taking the design principles from the genius of the natural world, and learning something from it)」她並舉「自組裝」為例,現代工業需要運用高壓、高溫、高毒性的化學藥物才能夠煉製金屬,但是貝殼堅硬的外表卻是在海水中常溫常壓的方式形成。目前已經有很多科學家成功在實驗室中研發出用自組裝的方式產生堅硬材質的方式。另外,Janine Benyus也提到:人類將二氧化碳視為世紀之毒,但是植物在每天早上都忙著將二氧化碳合成出長鏈的澱粉和葡萄糖。康乃爾大學的Geoff Coates已經研發出將二氧化碳合成為可分解的塑膠,就跟植物一樣。

「生命創造對生命有益的環境。生命產生土壤,清新空氣,純淨水源; 生命混合出你我賴以為生的空氣組成。」人類必須謙虛向大自然學習,他們已經提供了三千萬種既達成自己的需求又能友善環境甚至創造環境的方式,向「大自然學習」就是仿生學的核心。

 

4. 此課程是否會提供上課投影片?

A:本課程會提供課程投影片,課程投影片採創用 CC 「姓名標示—非商業性-相同方式分享」台灣 3.0版授權釋出

 

5. 作業上傳可以使用那些格式?

A:請參考每周作業說明。通常依照檔案種類來設定格式,例如:

    • 文書: DOCXDOC (建議MS Word 2007以上版本)PDF (建議Acrobat 9.0以上版本)
    • 簡報: PPT
    • 影片: MP4
    • 照片: GIFJPGJPEG
    • 圖片: GIFJPGJPEG

 

6. 我現在才發現有這麼好的資源,來不及上完怎麼辦?

A:請自行補課,並且補交作業,才能幫助學習喔!

 

7. 課程結束後是否能繼續學習呢?

A:非常歡迎。