從俯衝抓魚的翠鳥到子彈列車，仿生學中遇見素養教學絕佳案例

人類對自然的喜好是天生的，因為我們也是自然世界中的一份子，但往往大家還是會問：探索自然有什麼用？雖然不是每次研究一種動物或一株植物都能產生立即的好處或應用，但這個過程所累積出的結果，卻能夠幫助我們解決許多生活上的重要問題，這就是所謂的「仿生學」，也就是從動植物在自然界中的演化與適應，去尋找解決問題的靈感，也就是師法自然。

發明靈感從自然生態察覺

從自然生態中找到發明靈感的例子可不少，生活中常常用的魔鬼氈，當初發明的靈感就是來自於一位工程師的意外發現，因為他從山區打獵回來後，發現自己衣服和狗狗身上都黏附了許多芒刺，仔細研究後，他發現這些芒刺本身具有特殊的倒鉤，因此他設計了一面具有許多小倒鉤的結構，另一面有許多小圈圈的結構，這樣兩者之間就能緊密連結了。

除了植物的結構外，動物的行為也有很多仿生的例子。若是大家有看過日本新幹線子彈列車的車頭，一定會對它的奇特外型感到好奇，因為它是模仿翠鳥細長嘴部的形狀而設計的。

據說當初設計的工程師，發現每當子彈列車開進山洞時，就會產生一股壓力波，這使得列車開出山洞時會產生音爆的巨大噪音，對附近居民造成很大的困擾。

因為翠鳥是抓魚高手，一旦看到水裡有魚，就會以極快的速度，俯衝入水，直接用長嘴把魚給抓住。最特別的地方是，翠鳥雖然衝入水中的速度很快，但他卻只會激起一點點水花，就像奧運跳水拿滿分的選手一樣。

這個觀察給了子彈列車的設計工程師一個靈感，如果翠鳥可以從低密度空氣進入高密度的水中，卻不會受到阻力突然增加的困擾，那他的鳥嘴設計一定有特別之處。

後來，新幹線子彈列車的車頭外形就是模仿翠鳥的嘴部造型，可以直接切入空氣，卻不擠壓它，進而減少噪音跟震動。這個符合空氣動力學特性的新型車頭設計，不僅解決了噪音難題，還能降低列車15%的電力消耗，並提升10%的行駛速度。

以上兩個例子說明了，探索自然的現象，無論是植物的結構或動物的行為，也許當下只是滿足了孩子的好奇心，但若能將這些知識應用在解決生活中的實際問題上，它所發揮的效果就會非常巨大。

不只觀察，鼓勵孩子多問「為何」與「如何」

在這個過程中，除了細心觀察之外，提問的能力也很重要的，就像現在的 ChatGPT，要能問對的問題，你才能得到有用的答案。當還孩子在探索自然時，不但要鼓勵他們多接觸新事物，也要鼓勵他們多問「為何」與「如何」，這樣才能引發他們思考。

以上述的翠鳥為例，這種鳥類通常停留在搖晃的樹枝上，當他盯著池塘裡的小魚時，身體晃來晃去，但為何頭部卻能一動也不動，保持平衡，這是怎樣的防震系統呢？當翠鳥發現水中的小魚後，會高速衝入水中捕魚，他如何保護睜開的眼睛呢？若是他閉起眼睛的話，那他如何看得到水中的魚？當孩子有好奇心、經常問問題，他就會主動思索、自主學習。

知識不是應付考試用，知識除了要記得住，更要能帶得走、懂得用，當孩子有了對自然知識的理解後，一定要鼓勵他們活用，特別是用來解決真實的問題。每當遇到生活周遭的困難時，就提醒孩子是否自然界的生物也有類似的問題？可否從他們身上找到靈感？仿生學的應用就是素養導向教學最好的例子。（看更多：素養教學與思辨力）

科博館過去曾舉辦過「抄自然—力與形的生存遊戲」特展，科教館也曾舉辦過「仿生-從大自然來的絶妙點子」特展，這些都是很棒的展覽。當然，光看展覽是不夠的，若是有機會可以實際利用大自然的智慧來解決世界上的真實問題，那一定很過癮。

科博館與台灣仿生科技發展協會從去年開始，共同舉辦高中職組的仿生設計競賽，以永續環境發展為核心精神，每年設定關鍵主題與挑戰，鼓勵高中生以自然為師提出創意解方，今年的主題是「水資源」，希望有想法的高中生能組隊報名參加。

即使你的孩子年紀還小，無法參加這個仿生設計競賽，但仍然可以鼓勵他們多想想，如何能從動物或植物的省水構造或策略中，去思考要如何解決人類面臨的日趨嚴重的水資源匱乏的問題。

• 2023「台灣仿生設計競賽」：點我